江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定成果管理信息系統建設研究

朱震東 王義坤 程 宇

(南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210009)

1 項目背景

黨的十八屆三中全會明確提出要加快生態文明制度建設，對水流等自然生態空間進行統一確權登記，形成歸屬清晰、權責明確、監管有效的自然資源資產產權制度，建立空間規劃體系，劃定生產、生活、生態空間開發管制界限，落實用途管制。為做好河湖和水利工程管理范圍劃定成果數據的管理工作，加強數據維護和應用，建設專項的管理范圍劃定信息地理系統,并在信息化基礎上推動各部門信息橫向共享十分必要。江蘇省各級水利部門也迫切需要構建管理范圍劃定成果管理信息系統，將成果應用到日常管理和執法過程中，輔助各部門作出科學決策。

2 系統設計

2.1 設計目標

2.1.1 建設信息數據庫

建設江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定成果管理信息數據庫，按照江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定成果管理需要，對現有的江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定成果數據庫進行組織結構調整和部分內容擴充，同時建設支撐管理信息系統運行的業務數據庫和元數據庫等。

2.1.2 完善信息系統各項功能

開發建設管理信息系統，提供對管理范圍劃定成果的總體概況、管理維護、地圖瀏覽、信息檢索、專題圖制作、數據疊加、輔助界線管理、專題圖制作、報表制作輸出和成果動態更新等功能。

2.2 系統架構

管理信息系統由運行支撐層、數據層、服務層和應用層構成，見圖1。

圖1 管理信息系統總體框架

2.2.1 運行支撐層

運行支撐層貫穿于整個系統，包括系統標準體系和運行環境體系兩部分。其中標準體系包括水利行業數據標準、規范、規定，測繪行業數據標準、規范、規定，以及成果管理相關的法規政策等。運行環境體系依托于江蘇省地理信息服務平臺，包括網絡、計算機、存儲備份系統和環境設施等。

2.2.2 數據層

數據層包括業務數據庫、劃定成果數據庫和元數據庫等。劃定成果數據庫包括圖形數據、屬性數據、電子檔案、文字報告和其他成果等數據。

2.2.3 服務層

服務層是系統建設的核心內容。服務層不僅提供由數據源直接發布的數據服務，如WMS、WFS、WMTS等，還提供依托于江蘇省地理信息服務平臺的各類專題圖制作服務、報表制作服務等，滿足用戶個性化需求。

2.2.4 應用層

應用層是省市縣三級水利部門基于保密網和水利專網建立的應用系統。管理信息系統為省市縣三級水利部門提供地圖瀏覽、信息檢索、專題圖制作、報表制作和成果動態更新等多種功能供用戶使用。

2.3 數據庫建設

按照江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定成果數據管理信息系統實施方案的數據庫設計內容進行數據庫建設。建設涵蓋河道、湖泊、水庫、涵閘、泵站、堤防六大類數據的劃定成果數據庫、支撐管理信息系統運行的業務數據庫及元數據庫，同時利用接口調用等方式借助江蘇省地理信息服務平臺中的基礎地理信息數據庫。

2.3.1 劃界成果數據庫

江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定成果數據采集有完善的技術標準，坐標系采用2000國家大地坐標系(CGCS2000)，精度0.01m，高程采用1985國家高程系，精度0.01m，矢量數據采用ARCGIS軟件制作的shapefile或GDB格式，屬性數據采用office軟件制作的xls或mdb格式。管理范圍劃定數據采用“5點4線3面”的標準進行統一采集，點要素為管理范圍界樁點、權屬范圍界樁點、測量控制點、管理范圍界樁移位點、告示牌位置點，線要素為管理范圍劃界基準線、管理范圍界線、權屬范圍界線、保護范圍界線，面要素為管理范圍面、權屬范圍面、保護范圍面，12個要素均有相關屬性采集規定，同時過程中界樁(牌)身份證、文字報告、電子檔案表等資料一并采集進入數據庫。

