基于二維三維GIS一體化技術的大連市防汛信息服務系統設計與實現

曲家峰

(瓦房店市水利灌溉技術站， 遼寧 大連 116300)

基于二維三維GIS一體化技術的大連市防汛信息服務系統設計與實現

曲家峰

(瓦房店市水利灌溉技術站， 遼寧 大連 116300)

水災一直是大連市防汛抗旱的重要工作內容之一，以“三維GIS開發為主、輔以二維同步導航建設”為理念，采用二維三維聯動、瓦片、實時數據抓取等多種技術，實現工情、氣象、災情等信息的綜合集成與Web發布，為防汛管理提供信息服務與決策支持。

二維三維GIS； 防汛； 一體化技術； 系統研發

大連市位于遼東半島的最南端，全市總面積1.26萬km2，地形以山地丘陵為主，年降水量充沛約550～950mm，境內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、復州河等。受降水、地形、河流等因素影響，大連市水災頻繁發生。據初步統計1949—2014年的45年間，共發生大大小小的水災16次，平均每3.6年發生一次。近些年來，受全球氣候變化影響，臺風在大連市頻繁登陸，極易引發水災。2012年8月3日，受臺風“達維”影響，大連市普降特大暴雨，并引發洪水，一度造成沈大鐵路中斷，上萬人員轉移。水災具有形成時間短、來勢兇猛、危害嚴重等特點，為了抗御洪水、減少災害損失，大連市開展了水利工程措施與非工程措施建設，用以消除水害。截止2012年12月，共修建各類水庫246座，總庫容25.23億m3，堤防559處，長度達2675.71m，構建了防洪工程數據庫、水雨情信息網等，初步實現了水、雨、工情等信息的實時獲取、暢通傳輸、海量存儲等功能，為防汛減災工作的開展提供了數據支撐。

目前，已建成的各類與防汛相關的信息化成果，其構建環境主要采用二維GIS場景，在數據采集、傳輸、存儲、管理、分析等功能上相對成熟，但在空間信息的三維展現方面明顯不足。隨著三維仿真技術的不斷發展與防汛減災工作對于三維場景需求的不斷增加，在原有二維場景的基礎上增加三維場景，增強洪水、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，開展覆蓋全市范圍內的二維三維GIS一體化防汛信息服務系統十分必要。

1 系統建設內容

1.1 二維三維場景合成

系統的二維場景直接在遙感影像上生成。三維場景在Skyline平臺上開發，利用Terra Builder無縫連接了全市高清晰度衛片，并與1∶5萬數字高程圖進行耦合，在此基礎上進行文字標注、模型加載、路徑設定等編輯工作，形成全市三維場景。利用Skyline平臺將二維場景和三維場景在空間上鏈接，形成互動，進而實現相關信息在二維三維場景下的漫游。

1.2 數據庫構建

根據已有數據資源，結合防汛信息服務系統建設需求，按照數據類型、結構、數據量、訪問量等特點，選取了普適性較強的Oracle11g數據庫作為系統數據庫，具體包括：空間數據庫、屬性數據庫、多媒體庫、超文本庫4部分。?空間數據庫：包括各級行政區劃、市政道路、水庫、堤防、閘壩、險工險段、相關地形數據等；?屬性數據庫：包括河流的名稱、流域面積、河長、平均河寬、河床比降、堤防設防水位、警戒水位、保證水位、主要河流防洪預案、雨量站名稱、降雨時間、降雨量、水庫實時及歷史水位、入庫流量、出庫流量、蓄水量、洪災等綜合信息；?多媒體庫：包括全省雷達拼圖、中短期天氣預報、重點水庫、重要河道、重點防洪工程圖片、影像及視頻資料等信息；?超文本庫：包括歷年防汛大事記、通知公告等信息。

1.3 系統建設

系統以服務防汛管理為目標，以Oracle11g作為數據庫，以SOA為系統構架，采用二維三維GIS聯動集成、三維地圖瓦片、實時網絡抓取等主要技術構建了大連市防汛信息服務系統，有機集成了水、雨、工、災情等信息，實現了其在二維三維場景中的聯動顯示、多條件查詢、圖層控制、辦公自動化等功能，基本實現了防汛信息的標準化、網絡化、空間化和可視化，為指導全市防汛減災工作提供統一的信息平臺及支持決策服務，系統結構見下圖。針對大連市防汛工作中的重點與難點，系統開展了5個子系統的建設，具體包括：雨情子系統、水情子系統、工情子系統、災情子系統和管理子系統。?雨情子系統：展示了大連市所有雨量站監測的降水數據，包括實時的以及分析處理的結果；?水情子系統：展示了大連市所有水庫的入庫流量、出庫流量、實時水位、汛限水文等信息，所有河流的來水量、洪峰流量等信息；?工情信息子系統：展示了所有水庫、堤防、險工險段等信息；?災情子系統：展示了新中國成立以來各類水災的發生時間、成因、損失等信息；?管理子系統。

