基于GIS Server的水利信息共享服务平台分析与应用

夏苏琼，邱 月

（江苏省测绘工程院，江苏 南京 210013）

1 前 言

我国是一个水旱灾害频繁发生的国家，从一定意义上来讲，中华民族五千年的文明史也是一部治水、兴水利史。党和政府高度重视水利工作。

地理为人类提供了一种管理世界的框架和语言。地理信息系统（GIS）是一个获取、存储、编辑、处理、分析和显示地理空间信息系统，它提供了一种相对比较新颖、直观、且迅速的表达方式。Internet和Web Service提供了处理问题的基础平台，帮助我们将独立的地理连接起来，形成一个相互关联的有机整体。

基于GIS Server可以实现水利信息的统一管理，实现信息共享、信息查询、决策支撑以及水资源业务的管理。我们参照国内外水资源管理实例，基于水利日常管理的实际工作需要以及工作特点，设计了水利信息管理系统。该系统应用侧重点在于实现水利设施信息的常态化管理，提供空间与属性信息的快速查询和定位，为水资源管理和规划的深入分析提供地理基础。

2 基于GIS Server的应用集成

作为“数字地球”的骨架支撑技术之一，GIS通过地图及全球可视化、空间数据集、工作流模型、数据模型和元数据帮助我们服务世界，改进效率、辅助决策、科学管理等。

2.1 动态缓存技术

地图缓存是按照一定数学规则把地图切成一系列图片保存的方式，当用户访问地图服务时，服务器直接返回当前地图坐标区域所对应的缓存瓦片，以达到降低服务器负担、提升地图浏览速度的效果，如图1所示。水利信息化平台需要加载各种在线数据库，包括矢量地图、影像地图、专题地图等，数据量比较大。通过动态缓存技术，服务器根据客户端程序的请求调度不同级别和范围的缓存瓦片，大大提高了地图载入速度的同时也有效降低了服务器负载负担［1］。

图1 动态缓存结构示意

2.2 GIS Web服务与 ArcGIS API For Flex技术

基于共享的需求引入了Web服务。Web服务是一体化的基础框架，它通过以服务为中心的门户（portals）连接了用户和服务。通过GIS网络，将多个分布式的服务动态叠加到一起进行可视化显示或分析，如图2所示。

图2 GIS Web服务框架

ESRI提供的ArcGIS Service可实现从地图的普通显示跨越到复杂的网络分析。ArcGIS Server包括两个部件：GIS服务器和.NET与Java的Web应用开发框架（ADF）。GIS服务器是ArcObjects对象的宿主，供Web应用和企业应用使用。它包含核心的ArcObjects库，并为ArcObjects在集中、共享的服务器中的运行提供灵活的环境。ADF允许用户使用运行在GIS服务器上的ArcObjects来构建和部署.NET或Java的桌面和 Web应用［2］。

ArcGIS API For Flex是 ArcGIS Server的扩展开发组件，它可以将ArcGIS Server构建GIS服务的基础上，开发富因特网应用（RIA，Rich Internet Applications）。与此同时将ArcGIS的 Map和GP模型同Flex的组件相结合，构建表现丰富、交互良好的 Web应用。ArcGIS API For Flex提供了多种接口，通过这些接口可以访问和使用ArcGIS Server发布服务。通过URL，可以获取和操作每一个服务中的所有资源和操作，包括地图显示、要素查询、几何服务、缓冲分析和网络编辑等等。Arc－GIS Server发布的服务共有8种类型的服务，具体如下：Map Service，Geocode Service，GP Service，Geometry Service，Image Service，Network Service，GeoData Service和 Globe Service。在本次水利信息共享服务中我们主要使用了 Map Service，GP Service和Geometry Service等对水利专题数据进行规范化管理，提供数据浏览、地图量测、属性查询和决策分析等功能，如图3所示。

图3 ArcGIS Server服务内容

2.3 缓冲区分析

缓冲区（Buffer）分析是对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体，从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法［3］。在水利信息管理系统中，我们可以利用点缓冲、线缓冲和面缓冲进行示范性分析应用。例如，沿某条河流沿线1km之内的排污口分布情况我们就可使用线缓冲进行空间分布的查询为辅助决策提供支撑。

