新汴河水利工程信息化管理系统研究与实现

王 飞

（安徽省水利水电勘测设计院勘测分院，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

新汴河是淮北平原上人工开挖的河道，干流全长127.1 km，起自安徽省宿州市西北戚岭子，经灵璧县、泗县，于江苏省泗洪县入洪泽湖的溧河洼。新汴河自建成以来，不仅在解决外洪内涝方面发挥了积极作用，且为农业灌溉、城市供水和航运提供了条件。长期以来，新汴河信息化管理水平较为滞后，信息化基础较为薄弱，已不能适应新时期水利现代化管理的需要。

水利部2019年全国水利工作会议指出我国下一步水利工作的中心将转到“水利工程补短板、水利行业强监管”上来。水利信息化正是水利行业亟待加强的短板之一，同时，加强水利工程信息化建设，也可加强对水利工程安全规范运行的监管。在此背景下，建设完善新汴河工情视频监控系统及自动化监控系统，以此为基础，收集水利相关信息数据，开发一套基于GIS的二三维一体化新汴河工程信息化管理系统，实现对新汴河水利工程的信息化管理。

1 系统总体设计

1.1 系统建设目标

1）采集、处理新汴河水利工程管理所需的数据，在系统中进行统一管理和展示。

2）开发二三维一体化GIS水利信息平台，提高了水利信息的表达能力[1]，让用户能够以更加直观的方式快速了解新汴河水利工程现状。

3）将水雨情、工程运行信息、监控视频数据集成在系统中显示，为新汴河防汛抗旱、水利工程管理提供全面支持。

4）将新汴河工程维修养护、河道堤防巡查、闸站安全管理巡查等业务流程纳入系统，实现相关业务的流程化、规范化管理。

1.2 系统架构

为便于用户使用，系统采用B/S架构，部署在局域网中。不同类型数据采用不同的存储方式，二维矢量数据保存在地理数据库中，三维模型数据直接保存在服务器中，属性数据、监控视频站点信息表、工程运行信息数据及相关水利业务数据保存在关系数据库中。

1.3 开发环境

前台开发语言:JavaScript；后台开发语言:JAVA；GIS平台:ArcGIS API for JS；数据库:SQL Server 2014。

2 数据采集、处理方案

本系统数据统一采用CGCS2000坐标系，1985国家高程基准。系统数据可分为基础地理信息数据、水利信息数据、三维模型数据、水雨情数据、工程运行数据和监控视频数据。

针对本项目要求，制定各类型数据的标准。具体包括编写基础地理信息数据、水利信息数据等二维矢量数据的属性字段表，确定三维模型数据格式，编写水雨情数据、工程运行数据接口文档，编制监控视频站点信息表。

2.1 基础地理信息数据

基础地理信息数据包括行政区划数据、交通数据，数据来源于国家1∶100万基础地理信息数据。

2.2 水利信息数据

水利信息数据包括管理单位信息、水系及涉水建筑物数据，其中管理单位信息包括新汴河各级水管单位，水系数据包括新汴河及其主要支流，涉水建筑物包括水闸、翻水站、地下涵、穿堤涵洞、桥梁及堤防。以高分辨率遥感影像为底图，矢量化水利信息数据的空间位置，并赋予其属性信息。

2.3 三维模型数据

对新汴河上的水闸、翻水站、地下涵、穿堤涵洞等水利工程进行倾斜摄影航拍，经内业软件处理后生成三维模型粗模。水利工程由于多含有镂空结构，通过航拍无法获得完整水利工程纹理信息，因此，需在粗模基础上进行模型修饰，使其更加贴近真实场景[2]。模型修饰完成后，将其统一转换为GIS平台支持的数据格式。

2.4 水雨情数据

水雨情数据来源于安徽省水文遥测网，通过调用其水雨情数据接口，直接集成在系统中显示。

2.5 工程运行数据

工程运行数据自下属站点各PLC模块通过专线传输至服务器，服务器端通过工情数据识别转换软件转存至关系数据库。根据系统工程运行监测模块功能需要，编写数据接口，实现对工程运行数据的调用。