劃定成果數據庫建設對現有的江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定成果數據庫進行組織劃分，按照河道、湖泊、水庫、涵閘、泵站、堤防分為六大類，增加12個要素圖層，整合包含界樁身份證、移位點之記、不動產登記成果等電子檔案，合并文字報告及其他成果。12個要素圖層包含“5點4線3面”，分為空間矢量數據和屬性數據，空間矢量選用關系型數據庫進行管理，并采用Oracle Spatial技術存儲于后臺數庫中，屬性數據為office軟件制作的表格，利用關鍵字關聯空間矢量數據；電子檔案數據建庫按照界樁(牌)身份證、移位界樁(牌)點之記、不動產登記證書、告示牌等分類進行建庫存放；文字報告和其他成果合并存放于一張數據表中，按照類別進行區分。由于電子檔案、文字報告和其他成果數據均為大文件格式，以BLOB字段數據流的方式進行存儲，通過系統編碼關鍵字關聯空間矢量數據、屬性數據以及其他數據，數據庫組織結構見表1。

表1 劃定成果數據庫組織結構

續表

2.3.2 基礎地理信息數據庫

基礎地理信息數據主要包括DLG(數字線劃圖)和DOM(數字正射影像)等。其中，DLG需要1∶1萬及以上比例尺的地形圖數據，DOM數據需要0.3m分辨率及以上的影像圖數據，同時基礎庫還涵蓋行政區、水系、居民地、工礦及公共設施和獨立地物、交通道路、橋閘、管線、植被與土質地名及注記等。行政區是各地劃定工作的空間位置，地形圖和影像圖可判斷河湖工程管理范圍劃定的準確性，水系、橋閘等要素數據能夠輔助河湖工程的管理范圍與確周邊關系。

2.3.3 業務數據庫和元數據庫

業務數據庫用于支撐系統各項業務功能，包括用戶信息、專題制作、報表制作、輔助界線、成果動態更新和其他信息等。依據業務數據庫要求，以系統功能為原型，綜合考慮用戶的瀏覽查詢體驗，建設相關業務數據表，插入相關數據內容，并可根據新數據實時動態更新表格。元數據庫主要為確權對象、本底數據、年度更新等相關信息，對入庫數據的元數據按照以上類型分類讀取并寫入相應數據表，見表2。

表2 業務數據庫分類詳細組成

續表

2.3.4 數據存儲方式

空間矢量數據的組織采用空間分層、平面分塊的分類原則。系統采用關系型數據庫進行管理，劃定成果河道、湖泊、水庫、涵閘、泵站、堤防六大類數據均采用Geodatabase存儲于Oracle數據庫中，通過Oracle Spatial進行空間數據的管理與訪問。系統利用ArcGIS提供的導入工具，通過設置Oracle Spatial空間類型，將上報系統數據導入到Oracle Spatial相應的空間數據表中。業務數據庫及元數據庫包含的數據表為非空間數據表，均存儲于Oracle數據庫中。

2.4 關鍵技術突破

2.4.1 劃定成果綜合表達

a.劃定成果抽取整合。為提高成果統計效率，展現全省數據概況，項目對劃定成果進行數據分析，按照河湖分類、河湖分類子類型、行政區劃，進行數量統計、編碼提取、長度提取、面積提取等操作，形成數據基表。建立數據基表更新機制，保證數據準確性。按照數據統計口徑要求，根據行政區劃、河湖分類、河湖分類子類型等對數據進行快速統計，并通過接口以JSON格式提供給系統前臺調用。

b.劃定成果按需表達。系統根據用戶實際需要，運用成果數據關鍵詞過濾機制、數據表關聯方法，展示所需的成果數據，提供圖形查詢、組合查詢等多種信息查詢方式獲取成果信息，并為查詢結果的相關數據實時生成唯一的網絡下載地址，供用戶下載。通過調用江蘇省地理信息服務平臺資源服務接口，動態獲取所需的矢量、影像、水利普查等數據，進行地圖加載和信息查詢。

c.智能報表和專題統計。系統利用POI報表生成技術，報表類型按行政區劃分為省、市、縣三類，省級分類又分為匯總表、流域性河道明細表、省管湖泊明細表、大中型水庫明細表和大中型閘站明細表，市級分類又分為匯總表、按照工程類型的明細表和匯總表，縣級分別又分為匯總表、按照工程類型的明細表和匯總表。系統基于HTML5技術，運用Highcharts圖表庫，動態生成管理范圍界線長度、面積等多指標統計圖，支持柵格和矢量輸出。

利用規定的12種固定類型報表模板，定制項目成果各類報表。報表類型按行政區劃分為省、市、縣三類，省級分類又分為匯總表、流域性河道明細表、省管湖泊明細表、大中型水庫明細表、大中型閘站明細表，市級分類又分為匯總表、按照工程類型的明細表和匯總表，縣級分別又分為匯總表、按照工程類型的明細表和匯總表。

