高仁強(qiáng)，張 鵬，彭海波，鄧小霞，劉 智，楊志潮，鐘建群，李興漢

（廣東省水利水電科學(xué)研究院，河口水利技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣州 510630）

0 引 言

山洪災(zāi)害點(diǎn)多面廣、突發(fā)性強(qiáng)、防御難度大，是我國(guó)洪澇災(zāi)害中致人傷亡的主要災(zāi)種［1，2］，是廣東省自然災(zāi)害的“頭號(hào)殺手”，也是制約山丘區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。據(jù)應(yīng)急管理部發(fā)布的全國(guó)自然災(zāi)害調(diào)查結(jié)果顯示，廣東省平均每年因暴雨導(dǎo)致的洪澇災(zāi)害造成240 多萬(wàn)人受災(zāi)，60 多人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失近28 億元，近5年來(lái)山洪災(zāi)害的死亡人數(shù)占洪澇災(zāi)害死亡人數(shù)的70%以上。廣東省山洪威脅地區(qū)涉及18個(gè)市、80 個(gè)縣、922 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、10 454 個(gè)行政村、54 366 個(gè)自然村，覆蓋面積約10.13 萬(wàn)km2的土地，威脅人口達(dá)1 631.56 萬(wàn)人。受土地資源制約，山丘區(qū)人口不斷向沿河地勢(shì)相對(duì)平緩地帶集中，山丘區(qū)極端暴雨頻發(fā)，加上山丘區(qū)技術(shù)力量薄弱、財(cái)力不足、防御設(shè)施有限，導(dǎo)致山洪災(zāi)害防御形勢(shì)極為嚴(yán)峻。

近年來(lái)，廣東省深入貫徹落實(shí)水利部、國(guó)家防汛抗旱總指揮部的決策部署，通過(guò)大力推進(jìn)中小河流治理、隱患水庫(kù)除險(xiǎn)加固、山洪災(zāi)害防治等項(xiàng)目，山洪災(zāi)害防治工作逐漸取得成效。其中，廣東省在2013-2015年基本完成全省80 個(gè)山洪災(zāi)害防治縣的山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)任務(wù)［3］。通過(guò)開(kāi)展山洪災(zāi)害調(diào)查，初步查清山洪災(zāi)害防治區(qū)范圍、小流域基本特征和暴雨特性、沿河村落的人員分布、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和歷史山洪災(zāi)害情況等基本信息；在調(diào)查成果的基礎(chǔ)上以小流域?yàn)閱卧_(kāi)展分析評(píng)價(jià)工作，評(píng)價(jià)防治區(qū)內(nèi)沿河村落的防洪現(xiàn)狀能力，并科學(xué)劃定危險(xiǎn)區(qū)范圍、明確轉(zhuǎn)移路線和安置點(diǎn)、確定成災(zāi)水位和預(yù)警指標(biāo)，形成了山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)成果大數(shù)據(jù)［3］。但是這些調(diào)查評(píng)價(jià)成果僅僅是按照國(guó)家要求填報(bào)匯總?cè)霂?kù)而已，并沒(méi)有直接應(yīng)用于基層干部群眾防御山洪災(zāi)害，調(diào)查評(píng)價(jià)成果大數(shù)據(jù)的價(jià)值并未得到充分挖掘利用。另一方面，我省大部分縣鎮(zhèn)村基層技術(shù)力量薄弱、財(cái)力有限，因此如何在有限的財(cái)力下，盡可能充分利用調(diào)查評(píng)價(jià)成果大數(shù)據(jù)，提高基層的山洪災(zāi)害防御能力和水平，就是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

為使調(diào)查評(píng)價(jià)成果能及時(shí)應(yīng)用于基層的防汛指揮工作，充分挖掘調(diào)查評(píng)價(jià)成果的數(shù)據(jù)價(jià)值，研究中選取廣東省云浮、清遠(yuǎn)、梅州、河源、韶關(guān)、汕尾和茂名7 個(gè)地市的重點(diǎn)防治縣、鎮(zhèn)開(kāi)展山洪災(zāi)害防御圖和防御手冊(cè)編制工作，同時(shí)配套開(kāi)發(fā)了基于WebGIS 的防御圖冊(cè)信息管理系統(tǒng)，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和安全控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)防御圖冊(cè)各類數(shù)據(jù)的可視化展示、動(dòng)態(tài)管理、在線更新及溯源追蹤等功能，進(jìn)一步提高基層水利部門的山洪災(zāi)害信息化管理能力。

