基于GIS技术的海绵城市建设信息化管控平台设计思路

杨蓁蓁

（南宁市勘测设计院集团有限公司，广西 南宁 530021）

为加强海绵城市建设，2014年12月三部委联合发布了《财政部、住房城乡建设部、水利部关于开展中央财政支持海绵城市建设试点工作的通知》（〔2014〕838号）文件，支持海绵城市的试点建设工作。其中明确要求“建立有效的暴雨内涝监测预警体系”“采取有效措施加强能力建设”，信息化管理平台是建立监测预警体系与能力建设的重要内容之一。海绵城市建设信息化管控平台的建设，使海绵城市建设更加高效，运行管理更加便捷，系统效益更加显著。要实现海绵城市的智慧化，就要完成一些数据采集、传输算、分析、反馈和修正的过程。需要借助在线监测技术，检验各个项目是否达到了海绵城市规划目标要求，监测设施的长期运行效果，及时发现运行风险及问题，及时进行有效的处理处置，支持现场运行情况的应急预警，提高设施的运行保障率；海绵城市建设信息化管控平台为管理者进行决策提供了数据支持，支撑海绵城市建设全生命周期管理，为设施的建设、运行、考核提供依据，保障设施的持续运营。

生态城市是城市规划与建设的终极目标，海绵城市是落实生态化建设与发展模式的重要手段。海绵城市及水城建设信息化管理的业务流程主要是指项目管理流程，各项目的管理流程按照“项目业主上报-职能部门管控”的原则进行，并辅以监测信息，结合各项规划指标和建设指标，对海绵城市与水城建设的各项目以及成效进行整体的、综合的管控。总体流程主要分为以下几项内容：

立项阶段的主要工作包括计划报建和新增报建两类。计划报建。由内河管理处按照海绵城市及水城建设的工作任务，拟定年度报建计划，经市发改委审批后统一立项。新增报建。对于报建计划外的工作任务，按照正常的项目立项程序报市发改委单位立项。

设计阶段在满足城市总体规划、城市控制性详细规划等相关规划提出的影响开发控制部门与指标要求，对项目范围内的建筑与小区、城市道路、城市绿地与广场、城市水系等进行整体的设施布局、设施设计，并编制设计任务书，明确技术要求、落实指标以及工程运算等内容。

实施阶段主要分为招投标和工程建设两个部分。招投标工作，按照项目设计方案中具体建设要求进行招投标工作，明确各项工作的建设指标。工程建设工作，由项目业主按照规划总图、施工图以及设计方案等对设计目标进行工程建设，主要建设内容包括建筑与小区、城市道路、城市绿地与广场、城市水系，在建设过程中应严格按规划设计文件进行控制。

各开发建设工程项目完成竣工验收后，由维护管理部门做好设施的日常运行和维护管理，保障设施正常、安全运行。

海绵城市及水城信息化建设管控平台不仅以实现海绵城市建设过程管控与考核评估为目标，平台总体建设任务是：建设海绵城市一体化管控所必要的软硬件及网络基础设施等运行支撑环境、建设项目管理信息数据和地理信息数据体系，搭建数字海绵城市及水城建设一体化管控平台，为海绵城市建设和项目监管提供地理信息服务和应用的辅助支撑。其中，海绵城市及水城建设一体化管控平台的总体结构分为六个层次，即基础设施层、数据层、应用支撑层、管理层、信息共享服务层以及应用层，其总体结构如图1所示。

图1 平台总体架构图

支撑层：是支撑整个平台运行的硬件设施、支撑软件平台和网络设备环境的总称。网络设施包括政务外网、互联网和专网三个部分，政务外网同公众互联网为逻辑隔离的网络。硬件设施包括支撑数据体系的存储设施、应用体系的服务器设施、运维与安全体系的网络安全设施等。支撑软件平台包括操作系统软件、数据库管理系统软件、GIS软件、中间件、以及可能使用到的其他的支撑软件。

数据层：主要包括管理层、专题层和基础层三个数据层，将这三类数据通过数据仓库技术形成用于支撑日常项目管理的数据库。管理层数据主要是存储各类项目的基本信息、进度、相关文件以及有关单位法人等数据，用于对项目整体的管理。专题层数据，将与海绵城市建设相关的专题信息进行建库管理，包括水位信息、雨量信息、地下水信息等。对于跨部门的专题数据，可通过数据服务的方式接入到平台中。基础层数据包括以卫星导航连续运行跟踪站站群为核心的现代化测绘基准服务体系，航空、航天、地面、手持一体化的地理信息快速更新体系。它为南宁市基础地理信息库提供可靠、稳定、实时的地理信息数据来源。

