河南省南水北調配套工程運行管理數據可視化平臺設計與實現

莊春意,王子民

(1.河南省南水北調中線工程建設管理局，河南 鄭州 450000；2.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

河南省南水北調配套工程(以下簡稱“配套工程”)輸水線路總長1 000余公里，通過南水北調中線工程總干渠39個口門分水，向南陽、平頂山、漯河、周口、許昌、鄭州、焦作、新鄉、鶴壁、濮陽和安陽等11個省轄市、40個縣(市)的95座水廠和6座水庫供水。通水以來，截至2021年2月28日，配套工程已累計供水123.17億m3，受益人口達2300萬人，受水區城鎮供水“單一性、脆弱性”得到有效化解，配套工程正在發揮著重要作用。

為保障配套工程運行安全，河南省南水北調工程管理機構已初步形成了飛檢、巡查和稽察三位一體的配套工程運行管理監督檢查格局，并開發了配套工程基礎信息管理系統、巡檢智能管理系統和病害防治管理系統(以下簡稱“三個系統”)。三個系統部署在同一服務器，并有一定關聯性，但三個系統數據源相對獨立，配套工程運行管理人員使用過程中需要分別進入系統進行查詢、對比，操作費時費力，使用不夠便捷。

針對上述問題，文章利用多元數據融合理論，通過三個系統的重要數據整合，建立配套工程運行管理數據可視化應用平臺，實現配套工程基礎信息、巡檢管理、病害分布等諸多信息同時顯示，增強三個系統之間的聯系，進一步提高配套工程運行管理信息化水平。

1 可視化平臺總體設計

平臺總體架構概述為三個部分：數據獲取、數據融合、可視化展示。首先使用地理信息系統技術(Geographic Information System,GIS)獲取三系統的基礎數據和專題數據，地理信息系統是服務于地理信息的空間數據庫技術，它擁有強大的二三維空間數據分析、管理、查詢及可視化的能力；在掌握到大量數據后使用多元數據融合技術對數據進行融合，包括屬性數據融合以及空間數據融合；借助于地理信息系統圖形化的手段，加入完整的ECharts圖形庫，使用折線圖、柱狀圖、餅圖、K線圖、地理坐標圖等圖形，將數據分析技術與圖形技術相結合，用圖表方式展示出來，清晰有效地將分析結果進行解讀和傳達，為配套工程運行管理提供多方位的可視化數據支撐。見圖1。

圖1 總體架構圖

2 數據基礎

配套工程運行管理數據可視化應用平臺實現三個系統互聯互通，在地理信息專題圖上清晰地展示出配套工程基礎信息、巡檢信息和病害信息等，便于運行管理人員查詢、對比，操作簡單，使用便捷。

可視化平臺所涉及基礎信息數據庫數據，包括地形數據、河流數據、11個地市的影像數據，各地市行政區劃、鄉鎮、縣級、市級中心所在地，鄉鎮、縣、市行政界線和路網數據、圖例數據等。

可視化平臺所涉及的專題數據分別來自于三個系統。其中基礎信息管理系統種的專題數據主要包括全省的水系要素(河流、湖泊、水庫)等水系數據，南水北調總干渠基礎數據(總干渠位置、分水口門、水廠、現地管理房)，11個地市配套工程管線數據庫及其附屬物數據，以及1∶2 000地形圖數據，實測閥井、現地管理房、水廠地形圖數據等；巡檢智能管理系統中的專題數據主要包括管線及附屬設施的空間位置信息，巡檢人員的實時位置信息，巡檢小組在線狀態信息，巡線問題上報信息等，巡檢系統上報的問題皆會錄入到病害防治管理系統；病害防治管理系統數據來源于河南省南水北調配套工程管理機構的飛檢、巡查、稽察報告以及巡檢智能管理系統的自動導入，專題主要包括病害點空間位置信息，病害點要素信息，病害類型圖例信息，病害問題的趨勢信息，病害問題臺賬信息以及病害問題解決方案信息等。

3 關鍵技術及應用

配套工程運行管理數據可視化應用平臺以地理空間數據、配套工程基礎信息管理系統數據為基礎，以配套工程巡檢智能管理系統、病害防治管理系統數據為核心，以可視化應用一張圖為主要方式，最終將配套工程運行管理數據直觀地展示給用戶；基于配套工程輸水管線及構筑物、巡檢情況、工程病害等關鍵數據，實現三個系統數據的整合。可視化應用平臺頁面如圖2所示。