2.6 监控视频数据

系统以URL方式访问各监控站点视频数据，编制监控视频站点信息表，表中包含各监控视频站点名称、IP地址及登录账号密码。同时，在高分辨率遥感影像中矢量化监控视频点定位数据，同时赋予各监控站点属性信息。

3 系统功能

3.1 地图服务

地图服务功能模块为新汴河水利工程信息化管理系统提供了基础的地图服务，系统的所有功能都是基于地图展开。具体功能包括底图切换、图层管理、地图基本操作、空间量测及二三维场景切换。系统主界面见图1。

图1 系统主界面

3.2 实时监测

实时监测功能模块包括水情监测、雨情监测、工程运行监测及视频监控，为新汴河防汛抗旱、水利工程管理提供全面支持。

1）水雨情监测

水雨情监测功能实现对新汴河干流水位/雨量站点水情、雨情数据的实时接收，用户可设定时间范围查询指定站点该时间段内的水雨情数据，以折线图、柱状图或报表形式展示，用户可下载、打印图表。当有水情或雨情超限时，系统会自动弹窗预警，超限站点会根据超限类型以不同颜色、符号表示，同时将预警信息以短信形式发送至相关责任人[3]。见图2、图3。

图2 水情监测

图3 雨情监测

2）工程运行监测

工程运行监测模块实现对新汴河上完成涵闸自动化改造的水利工程运行情况进行监测，以图表形式展示水闸启闭状态、机组运行状态、闸门开度、流量、水位等涵闸运行参数。涵闸运行发生故障时，系统会自动以弹窗形式预警，用户可在系统中查看详细的故障信息，同时系统会将故障信息以短信形式发送至相关责任人[4]。见图4。

图4 工程运行监测

3）视频监控

视频监控功能将新汴河各管理单位及水利工程的监控视频数据集成至系统，用户可在视频列表中点击查看监控视频，也可在系统底图或三维场景中加载监控视频点数据，通过点击监控视频点符号打开该点所在监控视频画面。见图5。

图5 视频监控

3.3 工程管理

工程管理功能将工程维修养护、河道堤防巡查及闸站安全管理巡查业务纳入系统，规范了上述工作的工作流程，便于管理人员查看各项工作的进展情况。同时，本功能也实现工作文件的存储和管理功能，用户可根据需要，批量下载文件资料，制作工作报表。如用户可在年底下载年度河道堤防巡查记录表，制作河道堤防年度巡查报告。见图6。

图6 工程管理

3.4 三维展示

三维展示功能模块实现了在系统三维场景中加载三维模型。三维模型分为大场景三维模型和水利工程三维模型。大场景三维模型展示重点河段河道堤防三维场景，水利工程三维模型以精细模型展示了新汴河沿线的水闸、地下涵、翻水站及穿堤涵洞等水利工程。见图7。

图7 水利工程三维场景

3.5 变化检测

变化检测功能通过对比不同时期遥感影像，对新汴河水域管理范围内的地表变化进行检测，可用于检测水域占用情况、违建情况、工程进展、工程施工前后效果比对等。见图8。

图8 变化检测

4 结论与展望

新汴河水利工程信息化管理系统综合运用了GIS、遥感、倾斜摄影测量、自动化监测等技术手段，集成了水雨情监测、工程运行监测、视频监控、工程管理、三维展示、变化检测等功能，以二三维一体化形式全面展示了新汴河水利工程运行及管理信息，有力提升了新汴河工程信息化管理水平。

受限于数据，目前系统三维应用集中在三维展示方面，未来随着地形、水文、气象数据的补充和完善，将洪水预报、洪水演进、洪水淹没分析、灾情评估、水资源联合调度等业务纳入系统，以便更充分地发挥三维技术在空间分析和显示方面的优势，全面提升水利管理单位防汛抗旱管理能力。