1 防御圖冊(cè)編制技術(shù)

山洪災(zāi)害防御圖是將山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)成果直接運(yùn)用到基層的重要舉措，將調(diào)查評(píng)價(jià)的主要成果布置在一張圖上，使之以直接、直觀、形象、生動(dòng)的形式進(jìn)行展示和表達(dá)，指導(dǎo)基層科學(xué)防御山洪災(zāi)害。防御手冊(cè)則是防御圖的拓展工作，目的是對(duì)防御圖進(jìn)一步解釋和對(duì)圖上無(wú)法完整表達(dá)的防汛要素進(jìn)行補(bǔ)充完善，同時(shí)向基層普及山洪災(zāi)害防御和自救知識(shí)，形成“一圖一冊(cè)”形式的防汛指揮專題圖冊(cè)，為及時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)、全面的防汛指揮作業(yè)提供參謀。

1.1 防御圖編制方法

1.1.1 數(shù)據(jù)收集與復(fù)核

防御圖所需的數(shù)據(jù)資料可歸納為基礎(chǔ)地理信息、調(diào)查評(píng)價(jià)成果、防汛臺(tái)賬、隱患點(diǎn)以及其他數(shù)據(jù)5大類?；A(chǔ)地理信息主要包括各級(jí)行政區(qū)劃、行政駐地、各等級(jí)道路、鐵路以及河流水系等信息；調(diào)查評(píng)價(jià)成果包括防治區(qū)基本情況、沿河村落人數(shù)和戶數(shù)、危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)與范圍、預(yù)警指標(biāo)、防洪能力評(píng)價(jià)、水雨情監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)施、轉(zhuǎn)移路線和橫斷面等信息；防汛臺(tái)賬包括各級(jí)防汛指揮中心、物資倉(cāng)庫(kù)、防汛搶險(xiǎn)隊(duì)伍、安置點(diǎn)、易澇點(diǎn)等；隱患點(diǎn)數(shù)據(jù)則包括隱患水利工程、地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)和削坡建房隱患點(diǎn)；其他數(shù)據(jù)則包括中小河流治理河段、防御預(yù)案、防汛責(zé)任人以及數(shù)字高程模型等。

數(shù)據(jù)收集過(guò)程中由于防汛臺(tái)賬、隱患點(diǎn)數(shù)據(jù)資料多數(shù)是通過(guò)各地水利部門逐級(jí)上報(bào)所得，存在漏報(bào)、誤報(bào)等情況，為提高數(shù)據(jù)成果質(zhì)量，需要進(jìn)一步復(fù)核，通過(guò)實(shí)地走訪、現(xiàn)場(chǎng)交流與書面征求意見(jiàn)等形式，對(duì)表格數(shù)據(jù)的漏報(bào)誤報(bào)項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)充完善。根據(jù)要素的坐標(biāo)信息通過(guò)GIS空間連接工具關(guān)聯(lián)要素所在的區(qū)劃信息，與地址比較以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修正位置錯(cuò)誤的要素。

1.1.2 地圖設(shè)計(jì)

