新疆兵团水利一张图服务共享平台建设与应用

毛国新 ，周 力

（1.新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830002；2.新疆生产建设兵团水利局，新疆 乌鲁木齐 830002）

0 引言

新疆兵团（以下简称兵团）通过实施防汛抗旱指挥、山洪灾害监测预警、中小河流水文监测等系统项目建设，水利信息化基础设施明显改善，水利信息化程度显著提高。已建设各类雨水情、水文水资源、墒情监测自动站点有 1 445 座、山洪视频图像站有 539 座；建成上达水利部，下至各师水利局、水利工程管理服务中心的水利专网架构；建成国家防汛抗旱指挥系统二期工程、兵团山洪灾害监测预警系统等支撑水行政管理的主要业务应用系统达 26 个。由于水资源监控管理平台、地下水监测平台、水利工程建设管理、河长制等水利业务对地图应用的需求增长，这些水利信息系统围绕 GIS 展开建设，地图服务在各水利业务的应用中日趋广泛[1]，但分建专用的建设模式，导致每开发 1 套系统都要进行 GIS 基础功能开发，不利于通用模块的复用利用，导致基础功能难以共享，造成水利信息数据浪费、投资重复[2]。

为促进兵团水利行业各层级之间、各业务领域之间空间数据的一体化共建，将分散建设的各类GIS 资源整合共享为一套专业地图，通过集成使水利对象空间数据统一、模型统一、信息共享，实现以空间信息规范化为纽带的共享与协同应用[3]。建设兵团水利一张图梳理数据资源，整合应用系统达到统一地图服务、通用工具、门户集成[4]，实现兵团水利信息化建设由分建专用向集约共享的转变，促进跨部门业务协作与资源共享，提升兵团水利各业务领域的信息服务水平与应用支撑能力。

1 系统建设

作为服务于兵团各类水利应用系统的基础地理信息平台，兵团水利一张图以中国资源卫星应用中心遥感影像为统一底图，以天地图基础地理和水利部核心业务数据为基础，对兵团异构、多时空水利数据进行资源整合，在一张图上进行集中展现和综合分析。一张图致力于打破数据壁垒，实现资源共享，构筑统一平台，开展大数据分析，赋能水利业务应用，实现水利信息资源的有效整合与共享，加快兵团智慧水利发展进程。总体架构如图1 所示。

图1 兵团水利一张图总体架构图

1.1 建设目标

兵团水利一张图服务共享平台，整合包括天地图、水利部、兵团水利“四清”等基础数据，以公共基础地理和水利核心业务数据为基础，搭建基础设施层、数据资源层、服务支持层和业务应用层。系统采用开源的技术路线，前后端分离降低耦合性，使用 PostgreSQL 与 Web Service 技术、组件式WebGIS 与 Web API 技术，对多时空水利数据进行优化组织管理和数据中心建设，构建面向服务的水利共享服务体系，提高一张图系统建设的质量和效率，为地理空间数据的管理、分发、生产、利用和交换提供坚实的基础。实现资源共享，构筑统一平台，开展数据分析、赋能水利业务应用，提升兵团水行政管理工作效能。

1.2 建设任务

兵团水利一张图服务共享平台主要完成了以下建设任务：

1）进行一数一源数据资源整合。随着兵团水利信息化的快速发展，水利数据量日益增大，山洪灾害、水资源、中小河流、防洪工程及兵团水利“四清”等 7 个数据库形成 22 万条数据，亟须进行整合并建立动态更新的长效机制，实现兵团层级的数据资源整合和专题图建设，初步实现一数一源、一源多用、持续更新的建设目标。

2）建设水利数据共享服务平台。以一张图为抓手实现水利信息化资源整合与共享，促进全兵团水利基础信息统一、合法、权威，避免各师和业务平台信息化基础数据重复建设；以水利业务 API +SDK 的服务模式，支撑各类业务系统的一张图服务调用，通过授权、分配账号的方式提供兵团各师水利服务调用，实现上接水利部、下联师团、横连兵团其他局委的数据汇集共享和联动更新机制。

3）建设高效协同的水利业务体系。以兵团防汛抗旱综合平台、山洪灾害监测预警系统、国家水资源监控能力建设平台、水利工程建设管理等业务为核心和主线，补齐不同水利业务应用独立开发的短板，根据各类业务应用需要，构建水利一张图应用支撑平台，面向业务应用提供统一的数据和功能服务，以建设高效协同的水利业务应用体系，构架共建共享的水利信息联动机制。