2.4.2 空間矢量數據在線按需切割

為使水利部門能夠自由獲取需要的空間矢量數據，以便于后期現場巡查、數據應用展示等，項目基于Python實現了服務端對空間數據的任意裁切。項目根據前端地圖繪制的圖形查找出與繪制圖形存在空間相交或包含關系的相關圖形數據標識，將圖形標識、相關圖層及繪制圖形坐標設為參數，項目后端服務對接收到的參數進行相應處理得到最終裁切的數據，形成唯一的網絡地址供用戶下載查看。

對于點數據，依據圖形唯一標識及圖層信息，從數據庫中直接獲取數據導入到裁切圖形mdb數據庫中。對于線面數據，需獲得用于裁切的圖形和裁切的目標圖形。項目利用Python對繪制圖形坐標串進行處理，從而恢復初始的繪制圖形用于裁切。按照圖形標識和圖層信息從數據庫中得到相應數據表的圖形數據，用得到的繪制圖形動態切割現有數據，得到落在繪制圖形范圍內的數據，重新組成新的圖形，將新圖形導入對應數據表中，得到動態切割的圖形，見圖2。

圖2 空間數據在線按需切割流程

2.4.3 CAD數據轉換疊加

水利部門的相關施工文件以CAD格式數據為主，如何將CAD數據直接展示到本系統中，使得數據更加豐富、直觀是一個難題。本系統實現對符合規定要求的CAD數據進行轉換和實時融合，與現有成果數據進行疊加顯示。系統提供CAD數據上傳入口，用戶上傳符合規定要求的CAD數據，系統后臺將讀取到的CAD數據由自身坐標轉換至CGCS2000坐標，再按照點、線、面、注記四類進行分類，并將分類后的數據導入到模板數據庫中。根據模板數據庫中數據類別分別導入到對應的Oracle Spatial數據庫表中。系統再將Oracle Spatial數據發布成地圖服務，系統完成數據導入后，自動加載顯示地圖服務實現CAD數據在地圖上的展示。

2.4.4 劃定成果動態更新

系統通過工作流的方式進行區塊整體更新，區縣用戶按照更新流程，提交更新范圍及更新數據，經過縣級審核、市級審核、省級審核等，自動與現有成果數據庫作比對，進行更新內容檢測。系統針對更新要素超出更新區域等情況，根據圖形動態切割方法，對更新要素按更新區域自動進行切割，并提示新增更新詳情。當數據通過審核并確認后，進行數據更新，歷史數據自動備份。

3 系統功能研發及應用

按照江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定成果管理信息系統實施方案設計內容，建設管理信息系統，實現基于保密網和水利專網的省市縣三級聯動的管理范圍劃定成果數據的管理和日常使用，包括總體概況、管理維護、地圖瀏覽、信息檢索、專題圖制作、報表制作輸出和成果動態更新等功能模塊。

3.1 劃定成果概況

總體概況包括全省概況、設區市概況、省管工程概況、按行政區劃劃分的河湖六大類型及其子分類的詳細數據，展示全省劃定成果的總體概況，見圖3。

圖3 系統總體概況界面

3.2 劃定管理維護

3.2.1 實名認證

系統通過江蘇省地理信息服務平臺的CA認證系統，將全省參與劃界工作的用戶進行統一實名認證管理，用戶被賦予不同權限訪問和使用功能。

3.2.2 統一身份管理

統一身份管理包括機構管理、用戶管理和角色管理。系統使用江蘇省地理信息服務平臺的統一身份管理實現機構管理和用戶管理等功能。用戶根據省市縣三級水利部門設置角色。

3.2.3 日志管理

日志包括用戶登錄日志和用戶操作日志。用戶登錄日志記錄用戶的登錄信息，包括用戶名、登錄時間。用戶操作日志記錄用戶操作各項功能的信息，包括用戶名、時間、功能操作信息。系統管理員可查詢系統運行情況，提供刪除、清空、導出等功能，以方便系統日志信息的管理，其他用戶僅能夠查詢本用戶的操作日志，不提供其他操作權限。

3.3 劃定地圖瀏覽

3.3.1 地圖快速瀏覽

系統將成果數據、背景圖層以目錄樹的方式進行管理，將成果數據按照河道、湖泊、水庫、涵閘、泵站、堤防六大類對數據進行過濾分類按需顯示，方便用戶查看。劃定信息檢索系統涉及的管理范圍劃界成果數據量大，在客戶端頁面上往往加載速度過慢，因此成果展示需實現提升大數據的加載渲染效率。系統對本底數據和歷年更新后數據，采用WMTS方式發布切片服務，根據地圖比例尺、當前視圖范圍和數據重要程度動態顯示數據，提升渲染效率，實現快速瀏覽效果。

