基于智慧寧波時空信息云平臺水利一張圖的建設(shè)與應(yīng)用

葉 勇，方佳琳，胡 波

（寧波弘泰水利信息科技有限公司，浙江 寧波 315000）

1 問題的提出

寧波市經(jīng)過多年的水利信息化工作，在水旱災(zāi)害防御、水資源管理、河湖管理、水利工程管理、水文監(jiān)測等方面建設(shè)了一批業(yè)務(wù)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)由不同處室、不同縣區(qū)單位建設(shè)，系統(tǒng)之間相對獨立，系統(tǒng)使用的地圖數(shù)據(jù)和地圖服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)不一致且分散，更新困難，存在“數(shù)據(jù)孤島”和“業(yè)務(wù)孤島”現(xiàn)象。這種分建專用的模式帶來了“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺乏、設(shè)施利用低效、數(shù)據(jù)共享困難、業(yè)務(wù)應(yīng)用割據(jù)、信息更新滯后和安全體系薄弱”等一系列問題[1]。為此，《寧波智慧水利建設(shè)實施方案（2019—2021）》要求建設(shè)寧波市智慧水利“一張圖”地理信息平臺（以下簡稱“水利一張圖”），構(gòu)建統(tǒng)一的水利地理信息服務(wù)，實現(xiàn)水利地理信息資源共享、使用、管理和更新，為水利信息綜合展示提供可視化地圖支撐[2]。

2019 年，智慧寧波時空信息云平臺（以下簡稱“時空云平臺”）國家試點項目通過自然資源部驗收。時空云平臺是“智慧寧波”建設(shè)的三大基礎(chǔ)設(shè)施之一[3]，與政務(wù)云環(huán)境無縫融合，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施資源轉(zhuǎn)化，統(tǒng)一對外提供計算服務(wù)、存儲服務(wù)和彈性分配服務(wù)。水利一張圖基于時空云平臺建設(shè)，充分利用時空云平臺的基礎(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)地理信息服務(wù)以及水利相關(guān)地理信息服務(wù)，避免基礎(chǔ)平臺重復(fù)建設(shè)，實現(xiàn)時空云平臺資源共享。

2 水利一張圖建設(shè)目標(biāo)與內(nèi)容

2.1 建設(shè)目標(biāo)

充分利用時空云平臺資源，通過云GIS 服務(wù)門戶申請各類基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)GIS 功能服務(wù)，實現(xiàn)影像、電子地圖的實時調(diào)用和水利信息資源整合分發(fā)，并進(jìn)一步擴展地理信息服務(wù)能力，實現(xiàn)水利數(shù)據(jù)動態(tài)更新和個性化定制服務(wù)，實現(xiàn)以圖說數(shù)據(jù)、以圖管業(yè)務(wù)和以圖看分析，并將各種地圖服務(wù)和水利專題地圖服務(wù)統(tǒng)一匯聚至水利一張圖，支撐寧波市水利業(yè)務(wù)的“市縣兩級一體化”應(yīng)用，為寧波智慧水利各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)空間服務(wù)，開創(chuàng)寧波市水利信息化建設(shè)和服務(wù)的新模式。

2.2 建設(shè)內(nèi)容

按照《寧波智慧水利建設(shè)實施方案（2019—2021）》的要求，寧波水利一張圖建設(shè)內(nèi)容包括基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層以及政策法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障體系等?？傮w架構(gòu)見圖1。

圖1 寧波水利一張圖地理信息平臺總體架構(gòu)圖

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層：依托時空云平臺的基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)搭建，由時空云平臺負(fù)責(zé)安全保障體系、存儲、GIS 平臺、網(wǎng)絡(luò)等。主要功能有：提高資源利用率，實現(xiàn)生態(tài)轉(zhuǎn)型；降低系統(tǒng)的管理維護(hù)成本；實現(xiàn)應(yīng)用的高靈活性、高可用性和高可擴展性。

（2）數(shù)據(jù)層：一方面，利用時空云平臺大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)、社會基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及與水利相關(guān)的環(huán)保、海洋方面數(shù)據(jù)，以標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)形式集成到一張圖；另一方面，基于基礎(chǔ)地理底圖，結(jié)合各類水利專題數(shù)據(jù)，通過制定統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)入庫標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對各類水利數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化入庫，由時空云平臺大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理。根據(jù)水利業(yè)務(wù)具體需求，將水利要素空間數(shù)據(jù)按照水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和水利元數(shù)據(jù)整理入庫。

（3）服務(wù)層：為上層應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)與功能服務(wù)，服務(wù)是功能和數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化“包裝”，用戶不用關(guān)注功能如何實現(xiàn)、數(shù)據(jù)如何存儲，只需要按照“包裝”說明，開發(fā)適配接口進(jìn)行對接，就能輕松調(diào)用各種數(shù)據(jù)及功能[4]。各項服務(wù)均按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以接口形式供業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)用，地圖服務(wù)主要有按OGC 標(biāo)準(zhǔn)封裝的WMS、WMTS、WFS、WCS、REST 等接口。時空云平臺統(tǒng)一提供地圖服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，應(yīng)用服務(wù)包括服務(wù)管理、資源中心、資源申請和資源監(jiān)控等。

