陸 鑫，邸國輝*，梁二鵬

（1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院，湖北 武漢 430064；2.北京國遙新天地信息技術(shù)有限公司，北京 100101）

會商決策支撐系統(tǒng)的應(yīng)用在我國始于20世紀(jì)80年代，胡四一[1]等開發(fā)的全國防洪調(diào)度系統(tǒng)是一個國家級防洪管理的決策支撐系統(tǒng)原型，以數(shù)據(jù)庫、知識庫為信息基礎(chǔ)，實現(xiàn)了信息查詢和防洪調(diào)度等功能。信息查詢功能可實現(xiàn)對實時水雨工情、洪水預(yù)報結(jié)果等信息的快速查詢；防洪調(diào)度功能可對預(yù)案進(jìn)行水情仿真，為決策者提供汛情發(fā)展事態(tài)信息。20世紀(jì)80年代至90年代的會商決策支撐系統(tǒng)尚未采用GIS技術(shù)處理基礎(chǔ)地理信息[1-4]。20世紀(jì)90年代末，水利決策支撐系統(tǒng)中開始引入GIS技術(shù)，一般采用二維GIS平臺[5-6]。近年來，三維GIS平臺逐漸成熟，其直觀性強(qiáng)，可實現(xiàn)空間分析的可視化，在會商決策支撐系統(tǒng)中的應(yīng)用效果較好[7]。

針對灌區(qū)管理、防汛調(diào)度等方面的會商決策支撐系統(tǒng)研究較多[5-6]；而由于水量調(diào)度、與交叉河流相互影響以及建筑物數(shù)量多，針對大型引水工程方面的會商決策支撐系統(tǒng)尚在初步研究階段。

引江濟(jì)漢工程的引水口位于湖北省荊州市龍洲垸，出水口位于潛江市高石碑。干渠線路地跨荊州、荊門兩個地級市所轄的荊州區(qū)和沙洋縣以及省直管市潛江市和仙桃市。干渠全長67.23 km，沿線涉及各類建筑物82座，其中各種水閘13座、泵站1座、船閘2座、東荊河橡膠壩3座、倒虹吸30座（河渠交叉26座、渠渠交叉4座）、公路橋32座、鐵路橋1座。引江濟(jì)漢工程以改善漢江下游河道內(nèi)生態(tài)用水為主，改善航運、供水和灌溉為輔，其引水規(guī)模由漢江興隆樞紐下泄流量而定，引水方式取決于引水口長江水位的高低。

為了保證引江濟(jì)漢工程的正常輸水，需對工程安全、水質(zhì)安全、運營管理等進(jìn)行監(jiān)控。針對引江濟(jì)漢工程地域分布廣、交叉水系多、交叉建筑物多等特點，采用先進(jìn)的信息采集技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動化控制技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)以及現(xiàn)代化的運行、維護(hù)、管理技術(shù)與理念，建設(shè)一套完善的先進(jìn)的自動化調(diào)度運行的管理支撐系統(tǒng)，對引江濟(jì)漢工程進(jìn)行運行、維護(hù)和管理是十分必要的。會商決策支撐系統(tǒng)作為引江濟(jì)漢自動化調(diào)度運行管理系統(tǒng)的一個重要子系統(tǒng)，以三維GIS平臺（EV-Globe）為基本平臺，通過二次開發(fā)達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計要求。作為國產(chǎn)的新一代GIS平臺，EV-Globe在安全性、可靠性、運行效率和數(shù)據(jù)支持上都具有一定的優(yōu)勢，能實現(xiàn)海量多源影像的無縫集成和管理，并能提供多種技術(shù)手段以提高三維環(huán)境的仿真渲染效率與渲染效果。

1 會商決策支撐系統(tǒng)功能設(shè)計

會商決策支撐系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)引江濟(jì)漢工程總體情況以及各類監(jiān)控監(jiān)測信息的三維直觀展示，包括地理信息展示、工程信息展示、工程三維展示、屬性信息查詢、水利調(diào)度監(jiān)控、水閘泵站監(jiān)控、視頻監(jiān)控、安全監(jiān)測和水質(zhì)水情監(jiān)測9個模塊。系統(tǒng)采用EV-Globe網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行搭建。

