呂文斌，龔岳松，李 佼

（上海市水務(wù)信息中心，200050，上海）

上海市于1998年開(kāi)始將GIS技術(shù)應(yīng)用于水務(wù)信息的綜合管理中。2004年以來(lái)按照“頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、資源整合、系統(tǒng)集成、共建共享、分級(jí)維護(hù)”等原則，構(gòu)建了基于WebGIS的水務(wù)公共信息平臺(tái)。2008年將 ArcGIS Server（ArcGIS） 應(yīng) 用 于水務(wù)公共信息平臺(tái)，利用其Tile Cache、GIS Server等相關(guān)理念和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了防汛應(yīng)急指揮、水資源管理及相關(guān)專題應(yīng)用通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與Google地圖、ESRI地圖、微軟地圖、上海市測(cè)繪院基礎(chǔ)地圖、上海市排水專題數(shù)據(jù)等相關(guān)資源在一張地圖上的熔享，在水務(wù)信息綜合管理中進(jìn)行了有益的實(shí)踐。

一、ArcGIS的優(yōu)勢(shì)

GIS作為一門集計(jì)算機(jī)、信息學(xué)、地理學(xué)等多學(xué)科為一體的新興學(xué)科，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，突出對(duì)現(xiàn)實(shí)世界空間關(guān)系的模擬。GIS具有空間可視、空間導(dǎo)向及空間思維的特點(diǎn)，能夠存儲(chǔ)各地物的空間信息和空間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)空間信息和屬性信息的集成管理，并通過(guò)無(wú)級(jí)縮放的地圖，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的空間關(guān)系進(jìn)行直觀展現(xiàn)。

ArcGIS是基于服務(wù)器的GIS產(chǎn)品，用于構(gòu)建集中管理、支持多用戶、具備高級(jí)GIS功能的企業(yè)級(jí)GIS應(yīng)用與服務(wù)。通過(guò)提供廣泛的基于Web的GIS服務(wù)，以支持在分布環(huán)境下實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)管理、制圖、地理處理、空間分析、編輯和其他GIS功能。

城市水務(wù)綜合管理是GIS技術(shù)體現(xiàn)空間思維特征最典型的應(yīng)用領(lǐng)域，在城市水務(wù)綜合信息管理方面應(yīng)用GIS技術(shù)，是信息時(shí)代對(duì)現(xiàn)代水務(wù)管理工作提出的新要求。

二、ArcGIS的總體架構(gòu)

ArcGIS體系架構(gòu)主要由數(shù)據(jù)、GIS Server、Web Server、客戶端等幾部分組成。

數(shù)據(jù)包含以服務(wù)的方式發(fā)布到GISServer的GIS資源，如地圖文檔、Geodatabase等。用DBMS在數(shù)據(jù)服務(wù)器上部署的ArcSDE Geodatabase可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全、完整和高效。

GISServer用于宿主GIS資源，將其發(fā)布為服務(wù)供客戶端應(yīng)用，并響應(yīng)客戶端的應(yīng)用請(qǐng)求。

Web Server用于部署 Web應(yīng)用和服務(wù)，這些應(yīng)用和服務(wù)使用GIS Server提供的資源。

在上海市水務(wù)信息綜合管理中，一方面通過(guò)ArcGIS對(duì)本地的基礎(chǔ)、行業(yè)、規(guī)劃等資源進(jìn)行有效管理、整合及應(yīng)用，同時(shí)也通過(guò)網(wǎng)絡(luò)充分利用Google 地圖、ArcGIS Online、微軟地圖及上海市相關(guān)部門的在線業(yè)務(wù)資源，充分發(fā)揮Web 2.0時(shí)代ArcGIS企業(yè)級(jí)應(yīng)用和服務(wù)的優(yōu)勢(shì)。ArcGIS在上海市水務(wù)信息綜合管理中的應(yīng)用框架見(jiàn)圖1。

三、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

空間數(shù)據(jù)主要包括1998年以后每1～2年的上海市中心城區(qū)1∶500、外環(huán)內(nèi)及中心城鎮(zhèn) 1∶1 000、郊區(qū)1∶2 000的全要素基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)，全市0.6 m分辨率的Quickbird衛(wèi)星遙感影像、1 m分辨率的Spot衛(wèi)星遙感影像、0.25 m分辨率的航空遙感影像等多比例尺、多時(shí)相的遙感影像數(shù)據(jù)，全市水務(wù)工程設(shè)施、應(yīng)急指揮、規(guī)劃管理等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的總數(shù)據(jù)量超過(guò)3TB。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理采用Oracle10g+ArcSDE組合模式。ArcSDE作為Arc GIS與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之間的GIS通道，具有高性能、多用戶、可伸縮、長(zhǎng)事務(wù)處理、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型等特點(diǎn)。它可以保證存儲(chǔ)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的矢量和柵格幾何數(shù)據(jù)的高度完整性，這些數(shù)據(jù)包括矢量和柵格幾何圖形、坐標(biāo)、曲線、注記、元數(shù)據(jù)、空間模型等。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)數(shù)據(jù)類型分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)急管理數(shù)據(jù)庫(kù)、水資源管理數(shù)據(jù)庫(kù)等，歷史數(shù)據(jù)按年單獨(dú)存儲(chǔ)。

