基于二維三維GIS一體化技術(shù)的大連市防汛信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曲家峰

(瓦房店市水利灌溉技術(shù)站， 遼寧 大連 116300)

基于二維三維GIS一體化技術(shù)的大連市防汛信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曲家峰

(瓦房店市水利灌溉技術(shù)站， 遼寧 大連 116300)

水災(zāi)一直是大連市防汛抗旱的重要工作內(nèi)容之一，以“三維GIS開(kāi)發(fā)為主、輔以二維同步導(dǎo)航建設(shè)”為理念，采用二維三維聯(lián)動(dòng)、瓦片、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)抓取等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工情、氣象、災(zāi)情等信息的綜合集成與Web發(fā)布，為防汛管理提供信息服務(wù)與決策支持。

二維三維GIS； 防汛； 一體化技術(shù)； 系統(tǒng)研發(fā)

大連市位于遼東半島的最南端，全市總面積1.26萬(wàn)km2，地形以山地丘陵為主，年降水量充沛約550～950mm，境內(nèi)有黃海流域和渤海流域兩大水系，主要的河流有碧流河、英那河、復(fù)州河等。受降水、地形、河流等因素影響，大連市水災(zāi)頻繁發(fā)生。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)1949—2014年的45年間，共發(fā)生大大小小的水災(zāi)16次，平均每3.6年發(fā)生一次。近些年來(lái)，受全球氣候變化影響，臺(tái)風(fēng)在大連市頻繁登陸，極易引發(fā)水災(zāi)。2012年8月3日，受臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”影響，大連市普降特大暴雨，并引發(fā)洪水，一度造成沈大鐵路中斷，上萬(wàn)人員轉(zhuǎn)移。水災(zāi)具有形成時(shí)間短、來(lái)勢(shì)兇猛、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)，為了抗御洪水、減少災(zāi)害損失，大連市開(kāi)展了水利工程措施與非工程措施建設(shè)，用以消除水害。截止2012年12月，共修建各類水庫(kù)246座，總庫(kù)容25.23億m3，堤防559處，長(zhǎng)度達(dá)2675.71m，構(gòu)建了防洪工程數(shù)據(jù)庫(kù)、水雨情信息網(wǎng)等，初步實(shí)現(xiàn)了水、雨、工情等信息的實(shí)時(shí)獲取、暢通傳輸、海量存儲(chǔ)等功能，為防汛減災(zāi)工作的開(kāi)展提供了數(shù)據(jù)支撐。

目前，已建成的各類與防汛相關(guān)的信息化成果，其構(gòu)建環(huán)境主要采用二維GIS場(chǎng)景，在數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、管理、分析等功能上相對(duì)成熟，但在空間信息的三維展現(xiàn)方面明顯不足。隨著三維仿真技術(shù)的不斷發(fā)展與防汛減災(zāi)工作對(duì)于三維場(chǎng)景需求的不斷增加，在原有二維場(chǎng)景的基礎(chǔ)上增加三維場(chǎng)景，增強(qiáng)洪水、水利工程、地形的渲染效果顯得尤為重要。為此，充分挖掘已有資源，開(kāi)展覆蓋全市范圍內(nèi)的二維三維GIS一體化防汛信息服務(wù)系統(tǒng)十分必要。

1 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

1.1 二維三維場(chǎng)景合成

系統(tǒng)的二維場(chǎng)景直接在遙感影像上生成。三維場(chǎng)景在Skyline平臺(tái)上開(kāi)發(fā)，利用Terra Builder無(wú)縫連接了全市高清晰度衛(wèi)片，并與1∶5萬(wàn)數(shù)字高程圖進(jìn)行耦合，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行文字標(biāo)注、模型加載、路徑設(shè)定等編輯工作，形成全市三維場(chǎng)景。利用Skyline平臺(tái)將二維場(chǎng)景和三維場(chǎng)景在空間上鏈接，形成互動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息在二維三維場(chǎng)景下的漫游。

1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

根據(jù)已有數(shù)據(jù)資源，結(jié)合防汛信息服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)需求，按照數(shù)據(jù)類型、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)量、訪問(wèn)量等特點(diǎn)，選取了普適性較強(qiáng)的Oracle11g數(shù)據(jù)庫(kù)作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，具體包括：空間數(shù)據(jù)庫(kù)、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體庫(kù)、超文本庫(kù)4部分。?空間數(shù)據(jù)庫(kù)：包括各級(jí)行政區(qū)劃、市政道路、水庫(kù)、堤防、閘壩、險(xiǎn)工險(xiǎn)段、相關(guān)地形數(shù)據(jù)等；?屬性數(shù)據(jù)庫(kù)：包括河流的名稱、流域面積、河長(zhǎng)、平均河寬、河床比降、堤防設(shè)防水位、警戒水位、保證水位、主要河流防洪預(yù)案、雨量站名稱、降雨時(shí)間、降雨量、水庫(kù)實(shí)時(shí)及歷史水位、入庫(kù)流量、出庫(kù)流量、蓄水量、洪災(zāi)等綜合信息；?多媒體庫(kù)：包括全省雷達(dá)拼圖、中短期天氣預(yù)報(bào)、重點(diǎn)水庫(kù)、重要河道、重點(diǎn)防洪工程圖片、影像及視頻資料等信息；?超文本庫(kù)：包括歷年防汛大事記、通知公告等信息。

