基于WebGIS搭建輸電線路勘測項目管理平臺

庫新勃，張 瑋，趙浩鵬

(中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

隨著我國城鎮化建設的不斷加快，輸電線路數量與日俱增，如何管理如此數量龐大且走向各異的輸電線路勘測項目成為亟待解決的難題。2013年9月，國務院正式出臺《關于加強城市基礎設施建設的意見》(國發〔2013〕36號)[1]，這是改革開放以來國務院首次就城市基礎設施建設發布文件。該文件第二條“加大城市管網建設和改造力度”中明確提出，要加強城市電力管線的建設和管理。電力勘測設計部門長期存在“重設計、輕管理”的意識，導致輸電線路工程勘測項目管理工作難以就位[2]。同時，輸電線路工程勘測項目管理大多依賴于從業人員的經驗和對電力工程的熟悉程度，人員的專業素質直接關系到勘測工程的管理水平[3]。

目前，輸電線路工程勘測設計部門80%以上的數據為地理信息或為具備地理坐標的其他信息[4]。然而，這些信息僅通過文檔或者紙質資料形式存在，單個項目多個數據之間存在的幾何或物理聯系難以表述清楚。由大數定律可知，在隨機事件的大量重復出現中，往往呈現幾乎必然的規律[5]。對于勘測工程公司，這些處于相同區域的不同工程的勘測數據理論上存在的某種關聯只能通過專業負責人瀏覽其他工程項目報告才能發掘，不夠直觀、全面。因此，輸電線路工程勘測數據的開放共享、可視化管理成為現實需求。

WebGIS是Internet技術應用于GIS開發的產物，能夠實現Internet環境下空間地理信息的管理和發布，讓地理信息系統的大眾化服務成為現實[6-8]。針對上述問題，本文基于WebGIS設計并開發了一套輸電線路勘測工程管理云平臺，利用計算機技術建立空間地理信息庫，實現輸電線路空間數據與屬性數據的可視化關聯、數字化統計，便于用戶通過瀏覽器實現輸電線路項目資料的在線查詢與多方共享，最大程度滿足輸電線路項目生產與成果管理需要，為城市基礎設施信息化管理提供有益探索。

1 需求分析

基于WebGIS的輸電線路勘測項目管理平臺需滿足輸電線路工程的存儲、顯示、管理和分析功能，具體需求如下：

1)提供便捷有效、穩定可靠的地圖操作。支持高清衛星影像(天地圖、Bing地圖等)與交通路網地圖(百度地圖、高德地圖等)作為底圖，用戶可以基于高清底圖進行相關操作，包括地圖縮放、坐標定位和線路量算等。

2)提供輸電線路項目管理功能。支持輸電線路項目的新建、刪除項目、編輯、查詢、批量導入、打開文檔、項目定位和關聯設備等功能，并支持基于底圖的可視化顯示。

3)提供地圖數據與屬性數據的“一張圖”管理。通過屬性資料可在地圖上定位該項目，顯示該項目的基本信息及關聯的矢量數據。同時，通過該項目標注，可以進入項目文檔管理，在線瀏覽或授權下載相關文檔。

4)提供用戶權限管理功能。為保證輸電線路勘測成果的一致性與安全性，“權限管理”模塊應內置系統的安全規則和安全策略，用戶只能通過賦予的角色訪問平臺而且只能訪問被授權的資源，對于未授權的資源則無法訪問。

為了滿足這些需求，該管理平臺應具備以下特征和功能：1)網頁端GIS界面；2)支持衛星影像的加載與顯示；3)支持常用矢量數據的讀取與編輯；4)通過WMS(web map service)、WFS(web feature service)訪問支持開放標準的地理空間信息資源；5)具備輸電線路一般空間分析功能。

2 可行性分析

該平臺采用開源OpenLayers進行前端開發，服務器端采用GeoServer地圖服務器，系統屬性數據使用PostgreSQL數據庫存儲，空間數據則使用PostGIS工具，在技術層面是可行的。

利用開源GIS系統開發僅需遵循相關許可協議，無需承擔商業軟件昂貴的許可費用(如ArcGIS)，同時，基于B/S(Brower/Server)模式開發的管理平臺，用戶無需安裝客戶端，直接使用瀏覽器即可實現項目的在線管理，即用戶端的維護費用為零，在經濟層面上是可行的。

該平臺可以實現輸電線路勘測成果的開放共享與可視化顯示，有助于充分發揮勘測成果的價值，并為項目分析和決策提供數據支撐，實現勘測項目管理的降本增效，在社會效益層面是可行的。

