GIS在黄河防汛业务中的应用

GIS在黄河防汛业务中的应用吴晖姚保顺（黄河水利委员会信息中心郑州450003）摘要1998年开始，黄委信息中心先后开发了基于GIS的“山东防汛指挥系统”、“河南黄河工情险情会商系统”和“黄河下游工情险情会商系统”。系统采用Sybase数据库，运行方式为客户机/服务器（C/S）方式。随着黄委“数字黄河”工程建设的开展以及计算机广域网络的扩大、开发技术运行方式的变化和用户的迅速增长，原有系统已不能满足实际需求。2002年开始，黄委基于WebGIS（MapXtreme）和地图服务中间件搭建了黄委地图服务平台。在此平台上，开发完成了Internet/Intranet版本的“黄河下游工情险情会商系统”。此系统可以在不同比例尺电子地图上实现无缝自动漫游（1:100万Æ1:25万Æ1:5万Æ1:1），实现了水文信息查询，防洪工程基础信息查询，防汛部署基本信息查询，实时工情、险情信息上报、查询统计，实时险情信息报警、处理、滚动显示，险情批复，以及系统管理维护等功能。平台是按“数字黄河”三层架构搭建的，在平台的基础上我们对“黄河下游工情、险情会商系统进行整合，以满足更广泛的需求。关键词整合三层架构GIS（地理信息系统）MapInfo工情险情会商中间件一、概述GIS在黄河防汛业务中的应用始于1998年，主要为解决防汛三个主要环节中险情环节的问题。建设范围为山东河务局，系统是基于GIS的“山东防汛指挥系统”，运行方式为C/S方式。后又推广到河南河务局，建成了“黄河下游工情险情会商系统”，它是有黄委信息中心与黄委防办、河南河务局、山东河务局联合开发的，经过几年的使用，在防汛会商中发挥了巨大作用，系统不仅解决了基层的问题也提高了黄委、省局防汛工作的效率。但随着用户数的增加和需求的变化，同时也随着黄委“数字黄河”工程建设的开展，“黄河下游工情险情会商系统”就是一个相对于“数字黄河”来说正在使用的遗产应用系统，它也是“数字防汛”的重要组成部分。要满足“数字黄河”三层架构，实现各应用系统的互连互通，信息共享等，必须对“黄河下游工情险情会商系统”进行整合。2002年为满足不断扩大的用户数量以及减少维护工作量，对原系统进行了整合，建设基于WebGIS的“黄河下游工情险情会商系统”。目前投入生产运行的就是整合后的系统。该系统是基于Internet的面向工情险情会商的地理信息系统（WebGIS）。黄委为实现从传统防汛向现代防汛的转变，以及适应防汛会商决策的需求，并且结合现代网络条件和现有技术开发力量而开发建设的面向委、省、市、县四级的应用系统。本系统采用B/S和C/S相结合的开发方式,并依据水利业务系统的功能特点，分别采用Java、Internet、地理信息系统、中间件等业界主流技术实现了面向数字防汛查险报险抢险等环节的应用需求。在日常防汛和会商中发挥了很好的作用。下图为系统主界面：图：整合后系统主界面本系统建设将在原有系统的基础上，整合已有信息资源，用较短时间建立一套“实用、可靠、先进、高效”，具有快速完成各类防汛信息收集处理，为编制各类防汛统计报表提供技术支持，为黄河防汛各项工作提供信息服务，范围为覆盖黄河下游河南、山东两省区，在该系统的支持下，尽快实现黄河防汛工作的规范化，实现信息共享，提供信息服务，为实现防洪抢险的“抢早抢小“提供支持。系统建成后，应实现的具体目标是：(1)各类防汛信息得到统一、规范，按照《防汛信息上网管理办法》的规定进行防汛信息网上传输；按照标准整合已有的数据源；基本形成黄河防汛信息采集系统。制定相应的信息采集规章、制度，形成防汛信息采集体系以及相应的标准规范。(2)在现有计算机网络的基础上，以基层防汛单位为信息源，提供防汛信息工作平台，已实现信息的查询、统计以及信息的自动发布、更新等功能。实现网上信息传输，防汛信息的计算机管理，提高防汛信息收集和调度指令传输的及时性、可靠性，实现各级防汛部门的信息共享。并整合已有的信息资源。(3)结合GIS通过地理元素将防汛信息关联起来，为防汛会商提供支持。