1.1 地理信息展示模塊

該模塊主要是對引江濟(jì)漢工程67.23 km水渠以及水利工程附近精細(xì)的三維地形地貌、地理信息進(jìn)行展示，具有平移、縮放、旋轉(zhuǎn)等手動漫游功能以及飛行瀏覽、圖層控制等功能。三維地形模型參數(shù)是各專題模型計算軟件正常運行必不可少的部分，模型參數(shù)維護(hù)是引水調(diào)度集成系統(tǒng)中各模型正確調(diào)用和運行的基礎(chǔ)和前提。高石碑船閘和出水閘如圖1所示。EV-Globe利用LOD技術(shù)結(jié)合影像金字塔技術(shù)，實現(xiàn)了不同層次下快速、高仿真度的三維場景表現(xiàn)；還支持模型的動態(tài)加載，不僅可以快速加載模型，而且降低了對計算機(jī)的要求。

圖1 高石碑船閘和出水閘

1.2 會商決策管理模塊

該模塊將調(diào)度事件的獲取、保存、查詢和信息展示在相應(yīng)的地理位置上，并利用三維仿真系統(tǒng)對GIS和綜合信息服務(wù)系統(tǒng)所提供的相關(guān)信息進(jìn)行展示，以提供會議輔助決策。會議管理主要包括會議主題管理、會議過程管理和會議結(jié)果管理，即對整個會議決策進(jìn)行管理[3]（圖2）。會商決策管理模塊根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)提供的接口來獲取調(diào)度數(shù)據(jù)。根據(jù)流量調(diào)度管理子系統(tǒng)提供的接口，按照不同的方式（不同時間段、不同渠段等）進(jìn)行調(diào)度事件（各水閘的流量、不同渠段的水位等信息）的查詢，并在三維平臺上進(jìn)行工程調(diào)度仿真。

圖2 調(diào)度事件的獲取和查詢流程圖

1.3 水利工程仿真模塊

系統(tǒng)采用BIM和實景攝影貼圖技術(shù)[8]，對13座水利樞紐工程進(jìn)行了三維建模，實現(xiàn)了仿真場景組織、圖層控制、快速定位、內(nèi)外部自由瀏覽、屬性查詢以及水體仿真等功能，可漫游不同天氣的特效渲染場景。EV-Globe系統(tǒng)以特效渲染引擎為基礎(chǔ)，提供了大量的特效模擬效果，以提高不同地理環(huán)境、不同天氣狀況、不同視角高度下的系統(tǒng)仿真效果。進(jìn)口泵站運行中的仿真效果如圖3所示。

圖3 動態(tài)水體仿真

1.4 三維空間量算模塊

該模塊實現(xiàn)了三維空間的距離量算、面積量算、點量算和高度量算等功能，為會商決策提供了準(zhǔn)確的空間信息。

1.5 三維空間分析模塊

該模塊實現(xiàn)了三維淹沒分析、地形斷面分析、通視分析、坡度分析等三維空間分析功能，為會商決策提供了防洪推演結(jié)果。通過選擇淹沒點和設(shè)置水面海拔，自動計算附近區(qū)域內(nèi)的淹沒面積以及水體體積等信息，獲取選定路徑的斷面分析數(shù)據(jù)和剖面圖信息，并在地圖窗口中形象展示相應(yīng)的效果。如圖4所示，引水渠道潰堤水位為33.49 m時，匯水體積可達(dá)到365.4萬m3，并給出了淹沒的區(qū)域。

圖4 三維空間分析

1.6 輔助決策模塊

在三維場景中，該模塊為調(diào)度系統(tǒng)提供了建筑物、渠道、內(nèi)部設(shè)備的屬性查詢、瀏覽以及調(diào)度方案標(biāo)繪等功能（圖5），可為會商決策提供所需的工水情信息。

