基于GIS技術的海綿城市建設信息化管控平臺設計思路

楊蓁蓁

（南寧市勘測設計院集團有限公司，廣西 南寧 530021）

0 引 言

為加強海綿城市建設，2014年12月三部委聯合發布了《財政部、住房城鄉建設部、水利部關于開展中央財政支持海綿城市建設試點工作的通知》（〔2014〕838號）文件，支持海綿城市的試點建設工作。其中明確要求“建立有效的暴雨內澇監測預警體系”“采取有效措施加強能力建設”，信息化管理平臺是建立監測預警體系與能力建設的重要內容之一。海綿城市建設信息化管控平臺的建設，使海綿城市建設更加高效，運行管理更加便捷，系統效益更加顯著。要實現海綿城市的智慧化，就要完成一些數據采集、傳輸算、分析、反饋和修正的過程。需要借助在線監測技術，檢驗各個項目是否達到了海綿城市規劃目標要求，監測設施的長期運行效果，及時發現運行風險及問題，及時進行有效的處理處置，支持現場運行情況的應急預警，提高設施的運行保障率；海綿城市建設信息化管控平臺為管理者進行決策提供了數據支持，支撐海綿城市建設全生命周期管理，為設施的建設、運行、考核提供依據，保障設施的持續運營。

1 業務流程分析

生態城市是城市規劃與建設的終極目標，海綿城市是落實生態化建設與發展模式的重要手段。海綿城市及水城建設信息化管理的業務流程主要是指項目管理流程，各項目的管理流程按照“項目業主上報-職能部門管控”的原則進行，并輔以監測信息，結合各項規劃指標和建設指標，對海綿城市與水城建設的各項目以及成效進行整體的、綜合的管控。總體流程主要分為以下幾項內容：

立項階段的主要工作包括計劃報建和新增報建兩類。計劃報建。由內河管理處按照海綿城市及水城建設的工作任務，擬定年度報建計劃，經市發改委審批后統一立項。新增報建。對于報建計劃外的工作任務，按照正常的項目立項程序報市發改委單位立項。

設計階段在滿足城市總體規劃、城市控制性詳細規劃等相關規劃提出的影響開發控制部門與指標要求，對項目范圍內的建筑與小區、城市道路、城市綠地與廣場、城市水系等進行整體的設施布局、設施設計，并編制設計任務書，明確技術要求、落實指標以及工程運算等內容。

實施階段主要分為招投標和工程建設兩個部分。招投標工作，按照項目設計方案中具體建設要求進行招投標工作，明確各項工作的建設指標。工程建設工作，由項目業主按照規劃總圖、施工圖以及設計方案等對設計目標進行工程建設，主要建設內容包括建筑與小區、城市道路、城市綠地與廣場、城市水系，在建設過程中應嚴格按規劃設計文件進行控制。

各開發建設工程項目完成竣工驗收后，由維護管理部門做好設施的日常運行和維護管理，保障設施正常、安全運行。

2 總體設計

2.1 總體框架設計

海綿城市及水城信息化建設管控平臺不僅以實現海綿城市建設過程管控與考核評估為目標，平臺總體建設任務是：建設海綿城市一體化管控所必要的軟硬件及網絡基礎設施等運行支撐環境、建設項目管理信息數據和地理信息數據體系，搭建數字海綿城市及水城建設一體化管控平臺，為海綿城市建設和項目監管提供地理信息服務和應用的輔助支撐。其中，海綿城市及水城建設一體化管控平臺的總體結構分為六個層次，即基礎設施層、數據層、應用支撐層、管理層、信息共享服務層以及應用層，其總體結構如圖1所示。

圖1 平臺總體架構圖

支撐層：是支撐整個平臺運行的硬件設施、支撐軟件平臺和網絡設備環境的總稱。網絡設施包括政務外網、互聯網和專網三個部分，政務外網同公眾互聯網為邏輯隔離的網絡。硬件設施包括支撐數據體系的存儲設施、應用體系的服務器設施、運維與安全體系的網絡安全設施等。支撐軟件平臺包括操作系統軟件、數據庫管理系統軟件、GIS軟件、中間件、以及可能使用到的其他的支撐軟件。

數據層：主要包括管理層、專題層和基礎層三個數據層，將這三類數據通過數據倉庫技術形成用于支撐日常項目管理的數據庫。管理層數據主要是存儲各類項目的基本信息、進度、相關文件以及有關單位法人等數據，用于對項目整體的管理。專題層數據，將與海綿城市建設相關的專題信息進行建庫管理，包括水位信息、雨量信息、地下水信息等。對于跨部門的專題數據，可通過數據服務的方式接入到平臺中。基礎層數據包括以衛星導航連續運行跟蹤站站群為核心的現代化測繪基準服務體系，航空、航天、地面、手持一體化的地理信息快速更新體系。它為南寧市基礎地理信息庫提供可靠、穩定、實時的地理信息數據來源。

