雄安新區水文信息可視化平臺設計與實現

吳堯慧

（中國礦業大學（北京）地球科學與測繪工程學院，北京100083）

國家級新區雄安新區地處白洋淀流域下游，歷史洪澇災害頻發，未來災害風險仍不可忽視。雄安新區地處華北地區最大的淡水湖泊——白洋淀，水面面積約366 平方公里，占全區約1/5[1]。白洋淀承接上游潴龍河、孝義河、唐河、府河、漕河、南北瀑河及白溝引河等九條支流的匯水，流域降雨集中在7-8 月份，約占年降雨總量的60%，是洪澇災害發生的主要時段[2]。白洋淀上游支流的山區洪水和中游平原區的集中降雨易引發洪澇災害，據史料過去700 年雄安三縣之一的雄縣每12 年發生1 次特大洪災[2]。1963 年白洋淀所處海河流域發生特大洪水,災害波及409.7 萬hm2土地，經濟損失約60 億元，給流域社會經濟發展帶來嚴重的災難[3]。構建一個高精度、實時動態與智能化水文信息管理平臺，強化水文信息的精細化管理，成為洪澇災害應急管理亟待解決的重要問題。本文基于WebGIS 相關的B/S 架構技術[4，5]、空間信息可視化技術[6，7]，設計開發出包括水文信息查詢、水文信息統計和洪水模擬信息可視化等功能的水文數據共享平臺，精細化智能化管理雄安新區水文信息。

1 基于WebGIS 的雄安水文信息可視化平臺設計

1.1 系統體系結構設計

平臺采用瀏覽器/服務器（Browser/Server,B/S）結構（圖1），其中數據預處理負責統一數據格式和坐標系，同時為上層數據存儲提供一致的數據，數據存儲采用支持PostGIS 拓展的PostgreSQL 數據庫管理系統，實現對屬性數據和空間數據高效存取和統一管理。地理信息服務連接后臺數據庫與前端應用，提供數據庫接入服務、地理信息服務、查詢統計服務響應前端用戶的各種請求。應用層負責具體的應用操作，采用CesiumJS調用地圖服務（Web Map Service）和要素服務（Web Feature Service）,實現圖層的顯示、放大、縮小、漫游等基本地圖功能以及查詢、統計分析等各項應用，滿足用戶數據管理中的實際應用需求。

1.2 系統數據庫設計

圖1 系統架構

圖2 洪水情景及交互式拾取水深

白洋淀流域的水文資料為紙質資料，既有歷史數據也有實時數據，因此在設計水文信息數據庫時，數據庫具備靈活性、可拓展性以滿足大規模數據存儲，同時保證數據的完整性和有效性，為上層應用提供多種接口，為數據顯示、查詢、分析提供保障。水文信息數據庫在設計上分為水文要素值數據庫、基礎地理空間數據庫以及后臺管理數據庫三大類庫。其中，水文要素值數據庫用于存儲水文站點的基本信息數據以及網絡上實時獲取的降雨數據與按不同粒度統計的水文數據，基礎地理信息數據庫存儲行政區劃數據、河流數據、水文雨量站點數據、土地利用數據等空間基礎地理數據；后臺管理數據庫用于存儲登錄用戶信息。

2 系統功能的詳細設計與實現

2.1 洪水動態可視化及交互式查詢

基于《河北雄安新區建設綱要》中防洪標準要求，系統設置了雄安新區10 年、50 年、100 年與超100 年的洪水情景模擬接口。為增強洪水演進過程動態模擬的交互性，添加了實時拾取特定空間位置水深的功能（圖2）。該功能實現的關鍵在于坐標轉換[8]和洪水水深插值。在瀏覽器端拾取屏幕坐標，將屏幕坐標轉換為模型坐標，根據模型坐標進行水深插值，即可獲得該點位水深。

2.2 基礎地理信息及降雨徑流數據可視化

2.2.1 基礎地理信息可視化?；诨A地理信息數據庫中存儲數據，采用平臺完成了基礎地理數據的可視化。主要包括地形、河流、水文站點、雨量站點、水庫與土地利用等信息融合和可視化，這些信息的可視化是構建流域水文環境的基礎，有助于全面、清晰地了解流域的水文概況。

2.2.2 水文信息可視化及查詢。平臺融合了白洋淀流域降雨流量歷史數據及從網絡上獲取的雄安三縣實時氣象服務，從歷史和現狀兩個維度分析雄安地區的降雨及徑流情況。系統采用Echart 統計圖展示技術，從逐日、逐月、逐年不同時間維度，采用柱狀圖、餅狀圖、折線圖等不同表現形式分析歷史和現狀的降雨徑流信息。同時系統實時獲取雄安地區氣象部門的降雨信息服務，并運用WebGL 的粒子效果對雨情實時信息進行可視化展示。雄安三縣的實時降雨信息來源于網絡實時氣象服務（http://wthrcdn.etouch.cn/weather_mini?city= 安 新 縣；http://wthrcdn.etouch.cn/weather_mini?city= 容 城 縣 ；http://wthrcdn.etouch.cn/weather_mini?city=雄縣），采用WebGL 的粒子系統，根據降雨的強度，調整粒子的密度和速度，達到降雨情景實時仿真模擬。

3 結論

利用WebGIS 相關的空間數據存儲技術、地理信息服務發布技術、空間信息可視化技術設計雄安水文信息管理平臺，對白洋淀流域歷史和實時的水文信息進行統一管理和可視化，實現水文信息管理的可視化、動態化、實時化，為雄安各級水利部門提供水文信息共享平臺。系統在數據管理的同時，還提供方便快捷的查詢、統計、輸出等功能，有效輔助于各項水利業務的實施，為推動雄安水利信息化建設起到了重大作用。