水利空間規(guī)劃一張圖平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊楚驊，徐 兵，陳裕兵，張 波，蔣毛席

(1.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610；2.廣州珠源信息技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510610；3.貴州省水利廳，貴州 貴陽 550002；4.貴州省黔中水利樞紐工程建設(shè)管理局，貴州 貴陽 550081)

2019年5月9日，中共中央國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于建立國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見》，將主體功能區(qū)規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃等融合為統(tǒng)一的國土空間規(guī)劃，這項(xiàng)工作是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、建設(shè)美麗中國的關(guān)鍵舉措。水作為山水林田湖草生命共同體的一個(gè)重要要素，是國土空間規(guī)劃中生態(tài)空間的重要組成之一[1]。水利規(guī)劃與國土空間規(guī)劃融合勢在必行，而近年來隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國水利規(guī)劃管理部門編制了大量的戰(zhàn)略規(guī)劃、發(fā)展規(guī)劃、綜合規(guī)劃、專業(yè)規(guī)劃和專項(xiàng)規(guī)劃[2]，使得規(guī)劃資料的統(tǒng)籌、流通、共享困難，阻礙了科學(xué)執(zhí)行規(guī)劃決策在流域、區(qū)域中的實(shí)現(xiàn)[3-4]。

隨著全國水利一張圖在2015年全國水利信息化工作會議上正式發(fā)布，并于2019年12月重點(diǎn)圍繞豐富數(shù)據(jù)、強(qiáng)化功能、深化應(yīng)用、優(yōu)化展現(xiàn)等方面升級完成，全面推廣到全國各級水利部門，有力促進(jìn)了信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)的深度融合[5-6]。2017年盧丹丹等[7]在武漢市長江新城規(guī)劃建設(shè)中構(gòu)建了長江新城規(guī)劃建設(shè)管理一張圖平臺，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃審批、招商落戶和建設(shè)統(tǒng)籌的階段性生命周期閉合管理，有效提升了政府管理效能，真正意義上發(fā)揮了政府在規(guī)劃、招商與建設(shè)中的統(tǒng)籌管理和協(xié)調(diào)作用。2020年曹帥等[8]構(gòu)建省級水利一張圖，并結(jié)合搜索引擎、工作流、資源目錄、云計(jì)算等技術(shù)，擴(kuò)展了OGC服務(wù)接口和能力，實(shí)現(xiàn)了省內(nèi)各級空間數(shù)據(jù)共享。薄偉偉等[9]在“黃河一張圖”建設(shè)中對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成建庫、水利數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)、電子地圖設(shè)計(jì)制作與發(fā)布等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，初步形成了流域一張圖技術(shù)體系。而將一張圖應(yīng)用在水利規(guī)劃“編制-實(shí)施-后評估”全流程管理中還處于探索階段。

1 總體思路與目標(biāo)

1.1 總體思路

在新的國土空間規(guī)劃體系下，需要整合空間資源、統(tǒng)一工作底圖，構(gòu)建流域、區(qū)域統(tǒng)一的坐標(biāo)體系和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，形成水利空間規(guī)劃一張圖，有效解決各類規(guī)劃參考不同、標(biāo)準(zhǔn)不同、相互不銜接等問題，減少規(guī)劃的矛盾性、差異性，樹立規(guī)劃的權(quán)威性[10-12]。采用多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)匯集與特征提取技術(shù)建設(shè)“歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)勢數(shù)據(jù)”同步[13]的水利空間規(guī)劃數(shù)據(jù)庫，收集整編基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、流域規(guī)劃和控制性規(guī)劃等成果，根據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)形成水利空間規(guī)劃藍(lán)圖，作為水利空間規(guī)劃底板數(shù)據(jù)，構(gòu)建水利空間規(guī)劃一張圖平臺，形成統(tǒng)一的水利規(guī)劃編制和入庫流程，保證水利規(guī)劃成果協(xié)同性和銜接性。最終為建立統(tǒng)一的空間規(guī)劃體系，實(shí)現(xiàn)“一張藍(lán)圖干到底”[14]提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

1.2 建設(shè)目標(biāo)

