蔡 陽，謝文君

（水利部信息中心，北京 100053）

0 引言

水利工作涉及的河流湖泊、水利設施等管理對象都具有明顯空間特征，水旱災害防御、水資源管理、河湖管理、工程管理、水土保持等水利業(yè)務對地圖應用的需求迫切，各類水利信息系統(tǒng)也紛紛圍繞電子地圖展開建設和應用，地圖服務在各項水利工作中的應用日益廣泛，但分建專用的建設模式帶來了“技術標準缺乏、設施利用低效、數(shù)據共享困難、業(yè)務應用割據、信息更新滯后和安全體系薄弱”等一系列問題。

為此，經過科學論證和整體規(guī)劃，以第一次全國水利普查實施為契機[1-2]，從 2009 年開始啟動建設，通過以統(tǒng)一地圖服務為依托開展水利業(yè)務應用，促進水利信息化資源全面整合[3]，推動水利信息共享和業(yè)務應用協(xié)同，建成了在多個重大水利信息化工程建設中廣泛應用的全國水利一張圖，于2015 年在全國水利信息化工作會議上正式發(fā)布，推廣到全國各級水利部門，有力促進了信息技術與水利業(yè)務的深度融合。

為踐行“水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管”水利改革發(fā)展總基調，落實“安全、實用”水利網信發(fā)展總要求，針對 2015 版在應用中存在的數(shù)據內容單一、個性化服務能力不足、信息更新不及時、地圖表達效果欠佳等問題，持續(xù)豐富數(shù)據、強化功能、深化應用、優(yōu)化展現(xiàn)，升級完成了全國水利一張圖（2019 版），水利部于 2019 年 12 月正式發(fā)布，必將進一步推動水利信息資源整合共享、水利業(yè)務協(xié)同和智能應用。

1 系統(tǒng)建設

作為支撐和服務于各類水利業(yè)務應用的基礎信息平臺，全國水利一張圖通過開展相關水利信息資源整合，構建了由基礎設施、數(shù)據資源、服務支撐、業(yè)務應用，以及技術規(guī)范和安全保障組成的一體化應用體系，以提高信息支撐服務能力，提升水行政管理工作效能和科學決策水平?？傮w架構如圖 1 所示。

1.1 建設任務

系統(tǒng)建設完成了以下主要任務：

1）編制了系列技術標準規(guī)范和管理實施辦法。為確保系統(tǒng)的建設質量，按照統(tǒng)一基礎設施、數(shù)據資源、地圖服務、應用支撐、安全保障的原則進行規(guī)范化，圍繞全國水利一張圖編制涵蓋信息分類、數(shù)據組織、產品生產、地圖表達、服務共享、業(yè)務應用、成果更新和安全管理全流程的系列標準規(guī)范和管理辦法，切實保障系統(tǒng)的統(tǒng)一、開放和可擴展。

圖 1 全國水利一張圖系統(tǒng)總體架構圖

2）建設支撐全國水利一張圖集約共享的基礎設施云。在水利部計算資源、存儲資源池化的基礎上，進一步提升資源服務能力，通過全國水利一張圖通用服務的彈性化資源分配，并建立通用服務引擎等公共資源，實現(xiàn)基礎設施層的云計算資源統(tǒng)一管理調配，服務支撐層的服務管理按需資源配給，業(yè)務應用層的多類型應用上云及按需調用。

3）開展以統(tǒng)一數(shù)據模型為核心的多源水利數(shù)據整合。全面分析和詳細梳理各類水利數(shù)據資源之間的相互關系，規(guī)劃數(shù)據資源的組織體系，采用面向對象的水利數(shù)據模型[4]實現(xiàn)水利數(shù)據空間、屬性、關系和元數(shù)據的一體化管理，實現(xiàn)對象編碼和數(shù)據字典的統(tǒng)一，為各業(yè)務應用提供規(guī)范、權威和高效的數(shù)據支撐[5-6]。

