新汴河水利工程信息化管理系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

王 飛

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院勘測(cè)分院，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

新汴河是淮北平原上人工開(kāi)挖的河道，干流全長(zhǎng)127.1 km，起自安徽省宿州市西北戚嶺子，經(jīng)靈璧縣、泗縣，于江蘇省泗洪縣入洪澤湖的溧河洼。新汴河自建成以來(lái)，不僅在解決外洪內(nèi)澇方面發(fā)揮了積極作用，且為農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水和航運(yùn)提供了條件。長(zhǎng)期以來(lái)，新汴河信息化管理水平較為滯后，信息化基礎(chǔ)較為薄弱，已不能適應(yīng)新時(shí)期水利現(xiàn)代化管理的需要。

水利部2019年全國(guó)水利工作會(huì)議指出我國(guó)下一步水利工作的中心將轉(zhuǎn)到“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”上來(lái)。水利信息化正是水利行業(yè)亟待加強(qiáng)的短板之一，同時(shí)，加強(qiáng)水利工程信息化建設(shè)，也可加強(qiáng)對(duì)水利工程安全規(guī)范運(yùn)行的監(jiān)管。在此背景下，建設(shè)完善新汴河工情視頻監(jiān)控系統(tǒng)及自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，以此為基礎(chǔ)，收集水利相關(guān)信息數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)一套基于GIS的二三維一體化新汴河工程信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)新汴河水利工程的信息化管理。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

1）采集、處理新汴河水利工程管理所需的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一管理和展示。

2）開(kāi)發(fā)二三維一體化GIS水利信息平臺(tái)，提高了水利信息的表達(dá)能力[1]，讓用戶能夠以更加直觀的方式快速了解新汴河水利工程現(xiàn)狀。

3）將水雨情、工程運(yùn)行信息、監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)集成在系統(tǒng)中顯示，為新汴河防汛抗旱、水利工程管理提供全面支持。

4）將新汴河工程維修養(yǎng)護(hù)、河道堤防巡查、閘站安全管理巡查等業(yè)務(wù)流程納入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)的流程化、規(guī)范化管理。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

為便于用戶使用，系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，部署在局域網(wǎng)中。不同類型數(shù)據(jù)采用不同的存儲(chǔ)方式，二維矢量數(shù)據(jù)保存在地理數(shù)據(jù)庫(kù)中，三維模型數(shù)據(jù)直接保存在服務(wù)器中，屬性數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻站點(diǎn)信息表、工程運(yùn)行信息數(shù)據(jù)及相關(guān)水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。

1.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境

前臺(tái)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言:JavaScript；后臺(tái)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言:JAVA；GIS平臺(tái):ArcGIS API for JS；數(shù)據(jù)庫(kù):SQL Server 2014。

2 數(shù)據(jù)采集、處理方案

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用CGCS2000坐標(biāo)系，1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)可分為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、水利信息數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、水雨情數(shù)據(jù)、工程運(yùn)行數(shù)據(jù)和監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)。

針對(duì)本項(xiàng)目要求，制定各類型數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。具體包括編寫基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、水利信息數(shù)據(jù)等二維矢量數(shù)據(jù)的屬性字段表，確定三維模型數(shù)據(jù)格式，編寫水雨情數(shù)據(jù)、工程運(yùn)行數(shù)據(jù)接口文檔，編制監(jiān)控視頻站點(diǎn)信息表。

2.1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家1∶100萬(wàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。

2.2 水利信息數(shù)據(jù)

水利信息數(shù)據(jù)包括管理單位信息、水系及涉水建筑物數(shù)據(jù)，其中管理單位信息包括新汴河各級(jí)水管單位，水系數(shù)據(jù)包括新汴河及其主要支流，涉水建筑物包括水閘、翻水站、地下涵、穿堤涵洞、橋梁及堤防。以高分辨率遙感影像為底圖，矢量化水利信息數(shù)據(jù)的空間位置，并賦予其屬性信息。

2.3 三維模型數(shù)據(jù)

對(duì)新汴河上的水閘、翻水站、地下涵、穿堤涵洞等水利工程進(jìn)行傾斜攝影航拍，經(jīng)內(nèi)業(yè)軟件處理后生成三維模型粗模。水利工程由于多含有鏤空結(jié)構(gòu)，通過(guò)航拍無(wú)法獲得完整水利工程紋理信息，因此，需在粗模基礎(chǔ)上進(jìn)行模型修飾，使其更加貼近真實(shí)場(chǎng)景[2]。模型修飾完成后，將其統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為GIS平臺(tái)支持的數(shù)據(jù)格式。

2.4 水雨情數(shù)據(jù)

水雨情數(shù)據(jù)來(lái)源于安徽省水文遙測(cè)網(wǎng)，通過(guò)調(diào)用其水雨情數(shù)據(jù)接口，直接集成在系統(tǒng)中顯示。

2.5 工程運(yùn)行數(shù)據(jù)

工程運(yùn)行數(shù)據(jù)自下屬站點(diǎn)各PLC模塊通過(guò)專線傳輸至服務(wù)器，服務(wù)器端通過(guò)工情數(shù)據(jù)識(shí)別轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)存至關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)系統(tǒng)工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)模塊功能需要，編寫數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程運(yùn)行數(shù)據(jù)的調(diào)用。

2.6 監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)

