江苏省河湖和水利工程管理范围划定成果管理信息系统建设研究

朱震东 王义坤 程 宇

(南京市长江河道管理处，江苏 南京 210009)

1 项目背景

党的十八届三中全会明确提出要加快生态文明制度建设，对水流等自然生态空间进行统一确权登记，形成归属清晰、权责明确、监管有效的自然资源资产产权制度，建立空间规划体系，划定生产、生活、生态空间开发管制界限，落实用途管制。为做好河湖和水利工程管理范围划定成果数据的管理工作，加强数据维护和应用，建设专项的管理范围划定信息地理系统,并在信息化基础上推动各部门信息横向共享十分必要。江苏省各级水利部门也迫切需要构建管理范围划定成果管理信息系统，将成果应用到日常管理和执法过程中，辅助各部门作出科学决策。

2 系统设计

2.1 设计目标

2.1.1 建设信息数据库

建设江苏省河湖和水利工程管理范围划定成果管理信息数据库，按照江苏省河湖和水利工程管理范围划定成果管理需要，对现有的江苏省河湖和水利工程管理范围划定成果数据库进行组织结构调整和部分内容扩充，同时建设支撑管理信息系统运行的业务数据库和元数据库等。

2.1.2 完善信息系统各项功能

开发建设管理信息系统，提供对管理范围划定成果的总体概况、管理维护、地图浏览、信息检索、专题图制作、数据叠加、辅助界线管理、专题图制作、报表制作输出和成果动态更新等功能。

2.2 系统架构

管理信息系统由运行支撑层、数据层、服务层和应用层构成，见图1。

图1 管理信息系统总体框架

2.2.1 运行支撑层

运行支撑层贯穿于整个系统，包括系统标准体系和运行环境体系两部分。其中标准体系包括水利行业数据标准、规范、规定，测绘行业数据标准、规范、规定，以及成果管理相关的法规政策等。运行环境体系依托于江苏省地理信息服务平台，包括网络、计算机、存储备份系统和环境设施等。

2.2.2 数据层

数据层包括业务数据库、划定成果数据库和元数据库等。划定成果数据库包括图形数据、属性数据、电子档案、文字报告和其他成果等数据。

2.2.3 服务层

服务层是系统建设的核心内容。服务层不仅提供由数据源直接发布的数据服务，如WMS、WFS、WMTS等，还提供依托于江苏省地理信息服务平台的各类专题图制作服务、报表制作服务等，满足用户个性化需求。

2.2.4 应用层

应用层是省市县三级水利部门基于保密网和水利专网建立的应用系统。管理信息系统为省市县三级水利部门提供地图浏览、信息检索、专题图制作、报表制作和成果动态更新等多种功能供用户使用。

2.3 数据库建设

按照江苏省河湖和水利工程管理范围划定成果数据管理信息系统实施方案的数据库设计内容进行数据库建设。建设涵盖河道、湖泊、水库、涵闸、泵站、堤防六大类数据的划定成果数据库、支撑管理信息系统运行的业务数据库及元数据库，同时利用接口调用等方式借助江苏省地理信息服务平台中的基础地理信息数据库。

2.3.1 划界成果数据库

江苏省河湖和水利工程管理范围划定成果数据采集有完善的技术标准，坐标系采用2000国家大地坐标系(CGCS2000)，精度0.01m，高程采用1985国家高程系，精度0.01m，矢量数据采用ARCGIS软件制作的shapefile或GDB格式，属性数据采用office软件制作的xls或mdb格式。管理范围划定数据采用“5点4线3面”的标准进行统一采集，点要素为管理范围界桩点、权属范围界桩点、测量控制点、管理范围界桩移位点、告示牌位置点，线要素为管理范围划界基准线、管理范围界线、权属范围界线、保护范围界线，面要素为管理范围面、权属范围面、保护范围面，12个要素均有相关属性采集规定，同时过程中界桩(牌)身份证、文字报告、电子档案表等资料一并采集进入数据库。