4）研發(fā)以統(tǒng)一地圖服務為基礎的應用服務支撐系統(tǒng)。結合各類水利業(yè)務應用中的實際需求，采用面向服務體系架構[7]，研制形成統(tǒng)一的標準化地圖服務，并完成模型管理、服務管理、用戶管理、數(shù)據訪問、目錄服務和數(shù)據交換等功能模塊的開發(fā)，將共享信息資源進行服務加工，實現(xiàn)信息資源服務化整合，提升信息共享服務能力。

5）構建以業(yè)務應用協(xié)同為主線的信息聯(lián)動更新機制。在各業(yè)務領域推動全國水利一張圖的全面應用，并開發(fā)業(yè)務應用門戶將各業(yè)務應用集成到全國水利一張圖上，針對不同業(yè)務應用的業(yè)務流程和數(shù)據特點，在“一數(shù)一源”的基本原則下，通過業(yè)務驅動保障數(shù)據動態(tài)、及時更新，構建共建共享的信息聯(lián)動更新機制，促進數(shù)據的常用常新。

6）建設全國水利一張圖信息的安全保障體系。圍繞全國水利一張圖面臨的安全威脅和保障需求，基于服務模式和運行流程，建立在統(tǒng)一的安全策略下安全管理和技術防護共同組成的安全保障體系。構建縱深防御體系增強抵抗攻擊能力，構建網絡安全態(tài)勢感知平臺提升威脅發(fā)現(xiàn)和預警能力，建立協(xié)同應急響應體系，形成集防御、預警、響應于一體的主動安全防護能力。

1.2 技術成果

系統(tǒng)建設形成了以下主要技術成果：

1）一體化的數(shù)據資源組織與管理體系。結合水利業(yè)務的管理域和行業(yè)應用特點，構建了包含水利基礎、水利專業(yè)、遙感影像、基礎地理和社會發(fā)展等 5 類數(shù)據在內的全國水利一張圖數(shù)據資源組織與管理體系。采用面向對象的方法對水利對象的數(shù)據結構和應用行為進行模擬，通過分析和系統(tǒng)梳理各業(yè)務域所涉及水利對象之間的相互關系，研制了對全要素類水利對象空間、業(yè)務、關系和元數(shù)據等特征一體化組織的水利數(shù)據模型，利用水利數(shù)據模型對水利基礎和專業(yè)數(shù)據進行了有效整合，解決了不同業(yè)務間描述同一對象及其屬性的語義不一致問題，實現(xiàn)了信息由靜態(tài)存儲向動態(tài)過程化管理的轉變，為各類業(yè)務應用提供規(guī)范、權威和高效的數(shù)據支撐，并通過完整記錄基于業(yè)務相關產生的對象間關聯(lián)關系，支持面向不同業(yè)務應用時的關聯(lián)信息服務，為數(shù)據成果的應用服務提供便捷的支撐。

2）智能化的分布式共享服務平臺。結合各水利業(yè)務應用的特點和需求，研發(fā)標準化地圖服務，提出面向業(yè)務應用的地圖服務聚合方法，支撐各業(yè)務根據具體應用場景調用已有服務聚合產生滿足自身需求的地圖服務。根據業(yè)務應用對地圖服務及相關管理服務的使用需求，開發(fā)了地理信息服務的注冊發(fā)布、檢索查詢、申請審批、運行監(jiān)控等全流程管理功能模塊，并將資源管理、用戶管理、數(shù)據訪問、目錄服務、數(shù)據交換等功能進行復用封裝成可以調用的服務。遵守統(tǒng)一的技術規(guī)范，基于服務的調用和再封裝等技術，采用面向服務體系架構研制的共享應用服務平臺，支持將分散在各地、各業(yè)務的專題地理信息服務整合為邏輯上集中，物理上分散的一體化可共享服務資源。實現(xiàn)分布式資源的共享和服務，避免了大量重復開發(fā)，在節(jié)省成本的同時提高了效率。