利用大數(shù)據(jù)、3S、VR等新一代信息技術(shù)整合匯集多源、多維度、多時(shí)態(tài)歷史與現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，將水利各類規(guī)劃進(jìn)行統(tǒng)一銜接，解決各規(guī)劃自成體系、內(nèi)容沖突、缺乏銜接等問題，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃成果入庫與上圖，為規(guī)劃各項(xiàng)指標(biāo)和任務(wù)措施的落實(shí)提供可視化的綜合展示和分析；實(shí)現(xiàn)規(guī)劃編制及管理工作規(guī)范化和流程標(biāo)準(zhǔn)化；實(shí)現(xiàn)水利規(guī)劃編制-實(shí)施-實(shí)施后評估的全過程管理，全面提升水利規(guī)劃編制及管理的能力和水平，使得水利規(guī)劃融入國土空間規(guī)劃成為可能。

2 平臺關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)匯集與特征提取技術(shù)

針對水利規(guī)劃成果涉及的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)獲取與匯集難題，按照業(yè)務(wù)需求識別水利規(guī)劃成果大數(shù)據(jù)主要指標(biāo)。通過FME實(shí)現(xiàn)不同空間數(shù)據(jù)格式(模型)之間的轉(zhuǎn)換[15]，對空天地一體化數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟(jì)、氣象、水文、工情、輿情等多源、多維、多時(shí)態(tài)異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化融合處理，消除多源信息之間存在的冗余和矛盾，形成對區(qū)域內(nèi)社會發(fā)展情勢及變化相對完整的感知與描述。構(gòu)建時(shí)間系列特征向量，并對主要要素進(jìn)行特征歸一化表達(dá)，實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)過去、現(xiàn)在、未來數(shù)據(jù)的時(shí)空和物理一致性，為精細(xì)化、智能化水利規(guī)劃提供精確有效的數(shù)據(jù)支持。

2.2 空間規(guī)劃圖則符合性驗(yàn)證技術(shù)

水利空間規(guī)劃一張圖不是簡單將所有信息疊置在一張圖上，更重要的是保障不同層次、不同類型的成果相互兼容。包括：規(guī)劃與現(xiàn)狀兼容；不同層級規(guī)劃兼容；同層同類規(guī)劃兼容?？臻g規(guī)劃圖則符合性驗(yàn)證技術(shù)是構(gòu)建在流域規(guī)劃、控制性規(guī)劃等成果體系上的空間約束和指標(biāo)約束，可作為指導(dǎo)其他規(guī)劃編制的標(biāo)準(zhǔn)和參考依據(jù)。將流域規(guī)劃、控制性規(guī)劃按照一定的規(guī)則體系抽取并轉(zhuǎn)換成各種專題圖層，作為水利空間規(guī)劃一張圖的核心圖。

3 平臺設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

a)標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化原則。在國家信息化相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)服務(wù)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

b)數(shù)據(jù)整合與資源共享原則[13]。充分對海量多源基礎(chǔ)檔案數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)社會數(shù)據(jù)、規(guī)劃成果數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，實(shí)現(xiàn)多規(guī)之間的資源共享，避免重復(fù)建設(shè)。

c)創(chuàng)新性與先進(jìn)性原則。在平臺建設(shè)設(shè)計(jì)過程中，采用IT領(lǐng)域先進(jìn)成熟的技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合IT技術(shù)的發(fā)展趨勢，全面應(yīng)用開源技術(shù)，系統(tǒng)應(yīng)完整統(tǒng)一，高效穩(wěn)定，安全可靠，能方便地進(jìn)行擴(kuò)充、升級。

d)開放性與合作性原則。平臺采用開放的體系結(jié)構(gòu)，各子系統(tǒng)既可獨(dú)立運(yùn)行，又可集成運(yùn)行，具備松耦合特性，系統(tǒng)中的設(shè)備可以是異構(gòu)的，在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下可連成一個(gè)完整的系統(tǒng)，系統(tǒng)具有重構(gòu)特性又具有可擴(kuò)展性，適應(yīng)二次應(yīng)用開發(fā)的需求，實(shí)施難度低，系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，訪問透明，文檔齊全。

e)安全性與穩(wěn)定性原則。系統(tǒng)應(yīng)遵循安全性的原則，應(yīng)著重考慮以下3種情況：一是防止外部非法用戶訪問網(wǎng)絡(luò)，防止內(nèi)部合法用戶的越權(quán)訪問；二是從信息安全政策、安全標(biāo)準(zhǔn)、安全管理等方面構(gòu)架完整的安全管理體系；三是防止意外的數(shù)據(jù)損害。

f)實(shí)用易用原則。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮用戶操作有統(tǒng)一用戶入口，系統(tǒng)界面高效簡潔、美觀大氣。充分考慮用戶使用習(xí)慣，簡化系統(tǒng)操作流程，提高系統(tǒng)的易用性。

3.2 平臺總體設(shè)計(jì)

