河南省南水北調(diào)配套工程運(yùn)行管理數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

莊春意,王子民

(1.河南省南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局，河南 鄭州 450000；2.河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

河南省南水北調(diào)配套工程(以下簡(jiǎn)稱“配套工程”)輸水線路總長(zhǎng)1 000余公里，通過(guò)南水北調(diào)中線工程總干渠39個(gè)口門分水，向南陽(yáng)、平頂山、漯河、周口、許昌、鄭州、焦作、新鄉(xiāng)、鶴壁、濮陽(yáng)和安陽(yáng)等11個(gè)省轄市、40個(gè)縣(市)的95座水廠和6座水庫(kù)供水。通水以來(lái)，截至2021年2月28日，配套工程已累計(jì)供水123.17億m3，受益人口達(dá)2300萬(wàn)人，受水區(qū)城鎮(zhèn)供水“單一性、脆弱性”得到有效化解，配套工程正在發(fā)揮著重要作用。

為保障配套工程運(yùn)行安全，河南省南水北調(diào)工程管理機(jī)構(gòu)已初步形成了飛檢、巡查和稽察三位一體的配套工程運(yùn)行管理監(jiān)督檢查格局，并開發(fā)了配套工程基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)、巡檢智能管理系統(tǒng)和病害防治管理系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“三個(gè)系統(tǒng)”)。三個(gè)系統(tǒng)部署在同一服務(wù)器，并有一定關(guān)聯(lián)性，但三個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)源相對(duì)獨(dú)立，配套工程運(yùn)行管理人員使用過(guò)程中需要分別進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行查詢、對(duì)比，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，使用不夠便捷。

針對(duì)上述問(wèn)題，文章利用多元數(shù)據(jù)融合理論，通過(guò)三個(gè)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)整合，建立配套工程運(yùn)行管理數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)配套工程基礎(chǔ)信息、巡檢管理、病害分布等諸多信息同時(shí)顯示，增強(qiáng)三個(gè)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，進(jìn)一步提高配套工程運(yùn)行管理信息化水平。

1 可視化平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

平臺(tái)總體架構(gòu)概述為三個(gè)部分：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)融合、可視化展示。首先使用地理信息系統(tǒng)技術(shù)(Geographic Information System,GIS)獲取三系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，地理信息系統(tǒng)是服務(wù)于地理信息的空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，它擁有強(qiáng)大的二三維空間數(shù)據(jù)分析、管理、查詢及可視化的能力；在掌握到大量數(shù)據(jù)后使用多元數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，包括屬性數(shù)據(jù)融合以及空間數(shù)據(jù)融合；借助于地理信息系統(tǒng)圖形化的手段，加入完整的ECharts圖形庫(kù)，使用折線圖、柱狀圖、餅圖、K線圖、地理坐標(biāo)圖等圖形，將數(shù)據(jù)分析技術(shù)與圖形技術(shù)相結(jié)合，用圖表方式展示出來(lái)，清晰有效地將分析結(jié)果進(jìn)行解讀和傳達(dá)，為配套工程運(yùn)行管理提供多方位的可視化數(shù)據(jù)支撐。見圖1。

圖1 總體架構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

配套工程運(yùn)行管理數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三個(gè)系統(tǒng)互聯(lián)互通，在地理信息專題圖上清晰地展示出配套工程基礎(chǔ)信息、巡檢信息和病害信息等，便于運(yùn)行管理人員查詢、對(duì)比，操作簡(jiǎn)單，使用便捷。

可視化平臺(tái)所涉及基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，包括地形數(shù)據(jù)、河流數(shù)據(jù)、11個(gè)地市的影像數(shù)據(jù)，各地市行政區(qū)劃、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣級(jí)、市級(jí)中心所在地，鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣、市行政界線和路網(wǎng)數(shù)據(jù)、圖例數(shù)據(jù)等。