3）協(xié)同化的水利業(yè)務應用體系。構建了“全國水利一張圖 +”的業(yè)務應用體系，系統(tǒng)梳理了全國水利一張圖中各類數(shù)據涉及的業(yè)務域，分析各類業(yè)務對相應數(shù)據的應用方式和管理模式，基于子職能域逐對象類細化了其空間及業(yè)務特征的業(yè)務應用主體，提出增量數(shù)據自動抽取技術實現(xiàn)對不同業(yè)務過程相應變化信息的及時提取與匯聚，實現(xiàn)全國水利一張圖標準服務與業(yè)務應用數(shù)據處理過程的無縫銜接，保障了服務的持續(xù)優(yōu)化和不斷完善。以全國水利一張圖為基礎對各類水利對象的發(fā)展現(xiàn)狀、管理行為和變化過程進行完整記錄和系統(tǒng)分析，提升了數(shù)據內容的一致性和功能服務的承接性，建立了業(yè)務驅動的信息聯(lián)動更新機制，保證了數(shù)據的常用常新。通過各水利業(yè)務之間的數(shù)據融合和信息流動，以信息流重組推動業(yè)務流優(yōu)化，促進業(yè)務割據向業(yè)務協(xié)同發(fā)展。

2 改版升級

按照打造“權威、現(xiàn)勢、全面、合法、安全、可靠”全國水利一張圖的要求，針對用戶在前期使用過程中反饋的完善建議和應用需求，重點圍繞豐富數(shù)據、強化功能、深化應用、優(yōu)化展現(xiàn) 4 個方面，升級完成了全國水利一張圖（2019 版）。

2.1 改版內容

1）豐富數(shù)據內容。在原有以水利部本級基礎信息為主體數(shù)據內容的基礎上，擴充豐富了實時監(jiān)測、對象關聯(lián)、業(yè)務管理等信息，并共享了長江水利委員會、黃河水利委員會、淮河水利委員會等流域機構的地圖服務，以及 18 個省份的基礎數(shù)據和資源目錄服務，還整合了全景圖、BIM 及其他互聯(lián)網地圖等信息資源，豐富了數(shù)據內容，提升了數(shù)據質量。

2）強化服務功能。通過采用矢量瓦片技術，解決了日益突出的全水利業(yè)務應用中地圖服務個性化定制技術難題，實現(xiàn)了一套地圖服務靈活支撐多個不同業(yè)務，滿足了對地圖表現(xiàn)形式和展示內容的個性化定制需求；新增開發(fā)了糾錯功能，強化了用戶參與度；開發(fā)了歷史信息查詢功能，實現(xiàn)了面向狀態(tài)的信息查詢向面向過程的時態(tài)追蹤轉變。

3）深化業(yè)務應用。整合國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)、國家水資源管理系統(tǒng)、全國河長制管理信息系統(tǒng)、國家地下水監(jiān)測工程、水利督查工作平臺等多個重要系統(tǒng)，實現(xiàn)了統(tǒng)一用戶管理、門戶登錄、功能授權，特別是依托全國河長制管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)了各地業(yè)務系統(tǒng)與全國水利一張圖的動態(tài)更新與同步服務，顯著提升了業(yè)務應用服務的廣度和深度。

4）優(yōu)化系統(tǒng)展現(xiàn)。參照流行的互聯(lián)網頁面風格，結合水利特點進行了界面設計優(yōu)化，按照業(yè)務域劃分不同的展現(xiàn)內容和功能模塊，改善了舊版系統(tǒng)界面展示樣式過于簡單的問題；針對原有系統(tǒng)中各類地圖專題要素分級形式表達單一的問題，按照對象的空間分布規(guī)律和業(yè)務應用特點，對地圖表達方案進行了改進優(yōu)化，提升了系統(tǒng)整體視覺效果。

2.2 升級特點

1）權威。主要包括夯實數(shù)據獲取渠道和完善信息校核機制 2 個方面。夯實數(shù)據獲取渠道是按照“一數(shù)一源”原則，逐類數(shù)據確定了責任單位或部門，以確保數(shù)據內容真實可信；完善校核機制則強調查漏補缺，包括與業(yè)務系統(tǒng)之間的校核反饋、面向用戶的信息糾錯，以及針對汛限水位等重要指標的專項復核等多種措施，進一步提升數(shù)據內容的準確性。

