湖北省水利“一张图”服务共享平台建设与应用

朱光军，杨小琴，汪兰芳

（湖北省水利厅信息中心，湖北 武汉 430071）

湖北省水利“一张图”服务共享平台建设与应用

朱光军，杨小琴，汪兰芳

（湖北省水利厅信息中心，湖北 武汉 430071）

湖北省水利“一张图”服务共享平台以公共基础地理和水利核心业务数据为基础，通过综合运用 GIS、服务融合等技术手段，对多时空水利数据进行综合管理、分析，并提供标准 OGC 服务接口，为其他水利业务系统的快速搭建提供平台支撑，实现“统一数据管理、规范服务接口、高效搭建系统”的综合管控目标，为业务应用系统提供真正意义上的水利“一张图”服务。

水利信息化；水利业务应用；“一张图”服务；共享平台

0 引言

湖北省水利信息化经过十几年的建设，取得了显著的成就[1-2]。目前，已建成覆盖全省范围的计算机广域网和 5 102个水情、雨情、工情、墒情、灾情、水质、水量监测点的信息采集系统；形成了以水利普查数据库为核心，包括防洪工程、水雨情、水土保持、建设管理、综合档案管理在内的 50 T 数据量的专业数据库；开发并使用了国家防汛抗旱指挥、水雨情信息综合服务、堤防信息管理、堤防险情监测、电子政务、城市水资源实时监控等多个信息系统，并正在开发湖北湖泊信息管理、国家水资源监控能力、农村安全饮水工程信息管理等业务应用系统。

随着信息化的深入发展，传统的信息系统分散建设模式产生了新问题，主要表现在以下几个方面[3]：

1）不同业务应用系统数据库标准、来源不统一，数据资源融合困难，数据深加工难以实现，水利信息数据浪费严重，产生“信息孤岛”现象，导致数据难以共享；

2）每建立一套系统都要进行地理信息基础功能开发，不利于通用模块的复用，导致 GIS 基础功能难以共享；

3）不同业务应用系统开发环境、语言不尽相同，不同系统之间模块调用非常困难，导致服务难以共享。

基于上述问题，按照统一技术标准、运行环境、安全保障、数据中心和门户的总体思路，湖北省水利厅经过反复论证后启动了湖北省水利“一张图”服务共享平台——水利业务应用系统地理信息共享服务平台（以下简称共享平台）的建设。目前已初具成效，初步形成了湖北省水利“一张图”服务共享应用模式[4]。

1 共享平台建设目标与内容

1.1 建设目标

湖北省水利“一张图”服务共享平台建设目标是，以公共基础地理和水利核心业务数据为基础，通过综合运用 GIS、服务融合等技术手段，对多时空水利数据进行综合管理、分析，并提供 OGC（开放地理空间信息联盟）标准服务接口，为水利业务应用系统的快速搭建提供功能及服务共享。以此为基础，利用专业计算机软件分析功能，辅助管理者进行科学管理和决策，实现实时信息汇总、分析、统计等功能，提高水利管理科学化、自动化水平，在保障湖北省水利专题数据权威性的基础上，实现水利行业数据基于“一张图”的共享、交流和融合。

1.2 建设任务

1）基础支撑环境建设。包括软件（GIS 平台软件、数据库管理系统、遥感影像处理软件等）和硬件（机房环境、网络、服务器、存储设备）2 大部分。

2）水利“一张图”数据库建设。包括元数据、基础空间数据、专题空间数据、地图产品等子库建设内容。

3）空间信息服务支撑系统建设。包括数据和功能服务建设 2 部分内容。

数据服务建设的主要内容为，通过服务配置、瓦片缓存制作等工作，将数据产品发布为数据服务。数据服务遵循 OGC 规范。

功能服务建设的主要内容为，以项目采购的SuperMap GIS 平台提供的功能服务为基础，根据行业应用需求进行扩展和封装，以二次开发接口的形式提供给用户。

4）应用系统建设。应用层由通用和专业 2 大类系统构成。通用系统用于平台服务的综合展现及平台的运行维护，主要包括平台门户、应用展示、接口管理、服务管理、运维管理等子系统；专业系统主要是各业务处室根据本专业需求基于该共享服务平台的服务建设。

