孫大鵬

(丹東市振安區(qū)應(yīng)急事物管理服務(wù)中心，遼寧 丹東 118000)

0 引 言

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，水利智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化逐漸成為未來發(fā)展趨勢。水利信息化就是利用現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)水利工程的智能化、信息化管理，通過促進(jìn)資源優(yōu)化配置、信息實(shí)時(shí)共享、信息資源的有效利用以及深入挖掘等提高應(yīng)急決策的科學(xué)性。新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)滲透促進(jìn)了“智慧水利”的形成與發(fā)展，進(jìn)一步提高了水利信息化程度?！爸腔鬯币?S、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)等科技手段為依托，實(shí)現(xiàn)水利信息的共享、應(yīng)用、管理、儲存及采集，建成比較完善的信息化管理體系和智能化、標(biāo)準(zhǔn)化水利應(yīng)用管理平臺，有效促進(jìn)了水利現(xiàn)代化建設(shè)和水利綜合管理能力的提升[1]。

將地理信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的一種Web GIS新型技術(shù)，能夠利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照一定的運(yùn)行機(jī)制發(fā)布、管理、組織多源異構(gòu)的空間地理數(shù)據(jù)，提供統(tǒng)計(jì)分析、專題查詢及空間數(shù)據(jù)瀏覽等功能，實(shí)現(xiàn)信息輔助鞠策和操作共享[2]。文章以丹東市為例，結(jié)合Web GIS技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了智慧水利信息平臺。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 總體框架

在充分整合現(xiàn)有軟件系統(tǒng)與硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上搭建的水利信息平臺架構(gòu)體系，應(yīng)力求結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化，包括運(yùn)營管理層、應(yīng)用層、認(rèn)證層、接口層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)管理層和儲存層等，總體框架如圖1所示。其中，運(yùn)營管理層包括統(tǒng)計(jì)分析、日志管理、服務(wù)管理、安全管理等，主要是針對整個(gè)軟件、數(shù)據(jù)、硬件的運(yùn)行管理；應(yīng)用層包括水利視頻管理、采砂管理、水利工程管理、水資源管理、智慧水利一張圖等子系統(tǒng)，主要是提供面向用戶的應(yīng)用系統(tǒng)層；訪問控制層主要是設(shè)計(jì)統(tǒng)一的認(rèn)證機(jī)制、用戶管理實(shí)現(xiàn)對用戶的安全管控，以統(tǒng)一認(rèn)證接口向軟件、信息及數(shù)據(jù)等提供服務(wù)；接口層包括水資源數(shù)據(jù)、水土保持?jǐn)?shù)據(jù)、水雨情數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、水利工程數(shù)據(jù)等服務(wù)接口，主要是依賴于服務(wù)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)操作的一系列接口；服務(wù)層是對外部數(shù)據(jù)利用信息和數(shù)據(jù)服務(wù)引擎實(shí)現(xiàn)其服務(wù)功能，即服務(wù)封裝數(shù)據(jù)的層；數(shù)據(jù)管理層包括數(shù)據(jù)入庫、編輯、更新、轉(zhuǎn)換、導(dǎo)出、編輯等操作，即數(shù)據(jù)管理的操作層；數(shù)據(jù)存儲層包括水資源、水土保持、水雨情、水文、空間、工程項(xiàng)目等數(shù)據(jù)，這是物理存儲數(shù)據(jù)庫的層[3-5]。

圖1 總體框架

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1)Web GIS。這是一項(xiàng)對傳統(tǒng)GIS利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來優(yōu)化與完善的新興技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)共享及操作空間信息的核心，就是利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)布及管理Internet情景下的空間信息[6]?；贐/S架構(gòu)的Web GIS能夠?qū)崿F(xiàn)分布式系統(tǒng)部署，利用因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端之間的互通互聯(lián)[7]。通過Web瀏覽器，用戶登錄客戶端可以分析、檢索各種空間以及訪問不同服務(wù)器上發(fā)布的空間數(shù)據(jù)。

