基于网络地理信息服务的水务综合管理应用

吕文斌，龚岳松，李 佼

（上海市水务信息中心，上海 200050）

0 引言

水务信息化是覆盖多行业、多层面、多应用的庞大系统工程，覆盖水文、水利、供水、排水等行业，贯穿省、地市、区县等层面，支撑防汛保安、水资源管理、水环境整治、水土保持、政务办公等应用。水务一体化管理对信息整合共享，有效支撑基础管理和公共服务提出了新的需求。水务（利）部门陆续开展了信息化建设工作，取得了丰硕的成果[1-4]。随着管理内涵的扩大、需求的增加，如何充分利用 Web2.0 时代的技术优势，实现各类业务部门的信息共享和业务协同，为管理部门提供有效的决策支持，做到“专业部门做专业事情”，是值得研究的课题。

上海市水务局是集水利、供水和排水于一体，在全国第 1 家实现水务统一管理的省级水行政主管部门。1998 年开始将 GIS 技术应用于水务信息的综合管理中；2004 年以来按照“顶层设计、统一标准、资源整合、系统集成、共建共享、分级维护”等原则，构建了基于 WebGIS 的水务公共信息平台；2008 年将 ArcGIS Server 应用于水务公共信息平台，利用 Tile Cache，GIS Server 等相关理念和技术，实现了防汛应急指挥、水资源管理及相关专题应用，通过网络与 Google，ESRI 及上海市测绘院基础地图等地图，以及上海市排水专题数据等相关资源在“一张地图”上的融享，在水务信息综合管理中进行了有益的实践。

1 地理信息服务技术的优势

GIS 集计算机、信息学、地理学等多门学科为一体，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，突出对现实世界空间关系的模拟。GIS 具有空间可视化、导向及思维的特点，能够存储各地物的空间信息和关系，实现空间和属性等信息的集成管理，并通过无级缩放的地图，对现实世界的空间关系进行直观展现，即“所见即所得”。

ArcGIS Server 是功能强大的基于服务器的 GIS产品，用于构建集中管理的，支持多用户的，具备高级 GIS 功能的企业级 GIS 应用与服务。通过提供广泛的基于 Web 的 GIS 服务，以支持在分布环境下实现地理数据管理、制图、地理处理、空间分析、编辑和其它的 GIS 功能[5]。

城市水务综合管理是 GIS 技术体现空间思维特征的最典型的应用领域，GIS 技术在城市水务综合信息管理方面的应用，是信息时代对现代水务管理工作提出的新要求。

2 地理信息服务的总体架构

ArcGIS Server 体系架构主要由数据，GIS Server，Web Server 客户端等组成。

数据包以服务的方式发布到 GIS Server 的 GIS 资源，如地图文档、Geodatabase 等。用 DBMS 在数据服务器上部署的 ArcSDE Geodatabase 可以实现数据的安全性、完整性和高效性。

GIS Server 用于宿主 GIS 资源，将其发布为服务，供客户端应用，并响应客户端的应用请求。

Web Server 用于部署 Web 应用和服务，这些应用和服务使用 GIS Server 提供的资源。

在上海市水务信息综合管理中，一方面通过ArcGIS Server 对本地基础、行业、规划等资源，进行有效管理、整合及应用；另一方面通过网络充分利用 Google Map，Arcgis Online，微软地图，以及上海市相关部门的在线业务资源，充分发挥 AGS(ArcGIS Server) 企业级应用和服务的优势。ArcGIS Server 在上海市水务信息综合管理中的应用框架如图 1 所示。

图1 ArcGIS Server 在上海市水务信息综合管理中的应用框架

3 空间数据存储

空间数据主要包括 1998 年以后每 1～2 年的上海市中心城区 1: 500，外环内及中心城镇 1: 1000，郊区 1: 2000 的全要素基础地形图，全市 0.6 m 分辨率的 Quickbird 卫星，1.0 m 分辨率的 Spot 卫星，0.25 m 分辨率的航空等多比例尺和多时相的遥感影像数据，以及全市水务工程设施、应急指挥、规划管理等业务数据，总数据量超过 3 TB。

