基于GIS技術(shù)的海綿城市建設(shè)信息化管控平臺設(shè)計思路

楊蓁蓁

（南寧市勘測設(shè)計院集團有限公司，廣西 南寧 530021）

0 引 言

為加強海綿城市建設(shè)，2014年12月三部委聯(lián)合發(fā)布了《財政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部關(guān)于開展中央財政支持海綿城市建設(shè)試點工作的通知》（〔2014〕838號）文件，支持海綿城市的試點建設(shè)工作。其中明確要求“建立有效的暴雨內(nèi)澇監(jiān)測預(yù)警體系”“采取有效措施加強能力建設(shè)”，信息化管理平臺是建立監(jiān)測預(yù)警體系與能力建設(shè)的重要內(nèi)容之一。海綿城市建設(shè)信息化管控平臺的建設(shè)，使海綿城市建設(shè)更加高效，運行管理更加便捷，系統(tǒng)效益更加顯著。要實現(xiàn)海綿城市的智慧化，就要完成一些數(shù)據(jù)采集、傳輸算、分析、反饋和修正的過程。需要借助在線監(jiān)測技術(shù)，檢驗各個項目是否達到了海綿城市規(guī)劃目標要求，監(jiān)測設(shè)施的長期運行效果，及時發(fā)現(xiàn)運行風(fēng)險及問題，及時進行有效的處理處置，支持現(xiàn)場運行情況的應(yīng)急預(yù)警，提高設(shè)施的運行保障率；海綿城市建設(shè)信息化管控平臺為管理者進行決策提供了數(shù)據(jù)支持，支撐海綿城市建設(shè)全生命周期管理，為設(shè)施的建設(shè)、運行、考核提供依據(jù)，保障設(shè)施的持續(xù)運營。

1 業(yè)務(wù)流程分析

生態(tài)城市是城市規(guī)劃與建設(shè)的終極目標，海綿城市是落實生態(tài)化建設(shè)與發(fā)展模式的重要手段。海綿城市及水城建設(shè)信息化管理的業(yè)務(wù)流程主要是指項目管理流程，各項目的管理流程按照“項目業(yè)主上報-職能部門管控”的原則進行，并輔以監(jiān)測信息，結(jié)合各項規(guī)劃指標和建設(shè)指標，對海綿城市與水城建設(shè)的各項目以及成效進行整體的、綜合的管控?？傮w流程主要分為以下幾項內(nèi)容：

立項階段的主要工作包括計劃報建和新增報建兩類。計劃報建。由內(nèi)河管理處按照海綿城市及水城建設(shè)的工作任務(wù)，擬定年度報建計劃，經(jīng)市發(fā)改委審批后統(tǒng)一立項。新增報建。對于報建計劃外的工作任務(wù)，按照正常的項目立項程序報市發(fā)改委單位立項。

設(shè)計階段在滿足城市總體規(guī)劃、城市控制性詳細規(guī)劃等相關(guān)規(guī)劃提出的影響開發(fā)控制部門與指標要求，對項目范圍內(nèi)的建筑與小區(qū)、城市道路、城市綠地與廣場、城市水系等進行整體的設(shè)施布局、設(shè)施設(shè)計，并編制設(shè)計任務(wù)書，明確技術(shù)要求、落實指標以及工程運算等內(nèi)容。

實施階段主要分為招投標和工程建設(shè)兩個部分。招投標工作，按照項目設(shè)計方案中具體建設(shè)要求進行招投標工作，明確各項工作的建設(shè)指標。工程建設(shè)工作，由項目業(yè)主按照規(guī)劃總圖、施工圖以及設(shè)計方案等對設(shè)計目標進行工程建設(shè)，主要建設(shè)內(nèi)容包括建筑與小區(qū)、城市道路、城市綠地與廣場、城市水系，在建設(shè)過程中應(yīng)嚴格按規(guī)劃設(shè)計文件進行控制。

各開發(fā)建設(shè)工程項目完成竣工驗收后，由維護管理部門做好設(shè)施的日常運行和維護管理，保障設(shè)施正常、安全運行。

2 總體設(shè)計

2.1 總體框架設(shè)計

海綿城市及水城信息化建設(shè)管控平臺不僅以實現(xiàn)海綿城市建設(shè)過程管控與考核評估為目標，平臺總體建設(shè)任務(wù)是：建設(shè)海綿城市一體化管控所必要的軟硬件及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等運行支撐環(huán)境、建設(shè)項目管理信息數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)體系，搭建數(shù)字海綿城市及水城建設(shè)一體化管控平臺，為海綿城市建設(shè)和項目監(jiān)管提供地理信息服務(wù)和應(yīng)用的輔助支撐。其中，海綿城市及水城建設(shè)一體化管控平臺的總體結(jié)構(gòu)分為六個層次，即基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層、管理層、信息共享服務(wù)層以及應(yīng)用層，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺總體架構(gòu)圖