地圖設(shè)計(jì)主要包括要素符號(hào)設(shè)計(jì)、專題信息表設(shè)計(jì)和地圖輔助信息表達(dá)3 個(gè)方面。防御圖要素的符號(hào)設(shè)計(jì)主要根據(jù)《水利空間要素圖式與表達(dá)規(guī)范》（SL 730-2015）和《防汛抗旱用圖圖式》（SL 73.7-2013）進(jìn)行設(shè)計(jì)，鎮(zhèn)級(jí)防御圖需要將各類防汛要素信息進(jìn)行詳盡展示，而縣級(jí)防御圖則需要適當(dāng)精簡(jiǎn)和概化，以突出重點(diǎn)。專題信息表設(shè)計(jì)主要是在防御圖中補(bǔ)充山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)的成果資料，如山洪災(zāi)害調(diào)查成果表、分析評(píng)價(jià)成果表和設(shè)計(jì)暴雨成果表。其中山洪災(zāi)害調(diào)查成果表主要內(nèi)容有防治區(qū)基本概況（沿河村落人口、戶數(shù)、面積等）、防治區(qū)涉水工程數(shù)量、危險(xiǎn)區(qū)總?cè)丝谂c房屋信息、預(yù)警設(shè)施數(shù)量；分析評(píng)價(jià)成果表主要內(nèi)容有下轄鎮(zhèn)或村的現(xiàn)狀防洪能力、不同危險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域的人口和房屋數(shù)量、預(yù)警指標(biāo)等；設(shè)計(jì)暴雨成果表的主要內(nèi)容信息為歷史暴雨均值和不同設(shè)計(jì)頻率下的雨量信息。地圖輔助信息表達(dá)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括圖名、比例尺、圖例、指北針、鷹眼等輔助元素，其主要作用是幫助讀者宏觀上把握整幅地圖的內(nèi)容。需要注意的是，縣級(jí)防御圖還需對(duì)各鎮(zhèn)的關(guān)鍵調(diào)查成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以統(tǒng)計(jì)卡片的形式單獨(dú)布置在地圖上，方便縣級(jí)防汛人員快速了解各鎮(zhèn)防汛要素情況。

1.1.3 制圖綜合

（1）符號(hào)級(jí)別。制圖過(guò)程中，原始的道路數(shù)據(jù)包含高速、國(guó)道、省道等多種等級(jí)，但是GIS軟件是以無(wú)序的形式堆疊放置在地圖上，會(huì)出現(xiàn)高等級(jí)道路被低等級(jí)道路穿插而過(guò)的不合理現(xiàn)象，因此需要區(qū)分各類道路的層級(jí)關(guān)系，并且使得高等級(jí)的道路具有更高的連續(xù)性［7］。圖1 是原始道路數(shù)據(jù)直接渲染的顯示效果，很明顯在不同級(jí)別的道路交接處，道路無(wú)法平滑地融合起來(lái)。而設(shè)置符號(hào)級(jí)別后，相同層級(jí)的道路能保持連通，高等級(jí)道路不被低等級(jí)道路打斷，如圖2。

圖1 原始道路數(shù)據(jù)渲染效果

圖2 道路圖層設(shè)置符號(hào)級(jí)別后的渲染效果

（2）制圖表達(dá)。道路要素經(jīng)過(guò)符號(hào)化處理后，為便于縣鎮(zhèn)村各級(jí)防御圖的遷移與復(fù)用，采用制圖表達(dá)工具將道路要素符號(hào)以制圖表達(dá)的形式存儲(chǔ)在GDB文件中，以方便道路矢量圖層樣式可以隨圖層數(shù)據(jù)的遷移而遷移，提高制圖效率［7］。研究中主要對(duì)道路、水文站、水位站、水閘、橋梁和堰壩等要素設(shè)置了制圖表達(dá)。

（3）符號(hào)抽稀。在制圖過(guò)程中，將部分點(diǎn)狀要素符號(hào)采用標(biāo)注形式進(jìn)行表達(dá)，能起到抽稀的作用。比如應(yīng)急庇護(hù)點(diǎn)，如果直接將所有的應(yīng)急庇護(hù)點(diǎn)都以矢量點(diǎn)圖層進(jìn)行顯示，地圖的某些區(qū)域會(huì)因?yàn)橐胤?hào)的重疊而顯得非常緊湊，讓人難以快速理解要素實(shí)際所表達(dá)的信息，因此考慮將部分點(diǎn)狀要素符號(hào)以標(biāo)注形式顯示，則該點(diǎn)狀要素的空間布局就會(huì)根據(jù)地圖頁(yè)面的空間剩余情況合理分布和避讓，保持一定的間距，不至于地圖頁(yè)面空間太過(guò)緊湊，影響視覺(jué)體驗(yàn)。

