成都市水生态工程信息管理平台建设研究

梁 吉 欣

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

成都市水生态工程信息管理平台建设研究

梁 吉 欣

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

以《成都市水生态系统2025规划》中涉及的信息化建设内容为背景，本文研究了成都市水生态工程信息管理平台的技术架构，阐述了水生态工程数据库建设、水生态工程全生命周期的信息平台建设、水生态工程公众服务系统建设等内容，并总结了成都市水生态工程信息管理平台的关键技术并分析其应用前景。本文的研究对国内城市水生态信息化建设具有指导和借鉴意义。

水生态； 信息管理平台； GIS

1 研究背景

成都因水而生、因水而兴，都江堰水利工程超越千年的科学建设和延续千年的维修利用，成就了“水旱从人”的天府之国。

但近年来，随着成都市社会经济的发展，特别是工业化、城镇化的深入推进，成都同全国很多城市一样，面临着“水缺”、“水患”、“水脏”等严峻考验。基于上述背景，成都市委市政府提出“科学规划、梯次推进和完善河流水系建设，推动城市转型升级”的战略方针。成都市水务局于2013年底启动了“成都市梯次推进河流水系生态建设实施规划”编制工作，最终形成了《成都市水生态系统2025规划》。

《成都市水生态系统2025规划》立足于构建良好生态系统，以“保护自然水源、优化千年水网、建设活水成都”为目标，通过“突出河流主线、构建生态廊道；加强河湖湿地连通，优化水网格局；建设海绵城市，统筹流域治理；推进智能水务，提升管理水平”的规划措施，着力在“防涝治涝、供水安全、水环境整治、水生态修复、水景观提升”等方面。该规划涉及水源开发、节水治污、饮用水源地保护、河道综合整治、农田水利建设、河湖湿地、水系连通、滨水绿道、再生水利用、中心城区海绵城市构建与内涝防治等工程建设，同时也突出在城市智慧水生态方面的信息化建设。

《成都市水生态系统2025规划》中的智能水生态信息化建设包含：中心城区暴雨内涝监测预报预警系统建设、府南河水质实时监测系统建设、中心城区非生活用水户远程监控系统建设、中心城区排水管网数字化管理系统建设、水库动态监管系统建设、农村饮水安全工程动态监管系统建设、水资源实时监控与管理信息系统建设等11个专业信息化项目，涉及水污染、水利用、水资源、水安全、水设施等多个方面，可以预见，成都市智能水生态信息化项目的顺利推进实施，将极大提升成都市在全国城市智能水生态信息化应用方面的广度和深度，以及城市水生态方面的智能化管理水平。

目前,中国电建集团已开展了大量城市水生态相关项目，由于水生态工程规划、设计、施工、运维管理等各阶段工作信息化条件差异较大，如何统筹考虑集团内部相关信息技术优势资源，结合成都市水生态系统工程建设，开展面向水生态与地下空间业务的市场分析、规划设计、施工、运维平台服务建设，构建可适应上述业务的信息管理平台，是本论文研究的主要方向，以期为企业和政府提高水生态工程综合管理水平提供信息技术支撑手段。

2 平台技术架构

2.1 总体架构

成都市水生态工程信息管理平台集成水生态工程相关数据，充分利用物联网、GIS及BIM可视化等技术手段，构建满足成都市水生态规划设计、建设、运维全生命周期的信息化支撑平台。

平台采用SOA架构，提供组件化、可扩展的业务服务，满足跨硬件平台、跨操作系统的要求，支持多种主流数据库和中间件产品，具备良好的平台互操作能力，可保障业务信息在集成大屏、Web及桌面终端、移动终端贯通，形成“一屏多端”的总体架构方案。