支撐層：是支撐整個平臺運行的硬件設(shè)施、支撐軟件平臺和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備環(huán)境的總稱。網(wǎng)絡(luò)設(shè)施包括政務(wù)外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和專網(wǎng)三個部分，政務(wù)外網(wǎng)同公眾互聯(lián)網(wǎng)為邏輯隔離的網(wǎng)絡(luò)。硬件設(shè)施包括支撐數(shù)據(jù)體系的存儲設(shè)施、應(yīng)用體系的服務(wù)器設(shè)施、運維與安全體系的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)施等。支撐軟件平臺包括操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件、GIS軟件、中間件、以及可能使用到的其他的支撐軟件。

數(shù)據(jù)層：主要包括管理層、專題層和基礎(chǔ)層三個數(shù)據(jù)層，將這三類數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)形成用于支撐日常項目管理的數(shù)據(jù)庫。管理層數(shù)據(jù)主要是存儲各類項目的基本信息、進度、相關(guān)文件以及有關(guān)單位法人等數(shù)據(jù)，用于對項目整體的管理。專題層數(shù)據(jù)，將與海綿城市建設(shè)相關(guān)的專題信息進行建庫管理，包括水位信息、雨量信息、地下水信息等。對于跨部門的專題數(shù)據(jù)，可通過數(shù)據(jù)服務(wù)的方式接入到平臺中?；A(chǔ)層數(shù)據(jù)包括以衛(wèi)星導(dǎo)航連續(xù)運行跟蹤站站群為核心的現(xiàn)代化測繪基準服務(wù)體系，航空、航天、地面、手持一體化的地理信息快速更新體系。它為南寧市基礎(chǔ)地理信息庫提供可靠、穩(wěn)定、實時的地理信息數(shù)據(jù)來源。

平臺層：以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，整合自動化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、地理信息技術(shù)，將各功能模塊通過一個平臺進行統(tǒng)一的管理和應(yīng)用。主要包括運維管理模塊、監(jiān)控模塊以及數(shù)據(jù)中心管理模塊。

服務(wù)層：通過服務(wù)總線技術(shù)，將多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)服務(wù)以標準接口的方式進行交換，實現(xiàn)各類應(yīng)用信息的準確、高效和安全傳遞。

應(yīng)用層：是以基于空間地理信息開展的日常項目管理和監(jiān)控的一體化平臺，在地理信息快速更新體系支持下，實現(xiàn)項目信息的實時更新和動態(tài)監(jiān)測。主要分為兩部分，一是日常項目的管理，二是基于“一張圖”框架的應(yīng)用。

門戶層：平臺的門戶站點，對訪問用戶的身份驗證。

2.2 建設(shè)架構(gòu)設(shè)計

依托于市級政務(wù)外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及專網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)成果為基礎(chǔ)，結(jié)合GIS、數(shù)據(jù)庫、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器技術(shù)，以現(xiàn)代化測繪服務(wù)體系為核心，構(gòu)建覆蓋行政管理應(yīng)用與服務(wù)、業(yè)務(wù)監(jiān)管應(yīng)用與服務(wù)、政務(wù)服務(wù)為一體化的海綿城市及水城建設(shè)一體化管控平臺。通過多部門政務(wù)信息數(shù)據(jù)的服務(wù)和交換，實現(xiàn)政府各應(yīng)用部門之間的地理信息、監(jiān)控信息以及政務(wù)信息等內(nèi)容的有序交換、資源共享以及綜合分析，為海綿城市與水城建設(shè)的監(jiān)管提供可靠、準確、穩(wěn)定、實時的信息數(shù)據(jù)來源。系統(tǒng)的建設(shè)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

海綿城市及水城建設(shè)一體化管控平臺是通過接入各類系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)進行綜合分析后為用戶提供業(yè)務(wù)、項目管理支撐。

外圍系統(tǒng)主要包括了數(shù)字城市地理空間框架成果、以及各部門的業(yè)務(wù)信息和監(jiān)控設(shè)備信息接入。數(shù)字城市地理空間框架主要是提供地理信息服務(wù)；各部門的綜合信息包括了氣象部門、城管部門等的設(shè)備監(jiān)控和業(yè)務(wù)辦理等信息，以上信息服務(wù)均通過服務(wù)接口的方式進行交換。

數(shù)據(jù)獲取層主要是對共享交換數(shù)據(jù)進行處理，重點是對外圍系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)服務(wù)通過數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)（ETL）進行數(shù)據(jù)重組，形成滿足海綿城市與水城建設(shè)一體化管控的所需要的各類信息。