3.3.2 面積、距離等測量

通過調用省地理信息服務平臺提供的測距測量服務，把點和面坐標集、地圖坐標系作為參數傳遞，在原頁面上測出總距離和面積的數據，見圖4。

圖4 系統測量界面

3.3.3 歷史對比

歷史對比實現基于數據庫中時態信息或其他信息通過屏幕對比查看不同時期更新的河湖工程數據，包括管理范圍界樁點、管理范圍線、管理范圍面等數據的歷史變化情況，實現不同時期數據的直觀對比分析查看，反映成果數據的變化情況，見圖5。

圖5 系統歷史數據對比界面

3.4 信息檢索

系統提供點選、線選、矩形、圓形和多邊形等方式查詢對應地圖數據的相關屬性信息，查詢結果以表格的形式進行展示。同時將查詢出的地圖數據坐標作為參數傳遞，在原頁面重新加載地圖，并對查詢結果高亮顯示。同時系統還提供按照行政區劃、河湖類型、水利分區、水資源分區和河湖名稱進行多條件組合查詢。查詢結果以表格的方式進行展示，可供用戶下載，查詢地圖要素高亮顯示。除了地圖要素和屬性信息外，還包含實施方案、批復等文檔，界樁照片、登記表等文字圖表內容，以壓縮包的方式供用戶下載，見圖6。

圖6 系統信息檢索界面

3.5 劃定數據疊加

系統數據疊加主要是針對CAD數據的疊加，系統提供上傳疊加特定格式的CAD文件，疊加到地圖上進行展示的功能。用戶可直接疊加數據庫中已經上傳的CAD文件，或者通過系統直接上傳或者刪除CAD數據，劃定成果管理信息數據數據庫自動更新數據，見圖7。

圖7 系統數據疊加界面

3.6 劃定報表和專題圖輸出

專題圖制作模塊是基于已有的基礎地理數據、水利基礎數據、專題數據、管理范圍劃定成果等數據源，以省地理信息服務平臺為基礎，利用平臺為專題制圖提供的功能接口，為各級用戶制作各類管理范圍劃定專題地圖，并調用省平臺提供的專題圖打印輸出接口，打印輸出相應的專題地圖。

系統提供管理范圍劃定成果屬性數據報表的定制服務，可供水利部門調用。利用規定的12種固定類型報表模板，定制項目成果各類報表。報表類型按行政區劃分為省、市、縣三類，省級分類又分為匯總表、流域性河道明細表、省管湖泊明細表、大中型水庫明細表、大中型閘站明細表，市級分類又分為匯總表、按照工程類型的明細表和匯總表，縣級分別又分為匯總表、按照工程類型的明細表和匯總表。系統實時生成報表唯一的網絡下載地址，供用戶下載，滿足日常管理需要，見圖8。

圖8 系統報表制作界面

3.7 劃定成果動態更新

系統根據新成果數據范圍和河湖名稱，經省市縣三級審核后替換新成果數據范圍內的數據，范圍外的數據保持不變。通過省市縣三級審核后，替換或者新增數據，同時，將更新前數據存在歷史庫中，并將相應的更新信息填入相關元數據表中，見圖9。

4 結 語

江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定成果信息系統基于江蘇省水利地理信息服務平臺，建立完善了全省統一的江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定成果數據庫，為保障管理范圍劃定成果質量、推進成果應用提供支撐。信息系統基于B/S架構，建立了全省河湖和水利工程管理范圍劃定成果數據查詢、統計、更新、輸出等一站式的管理信息系統，既能滿足各級水利部門對成果數據便捷維護、信息共享的需求，又能在一定程度上滿足水利部門實時更新數據，保證數據的現勢性與準確性的需求。系統界面友好、操作簡單方便、功能貼近實際工作需要，為便于水利工作人員對河湖和水利工程管理范圍劃定成果數據的日常使用和管理，提高工作效率起到了積極作用。

本文結合江蘇省河湖和水利工程管理范圍劃定實際，從系統設計、關鍵技術、系統研發等方面探討研究信息系統的開發思路，可為其他區域河湖和水利工程管理范圍劃定信息化工作提供借鑒。