水利空间规划一张图平台设计与实现

杨楚骅，徐 兵，陈裕兵，张 波，蒋毛席

(1.中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 510610；2.广州珠源信息技术有限公司，广东 广州 510610；3.贵州省水利厅，贵州 贵阳 550002；4.贵州省黔中水利枢纽工程建设管理局，贵州 贵阳 550081)

2019年5月9日，中共中央国务院发布《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》，将主体功能区规划、土地利用规划、城乡规划等融合为统一的国土空间规划，这项工作是推进生态文明建设、建设美丽中国的关键举措。水作为山水林田湖草生命共同体的一个重要要素，是国土空间规划中生态空间的重要组成之一[1]。水利规划与国土空间规划融合势在必行，而近年来随着国民经济的飞速发展，我国水利规划管理部门编制了大量的战略规划、发展规划、综合规划、专业规划和专项规划[2]，使得规划资料的统筹、流通、共享困难，阻碍了科学执行规划决策在流域、区域中的实现[3-4]。

随着全国水利一张图在2015年全国水利信息化工作会议上正式发布，并于2019年12月重点围绕丰富数据、强化功能、深化应用、优化展现等方面升级完成，全面推广到全国各级水利部门，有力促进了信息技术与水利业务的深度融合[5-6]。2017年卢丹丹等[7]在武汉市长江新城规划建设中构建了长江新城规划建设管理一张图平台，实现了建设项目规划审批、招商落户和建设统筹的阶段性生命周期闭合管理，有效提升了政府管理效能，真正意义上发挥了政府在规划、招商与建设中的统筹管理和协调作用。2020年曹帅等[8]构建省级水利一张图，并结合搜索引擎、工作流、资源目录、云计算等技术，扩展了OGC服务接口和能力，实现了省内各级空间数据共享。薄伟伟等[9]在“黄河一张图”建设中对多源异构数据集成建库、水利数据模型设计、电子地图设计制作与发布等关键技术进行研究，初步形成了流域一张图技术体系。而将一张图应用在水利规划“编制-实施-后评估”全流程管理中还处于探索阶段。

1 总体思路与目标

1.1 总体思路

在新的国土空间规划体系下，需要整合空间资源、统一工作底图，构建流域、区域统一的坐标体系和数据标准体系，形成水利空间规划一张图，有效解决各类规划参考不同、标准不同、相互不衔接等问题，减少规划的矛盾性、差异性，树立规划的权威性[10-12]。采用多源异构空间数据汇集与特征提取技术建设“历史数据、现势数据”同步[13]的水利空间规划数据库，收集整编基础地理数据、流域规划和控制性规划等成果，根据统一的数据标准形成水利空间规划蓝图，作为水利空间规划底板数据，构建水利空间规划一张图平台，形成统一的水利规划编制和入库流程，保证水利规划成果协同性和衔接性。最终为建立统一的空间规划体系，实现“一张蓝图干到底”[14]提供关键技术支撑。

1.2 建设目标

利用大数据、3S、VR等新一代信息技术整合汇集多源、多维度、多时态历史与现状数据，将水利各类规划进行统一衔接，解决各规划自成体系、内容冲突、缺乏衔接等问题，实现规划成果入库与上图，为规划各项指标和任务措施的落实提供可视化的综合展示和分析；实现规划编制及管理工作规范化和流程标准化；实现水利规划编制-实施-实施后评估的全过程管理，全面提升水利规划编制及管理的能力和水平，使得水利规划融入国土空间规划成为可能。

2 平台关键技术

2.1 多源异构空间数据汇集与特征提取技术

针对水利规划成果涉及的多源异构数据获取与汇集难题，按照业务需求识别水利规划成果大数据主要指标。通过FME实现不同空间数据格式(模型)之间的转换[15]，对空天地一体化数据、社会经济、气象、水文、工情、舆情等多源、多维、多时态异构数据进行一体化融合处理，消除多源信息之间存在的冗余和矛盾，形成对区域内社会发展情势及变化相对完整的感知与描述。构建时间系列特征向量，并对主要要素进行特征归一化表达，实现流域内过去、现在、未来数据的时空和物理一致性，为精细化、智能化水利规划提供精确有效的数据支持。