（4）標(biāo)記分散。原始數(shù)據(jù)中，有些重要的防御要素（如監(jiān)測(cè)站點(diǎn)）由于地理位置非常接近，在大比例尺地圖上（如鎮(zhèn)級(jí)防御圖）能很好地分開(kāi)，但是在小比例尺地圖（如縣級(jí)防御圖）上就會(huì)聚合成一團(tuán)（如圖3）。因此需要以一定的參考比例尺為基準(zhǔn)，將不同比例尺下的要素符號(hào)轉(zhuǎn)換到該參考比例尺下，并設(shè)置合適的間距，將各個(gè)要素分散到該距離范圍外以避免壓蓋（如圖4）。

圖3 原始監(jiān)測(cè)點(diǎn)符號(hào)化顯示效果

圖4 原始監(jiān)測(cè)點(diǎn)經(jīng)過(guò)分散處理后的顯示效果

1.1.4 圖幅配置

綜合考慮各圖件要素需以清晰、完整、直觀的方式表達(dá)，符合基層干部群眾的快速識(shí)圖要求，參照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)水利行業(yè)的制圖規(guī)范，將地圖要素合理放置在圖幅范圍內(nèi)。其中鷹眼圖以及圖名、指北針、比例尺的位置是固定的，而分析評(píng)價(jià)成果表、調(diào)查評(píng)價(jià)成果表、設(shè)計(jì)暴雨成果表以及圖例的位置需根據(jù)地圖剩余空間進(jìn)行合理配置。本文針對(duì)各行政區(qū)劃的形狀特點(diǎn)，設(shè)置了橫幅、方幅和縱幅3 種不同的頁(yè)面布局，通過(guò)動(dòng)態(tài)計(jì)算行政區(qū)劃的外包矩形范圍，并比較分析評(píng)價(jià)成果表、調(diào)查評(píng)價(jià)成果表、設(shè)計(jì)暴雨成果表以及圖例四者與防御圖圖幅的高度關(guān)系，自動(dòng)選擇相應(yīng)的頁(yè)面布局以適配要素空間表達(dá)，如圖5所示。

圖5 圖幅配置示意圖

1.1.5 批量化制圖

由于不同的縣鎮(zhèn)或村級(jí)防御圖之間，除數(shù)據(jù)內(nèi)容不同之外，符號(hào)樣式、圖層風(fēng)格和圖幅配置等方面都保持一致，根據(jù)這一特點(diǎn)，可采用Arcgis的“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)頁(yè)面”功能進(jìn)行批量化制圖。為提高圖幅范圍的自適應(yīng)性，研究中采用arcgis python 技術(shù)對(duì)地圖布局進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了基于“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)頁(yè)面”的批量制圖代碼，通過(guò)設(shè)置頁(yè)面索引圖層以及索引字段，動(dòng)態(tài)配置頁(yè)面布局、地圖符號(hào)樣式和計(jì)算圖表位置，實(shí)現(xiàn)38 個(gè)縣和372 個(gè)鎮(zhèn)的防御圖批量化制作。

1.2 防御手冊(cè)編制方法

1.2.1 資料收集與校核

防御手冊(cè)所需的數(shù)據(jù)資料主要來(lái)源于防御圖，包括水利普查基礎(chǔ)信息、調(diào)查評(píng)價(jià)成果數(shù)據(jù)和汛期臺(tái)賬數(shù)據(jù)等，其中的許多數(shù)據(jù)都由各地防汛部門提供，不可避免地存在一些人工填報(bào)誤差，為方便數(shù)據(jù)的維護(hù)和更新，手冊(cè)的所有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)均按照統(tǒng)一的表格模版進(jìn)行匯總整理，經(jīng)校核無(wú)誤后再將其整編入庫(kù)，與防御圖冊(cè)信息管理系統(tǒng)共同建庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，供編制縣鎮(zhèn)村后期對(duì)防御手冊(cè)數(shù)據(jù)成果進(jìn)行維護(hù)和更新，保障防御手冊(cè)成果的時(shí)效性和可靠性。