圖2 可視化應用平臺頁面圖

多元數據融合在配套工程運行管理數據可視化應用平臺中的使用體現在融合三個系統數據源于一體，對可視化平臺數據源進行預處理，提取出配套工程基礎信息管理系統的要素信息，提取巡檢智能管理系統和病害防治管理系統的病害點信息，把要素信息和病害點信息進行數據格式轉換，定制相應二維符號庫。多元數據融合流程如圖3所示。

圖3 數據融合流程圖

首先獲取三個系統的所有要素信息getAllElement()以及病害點數據getAllInspectionPoint()，以地理信息專題圖為主要展示形式，在地理信息專題圖展示分水口門、輸水管線等基礎信息要素的基礎上，從系統服務器上動態加載配套工程病害點的空間信息與屬性信息并通過格式轉換format2Json()獲取病害點數據getAttributes()和空間數據getCoordinate()，根據病害等級、數量及整改狀態生成不同的地圖點狀要素generateSybol()，并根據病害點地理坐標確定病害點在地圖上的位置生成空間位置要素createPoint()。把所有的點狀要素與空間位置要素作為數據源，創建病害點要素圖層createFeatureLayer()，同時以基礎信息輸水管線以及附屬設施生成的空間位置要素pipelineSybol()創建基礎信息要素圖層createFeatureLayer1() 相結合，并添加到地圖上進行圖層渲染addLayer2Map()，達到數據融合并展示的效果。

配套工程基礎信息情況主要包括全省范圍內分水口門、輸水管線、閥井、現地管理房、泵站、受水水廠等相關信息。巡檢情況主要包括當日巡檢發現的問題缺陷個數，以及發現的具體時間、輸水管線線路名稱、對應分水口門、具體問題描述以及病害等級等。通過類表格的形式把諸多重要信息逐條呈現出來，為了解當日巡查情況提供非常直觀信息，且與地理信息專題圖相結合，為解決這些巡查過程當中遇到的病害問題提供準確的位置。病害信息情況由工程部件病害分布圖、年度病害分布圖、各地市病害分布圖構成的病害情況查閱功能，將數據按照年份、地市、病害等級三種類型進行劃分，把數據以柱狀圖和折線圖的形式展現出來，通過數據對比清楚地了解到數據的走勢，對數據走勢進行分析制定合理的解決方案。同時集成病害篩選算法，自動錄入巡檢智能管理系統發現的病害點信息，并實現數據實時更新。

配套工程運行管理數據可視化應用平臺對病害數據按不同方式進行統計和分析，把數字數據實現成為走勢圖、餅狀圖和柱狀圖，從不同角度實現工程部件病害查詢、年度病害分布、各地市病害分布、缺陷問題分析等，為后期針對性整改提供技術支撐。

目前，三系統已在全省推廣應用，配套工程運行管理數據可視化應用平臺嵌套于病害防治管理系統內，為配套工程安全運行提供強有力的信息化保證，為病害整改奠定了歷史處理辦法基礎，為后期病害防治提供了數據支撐。配套工程運行管理數據可視化應用正在也將持續發揮重要作用。

4 結語

信息時代大數據逐步改變著世界運行模式，云計算、移動互聯網等技術的迅速發展，使得人們越來越注重實用性與效率性。目前多元數據融合技術相對成熟，通過分析獲取到的所有信息全部綜合到一起，并對信息進行整合，吸取不同數據源的特點，提取出統一的更豐富的信息。多元數據融合的第一步要保證數據選擇的正確性，盡量選擇出合適的數據對象來進行數據融合，如果數據對象選擇錯誤將直接影響到多元數據的后期融合效果。其次，對選擇數據源進行預處理，以免未經處理的數據在多元融合時影響到融合效果。

文章首先簡述了配套工程運行管理數據可視化應用平臺采用多元數據融合的理論，在三個系統的數據源中提取有關聯的要素信息，對所提取到的信息進行統一的數據格式融合，融合之后分別生成不同類型的數據點和要素點，對要素點和數據點進行空間位置要素的整理；然后創建要素圖層，把這些空間位置數據在地圖中渲染出來；最后得出用戶可見的視覺效果，達到數據可視化的目的。