划定成果数据库建设对现有的江苏省河湖和水利工程管理范围划定成果数据库进行组织划分，按照河道、湖泊、水库、涵闸、泵站、堤防分为六大类，增加12个要素图层，整合包含界桩身份证、移位点之记、不动产登记成果等电子档案，合并文字报告及其他成果。12个要素图层包含“5点4线3面”，分为空间矢量数据和属性数据，空间矢量选用关系型数据库进行管理，并采用Oracle Spatial技术存储于后台数库中，属性数据为office软件制作的表格，利用关键字关联空间矢量数据；电子档案数据建库按照界桩(牌)身份证、移位界桩(牌)点之记、不动产登记证书、告示牌等分类进行建库存放；文字报告和其他成果合并存放于一张数据表中，按照类别进行区分。由于电子档案、文字报告和其他成果数据均为大文件格式，以BLOB字段数据流的方式进行存储，通过系统编码关键字关联空间矢量数据、属性数据以及其他数据，数据库组织结构见表1。

表1 划定成果数据库组织结构

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2.3.2 基础地理信息数据库

基础地理信息数据主要包括DLG(数字线划图)和DOM(数字正射影像)等。其中，DLG需要1∶1万及以上比例尺的地形图数据，DOM数据需要0.3m分辨率及以上的影像图数据，同时基础库还涵盖行政区、水系、居民地、工矿及公共设施和独立地物、交通道路、桥闸、管线、植被与土质地名及注记等。行政区是各地划定工作的空间位置，地形图和影像图可判断河湖工程管理范围划定的准确性，水系、桥闸等要素数据能够辅助河湖工程的管理范围与确周边关系。

2.3.3 业务数据库和元数据库

业务数据库用于支撑系统各项业务功能，包括用户信息、专题制作、报表制作、辅助界线、成果动态更新和其他信息等。依据业务数据库要求，以系统功能为原型，综合考虑用户的浏览查询体验，建设相关业务数据表，插入相关数据内容，并可根据新数据实时动态更新表格。元数据库主要为确权对象、本底数据、年度更新等相关信息，对入库数据的元数据按照以上类型分类读取并写入相应数据表，见表2。

表2 业务数据库分类详细组成

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2.3.4 数据存储方式

空间矢量数据的组织采用空间分层、平面分块的分类原则。系统采用关系型数据库进行管理，划定成果河道、湖泊、水库、涵闸、泵站、堤防六大类数据均采用Geodatabase存储于Oracle数据库中，通过Oracle Spatial进行空间数据的管理与访问。系统利用ArcGIS提供的导入工具，通过设置Oracle Spatial空间类型，将上报系统数据导入到Oracle Spatial相应的空间数据表中。业务数据库及元数据库包含的数据表为非空间数据表，均存储于Oracle数据库中。

2.4 关键技术突破

2.4.1 划定成果综合表达

a.划定成果抽取整合。为提高成果统计效率，展现全省数据概况，项目对划定成果进行数据分析，按照河湖分类、河湖分类子类型、行政区划，进行数量统计、编码提取、长度提取、面积提取等操作，形成数据基表。建立数据基表更新机制，保证数据准确性。按照数据统计口径要求，根据行政区划、河湖分类、河湖分类子类型等对数据进行快速统计，并通过接口以JSON格式提供给系统前台调用。

b.划定成果按需表达。系统根据用户实际需要，运用成果数据关键词过滤机制、数据表关联方法，展示所需的成果数据，提供图形查询、组合查询等多种信息查询方式获取成果信息，并为查询结果的相关数据实时生成唯一的网络下载地址，供用户下载。通过调用江苏省地理信息服务平台资源服务接口，动态获取所需的矢量、影像、水利普查等数据，进行地图加载和信息查询。

c.智能报表和专题统计。系统利用POI报表生成技术，报表类型按行政区划分为省、市、县三类，省级分类又分为汇总表、流域性河道明细表、省管湖泊明细表、大中型水库明细表和大中型闸站明细表，市级分类又分为汇总表、按照工程类型的明细表和汇总表，县级分别又分为汇总表、按照工程类型的明细表和汇总表。系统基于HTML5技术，运用Highcharts图表库，动态生成管理范围界线长度、面积等多指标统计图，支持栅格和矢量输出。

利用规定的12种固定类型报表模板，定制项目成果各类报表。报表类型按行政区划分为省、市、县三类，省级分类又分为汇总表、流域性河道明细表、省管湖泊明细表、大中型水库明细表、大中型闸站明细表，市级分类又分为汇总表、按照工程类型的明细表和汇总表，县级分别又分为汇总表、按照工程类型的明细表和汇总表。

