引江济淮工程建设期“一张图”管理平台设计与实现

2023-08-23朱长先花永丽

水利技术监督 2023年8期

王飞，朱长先，崔朋，花永丽

(1.安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽合肥 230000；2.安徽省引江济淮集团有限公司，安徽合肥 230000)

引江济淮工程沟通长江、淮河两大水系，是一项跨流域、跨区域重大战略性水资源配置和综合利用工程[1]。工程建设任务以城乡供水和发展江淮航运为主，结合灌溉补水和改善巢湖及淮河水生态环境[2]，是国务院确定的全国172项节水供水重大水利工程的标志性工程之一。

工程自2016年开以来，积累了丰富的工程勘测、规划、设计、建设管理数据，各类数据主要包括但不限于工程勘测、规划、设计、基础地理信息数据、水文专题数据、实时监测数据、工程管理数据、BIM数据等。但各类数据相对分散，格式多样，未进行归集和整编，不利于各类数据的使用，也难以从整体全局上展示工程的建设情况。

引江济淮工程建设期“一张图”管理平台的建设是促进工程有关的地理信息资源整合、共享与利用的有效手段，在统一技术标准框架下，对各类空间数据资源进行集中管理并提供服务，有助于建立有效管理、维护和更新机制，保证空间信息资源的同一性、准确性、实时性和完整性[3-6]。平台汇集工程已建和在建各类工程信息和相关水利、航运要素信息，实现空间和业务信息的关联，构建各类业务专题图，如水利、水雨情监测、安全监测、水质监测、工情监测、视频监控、建设管理等，促进水利空间信息与业务数据的深度融合，为引江济淮工程建设管理提供提供数据支持。

1 平台建设标准制定

平台建设标准包括数据建设标准、地图表达标准和地图服务标准。平台中所有数据空间坐标系均采用2000国家大地坐标系，高程基准采用1985国家高程基准，制定了统一了分级规则、图式符号和服务接口，为多源数据的整合、更新、共享和平台的扩展提供保障。

2 总体架构

平台总体架构在逻辑上可分为感知层、网络传输层、数据存储层、应用支撑层、应用层、用户层等6个层级和标准规范体系、安全保障体系，各部分之间互为联系，共同支撑整个平台运行。如图1所示。

图1 系统总体架构

2.1 感知层

感知层是“一张图”管理平台业务数据和管理数据的来源，为平台提供数据支撑。数据包括：共享外部已建数据，如安徽省水文遥测数据；接入自建的水位站点、雨量站点、水质监测站点、工情监测点、工程安全监测点、视频监控点、卫星遥感、无人机航拍数据等；集成第三方已建的系统的业务数据和管理数据，如OA系统、建设管理信息系统、BIM管理平台数据等，接入移动端采集、填报数据。

2.2 网络传输层

通过通信传输网络，将各内外部系统的数据进行连通和汇集，主要包括公共网络、引江济淮水利专网以及无线网络。

2.3 数据存储层

在存储层进行各类型数据的计算、存储。主要包括基础信息数据库、地理信息数据库、模型数据库、工程数据库、实时数据库、管理数据库、其他数据等，满足多源矢量数据、卫星影像数据、航拍影像数据、倾斜摄影模型、BIM数据、实时监测数据、业务管理数据的统一存储和管理，形成数据资源支撑环境。

2.4 应用支撑层

应用支撑平台是连接基础设施和应用系统的桥梁，以应用服务器、中间件技术为核心，为应用系统的功能实现提供技术支持、数据服务和运行环境。

2.5 应用层

提供用户使用本平台的功能应用，包括桌面网页端应用和移动端应用。

2.6 用户层

本平台的用户主要分为4类，分别是安徽省引江济淮集团总部、各建管处、各子公司及各参建单位，不同类型用户根据其管理范围设置不同的权限。

3 平台建设

3.1 首页

首页中实现工程重点信息的综合展示，包括工程投资、水雨情信息、建设情况、视频监控点统计信息及疫情防控信息等。首页功能多用于会议室大屏展示，便于用户快速掌握工程概要情况。如图2所示。

图2 平台首页

3.2 基本地图功能

平台提供图层管理、底图切换、二三维场景切换、放大、缩小、漫游、旋转、空间量测等基本地图功能，便于用户操作、浏览二三维电子地图。

3.3 综合“一张图”

综合“一张图”实现了平台内所有工程建设管理相关的动态、静态数据的分级、分类综合查询和展示，包括引江济淮工程沿线建筑物数据、航道相关数据、视频监控数据、各类型监测站点数据、建设管理数据、倾斜三维模型数据和BIM数据等。当实时监测数据超限时，如水位、雨量超限，安全监测参数超限等，超限信息将在此界面弹窗告警。如图3所示。

图3 综合“一张图”

引江济淮工程为线状工程，沿线工程要素密布，为便于用户浏览地图，根据每一类要素的数量，合理设置要素显示级别，确保每一级别地图负载量与其比例尺相适应。如图4所示

图4 要素分级展示

用户可在综合“一张图”中将地图切换至三维场景，在三维场景中实现倾斜三维模型和BIM数据的查看。平台中的BIM数据根据工程结构进行分层，用户可通过图层管理控制工程结构的显示，如可分别查看泵站的电机水泵、厂房建筑、地表模型等，便于用户更好掌握各建筑物的设计信息。如图5—6所示。