平台层：以网络为基础，整合自动化技术、物联网技术、地理信息技术，将各功能模块通过一个平台进行统一的管理和应用。主要包括运维管理模块、监控模块以及数据中心管理模块。

服务层：通过服务总线技术，将多源异构的数据服务以标准接口的方式进行交换，实现各类应用信息的准确、高效和安全传递。

应用层：是以基于空间地理信息开展的日常项目管理和监控的一体化平台，在地理信息快速更新体系支持下，实现项目信息的实时更新和动态监测。主要分为两部分，一是日常项目的管理，二是基于“一张图”框架的应用。

门户层：平台的门户站点，对访问用户的身份验证。

依托于市级政务外网、互联网以及专网等网络系统，以数字城市地理空间框架建设成果为基础，结合GIS、数据库、物联网、传感器技术，以现代化测绘服务体系为核心，构建覆盖行政管理应用与服务、业务监管应用与服务、政务服务为一体化的海绵城市及水城建设一体化管控平台。通过多部门政务信息数据的服务和交换，实现政府各应用部门之间的地理信息、监控信息以及政务信息等内容的有序交换、资源共享以及综合分析，为海绵城市与水城建设的监管提供可靠、准确、稳定、实时的信息数据来源。系统的建设技术架构如图2所示

图2 系统技术架构图

海绵城市及水城建设一体化管控平台是通过接入各类系统的信息数据进行综合分析后为用户提供业务、项目管理支撑。

外围系统主要包括了数字城市地理空间框架成果、以及各部门的业务信息和监控设备信息接入。数字城市地理空间框架主要是提供地理信息服务；各部门的综合信息包括了气象部门、城管部门等的设备监控和业务办理等信息，以上信息服务均通过服务接口的方式进行交换。

数据获取层主要是对共享交换数据进行处理，重点是对外围系统的各类数据服务通过数据仓库技术（ETL）进行数据重组，形成满足海绵城市与水城建设一体化管控的所需要的各类信息。

数据存储层主要是将各类数据进行建库管理，包括了项目信息、模型信息、监控信息、用户信息以及元数据等，是整个平台运行和应用的数据基础来源。

应用分析层是将各类数据按应用需求模型进行组合，实现项目管理、统计分析、数据监测、数据挖掘等功能。

信息系统集成将各类信息和系统功能通过门户网站或移动APP为用户提供服务，为用户的决策、管理和业务办理提供信息依据。

“一张图”管理系统应用示范以海绵城市及水城建设一体化管控平台为支撑，在线获取的数据服务和功能服务；结合政府各应用部门的地理信息与业务信息数据，开发专题数据分析功能、专题图绘制和输出功能模块。基础地理信息数据服务方面，通过政务网或互联网从数字南宁地理信息公共服务平台以及其他各部门的系统在线共享基础地形数据、航空卫星影像数据等基础地理信息数据。

专题数据服务方面，通过政务网、互联网以及专线的方式，一方面是获取本部门的各类监测数据、项目管理以及业主单位的组织机构管理信息等，结合评估指标体系，以专题图的方式实现展示、浏览、分析等功能；另一方面是外部数据服务接入。

功能服务模块，实现数据叠加显示、三维应用服务、路径分析和元数据服务等地理信息服务。

专题数据分析功能模块，从一张图数据库中获取相关专题信息，通过叠加功能进行叠加，根据海绵城市与水城建设的实际专项需要，开发相关空间分析功能。

专题图绘制和输出管理模块开发，针对实际管理和应用的需要，绘制与输出多种专题图。对各种数据内容选取组合，形成的数据集经符号化处理、图面整饰后可形成重点突出、色彩协调、符号形象、图面美观的各类底图，标准化制作专题图。

考核指标展示系统主要是结合各项监管指标，在一张图的基础上，对各项目建设过程的实际情况进行综合评估，以空间可视化方式，为用户决策提供图、表依据。考核指标展示系统，结合试点推进过程最新动态数据，按照最新的住建部海绵城市试点建设考核要求和指标具体设置，形成可考核、可量化的评估内容。目前，考核评估内容主要包括水生态、水环境、水资源、水安全以及制度建设等，并通过各项内容形成综合报表。考核指标展示子系统界面如图3所示。