数据存储管理采用 Oracle10g+ArcSDE 组合模式。ArcSDE 作为 ArcGIS 与关系数据库之间的 GIS通道，具有高性能、多用户、可伸缩、长事务处理、面向对象数据模型等特点，可以保证存储于关系数据库中的矢量和栅格几何数据的高度完整性，这些数据包括矢量和栅格几何图形，支持 x, y, z 的坐标，曲线，注记，元数据和空间模型等。

根据数据类型，空间数据库分为基础、设施、应急管理、水资源管理等数据库，历史数据按年单独存储。空间数据库列表如图 2 所示。

4 地理信息服务的制作及应用

4.1 地图配置

为灵活支撑应用层中各模块，分别制作了基础底图、遥感影像、实时监测、行业监管、规划管理、行政许可、台风路径等 30 余幅专题地图，每个专题地图只包含特定的图层，最终在统一平台中互相叠加形成完整的上海市水务综合地图。地图制作利用 ArcGIS Desktop 的专业制图和编辑工具，地理坐标系统采用上海地方坐标，吴淞高程。可对每个图层进行字体、颜色、样式等美工设计，做到地图整体协调，条理清晰，重点突出，工程设施则按照上海市水务信息管理标准进行标绘。

4.2 地理信息瓦片制作技术

上海市每年度的基础地形图和遥感影像数据都达几百 GB，直接制图会导致服务器端压力大，出图慢。应用 ArcGIS Server 9.3 的地图瓦片缓存机制，预先将全市地图划分为 11 个比例尺，对每个比例尺的地图事先预处理，切分成若干个小图块，客户端访问时直接获取指定比例尺下的小图块，可以有效地提高地图的访问速度。制作地图缓存时，不同的参数配置将影响地图服务的显示效果，这些参数包括起始点坐标、比例尺分级、切片格式、压缩比、图片高宽、DPI、缓存类型等。瓦片参数设置为格式 png8，图片大小为 512 pix ×512 pix, 96DPI，融合缓存，创建后的地图服务能够与其它部门实现地图熔享。瓦片级别如表1 所示。

图2 空间数据库

表1 瓦片级别及比例尺

4.3 地理信息服务发布技术

地图服务通过 ArcGIS Server 创建并发布，主要包括以下 2 类：1）静态地图服务，对数据量巨大，更新不频繁的基础底图和遥感影像地图发布为静态的瓦片服务，优化应用系统绘制底图的效率；2）动态地图服务，对有数据更新、查询、定位需求的实时监测，行业监管，规划管理等专题地图制作为动态地图服务。

4.4 地理信息服务应用技术

发布后的地图服务都有 1 个类似于 http://IP/ArcGIS/rest/services/ 服务名 /MapServer 的服务地址，应用程序通过 ArcGIS Server 接口引用该地址便可以创建对应的 GIS Server，实现将分布于不同区域的数据资源叠加集成在 1 张地图上。

5 地理信息服务应用实践

采用 WebGIS 作为应用集成的主要技术手段，开发主要采用 REST API 模式。这种轻量级开发模式具有丰富的客户端展示功能和令人期待的发展潜力，只要熟悉业务，通过客户端脚本技术调用相应的 GIS功能，就可以满足功能需求。

5.1 防汛保安应用

5.1.1 台风路径发布

1）台风数据抓取：通过台风数据实时采集程序，从中国中央气象台、上海市气象局等相关网站上精确提取数据，将网页上的二维表导入数据库和XML 格式数据解析，并提供手动校正功能。做到每6 h 更新，当台风进入 48 h 警戒线后每 3 h 更新，台风进入 24 h 警戒线后每小时更新。

2）台风路径自动生成：利用 InfoWindow 动态绘制台风实况和预报路径，按照 6 个等级（热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风、超强台风），通过不同颜色和大小的符号来直观表达台风发生、发展和消亡的变化过程。

3）多类服务叠加：将实时接收的卫星和雷达云图等，以 GIS Server 方式即时发布，并与 Google，ESRI 及微软等地图网络资源熔享，实现台风路径与多类资源的相互参考，为防汛指挥人员提供更为全面的决策支持。台风路径与卫星和雷达云图、Google Map 叠加应用如图 3 所示。