（4）應(yīng)用層：主要由寧波智慧水利平臺構(gòu)成，包括水利一張圖和其支撐的水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)。水利一張圖提供水利信息多視角展示和查詢、個人中心和資源中心、二維三維水利一體化、水利數(shù)據(jù)動態(tài)維護(hù)更新。水利一張圖作為寧波智慧水利平臺的基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，為以下12 個業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供水利地理信息服務(wù)：水資源管理模塊的水資源業(yè)務(wù)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)，水利工程管理模塊的工程運行管理、排水管網(wǎng)管理，河湖管理模塊的河湖長制、河湖信息管理、城區(qū)內(nèi)河、標(biāo)準(zhǔn)化管理，水旱災(zāi)害管理模塊的洪水風(fēng)險圖、防汛抗旱指揮、城區(qū)內(nèi)澇監(jiān)測，水文管理模塊的站網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)等。

3 時空信息云平臺的功能

時空云平臺在寧波市自然資源和空間地理數(shù)據(jù)庫建設(shè)成果基礎(chǔ)上，結(jié)合寧波智慧城市建設(shè)需求，實現(xiàn)向智慧城市時空基準(zhǔn)、時空信息大數(shù)據(jù)和時空信息云平臺的提升，建成智慧寧波時空信息基礎(chǔ)設(shè)施、時空大數(shù)據(jù)、時空信息云平臺，并接入典型示范應(yīng)用，總體架構(gòu)見圖2。

圖2 智慧寧波時空信息云平臺總體架構(gòu)圖

時空云平臺為水利一張圖提供基礎(chǔ)設(shè)施、云GIS 平臺、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和功能服務(wù)，水利一張圖為時空云平臺補充水利水務(wù)專題數(shù)據(jù)，豐富時空云平臺數(shù)據(jù)和服務(wù)，水利一張圖統(tǒng)一為寧波智慧水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供水利地理信息服務(wù)，三者協(xié)同支撐寧波智慧水利建設(shè)。

3.1 時空云平臺為水利一張圖提供基礎(chǔ)設(shè)施

寧波水利一張圖支撐寧波智慧水利一期項目5 大業(yè)務(wù)的12 個系統(tǒng)，水利業(yè)務(wù)空間數(shù)據(jù)圖層約200 個，業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用頻率高，智慧寧波時空信息云平臺通過云計算和GIS 技術(shù)融合，為寧波水利一張圖提供網(wǎng)絡(luò)資源、計算資源、存儲資源、內(nèi)存資源、GIS 平臺等基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施以及安全保障體系，確保寧波水利一張圖穩(wěn)定運行。

3.2 時空云平臺為水利一張圖提供數(shù)據(jù)

水利業(yè)務(wù)的河湖、水利工程、水文管理、風(fēng)險圖等數(shù)據(jù)與地理空間密切相關(guān)，時空云平臺為水利一張圖提供歷史與現(xiàn)狀地理信息數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、社會基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)以及與其他水利相關(guān)行業(yè)（如環(huán)保、海洋、氣象等）共享的數(shù)據(jù)，從而滿足水利業(yè)務(wù)模型計算、綜合分析、交換共享等需求。

3.3 時空云平臺為水利一張圖提供GIS 平臺服務(wù)

時空云平臺GIS 功能完善。水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)基于時空云平臺以標(biāo)準(zhǔn)的OGC 地圖服務(wù)形式發(fā)布，時空云平臺提供通用的地圖二次開發(fā)組件和接口，利用時空云平臺提供的各類API進(jìn)一步拓展封裝，輔助水利GIS 專題應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)。

3.4 時空云平臺為水利一張圖提供功能服務(wù)

時空云平臺提供空間分析服務(wù)、幾何服務(wù)以及地理編碼服務(wù)。地理編碼服務(wù)基于時空云平臺地名地址數(shù)據(jù)，地名地址數(shù)據(jù)作為最常用的公共信息之一，是專業(yè)或社會經(jīng)濟信息與地理空間信息通過地址匹配進(jìn)行掛接的媒介與橋梁[5]。地理編碼服務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)各類水利數(shù)據(jù)在地圖上精確定位，非空間數(shù)據(jù)的空間化。

4 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

4.1 數(shù)據(jù)整合

水利一張圖業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)大多依托各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)存在格式不同、標(biāo)準(zhǔn)不同、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同、數(shù)據(jù)重復(fù)等問題。通過編碼轉(zhuǎn)換、統(tǒng)一時空標(biāo)準(zhǔn)、空間化處理、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等操作，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)需求，建立寧波市水利地理信息數(shù)據(jù)庫。整合后的數(shù)據(jù)利用時空云平臺Oracle+ArcSDE 模式集中存儲，實現(xiàn)水利空間數(shù)據(jù)的高效入庫、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)備份等管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步更新和共享，成為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間的樞紐[6]。