系統(tǒng)以URL方式訪問(wèn)各監(jiān)控站點(diǎn)視頻數(shù)據(jù)，編制監(jiān)控視頻站點(diǎn)信息表，表中包含各監(jiān)控視頻站點(diǎn)名稱、IP地址及登錄賬號(hào)密碼。同時(shí)，在高分辨率遙感影像中矢量化監(jiān)控視頻點(diǎn)定位數(shù)據(jù)，同時(shí)賦予各監(jiān)控站點(diǎn)屬性信息。

3 系統(tǒng)功能

3.1 地圖服務(wù)

地圖服務(wù)功能模塊為新汴河水利工程信息化管理系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)的地圖服務(wù)，系統(tǒng)的所有功能都是基于地圖展開(kāi)。具體功能包括底圖切換、圖層管理、地圖基本操作、空間量測(cè)及二三維場(chǎng)景切換。系統(tǒng)主界面見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)主界面

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能模塊包括水情監(jiān)測(cè)、雨情監(jiān)測(cè)、工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)及視頻監(jiān)控，為新汴河防汛抗旱、水利工程管理提供全面支持。

1）水雨情監(jiān)測(cè)

水雨情監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)新汴河干流水位/雨量站點(diǎn)水情、雨情數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收，用戶可設(shè)定時(shí)間范圍查詢指定站點(diǎn)該時(shí)間段內(nèi)的水雨情數(shù)據(jù)，以折線圖、柱狀圖或報(bào)表形式展示，用戶可下載、打印圖表。當(dāng)有水情或雨情超限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈窗預(yù)警，超限站點(diǎn)會(huì)根據(jù)超限類型以不同顏色、符號(hào)表示，同時(shí)將預(yù)警信息以短信形式發(fā)送至相關(guān)責(zé)任人[3]。見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 水情監(jiān)測(cè)

圖3 雨情監(jiān)測(cè)

2）工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)

工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)新汴河上完成涵閘自動(dòng)化改造的水利工程運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以圖表形式展示水閘啟閉狀態(tài)、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、閘門開(kāi)度、流量、水位等涵閘運(yùn)行參數(shù)。涵閘運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)以彈窗形式預(yù)警，用戶可在系統(tǒng)中查看詳細(xì)的故障信息，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)將故障信息以短信形式發(fā)送至相關(guān)責(zé)任人[4]。見(jiàn)圖4。

圖4 工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)

3）視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控功能將新汴河各管理單位及水利工程的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)集成至系統(tǒng)，用戶可在視頻列表中點(diǎn)擊查看監(jiān)控視頻，也可在系統(tǒng)底圖或三維場(chǎng)景中加載監(jiān)控視頻點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)點(diǎn)擊監(jiān)控視頻點(diǎn)符號(hào)打開(kāi)該點(diǎn)所在監(jiān)控視頻畫面。見(jiàn)圖5。

圖5 視頻監(jiān)控

3.3 工程管理

工程管理功能將工程維修養(yǎng)護(hù)、河道堤防巡查及閘站安全管理巡查業(yè)務(wù)納入系統(tǒng)，規(guī)范了上述工作的工作流程，便于管理人員查看各項(xiàng)工作的進(jìn)展情況。同時(shí)，本功能也實(shí)現(xiàn)工作文件的存儲(chǔ)和管理功能，用戶可根據(jù)需要，批量下載文件資料，制作工作報(bào)表。如用戶可在年底下載年度河道堤防巡查記錄表，制作河道堤防年度巡查報(bào)告。見(jiàn)圖6。

圖6 工程管理

3.4 三維展示

三維展示功能模塊實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)三維場(chǎng)景中加載三維模型。三維模型分為大場(chǎng)景三維模型和水利工程三維模型。大場(chǎng)景三維模型展示重點(diǎn)河段河道堤防三維場(chǎng)景，水利工程三維模型以精細(xì)模型展示了新汴河沿線的水閘、地下涵、翻水站及穿堤涵洞等水利工程。見(jiàn)圖7。

圖7 水利工程三維場(chǎng)景

3.5 變化檢測(cè)

變化檢測(cè)功能通過(guò)對(duì)比不同時(shí)期遙感影像，對(duì)新汴河水域管理范圍內(nèi)的地表變化進(jìn)行檢測(cè)，可用于檢測(cè)水域占用情況、違建情況、工程進(jìn)展、工程施工前后效果比對(duì)等。見(jiàn)圖8。

圖8 變化檢測(cè)

4 結(jié)論與展望

新汴河水利工程信息化管理系統(tǒng)綜合運(yùn)用了GIS、遙感、傾斜攝影測(cè)量、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段，集成了水雨情監(jiān)測(cè)、工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、工程管理、三維展示、變化檢測(cè)等功能，以二三維一體化形式全面展示了新汴河水利工程運(yùn)行及管理信息，有力提升了新汴河工程信息化管理水平。

受限于數(shù)據(jù)，目前系統(tǒng)三維應(yīng)用集中在三維展示方面，未來(lái)隨著地形、水文、氣象數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和完善，將洪水預(yù)報(bào)、洪水演進(jìn)、洪水淹沒(méi)分析、災(zāi)情評(píng)估、水資源聯(lián)合調(diào)度等業(yè)務(wù)納入系統(tǒng)，以便更充分地發(fā)揮三維技術(shù)在空間分析和顯示方面的優(yōu)勢(shì)，全面提升水利管理單位防汛抗旱管理能力。