內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)構(gòu)建與應(yīng)用

白 石，蔣東進(jìn)

（1．內(nèi)蒙古自治區(qū)水文水資源中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2．江蘇南水水務(wù)科技有限公司，江蘇 南京 210012）

0 引言

近年來，國家大力推動(dòng)數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、共享經(jīng)濟(jì)，培育新增長點(diǎn)，形成新動(dòng)能，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入快車道。水利部先后出臺(tái)了《關(guān)于大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》《智慧水利建設(shè)頂層設(shè)計(jì)》《“十四五”智慧水利建設(shè)規(guī)劃》《“十四五”期間推進(jìn)智慧水利建設(shè)實(shí)施方案》等系列文件。李國英部長在水利部“三對標(biāo)、一規(guī)劃”專項(xiàng)行動(dòng)總結(jié)大會(huì)上明確指出，堅(jiān)持科技引領(lǐng)和數(shù)字賦能，充分運(yùn)用數(shù)字映射、數(shù)字孿生、仿真模擬等信息技術(shù)，建立覆蓋全域的水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)，推進(jìn)水資源管理數(shù)字化、智能化、精細(xì)化[1]。水文行業(yè)數(shù)字化、智能化建設(shè)是智慧水利建設(shè)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)國家水利現(xiàn)代化的重要前提。

內(nèi)蒙古自治區(qū)水文水資源中心作為本自治區(qū)基礎(chǔ)水文信息的責(zé)任部門，在數(shù)字中國建設(shè)、數(shù)字內(nèi)蒙古建設(shè)、智慧水利建設(shè)的背景下，亟須夯實(shí)水利行業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)，拓展水文服務(wù)能力，對水利部門自建的各類監(jiān)測站數(shù)據(jù)及生態(tài)環(huán)境、自然資源、氣象等部門的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行資源和數(shù)據(jù)融合，充分挖掘水文數(shù)據(jù)服務(wù)于水利行業(yè)、社會(huì)其他領(lǐng)域及公眾的應(yīng)用價(jià)值，打造集合水文全要素的內(nèi)蒙古水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)，為水資源管理、水利工程建設(shè)、水旱災(zāi)害防御、河湖長制決策、水生態(tài)修復(fù)、水土保持管理、水利綜合監(jiān)管、水公共服務(wù)等提供高附加值和可定制化的全面一張圖支撐服務(wù)。

1 建設(shè)思路

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖的建設(shè)是智慧水文建設(shè)的一部分，通過綜合運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、服務(wù)融合等技術(shù)手段，對多時(shí)空水利和水文業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，打破數(shù)據(jù)壁壘[2]。共享全國水利一張圖的數(shù)據(jù)和服務(wù)，不斷豐富內(nèi)蒙古水文一張圖的數(shù)據(jù)和服務(wù)成果。通過水文一張圖服務(wù)共享平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古水文業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的快速搭建和水文一張圖的集約利用。

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)采用“四縱兩橫”的分層設(shè)計(jì)思路，總體設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示，主要包括數(shù)據(jù)規(guī)范化處理、地圖服務(wù)生產(chǎn)、服務(wù)共享平臺(tái)和水文一張圖建設(shè)，可為水文、水利部門及社會(huì)公眾等提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)以水文信息資源開發(fā)利用為核心，以水文信息化資源整合為手段，以體制和機(jī)制創(chuàng)新為動(dòng)力，加快推進(jìn)水文信息化資源的整合與共享，促進(jìn)水文信息化健康、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

圖1 總體設(shè)計(jì)架構(gòu)圖

1.1 數(shù)據(jù)規(guī)范化處理

數(shù)據(jù)檢查和處理的對象主要包括河流、湖泊、水庫、水電站、水閘、泵站、堤防等。

數(shù)據(jù)處理方法包括：1）空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成經(jīng)緯度的 CGCS2000 坐標(biāo)系；2）空間數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成相同格式；3）根據(jù)SL/T 213—2020《水利對象分類與編碼總則》[3]等標(biāo)準(zhǔn)，將空間數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)的編碼進(jìn)行分類；4）根據(jù)空間數(shù)據(jù)的編碼，將屬性庫中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到空間數(shù)據(jù)的屬性表中；5）根據(jù) SL/T 801—2020《水利一張圖空間信息服務(wù)規(guī)范》[4]及水利空間數(shù)據(jù)分層分級(jí)展示要求，對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)[5]。