2）現(xiàn)勢。強化對水利基礎數(shù)據和遙感影像數(shù)據的持續(xù)更新，通過利用與河長制、水利督查、綜合統(tǒng)計、注冊登記等多個業(yè)務系統(tǒng)之間的數(shù)據資源整合與應用服務同步，實現(xiàn)了水利基礎數(shù)據的動態(tài)更新，并且相關管理信息的變化在全國水利一張圖中可實時體現(xiàn)；遙感影像數(shù)據則在原有一年一版基礎上結合當前對最新數(shù)據的需求，實現(xiàn)了在線服務的即時更新。

3）全面。通過共享服務接口、接入業(yè)務系統(tǒng)、整合網絡資源等多種方式，實現(xiàn)了數(shù)據范圍由原有水利部本級擴大到涵蓋流域管理機構和省級水利部門，數(shù)據類型由原有基礎信息為主向監(jiān)測、關聯(lián)、管理、多媒體等多種類型信息擴充，數(shù)據來源由原有單一的行業(yè)內向相關行業(yè)及互聯(lián)網資源整合等 3 個方面的轉變，提高了數(shù)據內容覆蓋的全面性。

4）合法。按照《水利工作國家秘密范圍的規(guī)定》、《測繪管理工作國家秘密范圍的規(guī)定》等有關規(guī)定編制了數(shù)據安全應用處理方案，經國務院測繪地理信息主管部門審批同意實施數(shù)據保密技術處理，并依據《基礎地理信息公開表示內容的規(guī)定（試行）》《遙感影像公開使用管理規(guī)定（試行）》《公開地圖內容表示若干規(guī)定》《公開地圖內容表示補充規(guī)定（試行）》等規(guī)范性文件編制地圖，經地圖審核行政審批后獲批取得審圖號，避免出現(xiàn)“問題地圖”。

5）安全。根據用戶權限不同，選用不同強度認證方式，從角色、數(shù)據范圍、功能 3 種維度進行授權管理；集成密碼基礎設施密傳密存重要信息保障關鍵數(shù)據的安全；采取統(tǒng)一服務監(jiān)管方式，實行統(tǒng)一服務授權和監(jiān)控，強化事中和事后的安全管理；特別是建立常態(tài)化信息安全風險評估和網絡安全滲透測試機制，實施網絡安全整改，確保全國水利一張圖安全。

6）可靠。利用水利部云平臺的分布式集群架構和大數(shù)據存儲模式，提高了系統(tǒng)并發(fā)處理能力，進一步優(yōu)化完善了基于 GIS 智能集群的彈性服務策略，實現(xiàn)服務器資源的智能感應和自動擴展，采用資源的彈性分配方式保障系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，從優(yōu)化服務流程和提高服務效率 2 個方面提升了全國水利一張圖服務質量，使系統(tǒng)運行更穩(wěn)定可靠。

3 應用服務

全國水利一張圖于 2009 年啟動建設，2012 年底基本建成后，逐步在國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)、國家水資源管理系統(tǒng)、172 項節(jié)水供水重大水利工程建設與管理系統(tǒng)、全國水利安全生產監(jiān)管信息化工程、全國水域岸線登記管理系統(tǒng)等重大項目建設中開展示范應用；2015 年在全國水利信息化工作會議上正式發(fā)布后，隨之被全面推廣應用到全國河長制管理信息系統(tǒng)、國家地下水監(jiān)測工程、水利督查工作平臺等重要水利信息化建設項目及全國水利系統(tǒng)各級單位。

3.1 服務方式

系統(tǒng)應用服務主要分為日常和應急服務 2 種方式。

1）基本主題、專業(yè)主題和專題分析等日常服務，通過門戶查詢或后臺接口方式實現(xiàn)。基本主題服務支持對各類對象的復合條件查詢、模糊檢索、水利對象數(shù)量和指標的分級統(tǒng)計等，實現(xiàn)快速定位、提取要素個體對象特征數(shù)據，展現(xiàn)分類水利對象及指標的數(shù)量、密度、強度、區(qū)域空間分布特征和規(guī)律；專業(yè)主題服務主要通過集成各業(yè)務模型和方法，獲取水利對象及對象指標的空間分布規(guī)律，分析水利對象之間及與自然、社會、經濟等要素之間的關聯(lián)，重點挖掘未被發(fā)現(xiàn)或突出的業(yè)務聯(lián)系信息；專題分析針對特定業(yè)務需求，通過對空間分析、三維分析、專業(yè)預測預報等模型的定制和柔性編排，為特定業(yè)務需求提供定制化的專題分析服務，為提升水利規(guī)劃能力和決策科學性提供支撐。