平臺層：以網絡為基礎，整合自動化技術、物聯網技術、地理信息技術，將各功能模塊通過一個平臺進行統一的管理和應用。主要包括運維管理模塊、監控模塊以及數據中心管理模塊。

服務層：通過服務總線技術，將多源異構的數據服務以標準接口的方式進行交換，實現各類應用信息的準確、高效和安全傳遞。

應用層：是以基于空間地理信息開展的日常項目管理和監控的一體化平臺，在地理信息快速更新體系支持下，實現項目信息的實時更新和動態監測。主要分為兩部分，一是日常項目的管理，二是基于“一張圖”框架的應用。

門戶層：平臺的門戶站點，對訪問用戶的身份驗證。

2.2 建設架構設計

依托于市級政務外網、互聯網以及專網等網絡系統，以數字城市地理空間框架建設成果為基礎，結合GIS、數據庫、物聯網、傳感器技術，以現代化測繪服務體系為核心，構建覆蓋行政管理應用與服務、業務監管應用與服務、政務服務為一體化的海綿城市及水城建設一體化管控平臺。通過多部門政務信息數據的服務和交換，實現政府各應用部門之間的地理信息、監控信息以及政務信息等內容的有序交換、資源共享以及綜合分析，為海綿城市與水城建設的監管提供可靠、準確、穩定、實時的信息數據來源。系統的建設技術架構如圖2所示

圖2 系統技術架構圖

海綿城市及水城建設一體化管控平臺是通過接入各類系統的信息數據進行綜合分析后為用戶提供業務、項目管理支撐。

外圍系統主要包括了數字城市地理空間框架成果、以及各部門的業務信息和監控設備信息接入。數字城市地理空間框架主要是提供地理信息服務；各部門的綜合信息包括了氣象部門、城管部門等的設備監控和業務辦理等信息，以上信息服務均通過服務接口的方式進行交換。

數據獲取層主要是對共享交換數據進行處理，重點是對外圍系統的各類數據服務通過數據倉庫技術（ETL）進行數據重組，形成滿足海綿城市與水城建設一體化管控的所需要的各類信息。

數據存儲層主要是將各類數據進行建庫管理，包括了項目信息、模型信息、監控信息、用戶信息以及元數據等，是整個平臺運行和應用的數據基礎來源。

應用分析層是將各類數據按應用需求模型進行組合，實現項目管理、統計分析、數據監測、數據挖掘等功能。

信息系統集成將各類信息和系統功能通過門戶網站或移動APP為用戶提供服務，為用戶的決策、管理和業務辦理提供信息依據。

3 平臺功能設計

3.1 一張圖管理子系統

“一張圖”管理系統應用示范以海綿城市及水城建設一體化管控平臺為支撐，在線獲取的數據服務和功能服務；結合政府各應用部門的地理信息與業務信息數據，開發專題數據分析功能、專題圖繪制和輸出功能模塊。基礎地理信息數據服務方面，通過政務網或互聯網從數字南寧地理信息公共服務平臺以及其他各部門的系統在線共享基礎地形數據、航空衛星影像數據等基礎地理信息數據。

專題數據服務方面，通過政務網、互聯網以及專線的方式，一方面是獲取本部門的各類監測數據、項目管理以及業主單位的組織機構管理信息等，結合評估指標體系，以專題圖的方式實現展示、瀏覽、分析等功能；另一方面是外部數據服務接入。

功能服務模塊，實現數據疊加顯示、三維應用服務、路徑分析和元數據服務等地理信息服務。

專題數據分析功能模塊，從一張圖數據庫中獲取相關專題信息，通過疊加功能進行疊加，根據海綿城市與水城建設的實際專項需要，開發相關空間分析功能。

專題圖繪制和輸出管理模塊開發，針對實際管理和應用的需要，繪制與輸出多種專題圖。對各種數據內容選取組合，形成的數據集經符號化處理、圖面整飾后可形成重點突出、色彩協調、符號形象、圖面美觀的各類底圖，標準化制作專題圖。

3.2 考核指標展示子系統

考核指標展示系統主要是結合各項監管指標，在一張圖的基礎上，對各項目建設過程的實際情況進行綜合評估，以空間可視化方式，為用戶決策提供圖、表依據。考核指標展示系統，結合試點推進過程最新動態數據，按照最新的住建部海綿城市試點建設考核要求和指標具體設置，形成可考核、可量化的評估內容。目前，考核評估內容主要包括水生態、水環境、水資源、水安全以及制度建設等，并通過各項內容形成綜合報表。考核指標展示子系統界面如圖3所示。