平臺基于B/S體系架構(gòu)，依據(jù)多層模型構(gòu)建，前端采用跨平臺、兼容性較好的Jsp+Javascript技術(shù)，后臺服務(wù)采用較為成熟的Java、SOA、Web Service、XML等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，地圖引擎采用OpenLayers開源技術(shù)。

總體架構(gòu)劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源池層、服務(wù)層、應(yīng)用層(圖1)?；A(chǔ)設(shè)施層將包括主機(jī)、存儲、網(wǎng)絡(luò)及其他硬件在內(nèi)的硬件設(shè)備和必要的監(jiān)控工具軟件通過虛擬化軟件的虛擬化技術(shù)進(jìn)行整合。數(shù)據(jù)資源池層是構(gòu)建在基礎(chǔ)設(shè)施層之上的，將所需構(gòu)建地理信息應(yīng)用的硬件資源、服務(wù)資源、應(yīng)用開發(fā)支撐等以服務(wù)的形式提供給用戶，幫助用戶完成對底層基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化、自動(dòng)化和流程化的工作。服務(wù)層基于底層的數(shù)據(jù)資源層搭建的，綜合各種空間信息資源形成服務(wù)目錄，并為用戶提供頂層軟件的應(yīng)用入口，提供功能較為完善的“資源服務(wù)中心”向地圖應(yīng)用以及數(shù)據(jù)中心管理及工作人員提供功能的入口。應(yīng)用層是用戶通過網(wǎng)頁、手機(jī)客戶端等方式瀏覽到通過“一張圖”服務(wù)來搭建的各類應(yīng)用系統(tǒng)功能。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

平臺數(shù)據(jù)庫主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫，其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要存儲水利工程基礎(chǔ)信息、水利項(xiàng)目管理信息、規(guī)劃工程信息、匯總統(tǒng)計(jì)信息；規(guī)劃數(shù)據(jù)庫主要存儲防洪除澇規(guī)劃、城鄉(xiāng)供水規(guī)劃、農(nóng)業(yè)水利建設(shè)規(guī)劃、水資源水生態(tài)保護(hù)規(guī)劃、水土保持規(guī)劃、水務(wù)發(fā)展規(guī)劃等詳細(xì)信息；空間數(shù)據(jù)庫主要存儲基礎(chǔ)地理、水利業(yè)務(wù)、水利規(guī)劃專題等空間數(shù)據(jù)(表1)。

圖1 總體設(shè)計(jì)

表1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

3.4 地圖表達(dá)設(shè)計(jì)

眾所周知，地圖符號是地圖的語言[16],為了地理實(shí)體在電子地圖上能美觀、形象地展示，需要對地理實(shí)體進(jìn)行地圖符號設(shè)計(jì)(表2)。

表2 地圖符號設(shè)計(jì)(部分)

4 平臺功能實(shí)現(xiàn)

平臺主要包括時(shí)空大數(shù)據(jù)門戶、規(guī)劃成果輔助審核、規(guī)劃編制成果管理、規(guī)劃聚合展示、統(tǒng)計(jì)與后評估等5大核心模塊。

4.1 時(shí)空大數(shù)據(jù)門戶

時(shí)空大數(shù)據(jù)門戶結(jié)合水利空間規(guī)劃一張圖平臺中的各項(xiàng)功能，重點(diǎn)提煉數(shù)據(jù)資源建設(shè)、規(guī)劃編制、規(guī)劃審批、規(guī)劃實(shí)施、規(guī)劃監(jiān)管和流域現(xiàn)狀等相關(guān)統(tǒng)計(jì)、匯總信息，以圖形可視化方式進(jìn)行展示，包括規(guī)劃編制現(xiàn)狀和進(jìn)度、規(guī)劃實(shí)施現(xiàn)狀、規(guī)劃審批現(xiàn)狀、通知公告、待辦任務(wù)等，根據(jù)用戶權(quán)限，通過儀表盤模式智能推送各類信息(圖2)。

圖2 時(shí)空大數(shù)據(jù)門戶示例

4.2 規(guī)劃成果輔助審核

規(guī)劃成果輔助審核是指對規(guī)劃編制成果的規(guī)范性、合理性進(jìn)行審核。主要實(shí)現(xiàn)兩方面的功能：一方面針對規(guī)劃編制單位，輔助規(guī)劃編制人員實(shí)現(xiàn)規(guī)劃編制過程中編制成果的合規(guī)性，以及對規(guī)劃成果的預(yù)入庫；另一方面針對規(guī)劃管理部門，輔助規(guī)劃管理人員進(jìn)行規(guī)劃任務(wù)跟蹤和規(guī)劃成果審核，建立成果審核流程，確保成果的合規(guī)性，并對通過專家評審且修改完成后的規(guī)劃成果進(jìn)行正式入庫及歸檔(審核流程見圖3，規(guī)劃數(shù)據(jù)入庫流程見圖4)。

