馬曉云

(鄭州測繪學(xué)校，河南 鄭州 450015)

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水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

馬曉云

(鄭州測繪學(xué)校，河南 鄭州 450015)

從水利部門水文水資源信息管理需求出發(fā)，以數(shù)字城市地理空間框架提供的地理信息服務(wù)、數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用Flex和Web Service技術(shù)并結(jié)合ArcGIS Server平臺，構(gòu)建了水文水資源管理“一張圖”系統(tǒng)，使水務(wù)管理從“多龍管水”向“一龍管水”轉(zhuǎn)變，為水利管理工作提供了一個良好的規(guī)劃和決策支持的Web共享平臺，在城市水利基礎(chǔ)信息管理、數(shù)據(jù)共享和綜合服務(wù)等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好的示范作用。

ArcGIS Server；Flex；水文水資源；Web Service

我國水資源分布復(fù)雜，洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水土流失和水污染等面臨的問題日益嚴(yán)重，對水務(wù)監(jiān)管和治理提出了更高的要求。目前，水務(wù)管理部門雖然已在一定程度上實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化、動態(tài)化管理，但存在數(shù)據(jù)采集、信息資源共享程度不高等現(xiàn)象，為水資源調(diào)配和監(jiān)管增加了難度。在水資源規(guī)劃和管理過程中，需要運(yùn)用各種環(huán)境過程模型，如穩(wěn)態(tài)和動態(tài)水流模型、多維水質(zhì)模型和污染擴(kuò)散模型等。上述模型大都具有明顯的空間特性，但其對空間數(shù)據(jù)操作、結(jié)果顯示方面仍顯困難。因此，在數(shù)字城市地理信息公共平臺基礎(chǔ)上構(gòu)建集信息化、集成化、智能化于一體的水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急且勢在必行。

本文綜合利用地理空間信息技術(shù)及先進(jìn)的信息技術(shù)手段，分析、整合水務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的各項關(guān)鍵信息，實(shí)現(xiàn)水文水資源科學(xué)管理，對防洪、除澇、蓄水、供水、節(jié)水、排水、水資源保護(hù)和污水處理實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一實(shí)施取水許可、統(tǒng)一征收水資源費(fèi)和水質(zhì)水量的一體化管理，并為水資源相關(guān)環(huán)境模型提供整體的基于GIS邏輯原理的空間操作規(guī)范，通過搭建水力模型和建立智能化響應(yīng)知識庫，對突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)警和水力分析，從而實(shí)現(xiàn)水文水資源“一張圖”管理，為相關(guān)部門提供科學(xué)的決策依據(jù)，同時在城市水利基礎(chǔ)信息管理、數(shù)據(jù)共享和綜合服務(wù)等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好的示范作用。

一、系統(tǒng)構(gòu)架

本文設(shè)計的水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)框架如圖1所示，整個框架分為信息采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支持層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層及應(yīng)用門戶層6個層次。

1. 應(yīng)用門戶層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層

利用Flex編譯器將應(yīng)用門戶層編譯為SWF文件并在客戶端運(yùn)行，可為用戶呈現(xiàn)出交互性更強(qiáng)的用戶界面。業(yè)務(wù)應(yīng)用層封裝了水資源實(shí)時監(jiān)控、水資源業(yè)務(wù)管理和決策支持3個功能模塊。應(yīng)用門戶層負(fù)責(zé)向應(yīng)用服務(wù)器端發(fā)送請求，并將應(yīng)用服務(wù)器端響應(yīng)信息反饋給當(dāng)前用戶。