圖3 平臺考核指標展示子系統界面

3.3 項目管理子系統

項目管理系統用于對海綿城市、水生態所有項目從立項—可研—設計—實施——運行各個階段與海水辦相關的綜合情況（包括投資、進度、設施運行等）進行整體監管，項目管理系統主要體現統籌安排、協調推進以及督查督辦三大模塊。統籌安排模塊是采用信息化手段對各項目的建設進程進行統籌的管理和監控，整體把控海綿城市與水城建設；問題協調處理模塊，用于記錄項目建設過程中，項目業主上報的問題與協調辦理的結果；督查督辦模塊，根據實際項目推進的需求，提供項目建設過程中各環節的督查督辦功能，并對進度即將到期、滯后等狀態進行預警、提醒。

3.4 數據監測子系統

市內河管理處、氣象局、城管局、公安局等部門分別建設了大量的雨量監測站、水位監測儀、流量計、水質儀以及視頻監測設備等，為了更好地對這些接入設備進行全面預警分析，需要建立一個全面的、立體的防控系統。通過建立信息化防控體系，全方位監測控制各監控設備，集合多種參數進行智能分析，及時準確對各監控點進行實時動態預警監測，避免與已有的各部門業務系統內容重復建設，最大化利用外部數據和內河處現有基礎設施、數據、軟件等資源。

3.5 數據采集子系統

數據采集系統實現監測點、監控設備數據的匯聚、加工和數據入庫；實現氣象局、水利局、水文局等部門實時監測信息的接駁；數據采集員可進行分析數據、報告、照片等信息上傳至數據中心，并由數據中心進行審核和統一管理。項目數據采集主要分為兩種，一是通過設備接入平臺，系統按實際周期動態采集，二是通過數據編輯處理模塊，以人工的方式進行數據錄入上報。

4 數據庫設計

海綿城市及水城建設管控平臺建設的數據庫主要包括：基礎地理信息數據庫、專題數據庫以及項目數據庫三部分內容。其中，基礎地理數據庫包含DLG、DOM、DEM、三維模型以及全景影像等基礎地理的相關數據信息等數據內容；專題數據庫包含雨量專題、液位專題、氣象監測專題以及流量專題等監測專題數據內容；項目數據庫包含項目管理、業務辦公以及文檔管理等數據內容。數據庫體系架構如圖4所示。

圖4 數據庫體系架構圖

基礎類主要包括基礎地理信息數據庫、管理業務數據庫以及系統運行數據庫，是平臺運行和各類應用開展的基礎支撐數據。基礎地理信息數據庫，主要包括數字線化圖、數字正射影像、數字高程模型、三維模型以及全景影像等，主要數據來源為數字城市地理空間框架的成果接入以及本項目的采集、修補測。管理業務數據庫，主要是指各類辦公數據、綜合檔案數據和各種政策法規數據。系統運行數據庫，主要存儲平臺和系統運行時所必須的數據項，比如系統日志、安全管理等。

業務類主要包括項目管理數據庫、信息上報數據庫以及模型分析數據庫等。其中，項目管理數據庫用于記錄已上報的項目信息，在此基礎上做統計分析和評估考核。信息上報數據庫存儲各項目業主擬上報的項目信息。模型分析數據庫主要存放模型參數和各類專題分析的結果數據等，是項目考核評估依據。氣象監測數據庫。用于存儲氣象專題及其監測的數據，比如降雨量信息等。水利專題數據庫。用于存儲水利專題信息，比如內澇點信息等。監測信息數據庫。用于周期性記錄各監測設備的信息，比如水位計、液位計等。多媒體數據庫。用于存儲圖片、音頻、視頻、掃描文檔、文本文檔等。

5 應用支撐系統設計

應用支撐平臺位于硬件和應用系統之間，是整個平臺的基石，為平臺提供系統開發所必需的開放式配置界面和接口，以保證開發的應用系統能夠給予應用支持平臺進行構建。

GIS是一種基于計算機的工具，它可以對空間信息進行分析和處理（簡而言之，是對地球上存在的現象和發生的事件進行成圖和分析）。GIS技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作（例如查詢和統計分析等）集成在一起。

6 結 論

基于GIS技術，結合海綿城市規劃建設需求，建設市級權威、唯一的海綿城市及水城建設數據管理、業務管理、服務管理、監管監控的綜合性平臺、配套的海綿城市建設信息化相關體系、相關的軟硬件支撐環境，采用“地理信息+”模式，將原本分散的系統及數據進行統一平臺、統一格式的管理，為全市海綿城市建設、水環境綜合治理項目中的輔助決策、運行維護、統計分析、協調督辦等工作提供信息化支撐。