ArcGIS 在城市水务信息综合管理中的应用

吕文斌，龚岳松，李 佼

（上海市水务信息中心，200050，上海）

上海市于1998年开始将GIS技术应用于水务信息的综合管理中。2004年以来按照“顶层设计、统一标准、资源整合、系统集成、共建共享、分级维护”等原则，构建了基于WebGIS的水务公共信息平台。2008年将 ArcGIS Server（ArcGIS） 应 用 于水务公共信息平台，利用其Tile Cache、GIS Server等相关理念和技术，实现了防汛应急指挥、水资源管理及相关专题应用通过网络与Google地图、ESRI地图、微软地图、上海市测绘院基础地图、上海市排水专题数据等相关资源在一张地图上的熔享，在水务信息综合管理中进行了有益的实践。

一、ArcGIS的优势

GIS作为一门集计算机、信息学、地理学等多学科为一体的新兴学科，运用系统工程和信息科学理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，突出对现实世界空间关系的模拟。GIS具有空间可视、空间导向及空间思维的特点，能够存储各地物的空间信息和空间关系，实现空间信息和属性信息的集成管理，并通过无级缩放的地图，对现实世界的空间关系进行直观展现。

ArcGIS是基于服务器的GIS产品，用于构建集中管理、支持多用户、具备高级GIS功能的企业级GIS应用与服务。通过提供广泛的基于Web的GIS服务，以支持在分布环境下实现地理数据管理、制图、地理处理、空间分析、编辑和其他GIS功能。

城市水务综合管理是GIS技术体现空间思维特征最典型的应用领域，在城市水务综合信息管理方面应用GIS技术，是信息时代对现代水务管理工作提出的新要求。

二、ArcGIS的总体架构

ArcGIS体系架构主要由数据、GIS Server、Web Server、客户端等几部分组成。

数据包含以服务的方式发布到GISServer的GIS资源，如地图文档、Geodatabase等。用DBMS在数据服务器上部署的ArcSDE Geodatabase可以实现数据的安全、完整和高效。

GISServer用于宿主GIS资源，将其发布为服务供客户端应用，并响应客户端的应用请求。

Web Server用于部署 Web应用和服务，这些应用和服务使用GIS Server提供的资源。

在上海市水务信息综合管理中，一方面通过ArcGIS对本地的基础、行业、规划等资源进行有效管理、整合及应用，同时也通过网络充分利用Google 地图、ArcGIS Online、微软地图及上海市相关部门的在线业务资源，充分发挥Web 2.0时代ArcGIS企业级应用和服务的优势。ArcGIS在上海市水务信息综合管理中的应用框架见图1。

三、数据存储

空间数据主要包括1998年以后每1～2年的上海市中心城区1∶500、外环内及中心城镇 1∶1 000、郊区1∶2 000的全要素基础地形图数据，全市0.6 m分辨率的Quickbird卫星遥感影像、1 m分辨率的Spot卫星遥感影像、0.25 m分辨率的航空遥感影像等多比例尺、多时相的遥感影像数据，全市水务工程设施、应急指挥、规划管理等业务数据的总数据量超过3TB。

数据存储管理采用Oracle10g+ArcSDE组合模式。ArcSDE作为Arc GIS与关系数据库之间的GIS通道，具有高性能、多用户、可伸缩、长事务处理、面向对象数据模型等特点。它可以保证存储于关系数据库中的矢量和栅格几何数据的高度完整性，这些数据包括矢量和栅格几何图形、坐标、曲线、注记、元数据、空间模型等。

空间数据库根据数据类型分为基础数据库、设施数据库、应急管理数据库、水资源管理数据库等，历史数据按年单独存储。

四、GIS Server制作及应用

1.地图配置

为灵活支撑应用层中各模块，分别制作包括基础底图、遥感影像、实时监测、行业监管、规划管理、行政许可、台风路径等30余个专题地图，每个专题地图只包含特定的图层，最终在统一平台中互相叠加形成完整的上海市水务综合地图。地图制作利用ArcGIS Desktop的专业制图和编辑工具，地理坐标系统采用上海地方坐标——吴淞高程。对每个图层的字体、颜色、样式等进行美工设计，对工程设施按照上海市水务信息管理标准进行标绘，做到地图整体协调、条理清晰、重点突出。的小图块，可以有效提高访问速度。制作地图缓存时，不同的参数配置将影响地图服务的显示效果，这些参数包括起始点坐标、比例尺分级、切片格式、压缩比、图片高宽、DPI、缓存类型等。瓦片参数设置为格式png8、图片大小 512×512 pix、DPI 96、融合缓存，创建后的地图服务能够与其他部门实现地图熔享。瓦片级别见表1。

表1 瓦片级别及比例尺

2.瓦片制作

上海市每年度的基础地形图和遥感影像数据量都达数百GB，直接制图会导致服务器端压力大、出图慢。应用ArcGIS Server 9.3的地图瓦片缓存（Tile Cache）机制,预先将全市地图划分为11个比例尺，把每个比例尺的地图再切分成若干个小图块，客户端访问时直接获取指定比例尺下