2. 應(yīng)用支持層

應(yīng)用支持層包括系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器端。當(dāng)服務(wù)器端接收到客戶端請求，可根據(jù)不同類型的請求分別進(jìn)行處理，然后將處理信息返回客戶端。服務(wù)器端通過空間數(shù)據(jù)庫引擎連接的地圖數(shù)據(jù)，發(fā)布緩存地圖服務(wù)和Geo Processing服務(wù)。應(yīng)用支持層通過ArcGIS API for Flex訪問地圖服務(wù)和Geo Processing服務(wù)，同時借助Web服務(wù)器的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫與客戶端進(jìn)行交互。采用BPEL語言對水文水資源業(yè)務(wù)流程進(jìn)行管理，通過工作流引擎來執(zhí)行已設(shè)計的業(yè)務(wù)流程，最后將既定業(yè)務(wù)流封裝成水資源業(yè)務(wù)管理模塊。

3. 數(shù)據(jù)資源層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和信息采集層

數(shù)據(jù)資源層包括水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)庫、輔助決策成果數(shù)據(jù)庫及元數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)字典，為系統(tǒng)主要功能模塊提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)服務(wù)器端包括空間數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的組織和存取，為整個系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)保障；信息采集層主要獲取監(jiān)測站的各類傳感器信息及人工采集的水文水資源數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層將采集的信息按照定義的數(shù)據(jù)模型存儲在數(shù)據(jù)庫中。

圖1 系統(tǒng)總體框架

二、系統(tǒng)功能設(shè)計

1. 數(shù)據(jù)模型設(shè)計

依據(jù)水文水資源數(shù)據(jù)特點(diǎn)，將其空間數(shù)據(jù)類型分為以下基本類型：①監(jiān)測點(diǎn)，代表水位、雨量、流量、水質(zhì)測量地點(diǎn)及重要水利工程的點(diǎn)位信息。②水文結(jié)點(diǎn)，用來表示河段端點(diǎn)，或水系上重要位置。③水文邊線，用來表示河流水系和水體中心線。④流域，指分水線所包圍的河流集水區(qū)。⑤水體，代表湖泊、池塘、港灣等。此外，通過設(shè)計時間序列對象用來表征水文水資源對象隨時間變化的屬性，使其與空間屬性結(jié)合，反映水文對象隨時間變化的特征和規(guī)律，如河道站水位和流量的時間序列，以及雨量站的降水時間序列等。

本文將水文水資源數(shù)據(jù)劃分為水文網(wǎng)絡(luò)、河道、流域水系和時間序列對象等要素數(shù)據(jù)集，其數(shù)據(jù)模型的抽象類定義為水文要素類、水文網(wǎng)絡(luò)類、河道要素類、流域要素類及其他水文地理信息要素類等。水文要素類繼承于時間序列對象類；序列類型ID用來確定時間序列對象的類型，如流量序列、水位序列、降水量序列等；其他要素類分別繼承于水文要素類。

水文網(wǎng)絡(luò)是由水文結(jié)點(diǎn)及水文邊線構(gòu)成的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，用來描述河道和水體的上下游水流運(yùn)動。水文邊線類和結(jié)點(diǎn)類繼承于水文網(wǎng)絡(luò)類，河道要素類是從水文要素類繼承得到的抽象類，河道要素包括河道的剖面線和斷面線，為三維的多邊形線幾何類型。流域要素對象包含集水面積、流域點(diǎn)和流域線3個對象類。其他水文地理信息要素包括點(diǎn)要素(排水點(diǎn)、取水點(diǎn)、測站點(diǎn)等)、線要素(溝渠、輸水管道等)和面要素(洪泛區(qū)、水文響應(yīng)單元等)。

2. 功能模塊設(shè)計

根據(jù)水務(wù)管理部門的業(yè)務(wù)需求，本文將水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)劃分為在線地圖查詢模塊、業(yè)務(wù)管理模塊、水雨情實(shí)時監(jiān)控模塊和輔助決策支持模塊共4個功能模塊，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)

三、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)除具備瀏覽、查詢與分析功能外，還實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)管理、水雨情實(shí)時監(jiān)控及輔助決策支持等功能，并將業(yè)務(wù)流程劃分成不同的模塊進(jìn)行整體管理，從而實(shí)現(xiàn)水務(wù)信息辦公管理“一條龍”，充分發(fā)揮地理信息在水務(wù)應(yīng)急管理和宏觀決策方面的作用。