數(shù)據(jù)存儲層主要是將各類數(shù)據(jù)進行建庫管理，包括了項目信息、模型信息、監(jiān)控信息、用戶信息以及元數(shù)據(jù)等，是整個平臺運行和應(yīng)用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來源。

應(yīng)用分析層是將各類數(shù)據(jù)按應(yīng)用需求模型進行組合，實現(xiàn)項目管理、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)挖掘等功能。

信息系統(tǒng)集成將各類信息和系統(tǒng)功能通過門戶網(wǎng)站或移動APP為用戶提供服務(wù)，為用戶的決策、管理和業(yè)務(wù)辦理提供信息依據(jù)。

3 平臺功能設(shè)計

3.1 一張圖管理子系統(tǒng)

“一張圖”管理系統(tǒng)應(yīng)用示范以海綿城市及水城建設(shè)一體化管控平臺為支撐，在線獲取的數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)；結(jié)合政府各應(yīng)用部門的地理信息與業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)，開發(fā)專題數(shù)據(jù)分析功能、專題圖繪制和輸出功能模塊?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)方面，通過政務(wù)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)從數(shù)字南寧地理信息公共服務(wù)平臺以及其他各部門的系統(tǒng)在線共享基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、航空衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。

專題數(shù)據(jù)服務(wù)方面，通過政務(wù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及專線的方式，一方面是獲取本部門的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)、項目管理以及業(yè)主單位的組織機構(gòu)管理信息等，結(jié)合評估指標體系，以專題圖的方式實現(xiàn)展示、瀏覽、分析等功能；另一方面是外部數(shù)據(jù)服務(wù)接入。

功能服務(wù)模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)疊加顯示、三維應(yīng)用服務(wù)、路徑分析和元數(shù)據(jù)服務(wù)等地理信息服務(wù)。

專題數(shù)據(jù)分析功能模塊，從一張圖數(shù)據(jù)庫中獲取相關(guān)專題信息，通過疊加功能進行疊加，根據(jù)海綿城市與水城建設(shè)的實際專項需要，開發(fā)相關(guān)空間分析功能。

專題圖繪制和輸出管理模塊開發(fā)，針對實際管理和應(yīng)用的需要，繪制與輸出多種專題圖。對各種數(shù)據(jù)內(nèi)容選取組合，形成的數(shù)據(jù)集經(jīng)符號化處理、圖面整飾后可形成重點突出、色彩協(xié)調(diào)、符號形象、圖面美觀的各類底圖，標準化制作專題圖。

3.2 考核指標展示子系統(tǒng)

考核指標展示系統(tǒng)主要是結(jié)合各項監(jiān)管指標，在一張圖的基礎(chǔ)上，對各項目建設(shè)過程的實際情況進行綜合評估，以空間可視化方式，為用戶決策提供圖、表依據(jù)。考核指標展示系統(tǒng)，結(jié)合試點推進過程最新動態(tài)數(shù)據(jù)，按照最新的住建部海綿城市試點建設(shè)考核要求和指標具體設(shè)置，形成可考核、可量化的評估內(nèi)容。目前，考核評估內(nèi)容主要包括水生態(tài)、水環(huán)境、水資源、水安全以及制度建設(shè)等，并通過各項內(nèi)容形成綜合報表。考核指標展示子系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 平臺考核指標展示子系統(tǒng)界面

3.3 項目管理子系統(tǒng)

項目管理系統(tǒng)用于對海綿城市、水生態(tài)所有項目從立項—可研—設(shè)計—實施——運行各個階段與海水辦相關(guān)的綜合情況（包括投資、進度、設(shè)施運行等）進行整體監(jiān)管，項目管理系統(tǒng)主要體現(xiàn)統(tǒng)籌安排、協(xié)調(diào)推進以及督查督辦三大模塊。統(tǒng)籌安排模塊是采用信息化手段對各項目的建設(shè)進程進行統(tǒng)籌的管理和監(jiān)控，整體把控海綿城市與水城建設(shè)；問題協(xié)調(diào)處理模塊，用于記錄項目建設(shè)過程中，項目業(yè)主上報的問題與協(xié)調(diào)辦理的結(jié)果；督查督辦模塊，根據(jù)實際項目推進的需求，提供項目建設(shè)過程中各環(huán)節(jié)的督查督辦功能，并對進度即將到期、滯后等狀態(tài)進行預(yù)警、提醒。

3.4 數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)

市內(nèi)河管理處、氣象局、城管局、公安局等部門分別建設(shè)了大量的雨量監(jiān)測站、水位監(jiān)測儀、流量計、水質(zhì)儀以及視頻監(jiān)測設(shè)備等，為了更好地對這些接入設(shè)備進行全面預(yù)警分析，需要建立一個全面的、立體的防控系統(tǒng)。通過建立信息化防控體系，全方位監(jiān)測控制各監(jiān)控設(shè)備，集合多種參數(shù)進行智能分析，及時準確對各監(jiān)控點進行實時動態(tài)預(yù)警監(jiān)測，避免與已有的各部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)容重復(fù)建設(shè)，最大化利用外部數(shù)據(jù)和內(nèi)河處現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、軟件等資源。

