基于WebGIS的安全環(huán)境大數據應用平臺設計與實現(xiàn)

蔡明月，覃 磊，宋建慧

（1.2，南寧局集團公司信息技術所，工程師；3.南寧局集團公司科技和信息化部（總工室），高級工程師；1.2.3，廣西 南寧 530029）

近年來，隨著地方經濟發(fā)展，鄰近鐵路的施工、生產、耕種、養(yǎng)殖等活動增多，給鐵路行車安全帶來風險，路外安全環(huán)境復雜多變［1］。中國鐵路南寧局集團有限公司（以下簡稱：南寧局）目前涉及鐵路防洪和路外安全環(huán)境的信息量逐年呈指數增長，導致查詢和數據分析工作量大、工作效率低等問題。特別是在發(fā)生突發(fā)事件應急處置時，往往難以快速、全面地掌握安全環(huán)境信息，嚴重影響應急處置效率［2］。

本文以鐵路總公司和南寧局科技防洪規(guī)劃為指引，針對目前安全環(huán)境變化應急處置效率低、數據維護難度大、信息資源難以共享互通等實際問題，設計并實現(xiàn)了一套以WebGIS 技術和大數據分析應用為核心的安全環(huán)境信息系統(tǒng)，能夠及時、全面、快速掌握防洪和路外安全環(huán)境信息，達到為日常管理、突發(fā)事件應急處置、風險研判提供大數據支撐和決策支持的目的。

1 系統(tǒng)設計

1.1 設計思路按照南寧局建立“防洪”和“環(huán)境”兩張網工作部署，所設計的系統(tǒng)采用WebGIS技術、大數據分析及挖掘、內外網數據交換等應用技術［3］，建立基于WebGIS 技術的安全環(huán)境大數據應用平臺，提升各專業(yè)基礎數據管理應用水平。

1）制作南寧局管轄范圍內基礎電子地圖。采用圖層疊加技術，分專業(yè)、分類別管理相關數據信息，逐步拓展應用范圍。

2）建立與電子地圖相適應的安全環(huán)境大數據庫。包括地圖基礎信息、設備臺賬、圖像視頻資料，巡檢記錄和防災數據等內容，設計數據信息的采集方式和存儲格式，實現(xiàn)大數據信息的集中存儲。

3）建立基于WebGIS 技術的大數據應用平臺，實現(xiàn)數據采集、跟蹤、分析、預警提示和可視化管理。

1.2 系統(tǒng)總體架構安全環(huán)境信息系統(tǒng)主要面向南寧局、站段兩級，涵蓋工務、電務、供電等10 個專業(yè)，系統(tǒng)使用單位和人員較多，辦公地點分散。因此，在系統(tǒng)架構上設計采用“瀏覽器/服務器”模式（即B/S 模式）構建，整個系統(tǒng)運行以內部辦公網絡為載體，采用分布式結構設計。系統(tǒng)提供WEB、數據庫服務和WebGIS 地圖訪問服務［4］。各相關單位用戶通過瀏覽器進行業(yè)務處理和對數據庫服務器中的數據進行讀取、存儲。

1.3 主要功能將各種防洪基礎數據、路外安全環(huán)境等信息集成到系統(tǒng)中，實現(xiàn)對防洪和路外安全環(huán)境信息的快速查詢，具備統(tǒng)計分析、動態(tài)監(jiān)控、信息共享功能。系統(tǒng)功能模塊結構圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)功能模塊結構圖

系統(tǒng)主要功能簡述如下：

1）環(huán)境可視化。系統(tǒng)以可視化電子地圖作為界面交互的基礎，各類設備設施以圖層的方式疊加。系統(tǒng)提供圖層的縮放、平移、點選、勾選功能，實現(xiàn)圖層的顯示和隱藏；提供關鍵字搜索功能快速檢索定位設備位置；同時，數據關聯(lián)橋梁及應急等級，實現(xiàn)智能聯(lián)動響應功能。

2）信息查閱。信息查閱主要包括設備資料、規(guī)章制度、安全管理信息展示功能。通過點選電子地圖上的設備圖標打開，界面統(tǒng)一展示設備設施的資料參數、實景照片和現(xiàn)場視頻等。

3）數據維護。數據維護模塊是數據采集的原點，用于更新維護各類設備設施的資料。系統(tǒng)提供設備設施的數據維護、搜索功能，提供了數據維護動態(tài)預警提示功能，用紅、黃、藍等不同顏色分別預警數據的超期維護、待審核、超期審核、缺漏數據、缺少圖片等不同狀態(tài)。

4）巡檢登記。巡檢登記模塊基于微信企業(yè)號實現(xiàn)，在微信企業(yè)號上部署外勤巡檢作業(yè)單應用。應用提供站段外勤巡檢人員創(chuàng)建、查詢巡檢記錄的功能。同時，通過微信端預警信息提供聲光效果的報警提示，便于上級部門及時掌握現(xiàn)場設備設施健康狀況。

（5）聯(lián)網共享。聯(lián)網共享包括跨平臺數據共享和雨量數據接入兩部分。主要實現(xiàn)氣象專網、普鐵雨量、地震應急等多個信息系統(tǒng)平臺數據在線共享［5］，同時在系統(tǒng)的雨量計設備資料展示界面中以圖表形式展現(xiàn)。