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境配置：在服務(wù)器中配置Java JDK環(huán)境變量；界面展示前端利用插件Flex Builder 3 plugin；BlazeDS是基于服務(wù)器的Java遠(yuǎn)程控制(remoting)和Web消息傳遞(messaging)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)Java與Flex的無縫集成。BlazeDS在Flex客戶端訪問服務(wù)器端，并將客戶端Flex與服務(wù)器端J2EE整合到Dynamic Web Project項目工程下。系統(tǒng)主要模塊功能敘述如下。

1. 在線地圖查詢

當(dāng)水文水資源專題數(shù)據(jù)更新時，首先在ArcMap中進(jìn)行修改并存入空間數(shù)據(jù)庫，再發(fā)布地圖，然后重新調(diào)用地圖服務(wù)以獲得最新的水文信息數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了地圖在線編輯功能，即通過客戶端即可對水位觀測站、雨量站、提灌站取水口等水務(wù)設(shè)施屬性進(jìn)行編輯。

2. 水雨情實(shí)時監(jiān)控

在地圖上以浮動標(biāo)注形式顯示水位監(jiān)測站和雨量站最新的水雨情信息，當(dāng)某水情站點(diǎn)水位超過警戒水位或某雨量站觀測雨量超過某一限值時，系統(tǒng)會自動閃爍報警，如單擊佛山市勒竹監(jiān)測站，系統(tǒng)立即顯示當(dāng)前水位和站點(diǎn)監(jiān)測的水位過程線(如圖3所示)，并可通過鏈接方式查詢當(dāng)?shù)氐奶鞖忸A(yù)報、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)測雨、氣象數(shù)值預(yù)報和天氣圖等與防汛相關(guān)的氣象信息。

圖3 監(jiān)測站水情信息顯示

3. 水文水資源業(yè)務(wù)管理

水文水資源業(yè)務(wù)管理主要為業(yè)務(wù)人員日常管理工作服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)處理過程的電子化、網(wǎng)絡(luò)化及水資源的一體化管理。本系統(tǒng)是一個集中管理、安全規(guī)范、充分共享、全面服務(wù)的水利共享服務(wù)平臺，通過工作流引擎可實(shí)現(xiàn)信息資源的安全有效共享和信息的綜合與主題化(產(chǎn)品化)服務(wù)，以及基于統(tǒng)一門戶的信息發(fā)布與用戶訪問控制，并預(yù)留與行業(yè)外部的互連互通接口，滿足信息公開與服務(wù)共享需要。

4. 輔助決策支持

系統(tǒng)具有強(qiáng)大的空間分析功能，可對水文水資源信息自動整理、統(tǒng)計、分析，并以各種圖表形式提供給管理層和決策層，為提高水資源優(yōu)化配置、洪水預(yù)報、抗旱調(diào)度等應(yīng)急決策指揮提供技術(shù)支撐。

四、結(jié)束語

本文面向城市水務(wù)管理對信息化建設(shè)的迫切需求，采用Flex和Web Service技術(shù)并結(jié)合ArcGIS Server平臺，在數(shù)字城市地理信息公共服務(wù)平臺基礎(chǔ)上構(gòu)建了水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)，為水雨情防御和應(yīng)急指揮提供了實(shí)時的水文水資源空間信息共享平臺、空間分析手段及決策依據(jù)。

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Design and Implementation of Hydrology and Water Resources Management System

MA Xiaoyun

2016-01-21；

2016-03-29

河南省創(chuàng)新型科技創(chuàng)新團(tuán)隊支持計劃

馬曉云(1984—)，女，碩士，講師，研究方向為測繪科學(xué)與技術(shù)。E-mail：328806093@qq.com

馬曉云.水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].測繪通報，2016(11)：114-117.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0379.

P208

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0494-0911(2016)11-0114-04