2.2 空间规划图则符合性验证技术

水利空间规划一张图不是简单将所有信息叠置在一张图上，更重要的是保障不同层次、不同类型的成果相互兼容。包括：规划与现状兼容；不同层级规划兼容；同层同类规划兼容。空间规划图则符合性验证技术是构建在流域规划、控制性规划等成果体系上的空间约束和指标约束，可作为指导其他规划编制的标准和参考依据。将流域规划、控制性规划按照一定的规则体系抽取并转换成各种专题图层，作为水利空间规划一张图的核心图。

3 平台设计

3.1 设计原则

a)标准化与规范化原则。在国家信息化相关规范标准的基础上，进行数据库、数据服务和系统的设计与开发。

b)数据整合与资源共享原则[13]。充分对海量多源基础档案数据、多媒体数据、经济社会数据、规划成果数据进行有效整合，实现多规之间的资源共享，避免重复建设。

c)创新性与先进性原则。在平台建设设计过程中，采用IT领域先进成熟的技术，系统设计符合IT技术的发展趋势，全面应用开源技术，系统应完整统一，高效稳定，安全可靠，能方便地进行扩充、升级。

d)开放性与合作性原则。平台采用开放的体系结构，各子系统既可独立运行，又可集成运行，具备松耦合特性，系统中的设备可以是异构的，在统一的标准下可连成一个完整的系统，系统具有重构特性又具有可扩展性，适应二次应用开发的需求，实施难度低，系统接口标准、规范，访问透明，文档齐全。

e)安全性与稳定性原则。系统应遵循安全性的原则，应着重考虑以下3种情况：一是防止外部非法用户访问网络，防止内部合法用户的越权访问；二是从信息安全政策、安全标准、安全管理等方面构架完整的安全管理体系；三是防止意外的数据损害。

f)实用易用原则。系统设计应考虑用户操作有统一用户入口，系统界面高效简洁、美观大气。充分考虑用户使用习惯，简化系统操作流程，提高系统的易用性。

3.2 平台总体设计

平台基于B/S体系架构，依据多层模型构建，前端采用跨平台、兼容性较好的Jsp+Javascript技术，后台服务采用较为成熟的Java、SOA、Web Service、XML等技术实现，地图引擎采用OpenLayers开源技术。

总体架构划分为基础设施层、数据资源池层、服务层、应用层(图1)。基础设施层将包括主机、存储、网络及其他硬件在内的硬件设备和必要的监控工具软件通过虚拟化软件的虚拟化技术进行整合。数据资源池层是构建在基础设施层之上的，将所需构建地理信息应用的硬件资源、服务资源、应用开发支撑等以服务的形式提供给用户，帮助用户完成对底层基础设施的虚拟化、自动化和流程化的工作。服务层基于底层的数据资源层搭建的，综合各种空间信息资源形成服务目录，并为用户提供顶层软件的应用入口，提供功能较为完善的“资源服务中心”向地图应用以及数据中心管理及工作人员提供功能的入口。应用层是用户通过网页、手机客户端等方式浏览到通过“一张图”服务来搭建的各类应用系统功能。

3.3 数据库设计

平台数据库主要包括基础数据库、规划数据库、空间数据库，其中基础数据库主要存储水利工程基础信息、水利项目管理信息、规划工程信息、汇总统计信息；规划数据库主要存储防洪除涝规划、城乡供水规划、农业水利建设规划、水资源水生态保护规划、水土保持规划、水务发展规划等详细信息；空间数据库主要存储基础地理、水利业务、水利规划专题等空间数据(表1)。