平台总体架构见图1。

图1 平台总体架构

2.2 网络结构

基于政务电建云、互联网与局域网等构建水生态工程信息管理平台运行的网络环境，云计算中心通过公网出口与互联网连接，水生态工程规划设计、施工建设、运维管理及相关政府部门通过互联网访问平台数据。提供移动网络的运营商通过公网出口与互联网连接，通过互联网获取云计算中心提供的数据与服务，再通过移动网络为授权的移动端设备提供系统访问服务。

平台网络拓扑图见图2。

图2 平台网络拓扑结构

2.3 应用体系

成都市水生态工程信息管理平台应用于水生态工程规划、设计、施工、运维等全生命周期各个阶段，服务于水生态工程建设相关单位：

(1)水生态工程数据采集与汇交系统、规划设计系统主要用户为工程规划设计相关单位；

(2)水生态工程建设管理系统主要用户为工程施工建设相关单位；

(3)水生态工程运行监控系统、公众服务系统、集成展示系统主要用户为政府部门、运维管理等相关单位。

平台应用体系见图3。

3 基于全生命周期的平台建设研究

3.1 水生态工程数据库建设

3.1.1 基础地理数据库

基础地理数据库存储的主要包括4D产品(DEMDOMDLGDRG)和空间元数据信息。DEM、DOM采用国家高程数据交换格式CNSDTF-DEM，影像、图像采用tiff、img交换格式。矢量数据采用KML/GML国际标准标记语言。该类数据主要来自于专业测绘机构通过勘测并制作发布的地理信息数据，提供日常工作基本要素数据、用于表达地面起伏状态的几何数据和地表纹理数据(见图4)。

3.1.2 水生态工程专题数据库

成都市水生态工程专题数据库主要用于存储水生态工程规划、设计、建设、运行全过程中产生各类专业数据，以及水生态设计、建设涉及的工程及附属设施三维模型数据(见图5)。

图3 平台应用体系

图4 成都市基础地理数据库

图5 成都市水生态工程专题数据库

由图5可知，成都市水生态工程专题数据库主要包括：

(1)水资源数据库。主要有城市河流水系、湖泊、人工灌渠、闸门、大坝、用水及雨污管网等水资源相关数据；

(2)水环境数据库。主要包括水质、水温等监测数据、河流水体污染治理等相关数据；

(3)水安全数据库。主要包括城市河流防洪、防涝、防旱等工程设施及城市水情、水质监测相关数据；

(4)水经济数据库。主要包括水资源调度、污水处理厂、自来水厂等水资源利用消费数据；

(5)水景观数据库。包括河道景观治理、沿线景观、商业地产及住宅分布等数据。

3.2 水生态工程全生命周期的信息平台建设

3.2.1 水生态工程数据采集与汇交系统

系统基于成都市水生态数据资源及指标体系建立的水生态工程数据库，实现成都市水生态工程规划、设计、建设、运营等各阶段各类数据的输入、更新、编辑、检索等功能，形成较为完善的数据采集与汇交机制，从而构建为成都市水生态系统项目群提供数据资源收集、整理、存放、检索与共享的信息管理平台(见图6)。

3.2.2 水生态工程规划设计系统

为满足水生态工程规划设计阶段业务需求，开发水生态工程规划设计系统，系统在统一的二三维可视化环境下集成水生态工程规划设计人员科学理念及规划设计成果数据，满足业务系统多项目、多部门、多人员、多版本的规划、设计数据输入、修改、查询与展示，可实现水生态工程规划方案协同设计，设计流程管理、方案比选、方案查询、方案可视化展示、方案汇报演示等功能，为工程规划方案的科学性和设计方案的优化提供数字化、信息化手段(见图7)。

3.2.3 水生态工程建设管理系统

利用先进的物联网、云计算、GIS、网络通讯等新一代信息及数字化技术，集成水生态工程施工进度、质量、投资、安全等工程建设信息，研发并建立水生态工程建设管理系统，为水生态工程进度、质量、投资等综合管理提供决策辅助，为全面提升成都市水生态工程建设水平提供技术支撑(见图8)。