2.4.2 空间矢量数据在线按需切割

为使水利部门能够自由获取需要的空间矢量数据，以便于后期现场巡查、数据应用展示等，项目基于Python实现了服务端对空间数据的任意裁切。项目根据前端地图绘制的图形查找出与绘制图形存在空间相交或包含关系的相关图形数据标识，将图形标识、相关图层及绘制图形坐标设为参数，项目后端服务对接收到的参数进行相应处理得到最终裁切的数据，形成唯一的网络地址供用户下载查看。

对于点数据，依据图形唯一标识及图层信息，从数据库中直接获取数据导入到裁切图形mdb数据库中。对于线面数据，需获得用于裁切的图形和裁切的目标图形。项目利用Python对绘制图形坐标串进行处理，从而恢复初始的绘制图形用于裁切。按照图形标识和图层信息从数据库中得到相应数据表的图形数据，用得到的绘制图形动态切割现有数据，得到落在绘制图形范围内的数据，重新组成新的图形，将新图形导入对应数据表中，得到动态切割的图形，见图2。

图2 空间数据在线按需切割流程

2.4.3 CAD数据转换叠加

水利部门的相关施工文件以CAD格式数据为主，如何将CAD数据直接展示到本系统中，使得数据更加丰富、直观是一个难题。本系统实现对符合规定要求的CAD数据进行转换和实时融合，与现有成果数据进行叠加显示。系统提供CAD数据上传入口，用户上传符合规定要求的CAD数据，系统后台将读取到的CAD数据由自身坐标转换至CGCS2000坐标，再按照点、线、面、注记四类进行分类，并将分类后的数据导入到模板数据库中。根据模板数据库中数据类别分别导入到对应的Oracle Spatial数据库表中。系统再将Oracle Spatial数据发布成地图服务，系统完成数据导入后，自动加载显示地图服务实现CAD数据在地图上的展示。

2.4.4 划定成果动态更新

系统通过工作流的方式进行区块整体更新，区县用户按照更新流程，提交更新范围及更新数据，经过县级审核、市级审核、省级审核等，自动与现有成果数据库作比对，进行更新内容检测。系统针对更新要素超出更新区域等情况，根据图形动态切割方法，对更新要素按更新区域自动进行切割，并提示新增更新详情。当数据通过审核并确认后，进行数据更新，历史数据自动备份。

3 系统功能研发及应用

按照江苏省河湖和水利工程管理范围划定成果管理信息系统实施方案设计内容，建设管理信息系统，实现基于保密网和水利专网的省市县三级联动的管理范围划定成果数据的管理和日常使用，包括总体概况、管理维护、地图浏览、信息检索、专题图制作、报表制作输出和成果动态更新等功能模块。

3.1 划定成果概况

总体概况包括全省概况、设区市概况、省管工程概况、按行政区划划分的河湖六大类型及其子分类的详细数据，展示全省划定成果的总体概况，见图3。

图3 系统总体概况界面

3.2 划定管理维护

3.2.1 实名认证

系统通过江苏省地理信息服务平台的CA认证系统，将全省参与划界工作的用户进行统一实名认证管理，用户被赋予不同权限访问和使用功能。

3.2.2 统一身份管理

统一身份管理包括机构管理、用户管理和角色管理。系统使用江苏省地理信息服务平台的统一身份管理实现机构管理和用户管理等功能。用户根据省市县三级水利部门设置角色。

3.2.3 日志管理

日志包括用户登录日志和用户操作日志。用户登录日志记录用户的登录信息，包括用户名、登录时间。用户操作日志记录用户操作各项功能的信息，包括用户名、时间、功能操作信息。系统管理员可查询系统运行情况，提供删除、清空、导出等功能，以方便系统日志信息的管理，其他用户仅能够查询本用户的操作日志，不提供其他操作权限。