图3 平台考核指标展示子系统界面

项目管理系统用于对海绵城市、水生态所有项目从立项—可研—设计—实施——运行各个阶段与海水办相关的综合情况（包括投资、进度、设施运行等）进行整体监管，项目管理系统主要体现统筹安排、协调推进以及督查督办三大模块。统筹安排模块是采用信息化手段对各项目的建设进程进行统筹的管理和监控，整体把控海绵城市与水城建设；问题协调处理模块，用于记录项目建设过程中，项目业主上报的问题与协调办理的结果；督查督办模块，根据实际项目推进的需求，提供项目建设过程中各环节的督查督办功能，并对进度即将到期、滞后等状态进行预警、提醒。

市内河管理处、气象局、城管局、公安局等部门分别建设了大量的雨量监测站、水位监测仪、流量计、水质仪以及视频监测设备等，为了更好地对这些接入设备进行全面预警分析，需要建立一个全面的、立体的防控系统。通过建立信息化防控体系，全方位监测控制各监控设备，集合多种参数进行智能分析，及时准确对各监控点进行实时动态预警监测，避免与已有的各部门业务系统内容重复建设，最大化利用外部数据和内河处现有基础设施、数据、软件等资源。

数据采集系统实现监测点、监控设备数据的汇聚、加工和数据入库；实现气象局、水利局、水文局等部门实时监测信息的接驳；数据采集员可进行分析数据、报告、照片等信息上传至数据中心，并由数据中心进行审核和统一管理。项目数据采集主要分为两种，一是通过设备接入平台，系统按实际周期动态采集，二是通过数据编辑处理模块，以人工的方式进行数据录入上报。

海绵城市及水城建设管控平台建设的数据库主要包括：基础地理信息数据库、专题数据库以及项目数据库三部分内容。其中，基础地理数据库包含DLG、DOM、DEM、三维模型以及全景影像等基础地理的相关数据信息等数据内容；专题数据库包含雨量专题、液位专题、气象监测专题以及流量专题等监测专题数据内容；项目数据库包含项目管理、业务办公以及文档管理等数据内容。数据库体系架构如图4所示。

图4 数据库体系架构图

基础类主要包括基础地理信息数据库、管理业务数据库以及系统运行数据库，是平台运行和各类应用开展的基础支撑数据。基础地理信息数据库，主要包括数字线化图、数字正射影像、数字高程模型、三维模型以及全景影像等，主要数据来源为数字城市地理空间框架的成果接入以及本项目的采集、修补测。管理业务数据库，主要是指各类办公数据、综合档案数据和各种政策法规数据。系统运行数据库，主要存储平台和系统运行时所必须的数据项，比如系统日志、安全管理等。

业务类主要包括项目管理数据库、信息上报数据库以及模型分析数据库等。其中，项目管理数据库用于记录已上报的项目信息，在此基础上做统计分析和评估考核。信息上报数据库存储各项目业主拟上报的项目信息。模型分析数据库主要存放模型参数和各类专题分析的结果数据等，是项目考核评估依据。气象监测数据库。用于存储气象专题及其监测的数据，比如降雨量信息等。水利专题数据库。用于存储水利专题信息，比如内涝点信息等。监测信息数据库。用于周期性记录各监测设备的信息，比如水位计、液位计等。多媒体数据库。用于存储图片、音频、视频、扫描文档、文本文档等。

应用支撑平台位于硬件和应用系统之间，是整个平台的基石，为平台提供系统开发所必需的开放式配置界面和接口，以保证开发的应用系统能够给予应用支持平台进行构建。

GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。

基于GIS技术，结合海绵城市规划建设需求，建设市级权威、唯一的海绵城市及水城建设数据管理、业务管理、服务管理、监管监控的综合性平台、配套的海绵城市建设信息化相关体系、相关的软硬件支撑环境，采用“地理信息+”模式，将原本分散的系统及数据进行统一平台、统一格式的管理，为全市海绵城市建设、水环境综合治理项目中的辅助决策、运行维护、统计分析、协调督办等工作提供信息化支撑。