3.服务发布

地图服务通过ArcGIS创建并发布，主要包括两类：

①静态地图服务。对数据量巨大、更新不频繁的基础底图和遥感影像地图发布为静态地图服务（Tiled Map Service Layer），优化应用系统绘制底图的效率。

②动态地图服务。对有数据更新、查询、定位需求的实时监测、行业监管、规划管理等专题地图制作为动态地图服务（DynamicMapService Layer）。

4.服务应用

发布后的地图服务都有一个类似 于 “http://IP/ArcGIS/rest/services/服务名/MapServer”的服务地址，应用程序通过ArcGIS接口引用该地址便可以创建对应的GISServer，将本地资源、网络资源等叠加集成在一张地图上。

五、应用实践

采用WebGIS作为应用集成的主要技术手段，开发主要采用REST API模式。这种轻量级开发模式具有丰富的客户端展示功能和巨大的发展潜力，只要熟悉业务，通过客户端脚本技术调用相应的GIS功能，就可以满足功能需求。

1.防汛保安应用

（1）台风路径发布

①台风数据抓取：通过台风数据实时采集程序，从中央气象台、上海市气象局等相关网站上精确提取数据，将网页上的二维表导入数据库和XML格式数据解析，并提供手动校正功能。做到每6小时更新一次，当台风进入48小时警戒线后每3小时更新一次，台风进入24小时警戒线后每1小时更新一次。

②台风路径自动生成：利用InfoWindow动态绘制台风实况路径和预报路径，按照6个等级（热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风、超强台风），通过不同颜色和大小的符号来直观表达台风发生、发展和消亡的变化过程。

③多类服务叠加：将实时接收的卫星云图、雷达云图等以GIS Server方式即时发布并与Google地图、ESRI地图、微软地图等网络资源熔享，实现台风路径与多类资源的相互参考，为防汛指挥人员提供全面的决策支持。

（2）灾情发布

通过ArcGIS将实时雨情信息、灾情信息、堤防险工险段、病险水闸、人员撤离点、撤离路线、安置点等与市区暴雨积水风险、沿海区域风暴潮淹水风险、黄浦江沿线堤防溃决风险等专业模型生成的风险模拟图层集成在一张地图上，通过空间分析为防汛指挥及调度提供及时、全面的信息参考，提高抢险的效率及可操作性。

2.水资源管理应用

（1）基础管理

对上海市区域内整个水循环过程中涉及的基础数据、设施数据进行统一管理和集成应用，包括河道水系（河流、湖泊等）、取水（地下水深井、取水口等）、供水（水厂、泵站等）、用水（用水情况日报、月报，节水指标等）、排水（排水系统、排水泵站、排水井、污染源、污水处理厂等）、水资源保护（水功能区、水源地等）、水利工程（水利分片治理、重要水闸、圩区等）、河道整治（黑臭河道等），并与上海市测绘院的基础地图服务、上海市排水处的专题数据服务进行熔享，借助于高分辨率的航空遥感数据为水资源管理提供客观参考。

（2）监测监控

将监测站点采集到的长江和黄浦江两大原水系统的实时监测信息（包括长江原水的氯化物浓度、原水厂流量、压力等信息，黄浦江原水的潮位、氨氮、浊度、溶解氧、流量等信息），全市市属供水厂、泵站、管网的每5分钟实时监测信息 （包括供水厂的出厂压力、瞬时流量、累计水量、出厂浊度、出厂余氯信息，供水泵站的出站压力信息，供水管网的压力信息）在基础地图上进行及时、直观的展示。

（3）统计评价

在地图上对任意时间段内全市雨量等值线（面）的即时绘制，直观展示全市雨量分布；以每月监测数据为基础，按水质级别以不同颜色在地图上直观反映骨干河道的水质情况；以每月监测数据为基础，按照水功能区划定义的水质控制标准直观反映各河段水质是否达到控制标准等。

3.专题应用

将局部区域内的防汛保安、水资源管理及特定业务等应用的业务模块进行整合，形成面向局部区域的苏州河、世博园和区县等多个专题应用。如苏州河专题综合了苏州河区域内防汛保安、水资源管理的业务模块，同时拥有堤防巡查和网格化管理等特定模块，通过GIS技术实现日常巡检过程数字化，为苏州河管理部门提供既面向对象又面向过程的信息汇总。

六、结 语

ArcGIS技术的应用改变了过去以使用纸质地图和文档为主的传统工作模式，提高了工作效率。同时通过资源熔享、数据整合和应用集成，使分布于不同区域、相互封闭的信息资源有机关联起来，加深了行业管理的精细化和数字化程度，初步实现了跨区域、跨行业的多部门间的工作协同，减少了重复劳动，降低了建设和运营维护成本。

下一步将继续探索ArcGIS的空间分析功能，结合数据挖掘技术对多类实时监测监控数据进行综合分析提炼，构筑专题数据库，为上海市防汛保安、水资源管理等专题应用提供全方位的决策支持。

[1]水利部信息化工作领导小组办公室.2008年度中国水利信息化发展报告 [M].北京:中国水利水电出版社,2009.

[2]刘梅,章艳锋.信息化对北京水务公共管理和综合决策的影响研究[J]. 水文,2008（28）.

[3]张闻波.水利信息资源整合的必然性与面临的问题[J].水文，2008（28）.