“黄河一张图”建设研究

2018-05-07薄伟伟高庆方

水利信息化 2018年2期

薄伟伟，高庆方，赵芳

（黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州 450003）

0 引言

黄河水利委员会（以下简称黄委）自 2001 年提出“三条黄河”建设理念以来，大力开展以“数字黄河”工程为主体的黄河水利信息化建设，积累了丰富多样的数据和信息资源，治黄信息化的建设成果已在黄河流域规划、科研和生产实践中发挥了重要作用[1]。但是现有数据大多基于不同的项目或系统，面向不同的应用部门，数据格式多样，标准不一，导致大部分数据资源各自独立，相互之间不能访问，数据不能充分发挥作用。

2016 年，黄委提出信息化建设“一个数据库、一张图服务、一站式登录、一目了然的监管、一竿子到底和一个单位管理”的“六个一”的工作要求，其中，“黄河一张图”建设是“六个一”的重要基础。

建设“黄河一张图”，要依据统一的标准规范，整合黄河流域基础地理、水利基础、治黄业务专题等数据，实现黄河地理信息资源的共享，在统一的界面上实现黄河流域地理信息的无缝浏览和信息查询，提高黄河地理信息的应用水平，为黄河的治理、开发、保护、管理提供准确及可靠的地理信息支撑。

1 “黄河一张图”建设流程

“黄河一张图”建设流程为：按照统一的标准规范体系，整合现有数据资源，通过数据提取、格式转换、数据组织结构重构、坐标系转换、质量检查等处理，建立黄河流域多尺度、多分辨率、多种类地理信息数据库。在数据库的基础上采用 GIS、电子地图制作、标准化服务聚合、数据传输等先进技术为黄河治理开发各项业务应用提供“一张图”和“一站式”地理信息服务。主要流程如图1 所示。

2 “黄河一张图”关键技术

2.1 多源异构数据集成建库

2.1.1 黄河地理数据现状分析

黄河流域地理信息数据的现状如下：

1）数据类型多样，包括数字线划地图（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、数字栅格地图（DRG）等；

2）数据格式多样，矢量数据格式有 AutoCAD的 dwg，ArcGIS 的 shape，geodatabase 和 coverage，MapGIS 的 wp，wl 和 wt，以及纸质地图和文档格式等；

图1 “黄河一张图”建设流程

3）多比例尺，有覆盖全流域的 1∶1000000 和1∶250000，黄河重要河道 1∶50000 和 1∶10000，重点工程 1∶2000 等多比例尺数据；

4）不同坐标系，包括北京 54，西安 80 及CGCS 2000 不同参考椭球，以及高斯、兰伯特投影等不同投影方式的坐标系。

2.1.2 多源异构数据集成整编

针对黄河流域地理信息现状，为实现黄河地理信息数据的集成化管理，须按照黄河地理信息系列技术标准对现有多源数据进行整合处理，本项目采用基于 FME（空间数据转换处理系统）的流程化、标准化数据整编与入库一体化技术，通过流程化建模、数据加工、格式转换，实现流程化、标准化的数据整编应用，具体流程如图2 所示。

2.1.3 数据集成模型

采用 RDBMS（关系数据库管理系统）和Geodatabase（地理空间数据库）模型无缝组织多源、多时相空间数据，建立高效、有序、易用的大型空间地理数据库。Geodatabase 数据模型是 ESRI对空间数据建模理论、方法及其实现技术的融合，作为大型空间地理数据库的结构基础，能够在同一数据库中综合管理矢量、栅格等多种类型的空间数据，支持空间数据的版本管理和多用户并发操作。数据集成模型如图3 所示。

图2 多源数据整编流程

图3 多源数据集成模型

2.2 水利数据模型设计

水利数据模型设计即水利地理实体设计，地理实体是描述现实世界中独立存在的空间实体或现象，具有唯一的地理实体标识。地理实体的基本属性包括地理实体类码、类名、代码、名称及位置标志点等，地理实体由地理实体类码和代码 2 个属性唯一确定，即地理实体标识。通过地理实体标识实现地理实体与相关社会经济、自然资源等各类专题信息的挂接，以及建立地理实体之间的关联，从而实现空间、属性、关系的一体化管理。