5）标准规范建设。平台标准规范包括空间实体名称和代码类、数据处理及平台接口类 3 大类标准。平台标准以现有标准为基础，结合平台建设和运行的需要进行建设。

2 共享平台总体设计

2.1 总体技术路线

2.1.1 基于“一张图”模式实现数据融合

空间信息资源共享基于“一张图”模式，将不同标准、格式的水利业务数据统一存储管理并展现在平台上，实现湖北省水利信息资源的有效整合与共享。“一张图”模式的核心是数据整合、共享和自适应扩展，其中数据整合是数据共享的基础。目前共享平台集成了 4 大类公共基础地图和 25 大类水利专题数据。

2.1.2 基于 SOA 架构建设

基于 SOA 架构[5]的湖北省水利业务应用共享平台建设，实际上是将各个分散的水利应用系统提供的业务整合为 1 项独立的服务，将服务独立出来可使得各个系统之间达到任务重用、资源共用，利于维护，减少数据冗余度，以及在一定程度上缓解了网络安全问题。

2.2 总体架构

共享平台总体框架如图1 所示，分为以下 6个部分：

1）标准规范体系。标准规范体系是平台建设和运行的基础。地理信息共享服务平台以成熟的大型 GIS 软件为基础平台，按照标准规范要求处理数据资源，并将数据产品发布成服务，将功能封装成接口。共享平台的建设、维护和使用均按标准规范进行。

2）安全保障体系。共享平台安全运行体系依托湖北省水利厅现有的安全保障体系，平台建成后运行维护纳入湖北省水利厅日常运维工作。

3）支撑层。为平台提供运行支撑环境，满足平台所需的数据存储、服务、处理计算能力和机房环境要求。支撑层包括硬件和软件支撑，硬件包括网络、存储、机房、服务器等，软件包括 GIS 平台软件、遥感处理软件、数据库管理系统等。

4）数据层。共享平台数据采用分布式存放方式，其中公共基础地图数据由湖北省测绘局以服务的方式提供，由测绘局对公共基础地图数据进行维护与更新；水利专题数据存放在湖北省水利厅，由湖北省水利厅进行管理与维护。

5）服务层。为上层应用系统提供数据与功能服务，各项服务均按照标准规范以接口的形式供用户调用，数据服务主要有按 OGC 标准封装的 WMS，WMTS，WFS，WCS，REST 等接口[6]，功能服务包括基于 Ajax 技术的 JavaScript API 和基于富客户端技术的 Flex API。

6）业务应用层。由平台门户、地图浏览、综合查询、服务管理、运维管理、定制开发等组成。

2.3 主要功能

2.3.1 数据共享

平台提供以下 2 类数据共享：1）公共基础地图数据，包括行政区划、居民地、交通、SPOT 2.5 m影像等数据；2）25 大类水利专题数据，包括河流、湖泊、水库、大坝、堤防、水闸、泵站、水电站、农村供水工程、入河湖排污口、地表水水源地、水文控制站等的数据。

数据共享功能像水利行业的“数据”蓄水池，在进行水利业务应用系统开发时，只要通过预留的数据共享标准接口，就能从蓄水池中抽取到业务相关数据，避免重复建设和数据浪费。

图1 总体框架

2.3.2 功能共享

包括以下 2 种功能共享：1）基础地理信息功能共享，包括地图查询检索、统计分析、地图标注、点线面计算、在线标注编辑等；2）专业水利业务功能共享，包括实时雨情等值线/等值面分析、缓冲区、水文监测示范应用等。

2.3.3 服务共享

主要面对二次开发用户使用，平台按照 OGC 标准发布了 WMS，WMTS，WFS，WCS 和 REST 等服务，可以根据二次开发用户的实际需求，定制各种服务。从某种意义上说，服务是功能和数据的标准化“包装”，用户不用关心功能如何实现、数据如何存储，只需要按照“包装”上的说明，开发适配接口进行对接，就能轻松调用各种数据及功能。

3 共享平台关键技术

3.1 服务聚合技术

采用 iServer 服务器产品的服务聚合功能[7]，将第三方 GIS平台发布的数据服务通过服务端和客户端进行聚合，聚合的数据可再次发布成标准OGC 服务，供其他平台（具有权限的用户）共享，具体如图2 所示。

3.2 多层次功能扩展与二次开发

湖北省水利“一张图”服务共享平台能够为各水利业务部门提供数据和功能服务，支持各个部门在此平台基础上搭建自己的业务系统。以此平台提供的服务为基础，各业务部门可以结合本部门业务系统数据和功能，对外发布标准化服务。