3.3 划定地图浏览

3.3.1 地图快速浏览

系统将成果数据、背景图层以目录树的方式进行管理，将成果数据按照河道、湖泊、水库、涵闸、泵站、堤防六大类对数据进行过滤分类按需显示，方便用户查看。划定信息检索系统涉及的管理范围划界成果数据量大，在客户端页面上往往加载速度过慢，因此成果展示需实现提升大数据的加载渲染效率。系统对本底数据和历年更新后数据，采用WMTS方式发布切片服务，根据地图比例尺、当前视图范围和数据重要程度动态显示数据，提升渲染效率，实现快速浏览效果。

3.3.2 面积、距离等测量

通过调用省地理信息服务平台提供的测距测量服务，把点和面坐标集、地图坐标系作为参数传递，在原页面上测出总距离和面积的数据，见图4。

图4 系统测量界面

3.3.3 历史对比

历史对比实现基于数据库中时态信息或其他信息通过屏幕对比查看不同时期更新的河湖工程数据，包括管理范围界桩点、管理范围线、管理范围面等数据的历史变化情况，实现不同时期数据的直观对比分析查看，反映成果数据的变化情况，见图5。

图5 系统历史数据对比界面

3.4 信息检索

系统提供点选、线选、矩形、圆形和多边形等方式查询对应地图数据的相关属性信息，查询结果以表格的形式进行展示。同时将查询出的地图数据坐标作为参数传递，在原页面重新加载地图，并对查询结果高亮显示。同时系统还提供按照行政区划、河湖类型、水利分区、水资源分区和河湖名称进行多条件组合查询。查询结果以表格的方式进行展示，可供用户下载，查询地图要素高亮显示。除了地图要素和属性信息外，还包含实施方案、批复等文档，界桩照片、登记表等文字图表内容，以压缩包的方式供用户下载，见图6。

图6 系统信息检索界面

3.5 划定数据叠加

系统数据叠加主要是针对CAD数据的叠加，系统提供上传叠加特定格式的CAD文件，叠加到地图上进行展示的功能。用户可直接叠加数据库中已经上传的CAD文件，或者通过系统直接上传或者删除CAD数据，划定成果管理信息数据数据库自动更新数据，见图7。

图7 系统数据叠加界面

3.6 划定报表和专题图输出

专题图制作模块是基于已有的基础地理数据、水利基础数据、专题数据、管理范围划定成果等数据源，以省地理信息服务平台为基础，利用平台为专题制图提供的功能接口，为各级用户制作各类管理范围划定专题地图，并调用省平台提供的专题图打印输出接口，打印输出相应的专题地图。

系统提供管理范围划定成果属性数据报表的定制服务，可供水利部门调用。利用规定的12种固定类型报表模板，定制项目成果各类报表。报表类型按行政区划分为省、市、县三类，省级分类又分为汇总表、流域性河道明细表、省管湖泊明细表、大中型水库明细表、大中型闸站明细表，市级分类又分为汇总表、按照工程类型的明细表和汇总表，县级分别又分为汇总表、按照工程类型的明细表和汇总表。系统实时生成报表唯一的网络下载地址，供用户下载，满足日常管理需要，见图8。

图8 系统报表制作界面

3.7 划定成果动态更新

系统根据新成果数据范围和河湖名称，经省市县三级审核后替换新成果数据范围内的数据，范围外的数据保持不变。通过省市县三级审核后，替换或者新增数据，同时，将更新前数据存在历史库中，并将相应的更新信息填入相关元数据表中，见图9。

4 结 语

江苏省河湖和水利工程管理范围划定成果信息系统基于江苏省水利地理信息服务平台，建立完善了全省统一的江苏省河湖和水利工程管理范围划定成果数据库，为保障管理范围划定成果质量、推进成果应用提供支撑。信息系统基于B/S架构，建立了全省河湖和水利工程管理范围划定成果数据查询、统计、更新、输出等一站式的管理信息系统，既能满足各级水利部门对成果数据便捷维护、信息共享的需求，又能在一定程度上满足水利部门实时更新数据，保证数据的现势性与准确性的需求。系统界面友好、操作简单方便、功能贴近实际工作需要，为便于水利工作人员对河湖和水利工程管理范围划定成果数据的日常使用和管理，提高工作效率起到了积极作用。

本文结合江苏省河湖和水利工程管理范围划定实际，从系统设计、关键技术、系统研发等方面探讨研究信息系统的开发思路，可为其他区域河湖和水利工程管理范围划定信息化工作提供借鉴。