數(shù)據(jù)規(guī)范性檢查包括：1）數(shù)據(jù)格式等基礎(chǔ)檢查；2）坐標(biāo)和投影方式檢查；3）屬性數(shù)據(jù)檢查；4）邏輯一致性與要素的完備性檢查。

1.2 地圖服務(wù)生產(chǎn)

依據(jù) SL 730—2015《水利空間要素圖式與表達(dá)規(guī)范》[6]，對地圖符號(hào)、注記、空間要素的表達(dá)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，制作符合內(nèi)蒙古水文一張圖業(yè)務(wù)應(yīng)用的地圖；遵循 OGC（Open Geospatial Consortium）的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，對地圖服務(wù)進(jìn)行制作，生產(chǎn)出來的地圖服務(wù)包括 Web 地圖瓦片和矢量瓦片等服務(wù)；按照 WebService 服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)（REST 風(fēng)格），開發(fā)屬性和空間查詢的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，為水文業(yè)務(wù)應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

1.3 服務(wù)共享平臺(tái)

服務(wù)共享平臺(tái)將多源 GIS 服務(wù)資源進(jìn)行集成和共享，對 GIS 服務(wù)的注冊、申請、授權(quán)進(jìn)行全流程管理，并對服務(wù)訪問情況、服務(wù)狀態(tài)等信息進(jìn)行全面監(jiān)控，強(qiáng)化服務(wù)認(rèn)證體系、巡檢能力，確保服務(wù)穩(wěn)定安全，為水文單位及其他水利部門和部委提供穩(wěn)定、可靠的水文一張圖服務(wù)。

1.4 水文一張圖建設(shè)

系統(tǒng)整合基礎(chǔ)地理空間、水文監(jiān)測、水文業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及全國水利一張圖服務(wù)，建設(shè)內(nèi)蒙古水文一張圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古地理空間和水文要素?cái)?shù)據(jù)的融合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古地區(qū)水文業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的整合與匯聚，通過數(shù)字看板、綜合信息、專題應(yīng)用及水文業(yè)務(wù)專題功能，實(shí)現(xiàn)水文業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的共享與應(yīng)用。在數(shù)字看板模塊中，根據(jù)現(xiàn)有掌握的資源匯總數(shù)及重點(diǎn)業(yè)務(wù)信息進(jìn)行展示，通過數(shù)字看板可快速、直觀地了解水利數(shù)據(jù)及系統(tǒng)運(yùn)行情況等信息。

通過綜合信息模塊，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的檢索瀏覽，包括瀏覽工具、地圖工具、服務(wù)目錄、全文檢索、條件查詢、空間查詢、關(guān)聯(lián)查詢等功能。

內(nèi)蒙古水文一張圖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)蒙古自治區(qū)水文信息資源的整合、共享與協(xié)同，提升了水文信息化的管理水平。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 矢量瓦片技術(shù)

矢量瓦片技術(shù)是一種全新的瓦片地圖技術(shù)，相對于柵格瓦片地圖技術(shù)，具有切片速度快、數(shù)據(jù)量小、傳輸速度快、支持客戶端定制化渲染等眾多優(yōu)點(diǎn)。基于 GIS 平臺(tái)提供從數(shù)據(jù)源接入、數(shù)據(jù)預(yù)處理、瓦片生成及存儲(chǔ)、服務(wù)發(fā)布、二次開發(fā)、前端應(yīng)用等平臺(tái)級(jí)綜合能力支撐，在現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)和服務(wù)的基礎(chǔ)上，能夠快速高效地對各類專題信息新增矢量瓦片地圖服務(wù)，豐富水文一張圖系統(tǒng)服務(wù)方式，增強(qiáng)系統(tǒng)服務(wù)能力。

