水文水资源“一张图”管理系统的设计与实现

2016-12-20马晓云

测绘通报 2016年11期

关键词：一张图服务器端水务

马晓云

(郑州测绘学校，河南郑州 450015)

水文水资源“一张图”管理系统的设计与实现

马晓云

(郑州测绘学校，河南郑州 450015)

从水利部门水文水资源信息管理需求出发，以数字城市地理空间框架提供的地理信息服务、数据为基础，利用Flex和Web Service技术并结合ArcGIS Server平台，构建了水文水资源管理“一张图”系统，使水务管理从“多龙管水”向“一龙管水”转变，为水利管理工作提供了一个良好的规划和决策支持的Web共享平台，在城市水利基础信息管理、数据共享和综合服务等方面具有重要的现实意义和良好的示范作用。

ArcGIS Server；Flex；水文水资源；Web Service

我国水资源分布复杂，洪涝灾害、干旱缺水、水土流失和水污染等面临的问题日益严重，对水务监管和治理提出了更高的要求。目前，水务管理部门虽然已在一定程度上实现了精细化、动态化管理，但存在数据采集、信息资源共享程度不高等现象，为水资源调配和监管增加了难度。在水资源规划和管理过程中，需要运用各种环境过程模型，如稳态和动态水流模型、多维水质模型和污染扩散模型等。上述模型大都具有明显的空间特性，但其对空间数据操作、结果显示方面仍显困难。因此，在数字城市地理信息公共平台基础上构建集信息化、集成化、智能化于一体的水文水资源“一张图”管理系统是当务之急且势在必行。

本文综合利用地理空间信息技术及先进的信息技术手段，分析、整合水务系统运行的各项关键信息，实现水文水资源科学管理，对防洪、除涝、蓄水、供水、节水、排水、水资源保护和污水处理实行统一规划、统一调度、统一实施取水许可、统一征收水资源费和水质水量的一体化管理，并为水资源相关环境模型提供整体的基于GIS逻辑原理的空间操作规范，通过搭建水力模型和建立智能化响应知识库，对突发事件进行预警和水力分析，从而实现水文水资源“一张图”管理，为相关部门提供科学的决策依据，同时在城市水利基础信息管理、数据共享和综合服务等方面具有重要的现实意义和良好的示范作用。

一、系统构架

本文设计的水文水资源“一张图”管理系统框架如图1所示，整个框架分为信息采集层、网络传输层、数据资源层、应用支持层、业务应用层及应用门户层6个层次。

1. 应用门户层和业务应用层

利用Flex编译器将应用门户层编译为SWF文件并在客户端运行，可为用户呈现出交互性更强的用户界面。业务应用层封装了水资源实时监控、水资源业务管理和决策支持3个功能模块。应用门户层负责向应用服务器端发送请求，并将应用服务器端响应信息反馈给当前用户。

2. 应用支持层

应用支持层包括系统的应用服务器端。当服务器端接收到客户端请求，可根据不同类型的请求分别进行处理，然后将处理信息返回客户端。服务器端通过空间数据库引擎连接的地图数据，发布缓存地图服务和Geo Processing服务。应用支持层通过ArcGIS API for Flex访问地图服务和Geo Processing服务，同时借助Web服务器的业务数据库与客户端进行交互。采用BPEL语言对水文水资源业务流程进行管理，通过工作流引擎来执行已设计的业务流程，最后将既定业务流封装成水资源业务管理模块。

3. 数据资源层、网络传输层和信息采集层

数据资源层包括水资源监测数据库、业务管理数据库、辅助决策成果数据库及元数据库和数据字典，为系统主要功能模块提供数据支持。数据服务器端包括空间数据库和业务数据库，负责空间数据和业务数据的组织和存取，为整个系统提供数据保障；信息采集层主要获取监测站的各类传感器信息及人工采集的水文水资源数据，并通过网络传输层将采集的信息按照定义的数据模型存储在数据库中。

图1 系统总体框架

二、系统功能设计

1. 数据模型设计

依据水文水资源数据特点，将其空间数据类型分为以下基本类型：①监测点，代表水位、雨量、流量、水质测量地点及重要水利工程的点位信息。②水文结点，用来表示河段端点，或水系上重要位置。③水文边线，用来表示河流水系和水体中心线。④流域，指分水线所包围的河流集水区。⑤水体，代表湖泊、池塘、港湾等。此外，通过设计时间序列对象用来表征水文水资源对象随时间变化的属性，使其与空间属性结合，反映水文对象随时间变化的特征和规律，如河道站水位和流量的时间序列，以及雨量站的降水时间序列等。