图6 水生态工程数据采集与汇交系统架构

图7 水生态工程规划设计系统

图8 水生态工程建设管理系统

3.2.4 水生态工程运行监控系统

水生态工程基础设施建成投入运行后，为了实现业主单位和运维单位对成都市水生态工程的全面管控与应急决策分析能力，需要利用物联网、云计算、大数据、GIS等技术，研发水生态工程运行监控系统。系统通过各类水位、水质、雨量、视频等监测设备实时感知城市水生态工程系统的运行状态，将海量水生态信息进行技术分析与处理，实现成都市水生态工程运维管理的信息化、数字化和智能化(见图9)。

图9 水生态工程运行监控系统

3.2.5 水生态工程集成展示系统

系统融合应用计算机网络、GIS等技术，对成都市水生态工程建设过程中涉及的主要空间对象进行标识和展示，集成规划、设计、施工、运行等全生命周期的工程规划、工程设计、建设管理、运行监控等信息，形成“水生态工程一张图”，提供相关信息的查询、分析与利用，创建水生态工程辅助管理和决策支持的集成展示系统，供相关设计、管理人员决策、会商及日常辅助管理使用(见图10)。

3.3 水生态工程公众服务系统建设

(1)水生态工程信息资源门户网站。成都市水生态工程信息资源门户网站作为包括手机APP在内的水生态行业门户网站，实现水生态工程建设相关信息的公开，为投资方、规划设计方、建设方、运维方及政府相关部门提供在线办事、信息资源下载上报等各种公共服务。

(2)微信企业号信息发布系统。基于微信为企业客户提供的移动服务，快速建立成都市水生态工程信息管理应用入口，实现水生态工程设计、生产、协作及运营管理的移动化，其主要功能包括：及时面向用户推送水生态行业动态、工程进展、现场视频、图片、水雨情、日常动态管理、突发事件等信息。系统需满足企业灵活、复杂以及高安全性的要求,如：应用可定制、仅通讯录成员能关注、无限制的主动群发消息，开放且权限控制的接口，保密消息，应用快速部署、消息提醒更精确等，对于社会公众也可通过微信公众号提供水生态工程建设相关的信息发布和查询服务(见图11)。

图10 水生态工程集成展示系统

图11 微信企业号信息发布系统

4 平台建设的关键技术

4.1 水生态指数数据资源体系构建技术

研究与成都市城市水生态指数相关的数据指标，包括全国各级城市基础影像、城市地形、城市水系、沟渠、水库湖泊、湿地、污水处理厂、自来水厂、水源地、已有水环境基础设施及项目分布、水资源规划利用现状、土地利用现状、城市绿地分布、自然系人文保护区分布、人口分布等城市水生态规划静态类数据；同时，也包括城市污染、用水、污水、供水、绿色环境指数、舆论民情、经济水平、发展规划、发展理念等动态类数据。

将上述数据按照空间、时间、指标三个维度进行划分，建立涵盖城市水生态市场分析及规划设计相关的数据指标体系。该指标体系的建立，可为成都市水生态信息管理平台建设提供统一的标准数据体系(见图12)。

图12 基于多维度的水生态数据指标体系

4.2 基于多维、多源、多尺度的数据挖掘技术

从空间、时间、指标三个维度，进行城市水生态数据指标体系研究和建设，以指标体系为指导，进行多维、多源、多尺度的水生态数据资源仓库建设。其次建立企业内部数据、政府部门和合作机构数据以及公开数据的可持续性、动态更新获取方法，对获取数据进行清洗、抽取、转换和加工，进入水生态数据仓库，建立动态持续的数据更新机制(见图13)。