5.1.2 灾情发布

通过 ArcGIS Server 将实时雨情、水务热线接报灾情、堤防险工险段、病险水闸、人员撤离点、撤离路线、安置点等信息，与市区暴雨积水、沿海区域风暴潮淹水、黄浦江沿线堤防溃决风险等专业模型生成的风险模拟图层集成在 1 张地图上，通过空间分析为防汛指挥及调度提供及时、全面的信息参考，提高抢险的效率及可操作性。

图3 台风路径与卫星和雷达云图、Google Map 叠加应用

5.2 水资源管理应用

5.2.1 基础管理

对上海市区域内整个水循环过程中涉及的基础和设施数据进行统一管理和集成应用，包括河道水系（河流、湖泊等）、取水（地下水深井、取水口等）、供水（水厂、泵站等）、用水（用水情况日报、月报、节水指标等）、排水（排水系统和泵站、排水井、污染源、污水处理厂等）、资源保护（水功能区、水源地等）、水利工程（水利分片、重要水闸、圩区等）、河道整治（黑臭河道等）。并与上海市测绘院的基础地图服务、上海市排水处的专题数据服务进行熔享，借助于高分辨率的航空遥感数据为水资源管理提供客观参考。其中排水设施与市测绘院航空遥感数据叠加应用如图 4 所示。

5.2.2 监测监控

将监测站点采集到的长江和黄浦江 2 大原水系统的实时监测信息（包括长江原水的氯化物浓度，原水厂流量、压力等信息，黄浦江原水的潮位、氨氮、浊度、溶解氧、流量等信息）、全市市属供水水厂、泵站、管网的每 5 min 实时监测信息（包括供水水厂的出厂压力、瞬时流量、累计水量、出厂浊度、出厂余氯信息，供水泵站出站和供水管网等的压力信息）在基础地图上及时直观展示。

图4 排水设施与航空遥感数据叠加应用

5.2.3 统计评价

在地图上对任意时间段内全市雨量等值线（面）即时绘制，直观展示全市雨量分布；以每月监测数据为基础，按水质级别以不同颜色在地图上直观反映骨干河道的水质情况；以每月监测数据为基础，按照水功能区划定义的水质控制标准直观反映各河段水质是否达到控制标准等。其中骨干河道水质评价应用如图 5 所示。

5.3 专题应用

将局部区域内的防汛保安、水资源管理及特定业务等应用的业务模块进行整合，形成面向局部区域的苏州河、世博园和区县等多个专题应用。如苏州河专题综合了苏州河区域内防汛保安、水资源管理的业务模块，同时拥有堤防巡查和网格化管理等特定模块，通过 GIS 技术实现日常巡检过程的数字化，为苏州河管理部门提供既面向对象又面向过程的信息汇总。

图5 骨干河道水质评价应用

6 结语

ArcGIS Server 技术的应用，改变了过去以纸质地图、文档为主的传统工作模式，提高了工作效率；同时通过资源熔享、数据整合和应用集成，使分布于不同区域、相互封闭的信息资源有机关联起来，深化了行业管理的精细化和数字化程度，初步实现了跨区域、行业的多部门间的工作协同，减少了重复劳动，降低了建设和运维成本。

下一步将继续探索 ArcGIS Server 的空间分析功能，并结合数据挖掘技术对多类实时监测监控数据进行综合分析提炼，构筑专题数据仓库，为上海市防汛保安、水资源管理等专题应用提供全方位的决策支持。

[1]水利部信息化工作领导小组办公室. 2008 年度中国水利信息化发展报告[M]. 北京：中国水利水电出版社，2009: 5-7.

[2]刘梅，章艳锋. 信息化对北京水务公共管理和综合决策的影响研究[J]. 水文，2008, 28 (增刊): 51-52.

[3]张闻波. 水利信息资源整合的必然性与面临的问题[J]. 水文，2008, 28 (增刊): 35-37.

[4]林先成，杨武年. WebGIS 在防汛指挥决策支持信息系统中的应用[J]. 人民黄河，2008, 30 (3): 15-16.

[5]ESRI 中国（北京）有限公司. ArcGIS 9.3 产品白皮书. 北京：ESRI 中国（北京）培训中心，2008: 2-3.