4.3 規(guī)劃編制成果管理

動(dòng)態(tài)維護(hù)是規(guī)劃“一張圖”的生命[17]。實(shí)現(xiàn)水利規(guī)劃面對的歷史(檔案數(shù)據(jù))、現(xiàn)狀(基礎(chǔ)地理現(xiàn)勢數(shù)據(jù))、未來(各類編制成果)等資料的增、刪、改、查；實(shí)現(xiàn)以電子化手段保存所有文檔，使其更安全、易于調(diào)閱和統(tǒng)計(jì)；實(shí)現(xiàn)按照時(shí)間軸和重要性2個(gè)維度的規(guī)劃成果管理模式，有效解決歷史規(guī)劃與現(xiàn)狀規(guī)劃的統(tǒng)一展示。實(shí)現(xiàn)歷史檔案、現(xiàn)狀工程、規(guī)劃成果的預(yù)覽與統(tǒng)計(jì)功能。

圖3 規(guī)劃審核流程

圖4 數(shù)據(jù)入庫流程

4.4 規(guī)劃聚合展示

規(guī)劃聚合展示基于水利規(guī)劃一張圖，實(shí)現(xiàn)對地形圖、規(guī)劃圖、各種紅線的管理(如：各類規(guī)劃圖分類、分層管理等)，實(shí)現(xiàn)圖文互訪、分規(guī)劃、分圖層、分時(shí)間等分級分類查詢功能。能方便、快速、準(zhǔn)確地檢索各類圖形和相關(guān)屬性，打印輸出相應(yīng)圖形。

根據(jù)規(guī)劃成果表達(dá)方式的不同，本模塊分為對象和規(guī)劃專題。對象是采用面向?qū)ο蠓椒ńM織和管理水利空間要素，例如圖5中將某省已建、在建、規(guī)劃水庫聚合展示，方便用戶迅速定位和查詢。規(guī)劃專題是將規(guī)劃專題圖按照專項(xiàng)規(guī)劃類型聚合展示，例如圖6中針對熱帶現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)布局，重點(diǎn)提煉大中型灌區(qū)續(xù)建配套、新建大中型灌區(qū)、小型灌區(qū)等規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目，聚合展示在農(nóng)田水利規(guī)劃專題中；圖7中將某省水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的重點(diǎn)規(guī)劃項(xiàng)目聚合展示。

圖5 水庫對象聚合展示示例

圖6 農(nóng)田水利規(guī)劃示例

圖7 水系連通工程規(guī)劃示例

4.5 統(tǒng)計(jì)與后評估

統(tǒng)計(jì)與后評估以水利規(guī)劃一張圖的各類規(guī)劃數(shù)據(jù)及水務(wù)現(xiàn)狀信息為基礎(chǔ)，通過圖文一體化方式實(shí)現(xiàn)對規(guī)劃成果針對用戶的不同需求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并將分析結(jié)果進(jìn)行梳理，最終以柱狀圖、餅狀圖等形式，呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，形成各類臺賬，輔助規(guī)劃管理人員掌握規(guī)劃成果和項(xiàng)目的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)存在的問題。對規(guī)劃項(xiàng)目的實(shí)施情況進(jìn)行跟蹤和分析，包括規(guī)劃中項(xiàng)目的實(shí)施情況后評估分析、時(shí)空分析等。

5 結(jié)語

水利空間規(guī)劃一張圖平臺是水利規(guī)劃業(yè)務(wù)領(lǐng)域的信息化應(yīng)用，契合黨中央、國務(wù)院關(guān)于統(tǒng)一規(guī)劃體系，建立國土空間規(guī)劃體系的有關(guān)部署，同時(shí)響應(yīng)水利部于2019年10月發(fā)布《水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)水利基礎(chǔ)設(shè)施空間布局規(guī)劃編制工作方案和技術(shù)大綱的通知》的要求，該平臺采用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)、3S等先進(jìn)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)劃編制及管理工作規(guī)范化和流程標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)水利規(guī)劃編制-實(shí)施-實(shí)施后評估的全過程管理，有利于全面提升水利規(guī)劃編制及管理的能力和水平，有利于確保規(guī)劃成果數(shù)據(jù)真正成為管理的依據(jù)。