4）构建空间信息共享服务系统。以 SuperMap GIS 平台为基础，通过服务配置、多级瓦片缓存技术将功能封装成组件，建设数据、功能与目录等服务，将产品发布为轻量化的直接面向水利行业的业务 API 和 SDK，开发实现服务注册发布、共享监控、查询检索、申请审核、运维与定制等服务生命周期的管理，打通基于一张图的兵师数据通道，实现兵团水利一张图的空间数据集成与可视化配置，空间数据与业务数据的共享服务平台。

5）建设完善信息化标准规范体系。围绕数据整合、服务共享与可视化展示的需要，水利服务共享平台，按照统一基础设施、数据资源、地图服务、应用支撑、安全保障的原则，平台建设形成统一的数据、服务与数据表达等标准规范保障，并与水利信息化整体规划保持一致。为保证系统正常可靠运行，建立系统运行维护相关用户、角色、权限、数据维护、统维护等系统运行管理相关的制度与机制。

6）巩固提升网络安全防护能力。逐步推进水利信息设备设施及软件的国产化，从物理、网络、系统、应用、数据安全和管理方面构建水利信息安全防护体系。对外网信息系统进行分区防护，部署防病毒、防火墙、入侵监测、网络审计系统等安全设施；增加 APT 检测设备和漏洞扫描系统，进行弱点漏洞、系统配置分析与评估，构建安全区域通信网络安全；对终端设备部署 VPN 加强安全防护，通过加密方式对本地网络资源进行身份认证和访问授权，完善兵团水利局政务外网数据安全。

2 一张图服务平台建设

兵团水利一张图采用面向服务的 J2EE 多层次分布式架构为平台[5]，基于组件的方式设计、开发、整合应用系统，以 XML 实现异构环境信息和数据交换，保证 J2EE 平台整合的应用系统和开发的支撑环境可以跨平台运行；技术架构采用前后端分离的开发模式，前端采用 Angularjs 框架，后端采用Spring MVC 架构并以 rest 风格为前端提供统一的接口服务，用 Spring MVC 技术搭建门户并实现服务的公共化模块化；通过 Web Service 技术进行业务应用的衔接服务调用，对各业务应用子系统进行接口封装，利用 OGC 提供空间数据交换和服务操作协议，使来源、架构不同的信息在门户网站中进行整合[6]，实现服务跨语言、平台的可互操作性；基于 Web GIS 技术进行地理信息处理和交换，将 GIS 功能封装成组件，以组件方式提供给用户，并可方便地嵌入到任何一种开发语言当中，实现 GIS 与其他系统的无缝集成[7]。通过综合运用以上技术手段，初步形成一数一源的数据资源库，建成水利一张图服务共享平台，构建兵团“水利一张图 +”的业务应用体系[8]。目前共享平台集成了 4 类公共基础和 23 类水利专题等数据。

2.1 技术路线

以天地图服务资源为基础，从要素、时间和空间 3 个维度整合水利数据，通过数据的横向拼接、垂直叠加和图属一体化建设，构建面向应用的兵团水利一张图空间数据资源体系。

1）统一时空基准。时间基准采用北京时间，空间基准采用 CGCS2000 国家大地坐标系，高程基准采用 1985 国家高程基准；空间数据库按经纬度坐标系组织，建设和维护按基准比例尺进行，服务发布按正轴墨卡托投影组织；依照水利及基础地理对象的不同描述尺度，空间数据库建设与维护按国家基准比例尺分别进行，具体为大比例尺 1∶500，1∶1 000，1∶2 000，1∶5 000，1∶10 000；中比例尺1∶50 000；小比例尺 1∶250 000，1∶1 000 000，1∶4 000 000。

2）统一组织建库。依据《水利对象分类与编码总则》规定了兵团水利对象基础数据库表结构及标识符，以及与其相关的数据访问、信息发布和水利应用服务开发，根据需要完成数据库结构设计、数据加工制作、数据整合汇总、拓扑处理逻辑检查等一系列工序，按照规则将基础和专题数据进行编辑、整合和标准化形成规范数据库；形成集数据模型、处理入库、更新维护、可视化配置等一体化整合和建库。