可視化平臺(tái)所涉及的專題數(shù)據(jù)分別來(lái)自于三個(gè)系統(tǒng)。其中基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)種的專題數(shù)據(jù)主要包括全省的水系要素(河流、湖泊、水庫(kù))等水系數(shù)據(jù)，南水北調(diào)總干渠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(總干渠位置、分水口門、水廠、現(xiàn)地管理房)，11個(gè)地市配套工程管線數(shù)據(jù)庫(kù)及其附屬物數(shù)據(jù)，以及1∶2 000地形圖數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)閥井、現(xiàn)地管理房、水廠地形圖數(shù)據(jù)等；巡檢智能管理系統(tǒng)中的專題數(shù)據(jù)主要包括管線及附屬設(shè)施的空間位置信息，巡檢人員的實(shí)時(shí)位置信息，巡檢小組在線狀態(tài)信息，巡線問(wèn)題上報(bào)信息等，巡檢系統(tǒng)上報(bào)的問(wèn)題皆會(huì)錄入到病害防治管理系統(tǒng)；病害防治管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源于河南省南水北調(diào)配套工程管理機(jī)構(gòu)的飛檢、巡查、稽察報(bào)告以及巡檢智能管理系統(tǒng)的自動(dòng)導(dǎo)入，專題主要包括病害點(diǎn)空間位置信息，病害點(diǎn)要素信息，病害類型圖例信息，病害問(wèn)題的趨勢(shì)信息，病害問(wèn)題臺(tái)賬信息以及病害問(wèn)題解決方案信息等。

3 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

配套工程運(yùn)行管理數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用平臺(tái)以地理空間數(shù)據(jù)、配套工程基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以配套工程巡檢智能管理系統(tǒng)、病害防治管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)為核心，以可視化應(yīng)用一張圖為主要方式，最終將配套工程運(yùn)行管理數(shù)據(jù)直觀地展示給用戶；基于配套工程輸水管線及構(gòu)筑物、巡檢情況、工程病害等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整合?？梢暬瘧?yīng)用平臺(tái)頁(yè)面如圖2所示。

圖2 可視化應(yīng)用平臺(tái)頁(yè)面圖

多元數(shù)據(jù)融合在配套工程運(yùn)行管理數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用平臺(tái)中的使用體現(xiàn)在融合三個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)源于一體，對(duì)可視化平臺(tái)數(shù)據(jù)源進(jìn)行預(yù)處理，提取出配套工程基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)的要素信息，提取巡檢智能管理系統(tǒng)和病害防治管理系統(tǒng)的病害點(diǎn)信息，把要素信息和病害點(diǎn)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，定制相應(yīng)二維符號(hào)庫(kù)。多元數(shù)據(jù)融合流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)融合流程圖

首先獲取三個(gè)系統(tǒng)的所有要素信息getAllElement()以及病害點(diǎn)數(shù)據(jù)getAllInspectionPoint()，以地理信息專題圖為主要展示形式，在地理信息專題圖展示分水口門、輸水管線等基礎(chǔ)信息要素的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)服務(wù)器上動(dòng)態(tài)加載配套工程病害點(diǎn)的空間信息與屬性信息并通過(guò)格式轉(zhuǎn)換format2Json()獲取病害點(diǎn)數(shù)據(jù)getAttributes()和空間數(shù)據(jù)getCoordinate()，根據(jù)病害等級(jí)、數(shù)量及整改狀態(tài)生成不同的地圖點(diǎn)狀要素generateSybol()，并根據(jù)病害點(diǎn)地理坐標(biāo)確定病害點(diǎn)在地圖上的位置生成空間位置要素createPoint()。把所有的點(diǎn)狀要素與空間位置要素作為數(shù)據(jù)源，創(chuàng)建病害點(diǎn)要素圖層createFeatureLayer()，同時(shí)以基礎(chǔ)信息輸水管線以及附屬設(shè)施生成的空間位置要素pipelineSybol()創(chuàng)建基礎(chǔ)信息要素圖層createFeatureLayer1() 相結(jié)合，并添加到地圖上進(jìn)行圖層渲染addLayer2Map()，達(dá)到數(shù)據(jù)融合并展示的效果。