四、GIS Server制作及應(yīng)用

1.地圖配置

為靈活支撐應(yīng)用層中各模塊，分別制作包括基礎(chǔ)底圖、遙感影像、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、行業(yè)監(jiān)管、規(guī)劃管理、行政許可、臺(tái)風(fēng)路徑等30余個(gè)專題地圖，每個(gè)專題地圖只包含特定的圖層，最終在統(tǒng)一平臺(tái)中互相疊加形成完整的上海市水務(wù)綜合地圖。地圖制作利用ArcGIS Desktop的專業(yè)制圖和編輯工具，地理坐標(biāo)系統(tǒng)采用上海地方坐標(biāo)——吳淞高程。對(duì)每個(gè)圖層的字體、顏色、樣式等進(jìn)行美工設(shè)計(jì)，對(duì)工程設(shè)施按照上海市水務(wù)信息管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)繪，做到地圖整體協(xié)調(diào)、條理清晰、重點(diǎn)突出。的小圖塊，可以有效提高訪問(wèn)速度。制作地圖緩存時(shí)，不同的參數(shù)配置將影響地圖服務(wù)的顯示效果，這些參數(shù)包括起始點(diǎn)坐標(biāo)、比例尺分級(jí)、切片格式、壓縮比、圖片高寬、DPI、緩存類型等。瓦片參數(shù)設(shè)置為格式png8、圖片大小 512×512 pix、DPI 96、融合緩存，創(chuàng)建后的地圖服務(wù)能夠與其他部門實(shí)現(xiàn)地圖熔享。瓦片級(jí)別見(jiàn)表1。

表1 瓦片級(jí)別及比例尺

2.瓦片制作

上海市每年度的基礎(chǔ)地形圖和遙感影像數(shù)據(jù)量都達(dá)數(shù)百GB，直接制圖會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器端壓力大、出圖慢。應(yīng)用ArcGIS Server 9.3的地圖瓦片緩存（Tile Cache）機(jī)制,預(yù)先將全市地圖劃分為11個(gè)比例尺，把每個(gè)比例尺的地圖再切分成若干個(gè)小圖塊，客戶端訪問(wèn)時(shí)直接獲取指定比例尺下

3.服務(wù)發(fā)布

地圖服務(wù)通過(guò)ArcGIS創(chuàng)建并發(fā)布，主要包括兩類：

①靜態(tài)地圖服務(wù)。對(duì)數(shù)據(jù)量巨大、更新不頻繁的基礎(chǔ)底圖和遙感影像地圖發(fā)布為靜態(tài)地圖服務(wù)（Tiled Map Service Layer），優(yōu)化應(yīng)用系統(tǒng)繪制底圖的效率。

②動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)。對(duì)有數(shù)據(jù)更新、查詢、定位需求的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、行業(yè)監(jiān)管、規(guī)劃管理等專題地圖制作為動(dòng)態(tài)地圖服務(wù)（DynamicMapService Layer）。

4.服務(wù)應(yīng)用

發(fā)布后的地圖服務(wù)都有一個(gè)類似 于 “http://IP/ArcGIS/rest/services/服務(wù)名/MapServer”的服務(wù)地址，應(yīng)用程序通過(guò)ArcGIS接口引用該地址便可以創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的GISServer，將本地資源、網(wǎng)絡(luò)資源等疊加集成在一張地圖上。

五、應(yīng)用實(shí)踐

采用WebGIS作為應(yīng)用集成的主要技術(shù)手段，開(kāi)發(fā)主要采用REST API模式。這種輕量級(jí)開(kāi)發(fā)模式具有豐富的客戶端展示功能和巨大的發(fā)展?jié)摿Γ灰煜I(yè)務(wù)，通過(guò)客戶端腳本技術(shù)調(diào)用相應(yīng)的GIS功能，就可以滿足功能需求。

1.防汛保安應(yīng)用

（1）臺(tái)風(fēng)路徑發(fā)布

①臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)抓取：通過(guò)臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集程序，從中央氣象臺(tái)、上海市氣象局等相關(guān)網(wǎng)站上精確提取數(shù)據(jù)，將網(wǎng)頁(yè)上的二維表導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)和XML格式數(shù)據(jù)解析，并提供手動(dòng)校正功能。做到每6小時(shí)更新一次，當(dāng)臺(tái)風(fēng)進(jìn)入48小時(shí)警戒線后每3小時(shí)更新一次，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入24小時(shí)警戒線后每1小時(shí)更新一次。

②臺(tái)風(fēng)路徑自動(dòng)生成：利用InfoWindow動(dòng)態(tài)繪制臺(tái)風(fēng)實(shí)況路徑和預(yù)報(bào)路徑，按照6個(gè)等級(jí)（熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)），通過(guò)不同顏色和大小的符號(hào)來(lái)直觀表達(dá)臺(tái)風(fēng)發(fā)生、發(fā)展和消亡的變化過(guò)程。