2)Web GL。該技術(shù)能夠在Web瀏覽器直接進(jìn)行3D圖形渲染，該過程無需加裝專用渲染插件且可作為輕量級3D繪圖標(biāo)準(zhǔn)，可增加綁定Java Script實(shí)現(xiàn)與Open GLES2.0的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)3D加速渲染以及三維系統(tǒng)開發(fā)與跨平臺應(yīng)用[8]。

3)Boot strap前端框架。這是一種集JS、CSS、HETM于一體的比較受環(huán)境的開源響應(yīng)式UI框架，能夠促使前端開發(fā)更加簡單快捷、簡潔靈活，可以解決頁面兼容性問題以及讓所有開發(fā)者都能快速上手。在Boot strap的支持下，按照同一份代碼網(wǎng)站與應(yīng)用就能夠有效、快速地試配手機(jī)、平板、電腦設(shè)備，在不同分辨率、不同終端設(shè)備下使一個(gè)網(wǎng)頁可以自動(dòng)調(diào)整布局，真正實(shí)現(xiàn)跨平臺自適應(yīng)以及最優(yōu)客戶端顯示效果。

4)E Charts圖表庫。E Charts是一款以HTML5 Canvas為基礎(chǔ)的可視化開源開發(fā)框架，以輕量級的矢量圖形庫Z Render為底層提供可視化數(shù)據(jù)圖表。值域漫游、新型數(shù)據(jù)視圖及拖拽重計(jì)算等明顯提高了用戶體驗(yàn)，通過設(shè)置配置項(xiàng)能夠控制視覺效果和數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)形式，這提高了用戶整合、挖掘數(shù)據(jù)的能力，E Charts和大數(shù)據(jù)時(shí)代來臨給數(shù)據(jù)圖表的重新定義提供了有效工具[9]。

5)Spring Boot后端框架。Spring Boot作為約定大于配置簡化Spring開發(fā)的框架，可通過去繁就簡更快的上手Spring開發(fā)，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)Spring項(xiàng)目的獨(dú)立運(yùn)行和主流框架的快速創(chuàng)建，嵌入式Servlet容器的應(yīng)用解決了以往打包war的問題；②starters和自動(dòng)配置，能夠自動(dòng)控制版本以及簡化開發(fā)，同時(shí)也可結(jié)合實(shí)際需要修改默認(rèn)值；③無生成代碼且無需配置xml，開箱即可投入使用；④天然集成了云計(jì)算，且運(yùn)行準(zhǔn)生產(chǎn)環(huán)境時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用的監(jiān)控[10-11]。

2 平臺設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

2.1 水利視頻管理子系統(tǒng)

水利視頻管理子系統(tǒng)作為自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充，能夠?qū)崿F(xiàn)少人值守、無人值班的目標(biāo)，其設(shè)計(jì)功能如下：

1)遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控中心能夠遠(yuǎn)程監(jiān)看各個(gè)單位的監(jiān)控圖像，對遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)的各種報(bào)警信號、聲音、圖像等實(shí)現(xiàn)簡便、快速地的控制和回訪，可以同步監(jiān)控多畫面、多路實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)視頻，以及提供視頻多通道點(diǎn)播的功能。

2)錄像管理。根據(jù)報(bào)警時(shí)間、通道、信息、指定設(shè)備等，用戶能夠快速檢索集中存儲于設(shè)備和存放在NVR、DVR中的海量錄像數(shù)據(jù)。系統(tǒng)支持圖像抓拍、進(jìn)度施放、畫面暫停、逐幀播放、快慢或正常播放、錄像文件批量下載等操作，提供同步回放4路錄像文件的服務(wù)功能，并可在客戶端本地磁盤上下載備份NVR、DVR和中心存儲服務(wù)器上的視頻錄像文件[12]。