為減少人工填報(bào)誤差，防御手冊(cè)收集的數(shù)據(jù)資料必須進(jìn)行檢查與校核，以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量達(dá)標(biāo)。資料檢查主要包括空間分布合理性、數(shù)值合理性、標(biāo)繪精度檢查等內(nèi)容，根據(jù)數(shù)據(jù)源的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可采用經(jīng)驗(yàn)判斷、異常值分析、抽樣推斷、地區(qū)對(duì)比等方法完成質(zhì)量檢查［2］。

1.2.2 數(shù)據(jù)入庫(kù)

數(shù)據(jù)校核完成后，為方便防御圖和防御手冊(cè)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理，研究中選用GIS 領(lǐng)域內(nèi)常用的postgre SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)完成各類防汛要素的空間信息與屬性信息的一體化存儲(chǔ)，存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的同時(shí)建立空間索引以提高數(shù)據(jù)的查詢與制圖效率，采用SDE數(shù)據(jù)庫(kù)引擎技術(shù)在GIS制圖軟件與Postgre SQL數(shù)據(jù)庫(kù)間建立數(shù)據(jù)通信接口，避免數(shù)據(jù)的分散存儲(chǔ)導(dǎo)致數(shù)據(jù)更新不同步問(wèn)題，該數(shù)據(jù)庫(kù)也是配套開(kāi)發(fā)的防御圖冊(cè)信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。

1.2.3 手冊(cè)設(shè)計(jì)

防御手冊(cè)的主體內(nèi)容包括山洪災(zāi)害基礎(chǔ)知識(shí)、山洪災(zāi)害防御體系、山洪災(zāi)害調(diào)查成果、防汛應(yīng)急能力和極端氣候情況五部分，共計(jì)十三章：第一章介紹山洪災(zāi)害基本知識(shí)，幫助基層工作者對(duì)山洪災(zāi)害有一個(gè)簡(jiǎn)要認(rèn)識(shí)；第二章介紹山洪災(zāi)害的成因，總結(jié)歸納山洪災(zāi)害的特點(diǎn)；第三章介紹我省山洪災(zāi)害防御體系組成要素，重點(diǎn)介紹山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，以指導(dǎo)基層山洪災(zāi)害防御工作者有針對(duì)性地編制山洪災(zāi)害防御預(yù)案；第四章介紹我省各級(jí)山洪災(zāi)害防御機(jī)構(gòu)的職責(zé)，明確縣鎮(zhèn)村各級(jí)防御責(zé)任人的工作內(nèi)容和職責(zé)要求；第五章介紹我省現(xiàn)有簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)施的種類、功能和使用方法；第六和第七章分別從社會(huì)層面和個(gè)人層面普及山洪災(zāi)害防御知識(shí)和技巧，幫助組織和個(gè)人有效應(yīng)對(duì)山洪災(zāi)害威脅；第八章介紹群測(cè)群防體系，重點(diǎn)講解基層培訓(xùn)與演練的任務(wù)和目標(biāo)；第九章介紹山洪易發(fā)區(qū)水庫(kù)防洪隱患和應(yīng)急處理措施；第十章對(duì)編制縣鎮(zhèn)的山洪災(zāi)害調(diào)查成果做簡(jiǎn)要介紹；第十一章對(duì)編制縣鎮(zhèn)的山洪災(zāi)害危險(xiǎn)點(diǎn)（區(qū)）情況做簡(jiǎn)要介紹；第十二章對(duì)編制縣鎮(zhèn)的山洪災(zāi)害防御設(shè)施和抗災(zāi)力量做簡(jiǎn)要介紹；第十三章對(duì)編制縣鎮(zhèn)的歷年極端氣候（如洪災(zāi)、旱災(zāi)）及其社會(huì)影響等做簡(jiǎn)要介紹。

