基于WebGIS的水電安全信息管理系統(tǒng)設(shè)計

　　摘要：針對目前中小水電的數(shù)量較多且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為復雜的問題，通過webGIS技術(shù)設(shè)計了水電安全信息管理系統(tǒng)。首先，通過目前成熟信息網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、全球定位技術(shù)有效整合安全生產(chǎn)監(jiān)督管理技術(shù)與信息資源;之后，以最佳路徑理論、WebGIS技術(shù)等技術(shù)基于J2EE架構(gòu)設(shè)計了水電安全信息管理系統(tǒng)，有效實現(xiàn)安全監(jiān)管點的信息化、可視化與透明化，使安全管理與應(yīng)急救援工作效率得到進一步的提高。通過系統(tǒng)最后測試結(jié)果表示，系統(tǒng)運行滿足實際需求。

　　本文源自電子設(shè)計工程,2020,28(12):85-88+94.北大核心《電子設(shè)計工程》(半月刊)創(chuàng)刊于1993年，由西安三才科技實業(yè)有限公司主辦。中國科技核心期刊(科技論文統(tǒng)計源期刊)，原名《國外電子元器件》，主要介紹具有較高學術(shù)水平的、電子領(lǐng)域相關(guān)的理論、技術(shù)、方法的專業(yè)性技術(shù)期刊。

　　我國地域遼闊，部分地區(qū)的地形地貌較為特殊，河流比較多，而且天然落差比較大，誰能資源較為豐富。水電的數(shù)量較為龐大，所涉及的數(shù)據(jù)也比較多，傳統(tǒng)水資源管理的方法大部分都是通過表格與文本對數(shù)據(jù)進行存儲，此和水利現(xiàn)代化管理需求不符合，所以就要將地理信息系統(tǒng)與計算機等現(xiàn)代化的管理技術(shù)到水電管理中使用。對于以上問題與系統(tǒng)需求，本文通過現(xiàn)代信息技術(shù)和webGIS原理、概念相互結(jié)合，使Internet技術(shù)和現(xiàn)代水資源管理技術(shù)相互結(jié)合，研究并且創(chuàng)建數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與現(xiàn)代化的水電水資源管理信息系統(tǒng)[1]。此系統(tǒng)能夠使水資源管理效率得到提高，從而促進水資源信息的共享與優(yōu)化配置，有效實現(xiàn)信息統(tǒng)一管理，還能夠為水資源管理工作提供了一定決策支持與科學依據(jù)。

　　1、系統(tǒng)的需求分析

　　首先創(chuàng)建安全信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，比如數(shù)據(jù)收集與傳輸。創(chuàng)建安全信息網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)基礎(chǔ)，只有創(chuàng)建良好信息通道，才能夠有效傳輸信息數(shù)據(jù)，使人們對于信息化數(shù)據(jù)安全、高效、精準且技術(shù)的需求得到滿足，將信息化管理優(yōu)勢充分的展現(xiàn)出來。另外，創(chuàng)建信息化管理平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)大量水電安全數(shù)據(jù)的分類、歸納與整理，從而創(chuàng)建結(jié)構(gòu)清晰、標準規(guī)范的水電安全管理系統(tǒng)，使用戶能夠快速的以自身的需求對自己需要數(shù)據(jù)進行分析，降低工作強度，使決策分析精準性得到提高。最后創(chuàng)建信息發(fā)布平臺，利用此平臺能夠使信息通過廣域網(wǎng)對用戶或者公眾發(fā)布，實現(xiàn)資源共享[2]。

　　基于無線或者網(wǎng)絡(luò)的方式創(chuàng)建從各水電到主管部門鏈接，使各水電數(shù)據(jù)能夠到主管部門數(shù)據(jù)庫中傳輸。創(chuàng)建GIS地理信息系統(tǒng)，使用WebGIS技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布信息。在主管部門數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建水電資料庫，各個市縣能夠利用互聯(lián)網(wǎng)、廣域網(wǎng)對電站基本資料進行查詢。創(chuàng)建電站安全自動報警機制，利用短信等方式對相關(guān)人員通知。