共享服务客户端通过脚本二次开发接口的方式，提供专业地理信息服务。通过共享服务，客户端各部门可以直接使用平台的各项数据服务及功能，如基础地理、水利专题数据服务等。

系统提供的各种开发接口如图3 所示。

图2 服务聚合技术

图3 定制与开发接口

4 共享平台数据库建设

4.1 数据库内容

湖北水利共享平台数据包括建设范围内的基础地理空间数据、各类水利专题数据、遥感影像、属性数据、照片等信息。为了更好地管理和应用数据资源，平台将数据库划分如下：

1）元数据子库。元数据是围绕业务数据描述的数据，主要包括数据的描述、产品的描述、编码、各种映射关系、各种数据的结构说明、各种数据模型等。元数据管理主要完成元数据的建立、更新、删除等。

元数据库用于存储系统中各类资料数据的描述信息，采用结构化数据模型进行设计。

2）遥感影像子库。遥感影像子库负责存储与管理处理后的遥感影像，处理包括正射纠正、融合、匀色、镶嵌、创建金字塔等。分幅形式采用地形图标准分幅。

遥感影像子库数据包括全省 30 m TM 和 2.5 m SPOT 等影像。

3）基础空间数据子库。基础空间数据子库中管理的数据主要包括湖北省 1 : 250 000，1 : 100 000，1 : 50 000 和重点区域 1 : 10 000 基础地理信息数据。

4）专题空间数据子库。专题空间数据子库主要内容为各类水利专题要素空间信息，必须依据基础空间数据子库进行建设，以保证专题要素与基础地理要素之间的关系正确。

5）地图产品子库。地图产品子库管理的是电子地图数据，是针对在线浏览和标注的需要，对矢量、影像、高程等数据进行内容选取组合所形成的数据集，并经过符号化处理和图面整饰后形成的重点突出、色彩协调、符号形象、图面美观的各类专题地图，可用于在线浏览、专题标注，也可供用户下载后打印输出或作为文档插图。

4.2 数据更新机制

湖北省水利“一张图”服务共享平台通过在线编辑与审核功能模块提供了数据更新的接口，用户可以根据数据变化情况进行相关操作，通过具有权限的专业数据管理人员审核后，可更新数据库，保障系统运行的现势性。

运维管理主要提供系统管理员对系统的使用情况进行监视，提供用户和权限分配等管理功能。通过对运维管理的整合与改造，使得用户帐号与权限高度集成，便于统一管理、分配；同时，有效地保障了业务数据的安全性与合法使用。可维护性强，能适应用户需求的变化。

5 共享平台服务共享模式和接口设计

5.1 服务共享模式设计

基于“一张图”模式的空间信息资源共享与应用模式作为水利空间信息资源整合的框架具有独特的优势，通过这种方式，能够将湖北省水利厅的水利基础及应用数据和各处室的专业数据展现在地理空间上，实现区域空间地理信息资源的有效整合与集成，统一为水利厅提供数据共享服务和可视化的决策分析。

通过共享平台的建设，将目前分散于不同处室的水利数据整合到一个统一的水利地理信息共享服务平台中，“一张图模式”如图4 所示。

5.2 服务共享接口

1）地图数据服务接口。将湖北省水利厅和测绘局等单位提供的各种不同格式、类型、标准的数据与服务，通过集中管理、聚合并再次以服务的形式发布出来供其它业务处室使用。提供标准的 WMS，WFS，WCS，WMTS 和 REST[8]等服务接口，有利于各业务处室基于共享平台数据服务定制开发业务系统。通过集中管理数据与服务实现数据服务共享，提高效率，节约成本。

2）业务功能服务接口。将湖北省水利厅各业务通用的、基本的业务功能以服务的形式发布，并由各业务处室共享和直接调用，可避免各业务处室在开发各业务系统时重复开发，提高了工作效率。平台目前所能提供的业务功能服务接口包括信息查询、统计图功能，实时雨水情数据、在线编辑等服务。服务为标准的 Servlet 服务，能够响应 get 及 post请求，请求参数为固定名称及规定格式的 xml 串，返回的数据可以是 xml 或者 json 格式的字符串。

图4 水利一张图模式

6 共享平台应用情况

共享平台为湖北省水利厅其他业务应用系统提供数据和功能服务，目前有多个业务应用系统以此平台为基础进行开发，具体调用情况如下：

1）农村饮水安全信息管理系统。该系统基于平台提供的地图和功能服务进行建设，利用平台提供的功能控件和 API 接口，实现区域定位、地图查询检索、在线标注、在线编辑等功能。