2 關鍵技術

2.1 地圖框架前端技術地圖前端技術主要包括地圖的展現(xiàn)及人機交互的設計，網站開發(fā)編碼依托HTML5+Javascript+Ajax 的體系結構作為解決方案，地圖操作使用ArcGIS API for JavaScript+Dojo的開發(fā)工具，系統(tǒng)頁面采用了EasyUI的界面框架［6］，具備如下特點：

系統(tǒng)地圖前端采用基于WebGIS 的地圖動態(tài)圖技術，通過使用ArcGIS API for JavaScript 工具和Dojo 框架，實現(xiàn)了具有自主知識產權的適用于鐵路特征的前端地圖框架。該框架向外界提供了豐富的接口，可以方便地顯示鐵路防洪和路外安全環(huán)境相關的各種地圖元素，包括鐵路線、車站、江河水系、橋梁、防洪地點等業(yè)務信息；也可以方便、直觀地顯示各種查詢、統(tǒng)計信息。

2.2“分層疊加”圖層實現(xiàn)技術“分層疊加”的優(yōu)勢在于圖層的維護具有獨立性，任何一個圖層的修改都不會影響其他圖層使用，易于維護［7］。同時具有較強的擴展性，當有新安全環(huán)境設備設施正式應用時，系統(tǒng)通過增加新圖層的方式在最短的時間內更新地圖數據，使得在系統(tǒng)中的地圖數據和實際線路上的設備設施保持一致。

系統(tǒng)按照“分層疊加”圖層的設計思想，一種設備設施對應一個圖層的方式進行開發(fā)，將圖層加入到“鐵路局安全環(huán)境電子地圖”服務中，以此解決業(yè)務數據與地圖相結合的難題。每個子類別在地圖上使用不同的圖標表示，用戶根據需要勾選需要顯示的圖層，即保證了界面的美觀又保證了運行的高效。如圖2所示。

2.3 基于安全平臺的內外網數據交換技術按照鐵路總公司業(yè)務系統(tǒng)內外網信息安全交換設計、開發(fā)及部署的要求，系統(tǒng)在內網架設安全環(huán)境系統(tǒng)內網服務器，用戶通過指定端口號訪問內網服務器資源。同時，配置外網服務器，分配互聯(lián)網IP 地址作為外網地址映射。內網服務器通過安全平臺以固定頻率向外網服務器發(fā)送資源請求，外網服務器接收請求信息，以二進制流形式進行封裝后，穿越安全平臺返回內網服務器。內網服務器數據接收程序接收信息并向外網服務器返回響應。

安全平臺內網服務器數據采集程序，將內網中的設備信息封裝成二進制流，穿越安全平臺向外網服務器發(fā)送http請求。外網服務器收到此請求后對此信息進行處理和入庫，并向內網服務器返回響應。系統(tǒng)網絡架構如圖3所示。

3 系統(tǒng)應用效果

該平臺已在南寧局管轄范圍內投入使用，實現(xiàn)了智能化聯(lián)動查詢和預警。包括江河水系聯(lián)動展示所影響的鐵路橋梁，防洪防臺應急響應等級聯(lián)動展示所影響的鐵路線路區(qū)域，能夠及時提醒相關設備管理單位進行數據維護。各試點單位通過報警提示，及時完善了93 個數據圖層、106 萬條數據，確保數據的真實性、準確性。如圖4所示。

圖5 應用效果圖

此外，系統(tǒng)拓展微信平臺外勤業(yè)務新模式。外勤人員現(xiàn)場檢查的設備狀況、圖像信息等用微信方式通過南寧局網絡安全平臺即時回傳系統(tǒng)。能夠對現(xiàn)場設備檢查情況進行盯控，督促相關單位按周期對設備進行巡檢，同時能及時將現(xiàn)場巡檢信息回傳系統(tǒng)，方便日常維護。

例如，在2017 年3 月28 日至29 日防洪應急演練、7月1日湘桂線全州至才灣間水沖道床水害、7月2日湘桂線柳江橋防洪應急響應、7月3日貨船撞擊益湛線石良角潯江特大橋橋墩、7 月15 日河池南丹4.0 級地震，8 月3 日湘桂線K303+820 上跨線纜侵限、8 月9 日防臺應急演練等29 次應急處置、演練中，均能通過系統(tǒng)快速調閱了相關設備的地理位置、資料參數、影音圖像等信息，通過與其他系統(tǒng)信息共享和智能化管理的功能，能夠在應急處置中提供大數據的支撐和決策的支持。

4 結束語

南寧局安全環(huán)境大數據應用平臺是以大數據分析為前提，以提升防洪安全應急處置水平為目的，實現(xiàn)基礎數據可視化管理，形成統(tǒng)一管理標準，達到“數據完整，權責清晰，智能簡便”的應用效果。該平臺在后續(xù)研究和版本迭代開發(fā)過程中，將進一步深入研究站段具體需求，不斷完善監(jiān)控數據類型，逐步拓展大數據應用范圍，有效推動鐵路局安全環(huán)境管理向著平臺化、可視化、智能化方向發(fā)展。