基于WebGIS的安全環境大數據應用平臺設計與實現

蔡明月，覃 磊，宋建慧

（1.2，南寧局集團公司信息技術所，工程師；3.南寧局集團公司科技和信息化部（總工室），高級工程師；1.2.3，廣西 南寧 530029）

近年來，隨著地方經濟發展，鄰近鐵路的施工、生產、耕種、養殖等活動增多，給鐵路行車安全帶來風險，路外安全環境復雜多變［1］。中國鐵路南寧局集團有限公司（以下簡稱：南寧局）目前涉及鐵路防洪和路外安全環境的信息量逐年呈指數增長，導致查詢和數據分析工作量大、工作效率低等問題。特別是在發生突發事件應急處置時，往往難以快速、全面地掌握安全環境信息，嚴重影響應急處置效率［2］。

本文以鐵路總公司和南寧局科技防洪規劃為指引，針對目前安全環境變化應急處置效率低、數據維護難度大、信息資源難以共享互通等實際問題，設計并實現了一套以WebGIS 技術和大數據分析應用為核心的安全環境信息系統，能夠及時、全面、快速掌握防洪和路外安全環境信息，達到為日常管理、突發事件應急處置、風險研判提供大數據支撐和決策支持的目的。

1 系統設計

1.1 設計思路按照南寧局建立“防洪”和“環境”兩張網工作部署，所設計的系統采用WebGIS技術、大數據分析及挖掘、內外網數據交換等應用技術［3］，建立基于WebGIS 技術的安全環境大數據應用平臺，提升各專業基礎數據管理應用水平。

1）制作南寧局管轄范圍內基礎電子地圖。采用圖層疊加技術，分專業、分類別管理相關數據信息，逐步拓展應用范圍。

2）建立與電子地圖相適應的安全環境大數據庫。包括地圖基礎信息、設備臺賬、圖像視頻資料，巡檢記錄和防災數據等內容，設計數據信息的采集方式和存儲格式，實現大數據信息的集中存儲。

3）建立基于WebGIS 技術的大數據應用平臺，實現數據采集、跟蹤、分析、預警提示和可視化管理。

1.2 系統總體架構安全環境信息系統主要面向南寧局、站段兩級，涵蓋工務、電務、供電等10 個專業，系統使用單位和人員較多，辦公地點分散。因此，在系統架構上設計采用“瀏覽器/服務器”模式（即B/S 模式）構建，整個系統運行以內部辦公網絡為載體，采用分布式結構設計。系統提供WEB、數據庫服務和WebGIS 地圖訪問服務［4］。各相關單位用戶通過瀏覽器進行業務處理和對數據庫服務器中的數據進行讀取、存儲。

1.3 主要功能將各種防洪基礎數據、路外安全環境等信息集成到系統中，實現對防洪和路外安全環境信息的快速查詢，具備統計分析、動態監控、信息共享功能。系統功能模塊結構圖見圖1。

圖1 系統功能模塊結構圖

系統主要功能簡述如下：

1）環境可視化。系統以可視化電子地圖作為界面交互的基礎，各類設備設施以圖層的方式疊加。系統提供圖層的縮放、平移、點選、勾選功能，實現圖層的顯示和隱藏；提供關鍵字搜索功能快速檢索定位設備位置；同時，數據關聯橋梁及應急等級，實現智能聯動響應功能。

2）信息查閱。信息查閱主要包括設備資料、規章制度、安全管理信息展示功能。通過點選電子地圖上的設備圖標打開，界面統一展示設備設施的資料參數、實景照片和現場視頻等。

3）數據維護。數據維護模塊是數據采集的原點，用于更新維護各類設備設施的資料。系統提供設備設施的數據維護、搜索功能，提供了數據維護動態預警提示功能，用紅、黃、藍等不同顏色分別預警數據的超期維護、待審核、超期審核、缺漏數據、缺少圖片等不同狀態。

4）巡檢登記。巡檢登記模塊基于微信企業號實現，在微信企業號上部署外勤巡檢作業單應用。應用提供站段外勤巡檢人員創建、查詢巡檢記錄的功能。同時，通過微信端預警信息提供聲光效果的報警提示，便于上級部門及時掌握現場設備設施健康狀況。

（5）聯網共享。聯網共享包括跨平臺數據共享和雨量數據接入兩部分。主要實現氣象專網、普鐵雨量、地震應急等多個信息系統平臺數據在線共享［5］，同時在系統的雨量計設備資料展示界面中以圖表形式展現。