4.2 數(shù)據(jù)內(nèi)容

數(shù)據(jù)庫建設(shè)內(nèi)容主要包括元數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、水利數(shù)據(jù)庫建設(shè)。其中，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫主要包括行政區(qū)劃、地形圖、POI 數(shù)據(jù)以及遙感影像數(shù)據(jù)、DEM 高程數(shù)據(jù)；水利數(shù)據(jù)庫包括水資源、水生態(tài)、水利工程、水務(wù)、水旱災(zāi)害防御、水行政及公共服務(wù)6 大類。

4.3 數(shù)據(jù)更新

為確保數(shù)據(jù)的精度和現(xiàn)勢性，數(shù)據(jù)整合時的水利數(shù)據(jù)統(tǒng)一更新至2018 年底，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)由時空云平臺維護(hù)更新。日常檢查維護(hù)通過一張圖平臺基于業(yè)務(wù)需求動態(tài)更新，以及定期展開數(shù)據(jù)檢查更新。

5 地理信息功能開發(fā)集成

5.1 水利信息多視角展示

水利專題數(shù)據(jù)的集中展示和分層管理。通過構(gòu)建不同專題，滿足對水利信息的多樣化需求；可通過不同視角切換輔助開展業(yè)務(wù)工作，包括行政分區(qū)展示、流域分區(qū)展示、河長用圖、歷年影像等，輔助水利日常監(jiān)督工作；對城市內(nèi)河或水利工程的重點部位（如閘門、水庫等）進(jìn)行多視點、多視角360°全景信息顯示。

5.2 二維三維水利一體化展示

提供二維三維水利一體化展示服務(wù)，三維服務(wù)的水利場景瀏覽，將二維基礎(chǔ)地理要素、水利專題要素和三維地形信息統(tǒng)一集成到真實的球面地理環(huán)境中，立體展示河道、水利工程周邊地形地貌，支持特定場景的定位、漫游、固定視角、360°旋轉(zhuǎn)等操作。

5.3 水利地理信息資源中心

水利地理信息資源中心模塊匯集時空信息云平臺所有的地圖數(shù)據(jù)服務(wù)，包括電子地圖服務(wù)、矢量要素服務(wù)、影像服務(wù)、地名地址服務(wù)等。各區(qū)縣（市）水利管理單位可以根據(jù)所轄范圍內(nèi)業(yè)務(wù)管理需求及業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)需求，申請地圖資源，系統(tǒng)通過服務(wù)接口的形式向全市水利行業(yè)提供地圖資源。

5.4 水利動態(tài)更新維護(hù)

提供水利數(shù)據(jù)編輯更新功能。各區(qū)水利局工作人員依據(jù)各自管轄權(quán)限對水利要素圖形進(jìn)行修改編輯等操作，實現(xiàn)水利空間數(shù)據(jù)信息上報糾正、動態(tài)更新維護(hù)、數(shù)據(jù)歷史回溯、水利數(shù)據(jù)批量上傳等。

6 水利一張圖應(yīng)用情況

寧波水利一張圖為寧波智慧水利一期的多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)，部分使用情況如下：

（1）寧波洪水風(fēng)險圖系統(tǒng)。提供在線地圖打印服務(wù)，支撐洪水淹沒計算分析，動態(tài)淹沒成果展示，模擬洪水演進(jìn)過程，預(yù)測暴雨洪水影響。

（2）河湖長制系統(tǒng)。提供河道、水庫、湖泊信息查詢，統(tǒng)計分析，水利工程所在水系查詢等，支撐手機端河湖水庫巡查上報。

（3）排水管網(wǎng)系統(tǒng)?；诳臻g地理信息數(shù)據(jù)，通過專題地圖、圖形表格等形式，提供寧波市管網(wǎng)設(shè)施的基礎(chǔ)信息查詢、統(tǒng)計分析，支持排水管網(wǎng)、排污口、電子標(biāo)簽等基礎(chǔ)信息的增刪改操作。

7 結(jié) 語

水利一張圖整合各部門分散的水利信息資源，建立統(tǒng)一的水利空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，支撐各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)開發(fā)，完善信息更新機制，解決技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺乏、數(shù)據(jù)共享困難、業(yè)務(wù)應(yīng)用割據(jù)、信息更新滯后和安全體系薄弱等一系列問題，滿足多項水利業(yè)務(wù)對地圖應(yīng)用的迫切需求。目前，水利一張圖已在寧波智慧水利一期的多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用，之后將根據(jù)使用過程中的反饋意見持續(xù)優(yōu)化完善，推進(jìn)信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合。