1.2.4 手冊(cè)批量化制作

本文首先建立好統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的防御手冊(cè)模板文件，涉及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的內(nèi)容部分則采用占位符預(yù)先進(jìn)行標(biāo)記。然后基于python 腳本編程技術(shù)開(kāi)發(fā)防御手冊(cè)批處理程序，從數(shù)據(jù)庫(kù)中按照所屬區(qū)域進(jìn)行查詢和篩選，然后填充到模版所對(duì)應(yīng)的占位符位置，所有的占位符填充完成后再更新模版文件，從而實(shí)現(xiàn)批量制作相關(guān)縣、鎮(zhèn)級(jí)防御手冊(cè)。另外，各編制縣、鎮(zhèn)工作人員可通過(guò)配套開(kāi)發(fā)的防御圖冊(cè)信息管理系統(tǒng)在線填報(bào)和修改防御手冊(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)容，數(shù)據(jù)內(nèi)容修改完成后，使用防御手冊(cè)批處理程序即可快速批量更新防御手冊(cè)。

2 防御圖冊(cè)成果信息化管控

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

防御圖冊(cè)信息管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)由物理層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和表現(xiàn)層四部分組成，整體設(shè)計(jì)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法律規(guī)范，同時(shí)滿足高內(nèi)聚低耦合的設(shè)計(jì)理念。物理層的主要作用是提供系統(tǒng)正常運(yùn)作所需的硬件設(shè)施，數(shù)據(jù)層主要是為提供系統(tǒng)正常運(yùn)作所必要的數(shù)據(jù)源，該系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)源包括地圖數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)三大類。業(yè)務(wù)層是系統(tǒng)架構(gòu)的核心部分，由于該系統(tǒng)是對(duì)防御圖冊(cè)的各類數(shù)據(jù)源進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，為各級(jí)部門在圖冊(cè)成果共享、更新與下載方面提供便利，各類數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)對(duì)各類數(shù)據(jù)的操作主要是通過(guò)ArcSDE 數(shù)據(jù)庫(kù)引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)，而地圖發(fā)布、要素編輯和空間分析則主要依賴ArcGIS Server 來(lái)完成。表現(xiàn)層則是為客戶端提供的應(yīng)用程序界面，系統(tǒng)用戶主要包括各級(jí)水利管理部門和基層群眾。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 WebGIS技術(shù)

WebGIS 是Internet 與GIS 結(jié)合的產(chǎn)物，是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)擴(kuò)展和完善傳統(tǒng)GIS 的一項(xiàng)新技術(shù)，其核心是利用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的空間信息管理及服務(wù)，以滿足空間數(shù)據(jù)共享以及GIS 業(yè)務(wù)的分布式處理需求［9-11］。與傳統(tǒng)GIS 相比，Web GIS具有跨平臺(tái)性好、輕量級(jí)、易部署、拓展性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)［12］。WebGIS 的工作原理是：客戶端采用Web 瀏覽器向服務(wù)器端發(fā)送空間數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器端主要負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)的分析和查詢操作，并將結(jié)果返回至客戶端進(jìn)行可視化展示，服務(wù)器端與客戶端之間的應(yīng)用交互主要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 地圖緩存技術(shù)

由于省級(jí)影像地圖的數(shù)據(jù)容量非常之大，普通的網(wǎng)絡(luò)帶寬無(wú)法做到實(shí)時(shí)訪問(wèn)與快速渲染，導(dǎo)致地圖的加載速度不能滿足正常的GIS 應(yīng)用需求，而地圖緩存則可以很好地解決該問(wèn)題。地圖緩存又稱地圖瓦片，是一個(gè)包含多個(gè)不同比例尺下整個(gè)地圖范圍的地圖切片目錄，采用靜態(tài)地圖切片技術(shù)實(shí)現(xiàn)地圖快速訪問(wèn)［13］。在客戶端發(fā)出訪問(wèn)地圖的請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器根據(jù)當(dāng)前的比例尺信息以及所需空間范圍獲取相應(yīng)級(jí)別下的地圖瓦片并拼接成地圖，取代通過(guò)服務(wù)器動(dòng)態(tài)創(chuàng)建地圖的方式，從而實(shí)現(xiàn)局部地圖的高效快速訪問(wèn)。