該系統(tǒng)可將分散、獨(dú)立的視頻監(jiān)測點(diǎn)位利用寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、同網(wǎng)段的資源共享、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理和監(jiān)控，為決策者提供直觀管理空間，其聽覺和視覺覆蓋范圍更加的廣泛，實(shí)現(xiàn)更加安全高效的生產(chǎn)、調(diào)度運(yùn)行以及可視化監(jiān)控。

2.2 采砂管理子系統(tǒng)

采砂管理子系統(tǒng)綜合應(yīng)用了地理信息系統(tǒng)GIS、數(shù)據(jù)庫、Web、數(shù)碼攝像DC、無線傳輸數(shù)據(jù)GPRS、傳感器和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)，結(jié)合河道采砂管理部門的實(shí)際情況和丹東市管轄區(qū)內(nèi)河道采砂船動(dòng)態(tài)監(jiān)控的需求，基于Web GIS設(shè)計(jì)數(shù)字信息輸入輸出、可視化、存儲、傳輸、處理、采集的軟硬件技術(shù)平臺，其設(shè)計(jì)功能如下：

1)采砂船管理。對被監(jiān)控船舶的位置信息實(shí)現(xiàn)24h連續(xù)不斷的監(jiān)控、傳輸，通過報(bào)警發(fā)送、定時(shí)發(fā)送、形態(tài)設(shè)置、船舶點(diǎn)名查看等方式獲取動(dòng)態(tài)或靜態(tài)數(shù)據(jù)信息。對于采砂船的所屬采砂區(qū)、采砂許可證、作業(yè)方式、抓斗容量、吸砂管徑、采砂功率、船名等屬性信息，管理者可以利用該系統(tǒng)進(jìn)行查看，同時(shí)還可回放或查詢傳播的歷史行程。

2)采砂區(qū)管理。在電子地圖中可以繪制禁采區(qū)，即報(bào)警區(qū)域，控制中心會自動(dòng)對進(jìn)入報(bào)警區(qū)域的船舶報(bào)警，向管理人員及時(shí)發(fā)出提示。

總體而言，該系統(tǒng)的運(yùn)行能夠切實(shí)改善河道采砂管理情況，以便利的管理功能提高采砂管理的工作效率。

2.3 水利工程管理子系統(tǒng)

通過整合水利工程其它的一些相關(guān)信息以及數(shù)據(jù)庫形成了工程管理子系統(tǒng)，其功能設(shè)計(jì)如下：

1)項(xiàng)目管理。對所有建設(shè)項(xiàng)目以地圖POI的形式實(shí)現(xiàn)管理和快速查詢定位，提供項(xiàng)目進(jìn)度展示和項(xiàng)目對應(yīng)基本信息查看等功能。

2)資料管理。采取圖表、聲像、文字的方式收集與保存有價(jià)值的水利工程文件資料，可以電子歸檔工程項(xiàng)目資料，整體把握工程建設(shè)情況，按照權(quán)限員工可以取用歸檔后的資料，對核心資料從單位層面實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管控。

3)資金管理?？茖W(xué)管理資金撥付審核、使用、資金來源等情況，可對項(xiàng)目計(jì)劃、資金使用情況及資金信息等快速查詢，并統(tǒng)計(jì)分析有關(guān)數(shù)據(jù)。

綜上分析，該系統(tǒng)提供了資金、資料以及項(xiàng)目管理的功能，有效提高了工程管理水平和用戶工作效率。

2.4 水資源管理子系統(tǒng)

水資源管理子系統(tǒng)可以提供統(tǒng)一的水資源業(yè)務(wù)管理及水資源信息服務(wù)基礎(chǔ)框架，該綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集平臺和水資源網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為依據(jù)，其功能設(shè)計(jì)如下：

1)綜合信息管理。通過合理組織水資源決策與管理過程中的各種信息，如水源地、水功能區(qū)、節(jié)約用水、計(jì)劃用水、地下水、水費(fèi)征收、取水許可、水情、雨情等信息，對各類水利要素實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理和查詢，如所在河流、所在形成區(qū)、名稱、空間位置分布等基本信息，提供查詢、定位、預(yù)覽和展示地圖等功能。