图5 三维倾斜模型

图6 BIM模型

3.4 专题“一张图”

本平台接入数据量大、种类多，建设管理人员根据其管理范围，重点关注的数据内容有限，为便于用户快速聚焦所需信息，对接入平台数据进行分类，分别制作以下专题“一张图”。

3.4.1工程监测“一张图”

将引江济淮工程沿线实时水情、雨情、工程安全监测、水质监测、工程运行监视数据接入本平台，并将上述各类型数据与其空间实体点位数据相关联，以不同颜色、符号表示各类型数据位置、状态，以各类型统计图表、实景图片等多种形式展示监测数据，并提供多种预警方式，为工程建设管理、安全管理提供数据保障。如图7—9所示。

图7 水情监测

图8 工程运行监视

图9 水质监测

3.4.2视频监控“一张图”

将引江济淮工程已建视频监控点在“一张图”平台中以监控视频点符号定位展示，并将视频监控数据与对应点位数据相关联。用户在浏览地图时，在二、三维场景中均可通过点击视频点符号查看视频监控站点信息和实时监控画面，并提供录像、云台控制、抓图等操作，支持监控录像数据的远程检索、远程回放、远程下载功能。如图10所示。

图10 视频监控“一张图”

3.4.3工程建设管理“一张图”

将引江济淮工程各标段范围在地图上展示，并关联各标段投资建设信息，提供数据填报、编辑、审核、删除、展示等功能，以动态交互形式展示各标段建设信息。如图11所示。

图11 工程建设管理

3.5 影像对比

根据引江济淮工程建设节点，采购工程开工至今共9期高分辨率遥感影像数据。对遥感影像数据进行几何校正、影像融合、匀光匀色、影像镶嵌等处理后，发布影像服务。在平台中调用影像服务，通过卷帘、透明度变换等方式，从宏观视角展示引江济淮工程各建设节点总体施工进度和施工面貌的变化。如图12所示。

图12 影像对比

3.6 成果展示

引江济淮工程建设期各类型成果在此模块进行展示，具体包括：

(1)专题图册展示。将引江济淮工程水系专题图、工程布置图、遥感影像图、地形地貌图、生态廊道图等专题图挂载在平台上，用户可根据需要在线查看或下载。

(2)规划设计成果展示。对引江济淮工程一、二期规划设计成果进行处理，基于地图展示。同时收集引江济淮一、二期设计资料，包括文件、图件、多媒体资料等，提供在线浏览和下载功能。

(3)宣传视频展示。收集引江济淮工程宣传视频，将其挂载在系统中，用户可在线观看视频，直观了解工程建设情况。

3.7 移动APP

为便于用户使用本平台，利用本平台数据服务，定制开发移动端“一张图”功能，集成至现有数字引江济淮APP中。提供地图基本操作、空间定位、地址收藏、地理要素查询定位、属性查看、专题要素查看等功能。移动端提供工程概况“一张图”、水雨情信息“一张图”、视频监控“一张图”等专题要素的查看，支持监控视频手机播放、重要信息提醒等功能。

3.8 平台特点

引江济淮工程建设期“一张图”管理平台集成了工程设计、建设、管理所需的各类多源数据，具备以下特点：

(1)在数字引江济淮建设的总体要求下制定了平台建设标准，确保多源数据建设的统一性，平台建设数据成果可做为数据底板，为引江济淮工程其他系统提供数据服务；平台采用标准地图服务、SOA架构，可在保证原有系统的数据安全性和逻辑安全性的同时，实现各系统之间的松耦合，便于实现多源异构数据接入本平台[7-8]，同时确保平台具备扩展性、开放性和共享性[9-10]。当引江济淮工程建设完成后，可基于本平台扩展建设引江济淮工程运营期“一张图”管理平台。

(2)开发二三维一体化GIS平台，实现矢量数据、DOM、DEM、倾斜三维模型、BIM等多源数据在GIS平台中的统一加载和显示。用户可根据自己的需要选择二维、三维或二三维联动界面，结合各类型实时监测数据、业务数据，以更加友好、直观的方式展示各类工程建设期信息[11-13]。

(3)GIS与BIM数据融合。在根据用户需求，确定BIM数据建模单元。为确保BIM数据在GIS平台中的加载速度，对BIM数据进行适度的轻量化处理。对轻量化后的BIM数据进行格式转换，配准等操作，确保BIM数据能够被GIS平台加载和渲染，并实现BIM数据与平台底图的精准匹配。同时，对地形数据、倾斜模型进行裁剪、挖洞等处理，使BIM数据能够嵌入地形、倾斜模型等大三维场景，实现BIM的微观尺度场景与GIS的宏观尺度场景相融合，并提供剖面分析、自定义飞行漫游等功能，为用户提供更加直观、丰富的在建水利工程信息[14]。