　　充分使用硬件環(huán)境、軟件環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，與現(xiàn)有數(shù)據(jù)、系統(tǒng)相互結(jié)合，從而創(chuàng)建信息豐富、功能完善、資源共享、使用方便的水電安全信息管理系統(tǒng)。利用多層架構(gòu)的B/S模式創(chuàng)建，在VPN專網(wǎng)中運行，能夠?qū)⑿畔l(fā)布到公眾用戶，利用多層次分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，客戶端、WebGIS、WebServer等都能夠在不同機器中分置[3]。

　　2、系統(tǒng)的設(shè)計

　　2.1系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)使用模塊化與面向?qū)ο蠹夹g(shù)進行設(shè)計，利用B/S方式創(chuàng)建平臺，圖1為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。主要包括層次包括信息采集層、數(shù)據(jù)資源層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和服務(wù)應(yīng)用層。

　　其一，信息采集層。實現(xiàn)水電水資源管理系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)收集，并且對數(shù)據(jù)庫傳輸;

　　其二，數(shù)據(jù)資源層。為系統(tǒng)提供信息數(shù)據(jù)支撐，利用SQL對相關(guān)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)與水資源行業(yè)信息統(tǒng)一管理;

　　其三，數(shù)據(jù)訪問層。對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表進行刪除、增加、查詢與更新，其并不直接面向服務(wù)應(yīng)用層，利用業(yè)務(wù)邏輯層對服務(wù)應(yīng)用層需要的信息進行傳遞;

　　其四，業(yè)務(wù)邏輯層。通過ArcGISServer提供網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)請求，和水資源行業(yè)信息相關(guān)服務(wù)都能夠在此層實現(xiàn);

　　圖1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　其五，服務(wù)應(yīng)用層。用戶利用Internet網(wǎng)在瀏覽器中通過不同身份到系統(tǒng)中登錄，權(quán)限各有不同，以權(quán)限有不同應(yīng)用模式與范圍。用戶不需要安裝程序只需要瀏覽器就能夠訪問，從而實現(xiàn)系統(tǒng)交互，就能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的瀏覽、查詢和得到應(yīng)用服務(wù)[4]。

　　2.2系統(tǒng)的模塊設(shè)計

　　2.2.1用戶管理

　　以用戶所屬的公司，在新增用戶之后能夠為用戶綁定公司，綁定公司之后就能夠?qū)Σ煌慕巧M行綁定，以不同的綁定公司所綁定的角色也不同。用戶能夠單個或者多個用戶的啟用和停用，停用之后用戶無法登錄到系統(tǒng)中。

　　集中管理系統(tǒng)的用戶，分別為企業(yè)用戶與系統(tǒng)用戶。系統(tǒng)用戶指的是系統(tǒng)維護人員，配置系統(tǒng)角色;企業(yè)用戶為電站操作用戶，還是企業(yè)管理人員，還能夠?qū)ζ胀ㄓ脩暨M行操作。

　　2.2.2水雨情信息查詢系統(tǒng)

　　實現(xiàn)水雨情數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，并且實時的通過水利廳水文局服務(wù)器實現(xiàn)水文測站監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收。查詢并且繪出各個測站歷史水位過程線和歷史流量過程線、雨量測站降雨量圖表。

　　2.2.3實時信息管理系統(tǒng)

　　使省內(nèi)各個水電實時監(jiān)控與基本資料等數(shù)據(jù)利用相應(yīng)方式收集到數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)中，之后到省水利廳農(nóng)電局主服務(wù)器中收集，還能夠收集三防指揮信息系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)信息并且展現(xiàn)。收集數(shù)據(jù)方式主要包括數(shù)值型與圖像的數(shù)據(jù)，將當時電站關(guān)鍵設(shè)施運行的情況與現(xiàn)場情況充分的展現(xiàn)出來[5]，建設(shè)的內(nèi)容主要包括：