其涉及信息包括：水文气象信息、凌情信息、防洪工程信息、防汛物资信息、防汛组织信息等。(4)系统的开发遵循“数字黄河”的三层架构，其中间层的开发将丰富应用服务平台，系统开发后最终将形成黄河流域（片）防汛信息服务平台，它将丰富“数字黄河”三层架构中间层的部分。二、总体设计黄委计算机应用起步于20世纪80年代，经过二十多年的建设，黄委的计算机应用得到了较好的推广和发展，先后建设了“三～花间实时遥测洪水预报”项目、国家“八五”攻关项目“黄河防洪决策支持系统”、以及“黄河下游防洪减灾软件系统”、“黄河下游工情险情会商系统”、办公自动化系统等众多服务于各业务的软件系统，在黄河治理开发工作中发挥了重要作用。但是，已经建成的系统具有互相独立、自成体系（自己的网络环境、自己的数据库系统、自己的开发平台、解决单一问题、服务于单一对象）等特点。由于这些特点的存在，导致了信息资源不足、信息共享困难、应用基础薄弱等。2001年7月25日，在研究黄委信息化建设规划专题办公会上，黄委李国英主任代表黄委党组提出：黄委必须提高对信息化的认识高度，要认识到信息化是黄河治理开发的迫切需要，是大幅度提高治黄工作效率的要求。黄委正式提出“数字黄河”理念，启动“数字黄河”工程建设。2002年6月27日，以黄委信息中心为主的规划编制组开始集中办公，按照“以我为主，博采众长”的原则，在清华大学、河海大学、武汉大学和解放军信息工程大学编制的综合及专题规划成果的基础上，编制完善“数字黄河”工程规划，确立了“数字黄河”的三层架构。随着“数字黄河”工程建设的深入开展，原有应用系统的整合摆到了眼前，如何保留遗产应用系统在“数字黄河”三层架构下，实现各应用系统的互连互通，信息共享，是我们必须解决的问题。“黄河下游工情险情会商系统”就是一个相对于“数字黄河”来说正在使用的遗产应用系统，它也是“数字防汛”的重要组成部分。要满足“数字黄河”三层架构，实现各应用系统的互连互通，信息共享等，必须对“黄河下游工情险情会商系统”进行不断的整合和完善。系统的建设指导思想是规范、统一、衔接、协调、先进、实用、共建、共享、共用。即：按照“数字黄河”建设规划和标准，规范信息采集和管理方式，统一结构和编码，防汛职责与系统功能紧密衔接，先进性与实用性相协调，系统建设与制度建设同步，共建、共享、共用、共维护，系统实现了8大类50种信息，四种比例尺电子地图，180余层信息图层，共计154项信息采集、录入、统计查询及会商功能。系统功能强大，提高了防汛信息管理水平,使系统成为防汛工作平台。系统总体结构如下图：图：系统总体结构图2003年系统整合工作正式开展，整合完善完成了三个方面的工作：（1）采集体系及相关标准的制定在黄委防办的领导下进行了信息采集体系建设的试点工作，明确了采集的信息、采集者、采集流程等，并制定了信息采集的技术标准及系统使用管理办法等，进一步明确了建设者、管理者、维护部门以及他们的职责。在防办、数字办的指导下制定了相关的标准，有“黄河防洪工程基础信息代码编制规定”、“黄河防洪工程数据库表结构及数据字典”、“防汛信息上网管理办法”等。（2）数据库及信息管理系统的建设首先在Oracle数据库上建立了标准的工情险情数据库（按照数字办下发的“黄河防洪工程数据库表结构及数据字典”），并将原系统的Sybase数据库数据迁移到Oracle数据库中，结合数据中心和数据分中心的建设，分别建立河南、山东两省局的工情险情Oracle数据库，并建立了相应的同步机制，以保证数据的一致性。在此基础上建立了适合委、省、市、县四级的工情险情信息管理系统，系统实现了分级、分用户管理，它直接通过Intranet方式连接到防办的Web服务器上实现数据上传，其中客户端、Web服务器和数据库服务器之间的数据交换和业务处理是通过三层结构体系完成的。系统包括基本信息管理子系统、险情信息管理子系统、物资信息管理子系统、信息查询管理子系统四个系统。