2）面向涉水突發(fā)事件的應急信息服務，通過線上標準化服務的線下成果加工處理方式完成。針對突發(fā)應急事件處置時效性要求高的特點，經多次服務應用后形成了一套規(guī)范化數(shù)據分析挖掘方法，下面以處置堰塞湖事件為例介紹流程：首先利用遙感影像快速確定堰塞湖的位置和范圍，并根據數(shù)據源的精度進一步分析提取災害對象的規(guī)模等信息；結合水利基礎數(shù)據庫、災害強度范圍等數(shù)據，快速提取堰塞湖影響區(qū)域內水利對象，并對其數(shù)量和指標進行實時統(tǒng)計匯總，為快速排查提供數(shù)據基礎；結合地形和河湖基礎數(shù)據，分析生成水位—面積—容積曲線，并應用堰塞湖潰壩洪水分析、洪水演進等三維分析方法，為水情預測預報提供重要的數(shù)據支撐；基于水文預報結果，動態(tài)生成相應回水長度、淹沒范圍及其空間搌布，為應急救災決策提供第一手資料。

3.2 應用成效

建設成果的應用有力支撐了各級水利部門的各項業(yè)務工作，提高了我國水利工作的管理水平和決策能力。在 2012 年彝良地震、2013 年黑龍江大洪水、2014 年云南魯?shù)榈卣稹?015 年尼泊爾地震、2016 年長江中下游洪水、2017 年林芝地震等多次涉水突發(fā)事件中，發(fā)生初期有效彌補了地面監(jiān)測信息缺失，應急處置前期提供了常規(guī)手段無法實現(xiàn)的分析預測產品，處置后期有效核實災情，為有效應對突發(fā)水事件提供了重要支撐。

改變了傳統(tǒng)水利“采集方式單一、主要依靠外業(yè)、地圖與業(yè)務分離”的工作局面，推動了“天空地采集一體化、內業(yè)為主外業(yè)為輔、地圖與業(yè)務結合”工作模式的發(fā)展；降低水利業(yè)務的地理信息建設成本，減少數(shù)據和系統(tǒng)的運行維護開銷，有效提高地理信息資源的綜合利用率，經濟效益顯著；規(guī)范了水利行業(yè)地理信息的建設與應用，提升了水利信息資源共享應用水平，促進了橫向跨業(yè)務和縱向跨層級的水利業(yè)務應用協(xié)同，提高了水利業(yè)務管理效能，提升了涉水突發(fā)事件的應急處置能力，全面增強了水利信息化支撐服務能力。

4 結語

全國水利一張圖完善了國家基礎水信息體系，豐富了國家空間數(shù)據基礎設施內容，為全面支撐各類水利業(yè)務應用發(fā)揮了不可或缺的重要作用。在水旱災害防御工作中，為水情監(jiān)測預警和防汛會商提供有力支撐，為堰塞湖等涉水突發(fā)事件應急處置科學決策提供重要依據；在河湖管理工作中，依托全國水利一張圖初步構建“問題巡查—問題詳查—問題核查—整改復查”四查機制，支撐河湖清四亂的問題查、認、改、罰全流程閉環(huán)管理；在農村飲水安全管理工作中，助力信息管理模式從單一報表向屬性空間一體化轉變；在水利督查工作中，實現(xiàn)督查計劃自動生成、督查任務定向推送、督查對象智能導航、數(shù)據在線填報、信息實時匯總和人員動態(tài)可視化管理。

為提升全國水利一張圖的服務能力和應用水平，還需要進一步加大對水利業(yè)務的整合力度，完善全國水利一張圖與更多水利業(yè)務應用之間的數(shù)據聯(lián)動更新機制，提高全面準確的信息支撐服務能力。