2.2 大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

通過對水文多源數(shù)據(jù)的治理、存儲(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)為應(yīng)用層提供業(yè)務(wù)展示服務(wù)。服務(wù)共享平臺(tái)為大數(shù)據(jù)分析提供可視化效果，如分段和標(biāo)簽專題圖，也提供更加豐富、立體、直觀的可視化渲染效果，包括儀表盤、聚合圖、密度圖、熱度圖等，既支持靜態(tài)渲染，也支持動(dòng)態(tài)渲染。

2.3 云端一體化 GIS 技術(shù)

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)在建設(shè)時(shí)充分利用云計(jì)算技術(shù)及理念，在運(yùn)行環(huán)境層面依托云環(huán)境，實(shí)現(xiàn)軟硬件信息化資源的集約化部署，提高基礎(chǔ)軟硬件資源的利用率；在平臺(tái)應(yīng)用層面，將平臺(tái)相關(guān)的數(shù)據(jù)、服務(wù)、應(yīng)用等資源進(jìn)行集中管理和按需分發(fā)，靈活適應(yīng)桌面端、網(wǎng)頁端、移動(dòng)端、二維客戶端等在內(nèi)的多種應(yīng)用終端，形成一云多端的服務(wù)模式，為水文應(yīng)用提供隨需應(yīng)變、動(dòng)態(tài)伸縮、高性能比的資源服務(wù)。

2.4 微服務(wù)技術(shù)

微服務(wù)架構(gòu)的主要作用是將功能分解到離散的各個(gè)服務(wù)當(dāng)中，從而降低系統(tǒng)的耦合性，并提供更加靈活的服務(wù)支持。通過把一個(gè)大型的單個(gè)應(yīng)用程序和服務(wù)拆分為數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)的微服務(wù)，可擴(kuò)展單個(gè)組件而不是整個(gè)的應(yīng)用程序堆棧，從而滿足服務(wù)等級(jí)協(xié)議。微服務(wù)架構(gòu)使水文一張圖與共享平臺(tái)的服務(wù)粒度更加細(xì)致，有利于資源的重復(fù)利用，提高開發(fā)效率。

2.5 多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)采用的多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)主要包括傾斜攝影與地形數(shù)據(jù)融合，傾斜攝影與路面和水面數(shù)據(jù)融合，傾斜攝影與視頻融合，傾斜攝影與 BIM 數(shù)據(jù)融合等，通過對L1，L2，L3 級(jí)不同精度和類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合操作，處理后的數(shù)據(jù)支持一體化展示和交互，實(shí)現(xiàn)場景的順滑切換和逼真擬合，可為數(shù)字孿生流域的數(shù)據(jù)底板建設(shè)提供技術(shù)保障。

3 建設(shè)成果

3.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)的建設(shè)，形成了數(shù)據(jù)、服務(wù)和數(shù)據(jù)表達(dá)等方面標(biāo)準(zhǔn)，為水文數(shù)據(jù)整合、服務(wù)共享、可視化展示提供了有力支撐。基于 SL 330—2011《水情信息編碼》[7]、SL/T 324—2019《水文數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符》[8]、SL/T 213—2020《水利對象分類與編碼總則》等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合內(nèi)蒙古水文信息的實(shí)際情況，構(gòu)建了統(tǒng)一的一張圖數(shù)據(jù)和服務(wù)共享標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系圖

3.2 水文一張圖成果

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)的建設(shè)，摸清了內(nèi)蒙古水文的數(shù)據(jù)家底，形成了內(nèi)蒙古水文“一本數(shù)據(jù)臺(tái)賬”“一張水文地圖”“一套綜合應(yīng)用”，構(gòu)建了智慧水文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)體系。