③多類服務(wù)疊加：將實(shí)時(shí)接收的衛(wèi)星云圖、雷達(dá)云圖等以GIS Server方式即時(shí)發(fā)布并與Google地圖、ESRI地圖、微軟地圖等網(wǎng)絡(luò)資源熔享，實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)路徑與多類資源的相互參考，為防汛指揮人員提供全面的決策支持。

（2）災(zāi)情發(fā)布

通過(guò)ArcGIS將實(shí)時(shí)雨情信息、災(zāi)情信息、堤防險(xiǎn)工險(xiǎn)段、病險(xiǎn)水閘、人員撤離點(diǎn)、撤離路線、安置點(diǎn)等與市區(qū)暴雨積水風(fēng)險(xiǎn)、沿海區(qū)域風(fēng)暴潮淹水風(fēng)險(xiǎn)、黃浦江沿線堤防潰決風(fēng)險(xiǎn)等專業(yè)模型生成的風(fēng)險(xiǎn)模擬圖層集成在一張地圖上，通過(guò)空間分析為防汛指揮及調(diào)度提供及時(shí)、全面的信息參考，提高搶險(xiǎn)的效率及可操作性。

2.水資源管理應(yīng)用

（1）基礎(chǔ)管理

對(duì)上海市區(qū)域內(nèi)整個(gè)水循環(huán)過(guò)程中涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和集成應(yīng)用，包括河道水系（河流、湖泊等）、取水（地下水深井、取水口等）、供水（水廠、泵站等）、用水（用水情況日?qǐng)?bào)、月報(bào)，節(jié)水指標(biāo)等）、排水（排水系統(tǒng)、排水泵站、排水井、污染源、污水處理廠等）、水資源保護(hù)（水功能區(qū)、水源地等）、水利工程（水利分片治理、重要水閘、圩區(qū)等）、河道整治（黑臭河道等），并與上海市測(cè)繪院的基礎(chǔ)地圖服務(wù)、上海市排水處的專題數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行熔享，借助于高分辨率的航空遙感數(shù)據(jù)為水資源管理提供客觀參考。

（2）監(jiān)測(cè)監(jiān)控

將監(jiān)測(cè)站點(diǎn)采集到的長(zhǎng)江和黃浦江兩大原水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息（包括長(zhǎng)江原水的氯化物濃度、原水廠流量、壓力等信息，黃浦江原水的潮位、氨氮、濁度、溶解氧、流量等信息），全市市屬供水廠、泵站、管網(wǎng)的每5分鐘實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息 （包括供水廠的出廠壓力、瞬時(shí)流量、累計(jì)水量、出廠濁度、出廠余氯信息，供水泵站的出站壓力信息，供水管網(wǎng)的壓力信息）在基礎(chǔ)地圖上進(jìn)行及時(shí)、直觀的展示。

（3）統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)

在地圖上對(duì)任意時(shí)間段內(nèi)全市雨量等值線（面）的即時(shí)繪制，直觀展示全市雨量分布；以每月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按水質(zhì)級(jí)別以不同顏色在地圖上直觀反映骨干河道的水質(zhì)情況；以每月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按照水功能區(qū)劃定義的水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)直觀反映各河段水質(zhì)是否達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)等。

3.專題應(yīng)用

將局部區(qū)域內(nèi)的防汛保安、水資源管理及特定業(yè)務(wù)等應(yīng)用的業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行整合，形成面向局部區(qū)域的蘇州河、世博園和區(qū)縣等多個(gè)專題應(yīng)用。如蘇州河專題綜合了蘇州河區(qū)域內(nèi)防汛保安、水資源管理的業(yè)務(wù)模塊，同時(shí)擁有堤防巡查和網(wǎng)格化管理等特定模塊，通過(guò)GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)日常巡檢過(guò)程數(shù)字化，為蘇州河管理部門提供既面向?qū)ο笥置嫦蜻^(guò)程的信息匯總。

六、結(jié) 語(yǔ)

ArcGIS技術(shù)的應(yīng)用改變了過(guò)去以使用紙質(zhì)地圖和文檔為主的傳統(tǒng)工作模式，提高了工作效率。同時(shí)通過(guò)資源熔享、數(shù)據(jù)整合和應(yīng)用集成，使分布于不同區(qū)域、相互封閉的信息資源有機(jī)關(guān)聯(lián)起來(lái)，加深了行業(yè)管理的精細(xì)化和數(shù)字化程度，初步實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)域、跨行業(yè)的多部門間的工作協(xié)同，減少了重復(fù)勞動(dòng)，降低了建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

下一步將繼續(xù)探索ArcGIS的空間分析功能，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)多類實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析提煉，構(gòu)筑專題數(shù)據(jù)庫(kù)，為上海市防汛保安、水資源管理等專題應(yīng)用提供全方位的決策支持。

[1]水利部信息化工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.2008年度中國(guó)水利信息化發(fā)展報(bào)告 [M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2009.

[2]劉梅,章艷鋒.信息化對(duì)北京水務(wù)公共管理和綜合決策的影響研究[J]. 水文,2008（28）.

[3]張聞波.水利信息資源整合的必然性與面臨的問(wèn)題[J].水文，2008（28）.