1.3 系統(tǒng)建設(shè)

系統(tǒng)以服務(wù)防汛管理為目標(biāo)，以O(shè)racle11g作為數(shù)據(jù)庫(kù)，以SOA為系統(tǒng)構(gòu)架，采用二維三維GIS聯(lián)動(dòng)集成、三維地圖瓦片、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)抓取等主要技術(shù)構(gòu)建了大連市防汛信息服務(wù)系統(tǒng)，有機(jī)集成了水、雨、工、災(zāi)情等信息，實(shí)現(xiàn)了其在二維三維場(chǎng)景中的聯(lián)動(dòng)顯示、多條件查詢、圖層控制、辦公自動(dòng)化等功能，基本實(shí)現(xiàn)了防汛信息的標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、空間化和可視化，為指導(dǎo)全市防汛減災(zāi)工作提供統(tǒng)一的信息平臺(tái)及支持決策服務(wù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。針對(duì)大連市防汛工作中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，系統(tǒng)開(kāi)展了5個(gè)子系統(tǒng)的建設(shè)，具體包括：雨情子系統(tǒng)、水情子系統(tǒng)、工情子系統(tǒng)、災(zāi)情子系統(tǒng)和管理子系統(tǒng)。?雨情子系統(tǒng)：展示了大連市所有雨量站監(jiān)測(cè)的降水?dāng)?shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)的以及分析處理的結(jié)果；?水情子系統(tǒng)：展示了大連市所有水庫(kù)的入庫(kù)流量、出庫(kù)流量、實(shí)時(shí)水位、汛限水文等信息，所有河流的來(lái)水量、洪峰流量等信息；?工情信息子系統(tǒng)：展示了所有水庫(kù)、堤防、險(xiǎn)工險(xiǎn)段等信息；?災(zāi)情子系統(tǒng)：展示了新中國(guó)成立以來(lái)各類水災(zāi)的發(fā)生時(shí)間、成因、損失等信息；?管理子系統(tǒng)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 二維三維GIS聯(lián)動(dòng)集成技術(shù)

二維三維GIS聯(lián)動(dòng)集成技術(shù)充分依托二維GIS和三維GIS技術(shù)，同時(shí)增強(qiáng)了兩者之間的聯(lián)動(dòng)技術(shù)，使其在同一框架體系下能夠同時(shí)發(fā)揮兩者的作用。具體途徑是LOD(levels of Detail) 同步。LOD同步在DEM數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)分塊分層存儲(chǔ)和調(diào)度的基礎(chǔ)上，將視點(diǎn)到所對(duì)應(yīng)地形的距離和LOD等級(jí)進(jìn)行綁定，通過(guò)鼠標(biāo)滾輪滾動(dòng)觸發(fā)視點(diǎn)高度變化，隨著視點(diǎn)高度的升高，LOD等級(jí)不斷從精細(xì)層向粗糙層降低，從而確定需要顯示的LOD等級(jí)。

2.2 三維地圖瓦片技術(shù)

三維地圖瓦片技術(shù)是根據(jù)所需的顯示比例尺與級(jí)別進(jìn)行裁剪，將裁剪的文件按照統(tǒng)一的命名規(guī)則進(jìn)行存儲(chǔ)。系統(tǒng)對(duì)全市2.5m遙感影像分層瓦片切割，在底層的基礎(chǔ)上，從左下角開(kāi)始，按照由左及右、由下及上的方式，每2×2個(gè)像素進(jìn)行一次融合，進(jìn)行生成不同比例尺的瓦片。

2.3 實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)抓取技術(shù)

實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)抓取技術(shù)是充分利用共享信息資源，對(duì)網(wǎng)上發(fā)布的各類非結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行自動(dòng)抽吸、篩選、提取等操作，形成結(jié)構(gòu)化的信息，減少信息的重復(fù)開(kāi)發(fā)。氣象信息是防汛信息服務(wù)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)資源，系統(tǒng)采用了網(wǎng)絡(luò)抓取技術(shù)從不同的網(wǎng)絡(luò)中獲取系統(tǒng)指定的信息內(nèi)容，集成在防汛信息系統(tǒng)中，獲取系統(tǒng)所需的氣象部門共享信息，以較小的技術(shù)投入實(shí)現(xiàn)了信息的共享共用。