配套工程基礎(chǔ)信息情況主要包括全省范圍內(nèi)分水口門、輸水管線、閥井、現(xiàn)地管理房、泵站、受水水廠等相關(guān)信息。巡檢情況主要包括當(dāng)日巡檢發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題缺陷個(gè)數(shù)，以及發(fā)現(xiàn)的具體時(shí)間、輸水管線線路名稱、對(duì)應(yīng)分水口門、具體問(wèn)題描述以及病害等級(jí)等。通過(guò)類表格的形式把諸多重要信息逐條呈現(xiàn)出來(lái)，為了解當(dāng)日巡查情況提供非常直觀信息，且與地理信息專題圖相結(jié)合，為解決這些巡查過(guò)程當(dāng)中遇到的病害問(wèn)題提供準(zhǔn)確的位置。病害信息情況由工程部件病害分布圖、年度病害分布圖、各地市病害分布圖構(gòu)成的病害情況查閱功能，將數(shù)據(jù)按照年份、地市、病害等級(jí)三種類型進(jìn)行劃分，把數(shù)據(jù)以柱狀圖和折線圖的形式展現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比清楚地了解到數(shù)據(jù)的走勢(shì)，對(duì)數(shù)據(jù)走勢(shì)進(jìn)行分析制定合理的解決方案。同時(shí)集成病害篩選算法，自動(dòng)錄入巡檢智能管理系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的病害點(diǎn)信息，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新。

配套工程運(yùn)行管理數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用平臺(tái)對(duì)病害數(shù)據(jù)按不同方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)成為走勢(shì)圖、餅狀圖和柱狀圖，從不同角度實(shí)現(xiàn)工程部件病害查詢、年度病害分布、各地市病害分布、缺陷問(wèn)題分析等，為后期針對(duì)性整改提供技術(shù)支撐。

目前，三系統(tǒng)已在全省推廣應(yīng)用，配套工程運(yùn)行管理數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用平臺(tái)嵌套于病害防治管理系統(tǒng)內(nèi)，為配套工程安全運(yùn)行提供強(qiáng)有力的信息化保證，為病害整改奠定了歷史處理辦法基礎(chǔ)，為后期病害防治提供了數(shù)據(jù)支撐。配套工程運(yùn)行管理數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用正在也將持續(xù)發(fā)揮重要作用。

4 結(jié)語(yǔ)

信息時(shí)代大數(shù)據(jù)逐步改變著世界運(yùn)行模式，云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的迅速發(fā)展，使得人們?cè)絹?lái)越注重實(shí)用性與效率性。目前多元數(shù)據(jù)融合技術(shù)相對(duì)成熟，通過(guò)分析獲取到的所有信息全部綜合到一起，并對(duì)信息進(jìn)行整合，吸取不同數(shù)據(jù)源的特點(diǎn)，提取出統(tǒng)一的更豐富的信息。多元數(shù)據(jù)融合的第一步要保證數(shù)據(jù)選擇的正確性，盡量選擇出合適的數(shù)據(jù)對(duì)象來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，如果數(shù)據(jù)對(duì)象選擇錯(cuò)誤將直接影響到多元數(shù)據(jù)的后期融合效果。其次，對(duì)選擇數(shù)據(jù)源進(jìn)行預(yù)處理，以免未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)在多元融合時(shí)影響到融合效果。

文章首先簡(jiǎn)述了配套工程運(yùn)行管理數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用平臺(tái)采用多元數(shù)據(jù)融合的理論，在三個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源中提取有關(guān)聯(lián)的要素信息，對(duì)所提取到的信息進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式融合，融合之后分別生成不同類型的數(shù)據(jù)點(diǎn)和要素點(diǎn)，對(duì)要素點(diǎn)和數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行空間位置要素的整理；然后創(chuàng)建要素圖層，把這些空間位置數(shù)據(jù)在地圖中渲染出來(lái)；最后得出用戶可見的視覺(jué)效果，達(dá)到數(shù)據(jù)可視化的目的。