3）统一多源聚合。利用国家天地图、水利部一张图和兵团水利专题数据资源，进行数据资源的整合。根据多维数据的特点，应用 Web Service 对多源数据进行了聚合，解决了不同来源、类型和格式数据共享集成的困难问题，将水利基础数据及应用数据统一展现在地理空间上，实现全兵团水利空间地理信息资源的有效聚合与集成。

4）统一共享服务。面向服务共享与二次开发的需要，为脚本、富客户端、二三维客户端开发提供标准的服务 API 和 SDK。为二次开发用户提供服务和二次开发接口，以及提供接口查询、说明与管理等功能，并支持各类业务系统的水利空间与共享服务调用。

5）统一地图表达。兵团一张图对矢量、影像、高程数据所形成的数据底图，进行符号化处理、图面整饰后形成的重点突出，色彩协调，图面美观的各类专题地图。根据水利业务应用需求，水利地图按 5～18 分级表达业务，每层内容根据不同水利应用业务添加不同业务专题和基础地理数据，并将地图数据、目录及 GIS 等服务功能封装，以组件服务方式提供给用户。

2.2 建设成果

2.2.1 实现数据聚合

平台提供以下 4 类数据共享：1）公共基础地图数据。包括区划、地名、交通、河湖水系等矢量图，SPOT 2.5 m 影像等数据，实现影像底图、矢量地图、地形底图之间根据需要切换。2）自治区水利专题数据。包括河流、湖泊、水库、电站、水闸、泵站、骨干渠道等 12 类专题数据。3）兵团水利专题数据。包括水库、大坝、堤防、水闸、泵站、水电站、灌区、骨干渠道、节水首部、人饮供水等 23 类数据，已入库 141 张表、21 万条记录。4）实时监测数据。包括山洪、中小河流水位、降雨量等监测和预警数据的实时同步，入库数据有 3 600 万余条。

2.2.2 规范数据交换

以一张图为抓手实现水利信息化资源整合与共享，规范兵团水利信息数据交换共享的格式要求，以巩固提升现有的信息化成果，实现水利信息化与水利业务的深度融合。围绕一张图平台制定面向服务的 SOA 体系结构，提供标准的 OGC、REST 及WebService 服务等服务接口，采用统一的服务接口连接共享服务云平台，实现跨终端的 GIS 业务应用开发与 GIS 资源访问，方便后续建设和运维调用。

2.2.3 深化业务应用

依托水利一张图平台，基于 J2EE 技术实现服务的提供与集中管理，对国家水资源监控能力建设、兵团防汛抗旱指挥、兵团山洪灾害监测预警、水资源管理、河长制管理信息等系统，以及地下水监测工程、水利监管 16 个等业务应用平台进行了整合，实现了统一用户管理、门户登录、功能授权，提供水利一张图服务与应用的集成展示，提供各类子系统应用的扩展开发，已构建深化业务应用的兵团水利一张图支撑平台。

2.2.4 强化服务功能

水利一张图平台围绕提高水利地理信息服务能力，结合兵团水利业务应用的特点和需求，从底层数据软硬件支撑、空间数据组织、基本服务组织和数据服务管理方面进行了合理设计，通过地理空间图层叠加，实现基于一张图的多尺度、多要素展示；通过一张图数据库建设，实现一张图的数据共享、可视化浏览；通过一张图服务共享，实现基于一张图的水利业务应用协同。目前平台已发布配套了 66 个 OGC 标准接口用于地图共享服务。水利一张图空间信息组织与服务如图2 所示。

图2 水利一张图空间信息组织与服务

2.2.5 联动数据更新

按照兵团水利业务分级管理模式，建立了兵、师、团三级共建共享的数据联动更新机制，通过分级用户认证和权限控制，在数据和服务标准规范的约束下，以各师为主体进行数据管理和维护，经过兵团级审核通过后更新数据入库，形成了兵师信息互通互享的数据通道，数据更新主要包括要素、属性、图形更新，更新类型为新增、删除和修改，数据更新时自动记录数据的更新信息，通过数据的要素标识码及更新时间，判断数据的更新状态，经质量检查及审核流程后汇交入本级数据库，形成在线联动更新的数据维护机制，保障一张图运行的现势性。