3 系統(tǒng)功能

結(jié)合日常業(yè)務(wù)需求，系統(tǒng)提供了漫游功能、多種查詢方式、圖表統(tǒng)計(jì)分析、圖層控制控件、其他等一系列實(shí)用功能。

a.漫游功能。系統(tǒng)三維場(chǎng)景的展示及二維三維場(chǎng)景的聯(lián)動(dòng)操作是系統(tǒng)的一大特色。對(duì)此，系統(tǒng)針對(duì)二維和三維場(chǎng)景分別提供了不同的漫游方式。在二維場(chǎng)景中主要提供了放大、縮小、平移、全景、縮略圖等常用的漫游方式。在三維場(chǎng)景中，根據(jù)三維顯示效果提供了導(dǎo)航、旋轉(zhuǎn)、錄制等特有功能。導(dǎo)航功能可以按照用戶在線路上的需求，在系統(tǒng)中自定義導(dǎo)航線路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航，可以用其來(lái)展示某一次水災(zāi)的過(guò)境情景。旋轉(zhuǎn)功能可以根據(jù)用戶的需求按照不同的角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而全面展示地形、水利工程等具備三維特點(diǎn)的地物。

b.查詢功能。系統(tǒng)涵蓋了大量的數(shù)據(jù)信息，為了使用戶能夠找尋到所需的內(nèi)容，系統(tǒng)提供了簡(jiǎn)單查詢和基于SQL查詢兩種方式。簡(jiǎn)單查詢主要是針對(duì)水、雨、工、災(zāi)情等信息，選取出現(xiàn)頻率較高的字段最為檢索詞，據(jù)此進(jìn)行查詢。SQL查詢是為了滿足專業(yè)用戶需求設(shè)計(jì)的，將各個(gè)類別內(nèi)容進(jìn)行封裝，依據(jù)用戶提出的SQL查詢語(yǔ)言提出要求，此類要求可以是單一的或者多個(gè)條件組合的，查找所需內(nèi)容。同時(shí)為了增強(qiáng)查詢效果，系統(tǒng)提供了圖、表、圖表組合等多種形式的表達(dá)效果。

c.統(tǒng)計(jì)分析功能。對(duì)于系統(tǒng)中的水、雨、工情等信息，系統(tǒng)提供了針對(duì)數(shù)據(jù)及查詢結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析功能，以柱狀圖、餅狀圖、排序、極值等形式表示。針對(duì)災(zāi)情信息，系統(tǒng)提供了基于定制模板的統(tǒng)計(jì)分析功能，將每一期簡(jiǎn)報(bào)中需要變動(dòng)的數(shù)據(jù)作為變量，直接從系統(tǒng)后臺(tái)中讀取數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成災(zāi)情簡(jiǎn)報(bào)。

d.圖層控制控件。系統(tǒng)中的矢量數(shù)據(jù)以圖層的形式展示，將系統(tǒng)中所有的圖層定制到圖層控制控件中，通過(guò)在圖層控制中勾選，打開(kāi)所需圖層。

e.其他功能。包括：存儲(chǔ)、打印、導(dǎo)入導(dǎo)出等辦公自動(dòng)化功能。

4 應(yīng)用效果分析

系統(tǒng)一經(jīng)建成，在防洪辦得到了廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)提供雨情、水情、工情等信息，并圍繞信息展開(kāi)查詢、統(tǒng)計(jì)分析、空間分析等進(jìn)一步操作，提供一定區(qū)域范圍內(nèi)的各類信息，為可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情、災(zāi)情提供了三維可視化場(chǎng)景，對(duì)指揮決策提供了重要的技術(shù)支撐。經(jīng)過(guò)多個(gè)主汛期的檢驗(yàn)，系統(tǒng)已能夠滿足防汛的基本需求。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，提供的信息能夠支持防汛決策，應(yīng)用效果良好。該系統(tǒng)除了在防汛領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用，還在山洪災(zāi)害和抗旱工作中起到了輔助支持決策的作用。隨著大連市山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作的逐步展開(kāi)，系統(tǒng)提供的雨情、水情、工情等信息在山洪災(zāi)害防御與指揮調(diào)度中發(fā)揮了重要作用，其三維空間指明了逃避險(xiǎn)路線，為挽救生命財(cái)產(chǎn)提供了重要支撐。大連市近些年來(lái)旱災(zāi)時(shí)有發(fā)生，系統(tǒng)提供的雨情、水情、工情等基礎(chǔ)信息對(duì)于合理預(yù)判干旱風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、指導(dǎo)抗旱減災(zāi)工作有著重要作用。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著大連市智慧水利項(xiàng)目的開(kāi)展，防汛系統(tǒng)作為

其中的重要組成部分，將融入更多的內(nèi)容，如各類分析模塊、預(yù)警預(yù)測(cè)模塊等，豐富完善系統(tǒng)功能，更加智能地發(fā)揮支持決策作用。

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Design and implementation of flood control information service system in Dalian based on two-dimensional and three-dimensional GIS integration technology

QU Jiafeng

(WafangdianWaterResourcesIrrigationTechnologyStation,Dalian116300,China)

Flood has been one of the important work contents of flood control and drought relief in Dalian. Two-dimensional and three-dimensional linkage, tiles, real-time data acquisition and many other technologies are adopted for realizing comprehensive integration and Web publishing of engineering condition, meteorology, disaster information and other information according to the concept of ‘being based on three-dimensional GIS development and supplemented by two-dimensional synchronous navigation construction’. Information services and decision-making support are provided for flood control management.

two-dimensional and three-dimensional GIS; flood control; integration technology; system development

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.04.010

TV87

B

1005-4774(2017)04- 0037- 03