基于WebGIS搭建输电线路勘测项目管理平台

库新勃，张 玮，赵浩鹏

(中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710075)

0 引言

随着我国城镇化建设的不断加快，输电线路数量与日俱增，如何管理如此数量庞大且走向各异的输电线路勘测项目成为亟待解决的难题。2013年9月，国务院正式出台《关于加强城市基础设施建设的意见》(国发〔2013〕36号)[1]，这是改革开放以来国务院首次就城市基础设施建设发布文件。该文件第二条“加大城市管网建设和改造力度”中明确提出，要加强城市电力管线的建设和管理。电力勘测设计部门长期存在“重设计、轻管理”的意识，导致输电线路工程勘测项目管理工作难以就位[2]。同时，输电线路工程勘测项目管理大多依赖于从业人员的经验和对电力工程的熟悉程度，人员的专业素质直接关系到勘测工程的管理水平[3]。

目前，输电线路工程勘测设计部门80%以上的数据为地理信息或为具备地理坐标的其他信息[4]。然而，这些信息仅通过文档或者纸质资料形式存在，单个项目多个数据之间存在的几何或物理联系难以表述清楚。由大数定律可知，在随机事件的大量重复出现中，往往呈现几乎必然的规律[5]。对于勘测工程公司，这些处于相同区域的不同工程的勘测数据理论上存在的某种关联只能通过专业负责人浏览其他工程项目报告才能发掘，不够直观、全面。因此，输电线路工程勘测数据的开放共享、可视化管理成为现实需求。

WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物，能够实现Internet环境下空间地理信息的管理和发布，让地理信息系统的大众化服务成为现实[6-8]。针对上述问题，本文基于WebGIS设计并开发了一套输电线路勘测工程管理云平台，利用计算机技术建立空间地理信息库，实现输电线路空间数据与属性数据的可视化关联、数字化统计，便于用户通过浏览器实现输电线路项目资料的在线查询与多方共享，最大程度满足输电线路项目生产与成果管理需要，为城市基础设施信息化管理提供有益探索。

1 需求分析

基于WebGIS的输电线路勘测项目管理平台需满足输电线路工程的存储、显示、管理和分析功能，具体需求如下：

1)提供便捷有效、稳定可靠的地图操作。支持高清卫星影像(天地图、Bing地图等)与交通路网地图(百度地图、高德地图等)作为底图，用户可以基于高清底图进行相关操作，包括地图缩放、坐标定位和线路量算等。

2)提供输电线路项目管理功能。支持输电线路项目的新建、删除项目、编辑、查询、批量导入、打开文档、项目定位和关联设备等功能，并支持基于底图的可视化显示。

3)提供地图数据与属性数据的“一张图”管理。通过属性资料可在地图上定位该项目，显示该项目的基本信息及关联的矢量数据。同时，通过该项目标注，可以进入项目文档管理，在线浏览或授权下载相关文档。

4)提供用户权限管理功能。为保证输电线路勘测成果的一致性与安全性，“权限管理”模块应内置系统的安全规则和安全策略，用户只能通过赋予的角色访问平台而且只能访问被授权的资源，对于未授权的资源则无法访问。

为了满足这些需求，该管理平台应具备以下特征和功能：1)网页端GIS界面；2)支持卫星影像的加载与显示；3)支持常用矢量数据的读取与编辑；4)通过WMS(web map service)、WFS(web feature service)访问支持开放标准的地理空间信息资源；5)具备输电线路一般空间分析功能。

2 可行性分析

该平台采用开源OpenLayers进行前端开发，服务器端采用GeoServer地图服务器，系统属性数据使用PostgreSQL数据库存储，空间数据则使用PostGIS工具，在技术层面是可行的。

利用开源GIS系统开发仅需遵循相关许可协议，无需承担商业软件昂贵的许可费用(如ArcGIS)，同时，基于B/S(Brower/Server)模式开发的管理平台，用户无需安装客户端，直接使用浏览器即可实现项目的在线管理，即用户端的维护费用为零，在经济层面上是可行的。

该平台可以实现输电线路勘测成果的开放共享与可视化显示，有助于充分发挥勘测成果的价值，并为项目分析和决策提供数据支撑，实现勘测项目管理的降本增效，在社会效益层面是可行的。