本文将水文水资源数据划分为水文网络、河道、流域水系和时间序列对象等要素数据集，其数据模型的抽象类定义为水文要素类、水文网络类、河道要素类、流域要素类及其他水文地理信息要素类等。水文要素类继承于时间序列对象类；序列类型ID用来确定时间序列对象的类型，如流量序列、水位序列、降水量序列等；其他要素类分别继承于水文要素类。

水文网络是由水文结点及水文边线构成的拓扑网络，用来描述河道和水体的上下游水流运动。水文边线类和结点类继承于水文网络类，河道要素类是从水文要素类继承得到的抽象类，河道要素包括河道的剖面线和断面线，为三维的多边形线几何类型。流域要素对象包含集水面积、流域点和流域线3个对象类。其他水文地理信息要素包括点要素(排水点、取水点、测站点等)、线要素(沟渠、输水管道等)和面要素(洪泛区、水文响应单元等)。

2. 功能模块设计

根据水务管理部门的业务需求，本文将水文水资源“一张图”管理系统划分为在线地图查询模块、业务管理模块、水雨情实时监控模块和辅助决策支持模块共4个功能模块，如图2所示。

图2 系统功能模块结构

三、系统功能实现

系统除具备浏览、查询与分析功能外，还实现了业务管理、水雨情实时监控及辅助决策支持等功能，并将业务流程划分成不同的模块进行整体管理，从而实现水务信息办公管理“一条龙”，充分发挥地理信息在水务应急管理和宏观决策方面的作用。

系统开发环境配置：在服务器中配置Java JDK环境变量；界面展示前端利用插件Flex Builder 3 plugin；BlazeDS是基于服务器的Java远程控制(remoting)和Web消息传递(messaging)技术，实现Java与Flex的无缝集成。BlazeDS在Flex客户端访问服务器端，并将客户端Flex与服务器端J2EE整合到Dynamic Web Project项目工程下。系统主要模块功能叙述如下。

1. 在线地图查询

当水文水资源专题数据更新时，首先在ArcMap中进行修改并存入空间数据库，再发布地图，然后重新调用地图服务以获得最新的水文信息数据，从而实现了地图在线编辑功能，即通过客户端即可对水位观测站、雨量站、提灌站取水口等水务设施属性进行编辑。

2. 水雨情实时监控

在地图上以浮动标注形式显示水位监测站和雨量站最新的水雨情信息，当某水情站点水位超过警戒水位或某雨量站观测雨量超过某一限值时，系统会自动闪烁报警，如单击佛山市勒竹监测站，系统立即显示当前水位和站点监测的水位过程线(如图3所示)，并可通过链接方式查询当地的天气预报、卫星云图、雷达测雨、气象数值预报和天气图等与防汛相关的气象信息。

图3 监测站水情信息显示

3. 水文水资源业务管理

水文水资源业务管理主要为业务人员日常管理工作服务，可实现业务处理过程的电子化、网络化及水资源的一体化管理。本系统是一个集中管理、安全规范、充分共享、全面服务的水利共享服务平台，通过工作流引擎可实现信息资源的安全有效共享和信息的综合与主题化(产品化)服务，以及基于统一门户的信息发布与用户访问控制，并预留与行业外部的互连互通接口，满足信息公开与服务共享需要。

4. 辅助决策支持

系统具有强大的空间分析功能，可对水文水资源信息自动整理、统计、分析，并以各种图表形式提供给管理层和决策层，为提高水资源优化配置、洪水预报、抗旱调度等应急决策指挥提供技术支撑。

四、结束语

本文面向城市水务管理对信息化建设的迫切需求，采用Flex和Web Service技术并结合ArcGIS Server平台，在数字城市地理信息公共服务平台基础上构建了水文水资源“一张图”管理系统，为水雨情防御和应急指挥提供了实时的水文水资源空间信息共享平台、空间分析手段及决策依据。

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Design and Implementation of Hydrology and Water Resources Management System

MA Xiaoyun

2016-01-21；

2016-03-29

河南省创新型科技创新团队支持计划

马晓云(1984—)，女，硕士，讲师，研究方向为测绘科学与技术。E-mail：328806093@qq.com