2.2.3 空間數(shù)據(jù)引擎SDE

SDE 是Spatial Database Engine 的縮寫，是一種介于GIS 應(yīng)用程序與空間數(shù)據(jù)庫(kù)之間的中間件技術(shù)，它為用戶提供了訪問(wèn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一接口。ArcSDE 是SDE 技術(shù)的一種，由世界著名的GIS 軟件生產(chǎn)商ESRI公司推出的一種空間數(shù)據(jù)引擎，它同時(shí)支持空間與非空間數(shù)據(jù)的操作處理，在分布式GIS 系統(tǒng)構(gòu)建方面具有廣泛應(yīng)用［14］。ArcSDE 將地理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，如Oracle、Postgre SQL 等，利用從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中繼承的強(qiáng)大數(shù)據(jù)管理功能對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而實(shí)現(xiàn)海量空間信息的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)與管理，保證了更高的存儲(chǔ)效率和數(shù)據(jù)完整性，尤其適用多用戶、大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用場(chǎng)景。

SDE的工作原理是：SDE客戶端發(fā)出請(qǐng)求，由SDE服務(wù)器端處理這個(gè)請(qǐng)求，通過(guò)SDE 應(yīng)用程序?qū)⒃撜?qǐng)求轉(zhuǎn)換成為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（DBMS）能處理的事務(wù)請(qǐng)求，DBMS 完成相應(yīng)的請(qǐng)求處理，SDE服務(wù)器端再將處理的結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給GIS應(yīng)用程序。

2.2.4 統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問(wèn)與安全控制

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地圖數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)與水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一訪問(wèn)機(jī)制，避免了對(duì)這幾類數(shù)據(jù)的獨(dú)立操作帶來(lái)的數(shù)據(jù)不同步問(wèn)題，有利于對(duì)地圖數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的一體化控制。地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Arcgis Server 服務(wù)器中，并以網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)（Web Map Service，WMS）的形式發(fā)布，發(fā)布過(guò)程中利用地圖緩存技術(shù)在Arcgis Server 服務(wù)器本地創(chuàng)建地圖緩存，進(jìn)而提供網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)途徑。空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，其中空間數(shù)據(jù)以發(fā)布要素服務(wù)（Web Feature Service，WFS）的形式提供對(duì)外訪問(wèn)途徑。此外，系統(tǒng)增加了一個(gè)統(tǒng)一的日志表，用戶對(duì)于數(shù)據(jù)的任何操作信息都會(huì)自動(dòng)記錄到日志表中，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的溯源追蹤，方便錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的檢查，為保障數(shù)據(jù)的安全性和可靠性提供支撐。

客戶端查詢地圖∕空間數(shù)據(jù)時(shí)，ArcSDE 會(huì)從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢要素圖層所對(duì)應(yīng)的服務(wù)地址，服務(wù)器對(duì)查詢到的服務(wù)地址進(jìn)行解析，將地址頭部、地址路徑等信息進(jìn)行拼接組成完整的訪問(wèn)地址，并返回給客戶端，客戶端攜帶此地址訪問(wèn)ArcGIS Server服務(wù)端并獲得查詢結(jié)果，進(jìn)而對(duì)圖層要素進(jìn)行編輯操作，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)支持下實(shí)現(xiàn)了防御圖冊(cè)的聯(lián)動(dòng)更新。

3 成果與應(yīng)用

3.1 防御圖成果與應(yīng)用

基于研發(fā)的防御圖編制方法，高效完成了廣東省7 個(gè)地市的38 個(gè)防治縣和382 個(gè)防治鎮(zhèn)的山洪災(zāi)害防御圖編制工作，縣級(jí)和鎮(zhèn)級(jí)防御圖制作效果分別如圖7 和圖8 所示?？h級(jí)防御圖重點(diǎn)表達(dá)各個(gè)鎮(zhèn)的防御要素統(tǒng)計(jì)信息，同時(shí)對(duì)水雨情監(jiān)測(cè)點(diǎn)、危險(xiǎn)區(qū)、隱患點(diǎn)、水利工程等關(guān)鍵要素詳細(xì)展示；而鎮(zhèn)級(jí)防御圖則突出細(xì)節(jié)信息，充分體現(xiàn)山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)成果。相比于傳統(tǒng)的純手工制圖方法而言，批量化制圖技術(shù)可以大幅壓縮編制時(shí)間。目前防御圖成果已全面交付各編制縣、鎮(zhèn)基層防汛部門使用，在山洪災(zāi)害的分析研判、安全巡查、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、人員安置、搶險(xiǎn)救災(zāi)等環(huán)節(jié)中都發(fā)揮重要作用，有力改變基層應(yīng)對(duì)山洪災(zāi)害的被動(dòng)局面。