　　水電數(shù)據(jù)現(xiàn)場收集：將實時數(shù)據(jù)錄入到水電現(xiàn)場，使用相應(yīng)方式到服務(wù)器中發(fā)送;

　　現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集：通過服務(wù)器實現(xiàn)水電現(xiàn)場錄入與收集實時數(shù)據(jù)的收集，并且自動入庫;

　　三防指揮數(shù)據(jù)收集：自動分析三防指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)，將需要的數(shù)據(jù)自動的提取，并且在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中自動的錄入;

　　水電基本資料上報和接受：各個水電上報自身水電基本資料，在服務(wù)器實現(xiàn)資料接收之后自動實現(xiàn)水電基本資料的入庫;

　　水電實時數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計：根據(jù)其他條件或者時間對服務(wù)器中所接收水電實時數(shù)據(jù)的查詢與統(tǒng)計。

　　2.2.4水電綜合信息管理

　　實現(xiàn)水電綜合信息庫的創(chuàng)建，將全省水電信息進行錄入。對各水電基本信息進行查詢;對水電歷史技術(shù)改造情況進行查詢;對水電相關(guān)單位信息進行查詢;對水電水庫情況進行查詢;對水電淹沒損失和工程永久占地情況查詢;對水電經(jīng)濟指標信息查詢;對水電經(jīng)濟、庫容、工程、效益等信息查詢。基于webGIS實現(xiàn)水電地圖標定水電位置[6]。

　　2.2.5角色管理

　　角色管理能夠?qū)崿F(xiàn)角色的添加、刪除和修改等功能，添加角色之后，就能夠為此角色綁定資源，對角色需要資源進行調(diào)整;并且還能夠綁定公司，角色類型主要包括：

　　系統(tǒng)角色：其為系統(tǒng)維護人員角色，只能夠?qū)ο到y(tǒng)用戶、角色進行配置;

　　公共角色：此角色能夠使公共資源配置成為共同操作資源，為不同公司配置使用;

　　私有角色：此為相關(guān)企業(yè)自有角色，只有此變電站人員才能夠使用，其他電站人員無法實現(xiàn)此角色的配置。

　　2.2.6實時監(jiān)控動態(tài)視頻

　　系統(tǒng)將視頻服務(wù)器和所連接的彩色攝像機作為監(jiān)控單元，上行和攝像機連接，下行和網(wǎng)絡(luò)連接，直接將攝像機所攝取模擬圖像信號朝著數(shù)字信號轉(zhuǎn)化。利用計算機網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)控終端顯示設(shè)備傳輸，從而實現(xiàn)實時播放;另外使幀緩沖器數(shù)字視頻數(shù)據(jù)存儲到計算機中，并且使數(shù)字視頻數(shù)據(jù)存儲地址到數(shù)據(jù)庫中存儲。基于aspx頁面嵌入插件，利用調(diào)用數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)視頻存儲路徑信息的讀取，以此實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的播放與監(jiān)控。圖2為視頻通信流程。

　　圖2視頻通信流程

　　2.2.7生產(chǎn)指標管理

　　系統(tǒng)能夠收集水電指標，將發(fā)電量、水量提供給管理層與決策層，之后分析后臺數(shù)據(jù)，電站及時調(diào)整運行方式，節(jié)約用水，提高水電經(jīng)濟運行效率，還能夠使能耗降低，優(yōu)化機組的運行。其次，系統(tǒng)還能夠計算歷史的有效數(shù)據(jù)，構(gòu)成經(jīng)濟指標考核報表與生產(chǎn)統(tǒng)計報表，管理人員能夠?qū)χ按鎯Φ纳a(chǎn)數(shù)據(jù)對比當天的數(shù)據(jù)，對其客觀的進行分析，合理制定發(fā)電任務(wù)，提高發(fā)電收入。