图13 基于多维、多源、多尺度的数据挖掘技术

4.3 倾斜摄影快速建模技术

随着空间地理信息数据获取技术的不断发展，国内越来越多的城市开展了如火如荼的倾斜摄影数据采集。本平台利用PhotoMesh实景建模技术，通过摄影测量原理，可以将多种源数据、分辨率、任意数据量的照片转化为高分辨率的、带有图像纹理的三维网格模型。具体来说，它通过对获得的倾斜影像、街景数据、拍摄照片等不同数据源数据进行同名点选取、多视匹配、三角网(TIN)构建、自动赋予纹理等步骤，最终得到三维模型，实现城市级大量三维模型及水生态景观模型的快速构建(见图14、15)。

图14 PhotoMesh技术流程 图15 金马河现状倾斜摄影建模

4.4 GIS与BIM融合技术

平台融合GIS与BIM技术，着力解决GIS和BIM之间的互通性问题，实现GIS与BIM之间格式转换、数据通讯等方面的标准化及其技术流程。BIM软件对模型的承载量本身有限，Skyline作为主流三维GIS平台，可以不受任何限制的打开、调用管理不同BIM软件创建的模型，进行无缝大场景浏览，并且不丢失模型的属性信息。集成GIS与BIM系统的优势，可以集成水生态工程规划设计、建设管理、运营等阶段的业务数据，以更好的三维可视化效果满足水生态工程业务管理需求(见图16)。

图16 GIS与BIM融合技术

4.5 物联感知技术

物联感知技术提供对成都市水生态工程建设相关环境的智能感知能力，通过芯片、传感器、RFID、摄像头等手段实现对城市范围内水生态工程基础设施、环境、建筑、安全等方面的识别、信息采集、监测和控制，为水生态工程建设管理、运行监测等提供智能化数据采集和技术支撑(见图17)。

图17 物联感知技术

4.6 基于规划设计流程管理的GIS技术

基于成都市水生态工程设计、校核、审查等规划设计流程，利用Skyline三维平台软件, 在统一的GIS可视化环境下集成水生态工程规划设计人员科学理念及规划设计成果数据，满足业务系统多项目、多部门、多人员、多版本的规划、设计数据输入、修改、查询与展示，可实现水生态工程规划方案协同设计，设计流程管理、方案比选、方案查询、方案可视化展示、方案汇报演示等功能(见图18)。

5 应用前景分析

通过本平台的建设，可以形成基于电建云，以城市水生态业务为核心的信息化解决方案，具有以下几个方面应用前景：

图18 基于规划设计流程管理的GIS技术

(1)为成都市政府相关部门、水生态工程建设相关企业提供规划设计、建设管理、运营等数据支撑服务，提高相关企业对水生态工程的规划设计、施工建设、运维管理等能力；

(2)可为成都市水生态系统建设相关政府部门、规划、设计、建设、运营等单位提供统一的信息管理平台，以信息化助力水生态工程建设管理水平的提高；

(3)后期可以为科学制定各级地方政府水生态规划服务，促进城市及区域间水生态业务跨域合作，远期可以服务于国内政府水生态业务主管部门、国内水生态业务相关规划设计及建设企业、投融资企业。

(4)对国内其他城市水生态信息管理系统建设和智慧城市建设具有示范和借鉴作用。

6 结 论

成都市水生态工程信息管理平台集成成都市域范围内的水资源、水环境相关数据资源、规划方案和工程项目信息，充分利用物联网、GIS及BIM可视化等技术手段，基于电建云等基础设施环境，构建满足成都市水生态规划设计、建设、运维全过程的信息化支撑平台，笔者结合水生态工程项目应用实践，对平台建设的技术架构、关键技术、应用前景等方面进行了研究，可以对国内其他城市水生态信息化建设提供参考价值。

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[4] 武小捷，田松良，薛海平.太原市水土保持信息管理系统建设实践[J].中国水土保持, 2004(4):26-28.

2017-01-12

梁吉欣(1983-)，男，江西景德镇人，硕士，高级工程师，从事三维地理信息系统应用及研发工作。

X171.4;P208

：B

：1003-9805(2017)03-0038-08