在空间数据上增加了治河工程坝垛图层、防汛石料分布图层、遥测水位站点分布图层、防汛道路图层（黄河下游防洪形势图1：25万）等。对其它系统的信息进行整合，完成了对河南、山东两省局的工程遥测水位系统数据的整合，开发了相应的接口程序。（3）会商系统功能扩展在系统整合的基础上，对会商系统进行功能扩充，实现了对所有系统功能进行移植、遥测险工水尺的信息展示功能、险情信息的分类分级别显示等功能、水文信息查询、工程坝垛相关信息、险情报警自动漫游功能、河道大断面的定位功能、遥感河势自动漫游功能、1：25万电子地图防汛道路最短路径计算功能等等。三、框架结构“黄河下游工情险情会商系统”的整合是结合WebGIS的开发进行的。按“数字黄河”三层架构即基础数据层、中间应用服务层、应用层，针对这种情况我们将原为两层结构的“黄河下游工情险情会商系统”进行划分，具有通用功能的部分包括一些业务流程在原程序的基础上进行封装，放到中间层；将数据库进行规范化、标准化后放入基础数据层；对于表现给用户的应用层我们重新开发。基础数据层整合，首先我们对数据进行规范，在数字黄河办公室的指导下，制定了“防洪工程基础信息代码编制规定”、“防洪工程数据库数据字典及表结构”等相关标准。原系统采用的是Sybase数据库。属性数据存放于Sybase数据库中，数据库主要存放与防汛决策指挥和调度管理有关的防汛信息数据，有实时水雨情数据、防洪工程数据、实时工情险情数据、防汛料物数据等。但黄委会、山东、河南两省局数据库表结构存在差异，对此我们在标准的基础上进行数据库整合，按新的标准建立黄委的防洪工程数据库（我们采用的是Oracle数据库），对山东、河南两省局数据库编写触发器程序及数据转换程序等以保证数据的一致性，同时进行数据移植，将原数据库的数据移植到新标准的数据库中。地图数据以文件形式存放，分为黄河流域图、防洪形势图和黄河下游河道图。黄河流域图用来显示流域基本情况和水雨情信息；黄河防洪形势图用于浏览显示和查询黄河基本情况、实时险情信息、防汛料物储备等；黄河下游河道图用于显示和查询堤防工程情况、堤防偎水情况、河道堤防工程和滩区社会经济等信息。中间应用服务层整合，“黄河下游工情险情会商系统”是一个GIS的应用系统，因此地图服务我们采用了三层架构搭建地图服务平台，地图服务器采用的是MapInfo的MapXtreme，并且采用了地图服务中间件的方式。中间件中封装了许多基本功能，如地图的放大、缩小、漫游等，这些功能在应用开发时可直接调用，另外我们将业务中的公用模块封装起来供其它应用开发使用。在查询方式上以MapXtreme为基础结合数据库进行了优化处理，使WebGIS的浏览查询速度大大提高，在地图服务平台中我们采用的是SQLServer数据库。并且提供了地图租用的一种方式，通过租用方式能实现地图查询，地图数据统一存放在地图服务器上，可以在异地访问和二次开发，保证地图数据的一致性，保密性，安全性，减少资源投入与系统的重复建设。应用层整合，在中间层之上，我们开发时只专注于界面，一些业务功能可直接调用，因此很快开发完成了Internet/Intranet版本的“黄河下游工情险情会商系统”。此系统可以在不同比例尺电子地图上实现无缝自动漫游（1:100万Æ1:25万Æ1:5万Æ1:1），把信息显示于地图的相应位置，并适当的标注，实现了水文信息查询，防洪工程基础信息查询，防汛部署基本信息查询，实时工情、险情信息上报、查询统计，实时险情信息报警、处理、滚动显示，险情批复，以及系统管理维护等功能。系统的开发实现了较理想的目标，其通过图形的采集和矢量化处理建立了黄河流域图、防洪形势图、黄河下游河道图，采用数据库技术设计开发堤防数据库、实时险情数据库和防汛料物数据库，通过电子地图与数据库的连接浏览和查询黄河基本情况、堤防工程、料物储备、偎堤水深、险情和流域雨水情等信息，为工情险情会商提供支持。最终将现行的洪水预报及洪水调度系统、水雨情管理系统、气象信息管理系统进行集成，从而形成较为完整的黄河防汛信息服务平台。四、运