3 水利信息共享服务平台应用案例

计算机技术、通讯技术、网络技术、3S技术对水利信息采集、处理和共享方式都产生了很大影响。

3.1 水利信息共享服务平台系统组成

水利信息共享服务平台系统主要有：数据层、网络层、应用层、访问层、接口层和规范层6个部分组成，如图4所示。

图4 系统组成

3.1.1 数据层

数据层将水利相关的信息进行空间ETL处理后建立统一规范的数据模型，从而为应用层提供数据支撑。面对水利数据的种类繁多，它兼顾面向信息的应用，需要遵循相关的数据标准，统一规范的管理。

3.1.2 网络层

网络层为信息服务共享和数据传输提供基础。为保证数据的内部共享和数据保密，网络层采用局域网方式［5］。

3.1.3 应用层

应用层建立在数据层的基础之上，通过地理空间分布模型和水利行业模型相结合的方式提供应用功能，如水利信息查询统计、缓冲区分析等。

3.1.4 访问层

访问层以IE浏览器为载体向从事水利事业的工作人员提供了各自需要的数据信息以及功能服务。

3.1.5 接口层

接口层为水利信息完整性提供了必要条件，通过向水利工作者提供数据添加接口、数据编辑接口和应用服务接口使得水利信息共享服务平台更加完备、灵活。

3.1.6 规范层

规范层提供相关的标准体系，为系统提供规范性保障，保证整个系统安全、稳定、有效的运行，同时也为水利日常工作提供规范示意性文档。

3.2 水利数据采集和整合

水利信息普查存在不规范，导致水利数据格式不一，同时也存在一定程度的冗余。另外，部分信息缺失或者存在逻辑错误给直接处理带来了很大麻烦。所以，事先制定符合标准的数据规范是系统能否正常运行的前提。

3.2.1 统一数据格式

我们将原始的EXCEL表格和WORD表格形式存在由水利信息通过数据格式转换整合得到的ARCGIS数据库中。在保留原有属性字段的同时增加统一的坐标值字段。基于水利信息的特点又分成了点（桥梁、深井、取水口等）、线（河流中心线、堤防）、面（河流）3种类型的数据集。

3.2.2 统一坐标系

与GIS结合的信息必须包含坐标定位信息，否则不能实现空间属性的匹配。我们采用WGS－84地理坐标系和1985国家高程基准对所有坐标进行统一转换。

3.2.3 统一校验

为保证数据的正确性，需要对数据进行系统校验以及人工校验。系统校验包括字段属性检查、唯一性检查、一致性检查、拓扑性检查和数据完整性检查；人工校验包括数据空间一致性检查、数据属性检查和常识性检查等。

3.2.4 统一格式化处理

对多媒体数据，如图片、视频等需要进行格式化处理，以符合网络限制要求。

3.3 系统功能模块分析

水利信息共享服务平台旨在建立统一、规范化管理水利信息为水利工作者提供数据管理、数据查询、决策分析、统计报表等功能。因此，将系统设计成5个主要模块，分别为：信息查询模块、决策支撑模块、统计分析模块、数据管理模块和办公辅助模块，如图5所示。

3.3.1 信息查询模块

信息查询是水利信息共享服务的关键所在。可以利用空间定位、空间包含关系进行水利工程信息的查询定位，也可以通过特定的条件搜索得到信息条目。与GIS地理空间信息相结合使得水利工程信息能够更直观地显示出来，通过配合使用该信息的属性信息和多媒体信息能做到图文并茂、快速直观。

图5 系统模块

3.3.2 决策支撑模块

决策支撑为水利信息共享服务提供了更丰富的应用。缓冲区分析可以快速、准确的获得某一区域范围的水利信息分布情况，从而提供第一手的辅助决策资料。也可以通过不同种类、不同时相的数据进行对比获取水利信息变化情况，为水利工程优化管理和科学调度提供决策。