　　2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

　　2.3.1數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)主要包括河流數(shù)據(jù)、專業(yè)數(shù)據(jù)等，為了方便管理，以數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)內(nèi)容使數(shù)據(jù)劃分成為屬性數(shù)據(jù)與空間商數(shù)據(jù)。

　　其一，基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)指的是具備空間地理信息數(shù)據(jù)，比如河流分布、行政區(qū)劃、湖泊等，表1為部分屬性數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)都是通過圖形化要素構(gòu)成，每個要素為獨立圖層。

　　其二，屬性數(shù)據(jù)。主要包括和系統(tǒng)管理權(quán)限相關(guān)數(shù)據(jù)、和水電匹配數(shù)據(jù)、和項目取水審批相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　其三，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化管理。系統(tǒng)中具備屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)，以此系統(tǒng)使用ESRIArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎結(jié)合SQL實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

　　表1部分屬性數(shù)據(jù)

　　2.3.2數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　概念結(jié)構(gòu)設(shè)計為現(xiàn)實世界抽象，能夠?qū)F(xiàn)實世界反應(yīng)出來，包括實體與實體的聯(lián)系，還能夠朝著網(wǎng)狀、關(guān)系與層次等數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。一般利用E-R圖表示關(guān)系。對系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息類別與關(guān)聯(lián)關(guān)系進行提取，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息來源和信息性質(zhì)的明確[7]，圖3為水資源管理實體和實體的關(guān)系。

　　圖3水資源管理實體和實體的關(guān)系

　　3、系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　引入J2EE技術(shù)創(chuàng)建webGIS系統(tǒng)，整體webGIS系統(tǒng)使用SSH輕量級框架集成架構(gòu)，利用arcgis封裝地圖空間實現(xiàn)GIS多項功能集成與實現(xiàn)。為了使用戶能夠利用瀏覽器查詢地圖信息的過程中提高用戶體驗，利用AJAX技術(shù)滿足地圖信息異步刷新需求。在客戶端，用戶只需要以瀏覽器中所設(shè)置功能按鈕就能夠?qū)崿F(xiàn)操作系統(tǒng)中功能與地圖信息的瀏覽與發(fā)布。圖4為系統(tǒng)的平臺圖。

　　圖4系統(tǒng)的平臺圖

　　圖4系統(tǒng)的平臺圖下載原圖

　　實現(xiàn)代碼為：

　　在地圖區(qū)域中，對鼠標左鍵單擊能夠?qū)Φ貓D進行移動，實現(xiàn)地圖瀏覽與查看。點擊工具欄中的縮小按鈕就能夠縮小。點擊工具欄中的放大按鈕，在地圖區(qū)域中就能夠?qū)崿F(xiàn)地圖的放大。使目前視頻區(qū)域中地圖進行界區(qū)，到打印設(shè)備中發(fā)送并且打印。以下為地圖操作代碼：

　　以水電指數(shù)根據(jù)房棟號查詢進行實現(xiàn)，利用存儲過程的調(diào)用實現(xiàn)指定房間水電指數(shù)查詢[8]。

　　4、結(jié)束語

　　基于WebGIS的水電安全信息管理在創(chuàng)建之后使用具有一定的優(yōu)勢。電站能夠以自身需求實現(xiàn)系統(tǒng)功能的定制，不需要在信息化硬件采購方面投入成本。還能夠?qū)崿F(xiàn)運行過程中的監(jiān)視，電站設(shè)備信息管理也能夠?qū)崿F(xiàn)電子化與規(guī)范化，使電廠安全生產(chǎn)水平得到提高。廣泛使用本文所設(shè)計系統(tǒng)，能夠解決單一電站信息化建設(shè)需求，還能夠利用積累經(jīng)驗與數(shù)據(jù)，為水電行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)化的服務(wù)。

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