其中，农村饮水安全信息管理系统采集的农村安全饮水工程数据，由平台统一进行数据处理与发布，保证该类数据的统一性、唯一性和权威性。

2）规划计划信息系统。在该系统中直接嵌入平台提供的地图和基本 GIS 功能，快速实现该系统的GIS 功能，包括全省水利工程分布情况、地图的基本操作、查询检索、定位、统计分析等。

3）湖北省水资源管理系统监测信息服务平台。调用共享平台的全要素电子地图服务，实现监测站点的定位，水资源业务数据的展示、监测与预警等功能。

4）农村水利塘堰系统。该系统调用了平台的全要素电子地图和标绘功能服务，实现对全省农村水利塘堰定位、查询检索、统计分析等功能。

共享平台的建成为湖北省水利信息化奠定了良好的平台基础，为各业务部门的信息化建设节省了大量人力、物力、财力，缩短了建设周期，产生良好的经济效益。据初步估算，可节约 GIS 系统重复建设费用百万元级。通过调用共享平台相应的 GIS 服务，可将其他水利业务应用系统开发周期缩短为 3～6个月，系统建设效率提高 1 倍。

7 结语

经过初步探索与建设，湖北省水利“一张图”服务共享平台已初步具备支撑湖北省水利厅各部门业务需求的数据、功能和服务共享的能力，并已在多个业务系统建设中发挥了重要作用。系统的技术和应用创新，使得该项目荣获“2013年中国地理信息产业优秀工程奖”。

目前，湖北省水利“一张图”服务共享平台（二期）的主体开发工作已经完成。二期完成后，平台的基础架构将进一步完善，数据将更加丰富，通用功能将更实用，系统调用更高效。

在二期系统完成后，将继续从二维和三维方面同时入手，扩展平台的水利专业业务功能服务和三维展示与分析模块，深入挖掘水利行业的水文模型、淹没分析等专业分析功能，提炼出通用的模型算法融合至共享平台中，以适应未来十年水利业务发展的需要。

[1] 水利部水利信息中心，河海大学.全国水利信息化发展“十一五”规划[M]. 北京：水利部水利信息中心，2006: 57-60.

[2] 湖北省水文局. 湖北省水利水文“十二五”发展规划[M].武汉：湖北省水文局，2010: 14-17.

[3] 王云强. 水利信息化建设中存在的问题及对策[J]. 安徽水利水电职业技术学院学报，2013, 13 (1): 44-46.

[4] 陈海迟，边达. 共享型水利信息资源管理系统建设的探讨[J]. 内蒙古农业大学学报：社会科学版，2012, 14 (61): 73-74.

[5] 艾萍，赵敏，岳兆新. 基于虚拟化的水利数据共享平台设计与实现[J]. 信息技术，2013 (6): 75-79.

[6] 马增辉，解建仓，张永进，等. 基于 SOA 的水利构件研究[J]. 西安理工大学学报，2008, 24 (4): 415-420.

[7] 许朝晖，陈荣国，谢炯. WMS 的自定义地图服务聚合技术研究[J]. 测绘科学技术学报，2011, 28 (3): 223-226.

[8] 王强，王家耀，郭建忠. 基于 Agent 的网络地图服务聚合模型[J]. 计算机工程，2010, 36 (4): 281-282.

[9] 张学宝，白丹. 基于开源 REST 架构的水利信息服务平台关键技术研究[J]. 中国水能及电气化，2012, 84(1/2) : 34-38.

Construction and Application of “One-Map”Geo-information Integration and Sevice Sharing Platform in Hubei Province

ZHU Guangjun, YANG Xiaoqin, WANG Lanfang
(Information Center, Hubei Provincial Water Resource Bureau, Wuhan 430071, China)

Based on public geographic information and key business data of water resources, Hubei provincial“One-Map”geo-information integration and service sharing platform of water resources generally manages and analyzes multiple spatial and temporal scale data, and provides standard OGC interfaces as a platform support for rapid establishing of components in other water resources services. It realizes the comprehensive control target of “unified data management, standard service interfaces, efficient systems establishing”, and provides“One-Map”of water resources in its true sense for business application systems.

water resources informatization; water resources business applications; “One-Map”geo-information integration service; sharing platform

TP393；TV39

A

1674-9405(2014)01-0054-05

2013-11-06

朱光军（1964－），男，湖北武汉人，硕士，主要从事水利信息化管理工作。