3.3.3 统计分析模块

统计分析是在信息查询展示的基础上快速对信息进行归纳以方便导出报表，提供办事效率和办公准确性的方式。它可以利用地图基本属性进行量测，为分析提供依据，实现工程规模及水利设施的量算等。

3.3.4 数据管理模块

数据管理根据不同权限授予不同作业人员对水利工程信息进行编辑和更新。采用TCP协议使得客户端和服务端的交互更加可靠、方便、准确。

3.3.5 办公辅助模块

办公辅助提供与水利相关的法律法规在线查阅，同时也提供数据编辑和系统操作的指导性文档，是系统正常运行的重要保障。

3.4 水利信息共享服务平台实际运行分析

在上述设计和指导下，我们建立了“启东市水利信息管理系统”、“通州区水利信息管理系统”，如图6所示。采用.Net3.5框架、Flex技术并结合ArcGIS Server10.0进行系统搭建，并对该系统的运行情况和功能的使用情况进行了测试。

系统在信息查询方面能够比较快速、准确地得到需要结果，对地理位置的定位也比较直观，为业务人员带来极大便利。地图量测功能为业务人员提供了决策支持，缓冲区分析也能够较科学的符合某些决策需要。信息的“所见即所得”功能也简化了统计报表生成工序，为日常办公提供了便利。另外，ArcGIS Server的稳定性也比较理想，在内部局域网情况下，能够持续正常运转，在压力测试中也能较好地完成各自任务。用户身份验证也保障了系统数据的保密性和安全性。

图6 通州区水利信息管理系统

当然，在数据规范方面还存在一定不可预知的因素，使得水利信息存在一定冗余。在使用过程中业务人员越来越关注水利信息的动态检测，给水利信息管理提供了新的发展方向，这也督促我们继续探索更加丰富的分析应用，发挥“信息化”优势。

4 结 语

（1）水利工程信息化管理是当前水利事业发展的必然趋势。在计算机技术日新月异的环境下，信息化管理必然越来越科学、越来越规范，功能示范越来越丰富。设计符合自身业务需要的水利信息管理系统才能更好地服务于水利事业，更好地造福社会。

（2）水利信息结合地理空间信息较为直观地表现了水利信息空间信息和属性信息的统一，这就需要充分保证数据的规范和数据的准确性，同时也需要各行业进行紧密配合。

（3）历史数据管理和实时数据的对比分析使得决策辅助有了更广阔的应用，但另一方面增加了系统的负担，这需要优化网络部署方式，提高访问效率，提升服务性能。

（4）要在水利行业更好地应用和发展GIS技术。要在进一步加强标准化、规范化的基础上大力开展基础数据库的建设，尤其是富有水利行业特色的数据库的建设。要充分发挥GIS现有的潜在功能，与3S技术、网络计算机技术以及水利行业本身的技术紧密结合在一起。

［1］ 马维峰，王晓蕊，高松峰.基于服务器动态缓存和Ajax技术的 WebGIS开发［J］.测绘科学，2008，33（5）：204－205.

［2］ 谭军辉.基于.Net ADF的 ArcGIS Server Web应用开发 ［EB／OL］.（2009－9－1）［2010－07－07］.http：／／wenku.baidu.com／link？url＝xij9DNSpTLNY－Zzk－Qsk6l＿UT08gBtSg6ftOIBS7HUzBqFHgWw5g2q＿SvTQQOoqqlEgpZPElsAr＿UjeEe2hWNbyYaxHOPf7 kRIH6kZ7RL6q.

［3］ 黄杏元.地理信息系统概论［M］.北京：高等教育出版社，1989.

［4］ 毋河海.关于GIS缓冲区的建立问题［J］.武汉测绘科技大学学报，1997（4）：57－65.

［5］ 赵晓虎，田川，韦中亚，等.中国水利信息化现状及解决方案［J］.南水北调与水利科技，2003（2）：32－34.

［6］ 黄海田，刘军，王冬生.江苏南水北调运营管理信息系统分析［J］.南水北调与水利科技，2005（2）：25－27.

［7］ 李雪梅，周艳，赵祺，等.现代测绘技术在水利信息化中的应用［J］.地理空间信息，2010，8（5）：132－134.