2 關鍵技術

2.1 二維三維GIS聯動集成技術

二維三維GIS聯動集成技術充分依托二維GIS和三維GIS技術，同時增強了兩者之間的聯動技術，使其在同一框架體系下能夠同時發揮兩者的作用。具體途徑是LOD(levels of Detail) 同步。LOD同步在DEM數據和影像數據分塊分層存儲和調度的基礎上，將視點到所對應地形的距離和LOD等級進行綁定，通過鼠標滾輪滾動觸發視點高度變化，隨著視點高度的升高，LOD等級不斷從精細層向粗糙層降低，從而確定需要顯示的LOD等級。

2.2 三維地圖瓦片技術

三維地圖瓦片技術是根據所需的顯示比例尺與級別進行裁剪，將裁剪的文件按照統一的命名規則進行存儲。系統對全市2.5m遙感影像分層瓦片切割，在底層的基礎上，從左下角開始，按照由左及右、由下及上的方式，每2×2個像素進行一次融合，進行生成不同比例尺的瓦片。

2.3 實時網絡抓取技術

實時網絡抓取技術是充分利用共享信息資源，對網上發布的各類非結構信息進行自動抽吸、篩選、提取等操作，形成結構化的信息，減少信息的重復開發。氣象信息是防汛信息服務系統的重要數據資源，系統采用了網絡抓取技術從不同的網絡中獲取系統指定的信息內容，集成在防汛信息系統中，獲取系統所需的氣象部門共享信息，以較小的技術投入實現了信息的共享共用。

3 系統功能

結合日常業務需求，系統提供了漫游功能、多種查詢方式、圖表統計分析、圖層控制控件、其他等一系列實用功能。

a.漫游功能。系統三維場景的展示及二維三維場景的聯動操作是系統的一大特色。對此，系統針對二維和三維場景分別提供了不同的漫游方式。在二維場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。在三維場景中，根據三維顯示效果提供了導航、旋轉、錄制等特有功能。導航功能可以按照用戶在線路上的需求，在系統中自定義導航線路，實現自動導航，可以用其來展示某一次水災的過境情景。旋轉功能可以根據用戶的需求按照不同的角度進行旋轉，進而全面展示地形、水利工程等具備三維特點的地物。

b.查詢功能。系統涵蓋了大量的數據信息，為了使用戶能夠找尋到所需的內容，系統提供了簡單查詢和基于SQL查詢兩種方式。簡單查詢主要是針對水、雨、工、災情等信息，選取出現頻率較高的字段最為檢索詞，據此進行查詢。SQL查詢是為了滿足專業用戶需求設計的，將各個類別內容進行封裝，依據用戶提出的SQL查詢語言提出要求，此類要求可以是單一的或者多個條件組合的，查找所需內容。同時為了增強查詢效果，系統提供了圖、表、圖表組合等多種形式的表達效果。

c.統計分析功能。對于系統中的水、雨、工情等信息，系統提供了針對數據及查詢結果的統計分析功能，以柱狀圖、餅狀圖、排序、極值等形式表示。針對災情信息，系統提供了基于定制模板的統計分析功能，將每一期簡報中需要變動的數據作為變量，直接從系統后臺中讀取數據，自動生成災情簡報。

d.圖層控制控件。系統中的矢量數據以圖層的形式展示，將系統中所有的圖層定制到圖層控制控件中，通過在圖層控制中勾選，打開所需圖層。

e.其他功能。包括：存儲、打印、導入導出等辦公自動化功能。

4 應用效果分析

系統一經建成，在防洪辦得到了廣泛應用。系統能夠實時提供雨情、水情、工情等信息，并圍繞信息展開查詢、統計分析、空間分析等進一步操作，提供一定區域范圍內的各類信息，為可能出現的險情、災情提供了三維可視化場景，對指揮決策提供了重要的技術支撐。經過多個主汛期的檢驗，系統已能夠滿足防汛的基本需求。系統運行穩定，提供的信息能夠支持防汛決策，應用效果良好。該系統除了在防汛領域中發揮了重要作用，還在山洪災害和抗旱工作中起到了輔助支持決策的作用。隨著大連市山洪災害調查評價工作的逐步展開，系統提供的雨情、水情、工情等信息在山洪災害防御與指揮調度中發揮了重要作用，其三維空間指明了逃避險路線，為挽救生命財產提供了重要支撐。大連市近些年來旱災時有發生，系統提供的雨情、水情、工情等基礎信息對于合理預判干旱風險等級、指導抗旱減災工作有著重要作用。

5 結 語

隨著大連市智慧水利項目的開展，防汛系統作為

其中的重要組成部分，將融入更多的內容，如各類分析模塊、預警預測模塊等，豐富完善系統功能，更加智能地發揮支持決策作用。

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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