2.2.6 丰富地图表达

基于矢量地图或影像地图组合叠加基础地理、水利基础信息、水利业务专题等图层，将各类图层中的水利对象进行分级显示，具备地图展示、查询、统计、分析、更新，以及图层控制、区域定位、底图切换等功能，在统一的地理空间框架下将多数源、多时相、多区域实时监测数据进行集中管理，地图服务使用 GIS 服务器端、客户端、浏览器本身等多级缓存技术提高访问浏览速度。

3 应用服务

3.1 一张图门户建设

兵团水利一张图门户建成门户首页、一张图服务、协同应用系统、平台管理、系统管理五大模块功能，满足水利空间地理信息资源的综合应用。平台设计了统一的身份认证与验证流程，添加 CAS 认证系统登录过滤器，在登录界面输入用户名、手机号经短信验证后方可登录门户，如此，在 Web 调用发生之前，客户端和认证服务器之间将发送多次请求和响应以确保身份的认证及验证通过。一张图门户平台聚合了地图资源、水利业务属性等，实现空间与属性数据的一体化展示、二三维数据一体化展示及不同水利专题的分析应用，并支持基于服务的调用与扩展开发，使得一张图门户成为兵团水利信息的重要应用平台。

3.2 “水利一张图 +”业务应用体系

全面梳理兵团水利业务领域所涉及的各类应用系统，分析各类业务对相应数据的应用方式，统筹考虑水利信息化资源整合需求，构建了兵团“水利一张图 +”的业务应用体系。经梳理兵团已建有国家防汛抗旱指挥、山洪灾害监测预警、中小河流水文监测系统，以及国家水资源监控管理、地下水监管平台等 15 个业务应用系统，全国农村水电统计、全国病险水库填报、堤防水闸信息、水利统计管理等 8 个统计报表系统，水利部电子公文交换系统、兵团综合办公应用平台、兵团政务服务网 3 个电子政务系统，共计 26 个应用系统。目前基于统一门户平台，已整合了国家防汛抗旱指挥系统、山洪灾害非工程措施项目、中小河流水文监测项目、国家水资源监控管理平台、地下水监管平台、河湖长制管理平台、水利工程建设管理 9 个应用系统，整合了8 个统计报表系统；在一张图门户系统上开发了灌区信息化、防汛值班系统、水利监管工作平台、视频监控平台、水文水库报汛、水利档案管理、运维管理 6 个典型应用系统。“水利一张图 +”业务应用体系规范了兵团水利行业地理信息的建设与应用，提升了水利信息资源共享水平，促进了水利业务应用协同。

3.3 服务共享模式设计

为了更好地共享服务[8]，平台按照 OGC 标准对每类对象发布了 2 个 WMS/WMTS 接口服务，1 个WFS 接口服务，针对各类水利对象数据，实现页面和接口 2 种级别的共享应用服务。水利空间共享服务应用模式包括服务内容、共享发布与管理、调用、扩展，以及管理、监控；服务内容主要包括地图数据、目录及功能服务；根据业务应用对地图服务的使用需求，兵团水利一张图服务共享平台开发了 GIS 服务的注册发布、检索查询、申请审批等全流程管理功能模块，并将资源管理、用户管理、数据访问、目录服务、数据交换等功能封装成可以调用的服务，根据用户实际需求定制各种服务。客户端可以直接使用平台的各项数据服务及功能，如基础地理、水利专题数据服务等，同时以此平台为基础，各业务部门也可以结合本部门业务数据对外发布标准化服务，保障了平台服务共享的持续优化和不断完善。

4 结语

兵团水利一张图通过整合水利时空数据，完成了兵团层级的地理信息数据资源的整合和专题图建设，完善了兵团基础水利信息体系，丰富了水利空间数据建设内容，初步形成一数一源的数据库整合、建库和服务发布。初步建成兵团水利一张图服务共享平台，形成了“兵团水利一张图 +”业务应用体系，实现了一张图的协同服务和动态更新，已在多个水利业务系统建设中发挥了重要作用。今后以期进一步构建二三维数据一体的可视化平台功能，进一步加大移动应用的云端互联的共享体系，完善一张图与水利业务应用之间的数据联动更新机制，实现面向水利业务的数据挖掘与模型分析能力，更好地服务于兵团生态河湖和智慧水利建设。