目前，內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)共發(fā)布了 21個(gè)地圖服務(wù)、7 類水利成果數(shù)據(jù)服務(wù)，將內(nèi)蒙古范圍內(nèi)的河流、湖泊、水庫、水電站、水閘、泵站、堤防等各類監(jiān)測數(shù)據(jù)和水文業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，規(guī)范化處理，數(shù)據(jù)融合，發(fā)布成標(biāo)準(zhǔn)的地圖和數(shù)據(jù)等服務(wù)，供業(yè)務(wù)應(yīng)用按需調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了水文業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)整合共享，為內(nèi)蒙古水文業(yè)務(wù)提供權(quán)威、現(xiàn)勢、安全的一張圖服務(wù)，為各業(yè)務(wù)部門提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。

4 成果應(yīng)用

4.1 服務(wù)水文綜合應(yīng)用

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)通過整合全區(qū)公共基礎(chǔ)地理信息、水文基礎(chǔ)、水文核心業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)，為相關(guān)業(yè)務(wù)部門提供水文信息綜合服務(wù)。通過構(gòu)建智慧水文一張圖綜合應(yīng)用系統(tǒng)，基于一張圖、數(shù)字看板和水文業(yè)務(wù)專題等功能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全區(qū)各類水文信息的無縫瀏覽和查詢統(tǒng)計(jì)分析，為水資源管理、水利工程建設(shè)、水旱災(zāi)害防御、河湖長制決策、水生態(tài)修復(fù)、水土保持管理、水利綜合監(jiān)管、水公共服務(wù)等提供技術(shù)和平臺(tái)的抓手，全面提升水文信息的服務(wù)能力。

4.2 促進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)為內(nèi)蒙古數(shù)字孿生流域和水利工程的建設(shè)提供 L1 和 L2 級(jí)的數(shù)據(jù)底板?；趦?nèi)蒙古水文一張圖，充分運(yùn)用數(shù)字映射、數(shù)字孿生等信息技術(shù)，可以建立覆蓋全域的水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)[9]，加快構(gòu)建具有“四預(yù)”功能的智慧水文體系，推進(jìn)內(nèi)蒙古地區(qū)水資源管理的數(shù)字化、智能化、精細(xì)化。

4.3 提供社會(huì)公眾服務(wù)

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)通過提供地圖和數(shù)據(jù)等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)水文數(shù)據(jù)協(xié)同共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水文水資源信息的社會(huì)公眾服務(wù)功能。通過多渠道發(fā)布水文信息和產(chǎn)品，社會(huì)公眾可以更多地了解內(nèi)蒙古水文綜合信息和相關(guān)的法律法規(guī)，對于內(nèi)蒙古地區(qū)的水資源保護(hù)、合理開發(fā)利用及減少水旱災(zāi)害損失等具有一定的社會(huì)服務(wù)價(jià)值。

5 結(jié)語

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)的建設(shè)是大勢所趨，是水文信息化發(fā)展的必經(jīng)之路。當(dāng)前，內(nèi)蒙古自治區(qū)水利應(yīng)用仍然存在共享困難、智能化不足等諸多問題，通過內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與服務(wù)共享平臺(tái)，可以對水利業(yè)務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀、管理行為和變化過程進(jìn)行全程記錄，能有效提高服務(wù)、數(shù)據(jù)共享程度及智能化水平。

內(nèi)蒙古智慧水文一張圖與共享服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，提高了內(nèi)蒙古多源數(shù)據(jù)資源整合共享程度，避免了各級(jí)水利部門空間數(shù)據(jù)的重復(fù)性建設(shè)，整體降低了空間數(shù)據(jù)獲取費(fèi)用，為水資源管理、水利工程建設(shè)、水旱災(zāi)害防御、河湖長制決策、水生態(tài)修復(fù)、水土保持管理、水利綜合監(jiān)管、水公共服務(wù)等提升了監(jiān)測效率和自動(dòng)化水平；同時(shí)加強(qiáng)了監(jiān)督檢查及時(shí)發(fā)現(xiàn)能力，增強(qiáng)了行政執(zhí)法力度，有助于管理工作方式的創(chuàng)新，從而節(jié)約人力資源的投入，降低行政管理成本，為國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、協(xié)調(diào)、健康發(fā)展提供保障，為全面建成小康社會(huì)和美麗中國做出新的更大貢獻(xiàn)[10]。