3.5 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測點、監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)的匯聚、加工和數(shù)據(jù)入庫；實現(xiàn)氣象局、水利局、水文局等部門實時監(jiān)測信息的接駁；數(shù)據(jù)采集員可進行分析數(shù)據(jù)、報告、照片等信息上傳至數(shù)據(jù)中心，并由數(shù)據(jù)中心進行審核和統(tǒng)一管理。項目數(shù)據(jù)采集主要分為兩種，一是通過設(shè)備接入平臺，系統(tǒng)按實際周期動態(tài)采集，二是通過數(shù)據(jù)編輯處理模塊，以人工的方式進行數(shù)據(jù)錄入上報。

4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

海綿城市及水城建設(shè)管控平臺建設(shè)的數(shù)據(jù)庫主要包括：基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫以及項目數(shù)據(jù)庫三部分內(nèi)容。其中，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫包含DLG、DOM、DEM、三維模型以及全景影像等基礎(chǔ)地理的相關(guān)數(shù)據(jù)信息等數(shù)據(jù)內(nèi)容；專題數(shù)據(jù)庫包含雨量專題、液位專題、氣象監(jiān)測專題以及流量專題等監(jiān)測專題數(shù)據(jù)內(nèi)容；項目數(shù)據(jù)庫包含項目管理、業(yè)務(wù)辦公以及文檔管理等數(shù)據(jù)內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫體系架構(gòu)如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫體系架構(gòu)圖

基礎(chǔ)類主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫以及系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)庫，是平臺運行和各類應(yīng)用開展的基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，主要包括數(shù)字線化圖、數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型、三維模型以及全景影像等，主要數(shù)據(jù)來源為數(shù)字城市地理空間框架的成果接入以及本項目的采集、修補測。管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，主要是指各類辦公數(shù)據(jù)、綜合檔案數(shù)據(jù)和各種政策法規(guī)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)庫，主要存儲平臺和系統(tǒng)運行時所必須的數(shù)據(jù)項，比如系統(tǒng)日志、安全管理等。

業(yè)務(wù)類主要包括項目管理數(shù)據(jù)庫、信息上報數(shù)據(jù)庫以及模型分析數(shù)據(jù)庫等。其中，項目管理數(shù)據(jù)庫用于記錄已上報的項目信息，在此基礎(chǔ)上做統(tǒng)計分析和評估考核。信息上報數(shù)據(jù)庫存儲各項目業(yè)主擬上報的項目信息。模型分析數(shù)據(jù)庫主要存放模型參數(shù)和各類專題分析的結(jié)果數(shù)據(jù)等，是項目考核評估依據(jù)。氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。用于存儲氣象專題及其監(jiān)測的數(shù)據(jù)，比如降雨量信息等。水利專題數(shù)據(jù)庫。用于存儲水利專題信息，比如內(nèi)澇點信息等。監(jiān)測信息數(shù)據(jù)庫。用于周期性記錄各監(jiān)測設(shè)備的信息，比如水位計、液位計等。多媒體數(shù)據(jù)庫。用于存儲圖片、音頻、視頻、掃描文檔、文本文檔等。

5 應(yīng)用支撐系統(tǒng)設(shè)計

應(yīng)用支撐平臺位于硬件和應(yīng)用系統(tǒng)之間，是整個平臺的基石，為平臺提供系統(tǒng)開發(fā)所必需的開放式配置界面和接口，以保證開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)能夠給予應(yīng)用支持平臺進行構(gòu)建。

GIS是一種基于計算機的工具，它可以對空間信息進行分析和處理（簡而言之，是對地球上存在的現(xiàn)象和發(fā)生的事件進行成圖和分析）。GIS技術(shù)把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計分析等）集成在一起。

6 結(jié) 論

基于GIS技術(shù)，結(jié)合海綿城市規(guī)劃建設(shè)需求，建設(shè)市級權(quán)威、唯一的海綿城市及水城建設(shè)數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理、服務(wù)管理、監(jiān)管監(jiān)控的綜合性平臺、配套的海綿城市建設(shè)信息化相關(guān)體系、相關(guān)的軟硬件支撐環(huán)境，采用“地理信息+”模式，將原本分散的系統(tǒng)及數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一格式的管理，為全市海綿城市建設(shè)、水環(huán)境綜合治理項目中的輔助決策、運行維護、統(tǒng)計分析、協(xié)調(diào)督辦等工作提供信息化支撐。