3 開發原則

為保證平臺建設順利進行，該平臺開發應遵循原則如下：

1)統一規劃。平臺應從實際需求出發，統一規劃設計，統一部署，統籌各專業、各部門需求，建立通用、友好的應用服務，提升平臺運行效率與使用價值。

2)技術先進。平臺應采用主流的、先進的技術構建，滿足可視化管控需求，為公司數字化運營、精細化管理等提供業務支撐。

3)穩定可靠。平臺在上線運行過程中應盡量避免可能發生的故障，且一旦發生故障后，應具有解脫和排除故障的能力，保障平臺持續有效運行。

4)信息安全。平臺應對登錄系統和數據庫系統的用戶進行身份標識和鑒別。依據安全策略控制主體對客體的訪問。同時，設定嚴格的權限分配與管理制度，保障數據成果的安全。

5)良好擴容。平臺設計完應留有升級接口和升級空間，在后期的升級和功能擴展方面具有較大的靈活性。

4 平臺搭建

4.1 平臺總體架構設計

通過深入研究最新科研成果與調研結果，確定輸電線路勘測項目管理平臺的總體架構設計，如圖1所示，該平臺包括基礎設施層、數據層、平臺層以及應用層。

圖1 輸電線路勘測項目云管理平臺總體架構圖

數據層包括空間庫、項目庫、文檔庫、人員庫和設備庫。空間庫集成了項目一張圖的空間地理信息資源，包括底圖、空間化的項目點位、項目控制點、項目作業區以及輸變電線路路徑等，其中，底圖包括世界行政區劃圖與全球衛星影像圖。項目庫存儲了各種類型的項目屬性信息。文檔庫采用文件數據庫的形式歸檔了每個項目不同階段、不同時期的成果資料。人員庫存儲了勘測在職人員基本信息。設備庫存儲了勘測已有測繪儀器設備及相關的檢校證書。

平臺層為整個系統支持層，基于服務端、前端可視化框架、數據庫引擎，提供地理信息數據管理、空間可視化以及統計分析能力，并向上支持“項目一張圖”應用。綜合共享平臺基于彈性架構支持匯聚、管理系統中的項目、人員、設備以及成果文檔信息。權限管理平臺銜接了人與其他項目要素，按照管理機制強化系統的數據安全管理。

應用層基于“看、管、控”的思路將平臺分為項目一張圖、項目資源看板、項目資源管理、項目文檔管理和權限管理5個部分。其中，一張圖和資源看板服務于項目查看、資源管理和文檔管理服務于項目實時全要素管理，權限管理服務于平臺數據以及模塊的安全管控。

4.2 平臺技術架構設計

輸電線路勘測項目云管理平臺技術架構見圖2。鑒于輸電線路勘測成果的多樣性，在數據層，采用PostgreSQL存儲關系型數據，時空數據則存儲與PostGIS數據庫中。在服務層，基于SpringBoot進行前端框架開發；采用MyBatis-Plus操作數據庫，實現數據的增減與更新；基于Apache Shiro搭建強大且易用的Java安全框架，執行ID的驗證與授權管理；地圖服務則由開源的GeoServer實現，并對特征數據進行更新與增減操作，進而對授權用戶完成空間地理信息的開放共享。在表現層，采用Vue構建用戶界面，既可免除原生JavaScript中的DOM(Document Object Model)操作，又能實現數據的雙向綁定；作為專為WebGIS客戶端開發提供的JavaScript類庫包，OpenLayers可實現標準格式發布的地圖數據訪問(如Google Maps、Yahoo等)；Html5的canvas元素的使用，使得瀏覽器無需Flash或Silverlight等插件即可實現地理信息的可視化。由于用戶職務與工作范圍的不同，針對不同用戶，采用權限控制實現功能模塊的差異化顯示，方便不同用戶操作與使用該平臺。

圖2 輸電線路勘測項目云管理平臺技術架構圖

4.3 平臺功能模塊設計

該平臺的功能結構見圖3。

圖3 輸電線路勘測項目云管理平臺功能結構圖

由圖3可知，平臺主要包括4個功能模塊：項目一張圖、GIS功能模塊、信息管理模塊和權限管理模塊。“項目一張圖”通過將基礎地理信息、影像數據與輸電線路勘測項目矢量成果(KML、SHPFile等)、其他標注數據的相互疊加，實現勘測項目成果“全圖看、一鍵搜、實時管”的目的。GIS功能模塊主要實現GIS的基本功能，包括地圖加載與實現、坐標標注、幾何量測與常用的統計分析功能。“信息管理”模塊主要涉及資源管理，包括項目管理、設備管理、人員管理及知識產權的管理。“權限管理”模塊則包括用戶管理、角色管理與部門管理，通過該模塊實現勘測項目成果的分級顯示與可控更新。

4.4 平臺運行效果

登錄給定的IP地址，驗證用戶和密碼后，授權用戶即可登錄該平臺，如圖4所示。

圖4 輸電線路勘測項目云管理平臺效果圖

出于安全考慮，單位名稱用星號代替。屏幕最左側為項目的基本功能模塊，基本按照前期模塊設計完成，為更好地實現人員的精細化管理，新增“出差管理”模塊，統計分析人員的出差情況與分布區域。屏幕中央加載開放的高清衛星影像作為底圖，可疊加地理信息圖層與項目矢量圖層，實現輸電線路勘測成果的可視化。項目列表位于地圖顯示窗口的左側，便于用戶進行項目查詢與成果瀏覽。地圖窗口的右上角為地圖工具，可實現地址查詢、坐標顯示、幾何量測等GIS功能。

5 結語

本文基于WebGIS搭建了一套適用于輸電線路勘測項目管理的可視化平臺，其優點在于：1)該平臺基于開源服務與框架搭建，無需額外的平臺支出，經濟效益顯著；2)該平臺基于B/S模式搭建，用戶無需安裝插件，可以直接通過瀏覽器遠程瀏覽，便于勘測成果的開放與共享；3)該平臺采用輕量級框架Vue.js進行前端開發，開源GeoServer提供地圖服務，開放性強，便于擴展，易于維護。該平臺的設計思想與實現過程對現有電力行業勘測項目管理平臺的搭建具有借鑒價值。