3 开发原则

为保证平台建设顺利进行，该平台开发应遵循原则如下：

1)统一规划。平台应从实际需求出发，统一规划设计，统一部署，统筹各专业、各部门需求，建立通用、友好的应用服务，提升平台运行效率与使用价值。

2)技术先进。平台应采用主流的、先进的技术构建，满足可视化管控需求，为公司数字化运营、精细化管理等提供业务支撑。

3)稳定可靠。平台在上线运行过程中应尽量避免可能发生的故障，且一旦发生故障后，应具有解脱和排除故障的能力，保障平台持续有效运行。

4)信息安全。平台应对登录系统和数据库系统的用户进行身份标识和鉴别。依据安全策略控制主体对客体的访问。同时，设定严格的权限分配与管理制度，保障数据成果的安全。

5)良好扩容。平台设计完应留有升级接口和升级空间，在后期的升级和功能扩展方面具有较大的灵活性。

4 平台搭建

4.1 平台总体架构设计

通过深入研究最新科研成果与调研结果，确定输电线路勘测项目管理平台的总体架构设计，如图1所示，该平台包括基础设施层、数据层、平台层以及应用层。

图1 输电线路勘测项目云管理平台总体架构图

数据层包括空间库、项目库、文档库、人员库和设备库。空间库集成了项目一张图的空间地理信息资源，包括底图、空间化的项目点位、项目控制点、项目作业区以及输变电线路路径等，其中，底图包括世界行政区划图与全球卫星影像图。项目库存储了各种类型的项目属性信息。文档库采用文件数据库的形式归档了每个项目不同阶段、不同时期的成果资料。人员库存储了勘测在职人员基本信息。设备库存储了勘测已有测绘仪器设备及相关的检校证书。

平台层为整个系统支持层，基于服务端、前端可视化框架、数据库引擎，提供地理信息数据管理、空间可视化以及统计分析能力，并向上支持“项目一张图”应用。综合共享平台基于弹性架构支持汇聚、管理系统中的项目、人员、设备以及成果文档信息。权限管理平台衔接了人与其他项目要素，按照管理机制强化系统的数据安全管理。

应用层基于“看、管、控”的思路将平台分为项目一张图、项目资源看板、项目资源管理、项目文档管理和权限管理5个部分。其中，一张图和资源看板服务于项目查看、资源管理和文档管理服务于项目实时全要素管理，权限管理服务于平台数据以及模块的安全管控。

4.2 平台技术架构设计

输电线路勘测项目云管理平台技术架构见图2。鉴于输电线路勘测成果的多样性，在数据层，采用PostgreSQL存储关系型数据，时空数据则存储与PostGIS数据库中。在服务层，基于SpringBoot进行前端框架开发；采用MyBatis-Plus操作数据库，实现数据的增减与更新；基于Apache Shiro搭建强大且易用的Java安全框架，执行ID的验证与授权管理；地图服务则由开源的GeoServer实现，并对特征数据进行更新与增减操作，进而对授权用户完成空间地理信息的开放共享。在表现层，采用Vue构建用户界面，既可免除原生JavaScript中的DOM(Document Object Model)操作，又能实现数据的双向绑定；作为专为WebGIS客户端开发提供的JavaScript类库包，OpenLayers可实现标准格式发布的地图数据访问(如Google Maps、Yahoo等)；Html5的canvas元素的使用，使得浏览器无需Flash或Silverlight等插件即可实现地理信息的可视化。由于用户职务与工作范围的不同，针对不同用户，采用权限控制实现功能模块的差异化显示，方便不同用户操作与使用该平台。

图2 输电线路勘测项目云管理平台技术架构图

4.3 平台功能模块设计

该平台的功能结构见图3。

图3 输电线路勘测项目云管理平台功能结构图

由图3可知，平台主要包括4个功能模块：项目一张图、GIS功能模块、信息管理模块和权限管理模块。“项目一张图”通过将基础地理信息、影像数据与输电线路勘测项目矢量成果(KML、SHPFile等)、其他标注数据的相互叠加，实现勘测项目成果“全图看、一键搜、实时管”的目的。GIS功能模块主要实现GIS的基本功能，包括地图加载与实现、坐标标注、几何量测与常用的统计分析功能。“信息管理”模块主要涉及资源管理，包括项目管理、设备管理、人员管理及知识产权的管理。“权限管理”模块则包括用户管理、角色管理与部门管理，通过该模块实现勘测项目成果的分级显示与可控更新。

4.4 平台运行效果

登录给定的IP地址，验证用户和密码后，授权用户即可登录该平台，如图4所示。

图4 输电线路勘测项目云管理平台效果图

出于安全考虑，单位名称用星号代替。屏幕最左侧为项目的基本功能模块，基本按照前期模块设计完成，为更好地实现人员的精细化管理，新增“出差管理”模块，统计分析人员的出差情况与分布区域。屏幕中央加载开放的高清卫星影像作为底图，可叠加地理信息图层与项目矢量图层，实现输电线路勘测成果的可视化。项目列表位于地图显示窗口的左侧，便于用户进行项目查询与成果浏览。地图窗口的右上角为地图工具，可实现地址查询、坐标显示、几何量测等GIS功能。

5 结语

本文基于WebGIS搭建了一套适用于输电线路勘测项目管理的可视化平台，其优点在于：1)该平台基于开源服务与框架搭建，无需额外的平台支出，经济效益显著；2)该平台基于B/S模式搭建，用户无需安装插件，可以直接通过浏览器远程浏览，便于勘测成果的开放与共享；3)该平台采用轻量级框架Vue.js进行前端开发，开源GeoServer提供地图服务，开放性强，便于扩展，易于维护。该平台的设计思想与实现过程对现有电力行业勘测项目管理平台的搭建具有借鉴价值。