2 關鍵技術

2.1 地圖框架前端技術地圖前端技術主要包括地圖的展現及人機交互的設計，網站開發編碼依托HTML5+Javascript+Ajax 的體系結構作為解決方案，地圖操作使用ArcGIS API for JavaScript+Dojo的開發工具，系統頁面采用了EasyUI的界面框架［6］，具備如下特點：

系統地圖前端采用基于WebGIS 的地圖動態圖技術，通過使用ArcGIS API for JavaScript 工具和Dojo 框架，實現了具有自主知識產權的適用于鐵路特征的前端地圖框架。該框架向外界提供了豐富的接口，可以方便地顯示鐵路防洪和路外安全環境相關的各種地圖元素，包括鐵路線、車站、江河水系、橋梁、防洪地點等業務信息；也可以方便、直觀地顯示各種查詢、統計信息。

2.2“分層疊加”圖層實現技術“分層疊加”的優勢在于圖層的維護具有獨立性，任何一個圖層的修改都不會影響其他圖層使用，易于維護［7］。同時具有較強的擴展性，當有新安全環境設備設施正式應用時，系統通過增加新圖層的方式在最短的時間內更新地圖數據，使得在系統中的地圖數據和實際線路上的設備設施保持一致。

系統按照“分層疊加”圖層的設計思想，一種設備設施對應一個圖層的方式進行開發，將圖層加入到“鐵路局安全環境電子地圖”服務中，以此解決業務數據與地圖相結合的難題。每個子類別在地圖上使用不同的圖標表示，用戶根據需要勾選需要顯示的圖層，即保證了界面的美觀又保證了運行的高效。如圖2所示。

2.3 基于安全平臺的內外網數據交換技術按照鐵路總公司業務系統內外網信息安全交換設計、開發及部署的要求，系統在內網架設安全環境系統內網服務器，用戶通過指定端口號訪問內網服務器資源。同時，配置外網服務器，分配互聯網IP 地址作為外網地址映射。內網服務器通過安全平臺以固定頻率向外網服務器發送資源請求，外網服務器接收請求信息，以二進制流形式進行封裝后，穿越安全平臺返回內網服務器。內網服務器數據接收程序接收信息并向外網服務器返回響應。

安全平臺內網服務器數據采集程序，將內網中的設備信息封裝成二進制流，穿越安全平臺向外網服務器發送http請求。外網服務器收到此請求后對此信息進行處理和入庫，并向內網服務器返回響應。系統網絡架構如圖3所示。

3 系統應用效果

該平臺已在南寧局管轄范圍內投入使用，實現了智能化聯動查詢和預警。包括江河水系聯動展示所影響的鐵路橋梁，防洪防臺應急響應等級聯動展示所影響的鐵路線路區域，能夠及時提醒相關設備管理單位進行數據維護。各試點單位通過報警提示，及時完善了93 個數據圖層、106 萬條數據，確保數據的真實性、準確性。如圖4所示。

圖5 應用效果圖

此外，系統拓展微信平臺外勤業務新模式。外勤人員現場檢查的設備狀況、圖像信息等用微信方式通過南寧局網絡安全平臺即時回傳系統。能夠對現場設備檢查情況進行盯控，督促相關單位按周期對設備進行巡檢，同時能及時將現場巡檢信息回傳系統，方便日常維護。

例如，在2017 年3 月28 日至29 日防洪應急演練、7月1日湘桂線全州至才灣間水沖道床水害、7月2日湘桂線柳江橋防洪應急響應、7月3日貨船撞擊益湛線石良角潯江特大橋橋墩、7 月15 日河池南丹4.0 級地震，8 月3 日湘桂線K303+820 上跨線纜侵限、8 月9 日防臺應急演練等29 次應急處置、演練中，均能通過系統快速調閱了相關設備的地理位置、資料參數、影音圖像等信息，通過與其他系統信息共享和智能化管理的功能，能夠在應急處置中提供大數據的支撐和決策的支持。

4 結束語

南寧局安全環境大數據應用平臺是以大數據分析為前提，以提升防洪安全應急處置水平為目的，實現基礎數據可視化管理，形成統一管理標準，達到“數據完整，權責清晰，智能簡便”的應用效果。該平臺在后續研究和版本迭代開發過程中，將進一步深入研究站段具體需求，不斷完善監控數據類型，逐步拓展大數據應用范圍，有效推動鐵路局安全環境管理向著平臺化、可視化、智能化方向發展。