图1 总体设计

表1 数据库设计

3.4 地图表达设计

众所周知，地图符号是地图的语言[16],为了地理实体在电子地图上能美观、形象地展示，需要对地理实体进行地图符号设计(表2)。

表2 地图符号设计(部分)

4 平台功能实现

平台主要包括时空大数据门户、规划成果辅助审核、规划编制成果管理、规划聚合展示、统计与后评估等5大核心模块。

4.1 时空大数据门户

时空大数据门户结合水利空间规划一张图平台中的各项功能，重点提炼数据资源建设、规划编制、规划审批、规划实施、规划监管和流域现状等相关统计、汇总信息，以图形可视化方式进行展示，包括规划编制现状和进度、规划实施现状、规划审批现状、通知公告、待办任务等，根据用户权限，通过仪表盘模式智能推送各类信息(图2)。

图2 时空大数据门户示例

4.2 规划成果辅助审核

规划成果辅助审核是指对规划编制成果的规范性、合理性进行审核。主要实现两方面的功能：一方面针对规划编制单位，辅助规划编制人员实现规划编制过程中编制成果的合规性，以及对规划成果的预入库；另一方面针对规划管理部门，辅助规划管理人员进行规划任务跟踪和规划成果审核，建立成果审核流程，确保成果的合规性，并对通过专家评审且修改完成后的规划成果进行正式入库及归档(审核流程见图3，规划数据入库流程见图4)。

4.3 规划编制成果管理

动态维护是规划“一张图”的生命[17]。实现水利规划面对的历史(档案数据)、现状(基础地理现势数据)、未来(各类编制成果)等资料的增、删、改、查；实现以电子化手段保存所有文档，使其更安全、易于调阅和统计；实现按照时间轴和重要性2个维度的规划成果管理模式，有效解决历史规划与现状规划的统一展示。实现历史档案、现状工程、规划成果的预览与统计功能。

图3 规划审核流程

图4 数据入库流程

4.4 规划聚合展示

规划聚合展示基于水利规划一张图，实现对地形图、规划图、各种红线的管理(如：各类规划图分类、分层管理等)，实现图文互访、分规划、分图层、分时间等分级分类查询功能。能方便、快速、准确地检索各类图形和相关属性，打印输出相应图形。

根据规划成果表达方式的不同，本模块分为对象和规划专题。对象是采用面向对象方法组织和管理水利空间要素，例如图5中将某省已建、在建、规划水库聚合展示，方便用户迅速定位和查询。规划专题是将规划专题图按照专项规划类型聚合展示，例如图6中针对热带现代产业布局，重点提炼大中型灌区续建配套、新建大中型灌区、小型灌区等规划建设项目，聚合展示在农田水利规划专题中；图7中将某省水网建设规划的重点规划项目聚合展示。

图5 水库对象聚合展示示例

图6 农田水利规划示例

图7 水系连通工程规划示例

4.5 统计与后评估

统计与后评估以水利规划一张图的各类规划数据及水务现状信息为基础，通过图文一体化方式实现对规划成果针对用户的不同需求进行统计分析，并将分析结果进行梳理，最终以柱状图、饼状图等形式，呈现统计结果，形成各类台账，辅助规划管理人员掌握规划成果和项目的实际情况，发现存在的问题。对规划项目的实施情况进行跟踪和分析，包括规划中项目的实施情况后评估分析、时空分析等。

5 结语

水利空间规划一张图平台是水利规划业务领域的信息化应用，契合党中央、国务院关于统一规划体系，建立国土空间规划体系的有关部署，同时响应水利部于2019年10月发布《水利部办公厅关于印发水利基础设施空间布局规划编制工作方案和技术大纲的通知》的要求，该平台采用大数据、云计算、移动互联、3S等先进信息技术实现规划编制及管理工作规范化和流程标准化，实现水利规划编制-实施-实施后评估的全过程管理，有利于全面提升水利规划编制及管理的能力和水平，有利于确保规划成果数据真正成为管理的依据。