2)智能檢測預(yù)警。通過設(shè)置預(yù)警閾值實(shí)現(xiàn)轄區(qū)內(nèi)水資源的智能監(jiān)控，及時(shí)預(yù)警、及時(shí)排查水質(zhì)、水位、水量相關(guān)參數(shù)超標(biāo)以及超量取排水等問題，進(jìn)一步提高水源管理能力。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水費(fèi)征收、渠道、水廠、水利風(fēng)景區(qū)、水庫水源地、水功能區(qū)及取水許可等業(yè)務(wù)的精細(xì)化管理，生態(tài)下泄流量監(jiān)控及水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測更加完善，并形成了物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備將采集的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)傳遞至終端平臺，通過智能計(jì)算實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測預(yù)警和水資源監(jiān)管能力的提升。

2.5 水利一張圖子系統(tǒng)

水利一張圖子系統(tǒng)是以水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過對新建系統(tǒng)和現(xiàn)有系統(tǒng)需求的梳理提供統(tǒng)一的技術(shù)框架和運(yùn)行環(huán)境，為系統(tǒng)的集成建設(shè)以及水利業(yè)務(wù)活動(dòng)的開展提供通用應(yīng)用服務(wù)和地圖載體，從而為信息共享及數(shù)據(jù)資源整合提供運(yùn)行平臺。

1)空間信息服務(wù)。權(quán)威地理信息數(shù)據(jù)共享是水利一張圖最基本的服務(wù)，可為數(shù)據(jù)交換共享、系統(tǒng)應(yīng)用、項(xiàng)目落實(shí)等提供依據(jù)或精確定位。采用普通瀏覽器辦事人員即可實(shí)現(xiàn)對各部門基礎(chǔ)地理信息資源的在線查詢、瀏覽，如水利工程、水文、基礎(chǔ)地形等數(shù)據(jù)。

2)信息匯聚。以水利一張圖為載體疊加社會經(jīng)濟(jì)、水土保持、水資源、工情、水雨情、水文、基礎(chǔ)水利工程和基礎(chǔ)空間等數(shù)據(jù)庫，以實(shí)現(xiàn)分析、查詢、匯集、采集水利相關(guān)數(shù)據(jù)等功能。在水利一張圖的基礎(chǔ)上疊加業(yè)務(wù)應(yīng)用圖、專題圖，以實(shí)現(xiàn)二維、三維一體的水利數(shù)據(jù)可視化展示。

通過全面建設(shè)水利一張圖能夠最大限度的提升水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)成果的直觀性及其利用率，通過封裝不同格式數(shù)據(jù)所需的屬性查詢、定位查詢、統(tǒng)計(jì)分析、空間分析、專題圖件發(fā)布、圖形預(yù)覽等地理信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)模型化、組件化、服務(wù)化專題業(yè)務(wù)模塊管理，以標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)共享服務(wù)機(jī)制和信息化促進(jìn)管理精細(xì)化，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)和信息共享。

3 結(jié) 論

水利信息化建設(shè)在“強(qiáng)監(jiān)管、補(bǔ)短板”的總基調(diào)下顯得更加重要，文章以丹東市為例，全面闡述了“智慧水利”的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及構(gòu)建思路，建立了集智能化、信息化、數(shù)字化、可視化于一體的綜合管理體系，為提升丹東市水利行業(yè)監(jiān)管能力以及促進(jìn)水利信息化發(fā)展提供技術(shù)支持。這主要體現(xiàn)在：通過數(shù)字化整合轄區(qū)內(nèi)水利數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)、信息數(shù)據(jù)的三維應(yīng)用展示和統(tǒng)一管理，為提高信息綜合應(yīng)用與共享水平、實(shí)現(xiàn)水資源精細(xì)化管理等奠定基礎(chǔ)；對重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)監(jiān)控點(diǎn)利用物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控，通過告警提示超警戒值區(qū)域，有利于管理者高效、快速、及時(shí)地指揮調(diào)度和處理應(yīng)對提供。