圖7 縣級(jí)山洪災(zāi)害防御圖

圖8 鎮(zhèn)級(jí)山洪災(zāi)害防御圖

3.2 防御手冊(cè)成果與應(yīng)用

基于本文研發(fā)的防御手冊(cè)編制方法，高效完成了廣東省7個(gè)地市的38 個(gè)防治縣和382 個(gè)防治鎮(zhèn)的山洪災(zāi)害防御手冊(cè)編制工作，防御手冊(cè)制作效果如圖9 所示。目前防御手冊(cè)成果已全面交付各編制縣、鎮(zhèn)基層防汛部門使用，在山洪災(zāi)害的分析研判、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、人員安置、隱患處置、群測(cè)群防體系建設(shè)和普及防御常識(shí)等方面具有重要價(jià)值，并與防御圖共同形成“一圖一冊(cè)”的基層防汛指揮體系，進(jìn)一步增強(qiáng)了基層的山洪災(zāi)害防御和決策能力。

圖9 山洪災(zāi)害防御手冊(cè)

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

為滿足防御圖冊(cè)成果的安全、動(dòng)態(tài)、一體管控以及在線瀏覽更新等實(shí)際業(yè)務(wù)需求，基于WebGIS 框架，研發(fā)了山洪災(zāi)害防御圖冊(cè)信息管理系統(tǒng)，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和安全控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)防御圖冊(cè)各類數(shù)據(jù)的可視化展示、動(dòng)態(tài)管理、在線更新以及溯源追蹤等功能，有力保障數(shù)據(jù)成果的可靠性、準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

該系統(tǒng)已集成了所有編制縣鎮(zhèn)的山洪災(zāi)害防御圖冊(cè)成果，目前為縣鎮(zhèn)基層防汛部門提供了100 余次下載瀏覽服務(wù)、5 000余次數(shù)據(jù)更新與在線制圖服務(wù)，用戶量近1 000 人，同時(shí)該系統(tǒng)與廣東省的山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)進(jìn)行了對(duì)接，相關(guān)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、防汛預(yù)案等信息會(huì)動(dòng)態(tài)更新至監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)山洪災(zāi)害防御業(yè)務(wù)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，為山洪災(zāi)害防御業(yè)務(wù)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供重要支撐作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

研究針對(duì)廣東省基層技術(shù)力量薄弱、防御設(shè)施有限的現(xiàn)實(shí)情況，基于GIS 和Python 技術(shù)，探索了高效、美觀、實(shí)用、批量的防御圖和防御手冊(cè)編制技術(shù)方法，大幅提高了防御圖冊(cè)的編制效率，適應(yīng)山洪災(zāi)害防御要素持續(xù)動(dòng)態(tài)變化帶來(lái)的快速更新需求。以防御圖和防御手冊(cè)為抓手，推動(dòng)構(gòu)建“一圖一冊(cè)”的基層山洪災(zāi)害防御指揮新模式。編制成果能有效打通信息傳遞的末梢堵塞，有力扭轉(zhuǎn)了基層的山洪災(zāi)害防御被動(dòng)局面。

圖10 防御圖數(shù)據(jù)可視化展示

圖11 數(shù)據(jù)編輯功能

圖12 防御圖冊(cè)下載與更新

為滿足防御圖冊(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料信息的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性以及數(shù)據(jù)共享需求，基于WebGIS 框架，研發(fā)了山洪災(zāi)害防御圖冊(cè)信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和安全控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)防御圖冊(cè)各類數(shù)據(jù)的可視化展示、動(dòng)態(tài)管理、在線更新以及溯源追蹤等功能，在保障系統(tǒng)安全性的同時(shí)，為基層防汛指揮部門分析研判、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、人員安置、搶險(xiǎn)救災(zāi)提供決策依據(jù)，進(jìn)一步增強(qiáng)基層的山洪災(zāi)害防御能力。 □

圖13 基于日志的溯源追蹤管理