图4 水利数据模型组织结构

水利数据模型设计，应使模型能满足水利对象多尺度空间表达、多维度业务属性、多重空间关系与时态特征的完整描述，使数据模型能适应面向水利应用的对象重组和过程的时态追踪等多种应用需要[2]，水利数据模型组织结构如图4 所示。

2.3 电子地图设计与制作

电子地图又称数字地图，通常将地图数据以数字方式存储并通过计算机系统处理后，最终在电子设备屏幕上显示地图数据信息[3]。电子地图是传统地图与计算机、地理信息系统、网络等技术相融合的产物，是地理信息的符号化表现。电子地图不仅是数据展示的平台，更是公众信息查询、分析的载体[4]。“黄河一张图”建设需要实现统一界面下黄河流域不同比例尺数据的无缝衔接和地图浏览，改变以往查看不同的数据需要打开不同的应用系统，而不同系统之间要素表达方式不同，影响数据使用效率的局面。

2.3.1 电子地图分级设计

电子地图的分级设计需要综合考虑地图范围和显示内容，根据地图表达需要和图面负载，合理设计每一层显示内容和要素表达，保证跨级数据调用的平滑过渡，相邻两级地图负载量的变化相对平缓[5]。根据黄河流域范围及数据内容，黄河流域电子地图级别设计范围为 6～17 级。地图分级比例尺及相应数据源如表1 所示。

2.3.2 多比例尺符号库制作及符号与要素自适应匹配

地图符号是地图的语言[6]，不同比例尺数据需要与之相应的符号库，本项目通过合理设计不同比例尺地图符号，制作符号库，并制定地图符号与相应比例尺要素的匹配策略，实现符号与地理数据的自动匹配，大大提高了电子地图制图效率。多比例尺地图符号库如图5 所示，要素与符号匹配过程如图6 所示。

表1 地图分级比例尺表

图5 多比例尺符号库

图6 要素与符号自动匹配过程

2.3.3 电子地图制作

在黄河流域地理信息数据库、实体库及多比例尺符号库的基础上，采用空间可视化、地图集成、三维建模等技术，制作矢量、地形、影像、三维场景等不同表现形式的电子地图，从不同视角表达黄河流域自然地理及水利工程情况。不同表现形式的电子地图如图7 所示。

2.4 地图服务发布

“黄河一张图”地图服务包括二维和三维电子地图服务，二维电子地图服务发布遵循 OGC（开放地理空间信息联盟）标准，包括网络地图切片服务（WMTS）、网络地图服务（WMS）、网络要素服务（WFS）和数据处理服务（WPS）等，为提高地图访问效率，通过合理组织电子地图数据，并按照一定的规则切片，利用多级缓存技术实现二维地图的快速响应。三维地图服务采用三维流渐进压缩传输技术提高用户体验。

根据治黄不同业务需要，分别制作基础底图和专题地图，并发布为地图服务，各治黄业务应用可根据需要，分别调用基础和专业服务，聚合形成符合专业特点和应用需求的特定地图服务。

3 结语

“黄河一张图”的建成，对有效开发利用黄河地理信息资源，解决地理信息数据和功能的重复开发现状，实现信息化与治黄业务的深度融合具有重要意义。经过初步探索和建设，“黄河一张图”已完成部分黄河地理信息数据资源的整合、建库和服务发布，已初步具备支撑黄委各业务部门需求的数据、功能和服务共享的能力，并已在多个业务系统建设中发挥重要作用。

但由于建设周期、数据资源、技术条件等因素，“黄河一张图”建设还存在诸多问题和不足，下一步还需继续在丰富“黄河一张图”数据内容，扩展相关业务属性，整合“天地图”“水利一张图”等数据和服务资源，黄河地理信息公共服务平台开发建设等方面进行进一步的研究和探索。