圖5 屬性信息查詢

2 接口與數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.1 外部接口

2.1.1 用戶界面

系統(tǒng)的用戶界面是標(biāo)準(zhǔn)的Windows圖形界面，全部為中文菜單。界面設(shè)計時，按照Windows應(yīng)用程序設(shè)計習(xí)慣，從菜單設(shè)計到工具欄布置盡量遵循用戶的操作習(xí)慣，并為用戶界面提供詳盡的使用說明。用戶通過鼠標(biāo)和鍵盤可輕松完成所有系統(tǒng)操作，每一步都提供相應(yīng)的提示，指示用戶正確的操作步驟，提示系統(tǒng)目前的狀態(tài)。

2.1.2 軟件接口

系統(tǒng)使用的三維模型OBJ、DOM和DEM存儲在服務(wù)器中，各用戶終端通過向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)，在客戶端上加載三維模型OBJ、DOM和DEM。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器之間的通信。

2.1.3 硬件接口

系統(tǒng)運行于湖北省南水北調(diào)管理局的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的各終端與服務(wù)器通過網(wǎng)卡和hub相連，利用TCP/IP協(xié)議完成信息傳輸和文件打印共享。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行建設(shè)，主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、三維模型數(shù)據(jù)庫、工程信息數(shù)據(jù)庫和多媒體數(shù)據(jù)庫。根據(jù)數(shù)據(jù)特性，數(shù)據(jù)可劃分為屬性數(shù)據(jù)、空間矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、調(diào)度數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)等。

3 系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)采用以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)、GIS為支撐的模式，即在系統(tǒng)軟件、支撐軟件的基礎(chǔ)上，建立數(shù)據(jù)庫層、平臺與服務(wù)層、應(yīng)用層的3層結(jié)構(gòu)。其中，應(yīng)用層包括用戶交互與操作界面，主要提供信息化處理應(yīng)用的操作界面，并實現(xiàn)各專業(yè)模塊的應(yīng)用需求；平臺與服務(wù)層的基礎(chǔ)是GIS平臺、EV-Globe、DBMS管理平臺等，能提供基本的數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)（組件），如地圖數(shù)據(jù)服務(wù)、三維瀏覽與表現(xiàn)服務(wù)和基本空間分析服務(wù)等，應(yīng)用系統(tǒng)基于這些平臺與服務(wù)組件完成其專業(yè)展現(xiàn)和分析計算；數(shù)據(jù)庫層負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的組織和集成建庫[9]。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖6所示。

3.2 系統(tǒng)技術(shù)路線

3.2.1 基礎(chǔ)平臺

系統(tǒng)采用國產(chǎn)三維地理信息平臺EV-Globe進(jìn)行搭建，其安全度、成熟度較高，采購的基礎(chǔ)平臺軟件包括服務(wù)器端軟件EVGlobe-Server（負(fù)責(zé)發(fā)布影像、DEM和模型數(shù)據(jù)，IIS發(fā)布）和網(wǎng)絡(luò)插件EVGlobe PlugIn（負(fù)責(zé)嵌入網(wǎng)頁，安裝在客戶端進(jìn)行三維場景高效渲染）。

圖6 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.2.2 項目開發(fā)說明

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，分為服務(wù)器端和前端。服務(wù)器端采用的EarthView 空間信息服務(wù)共享平臺（EV-Server），是以網(wǎng)絡(luò)為中心、面向用戶的 Web 服務(wù)平臺，使用Java語言開發(fā)，依賴Tomcat服務(wù)器。網(wǎng)頁內(nèi)部嵌入插件EVGlobe PlugIn對調(diào)水區(qū)域進(jìn)行三維展示和應(yīng)用。三維展示的相關(guān)代碼都封裝在插件內(nèi)部，不影響系統(tǒng)技術(shù)框架的應(yīng)用。

系統(tǒng)采用高可靠、高可用、可擴(kuò)展的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）統(tǒng)一存儲和管理空間信息，統(tǒng)一發(fā)布和管理地理信息服務(wù)。前端采用C#語言的AcitveX插件進(jìn)行開發(fā)，采用面向?qū)ο蟮慕７绞?，分為?shù)據(jù)處理層、業(yè)務(wù)處理層、三維渲染處理層和用戶頁面處理層4層結(jié)構(gòu)，以達(dá)到快速開發(fā)和重組的要求，同時能提供靈活的集成方式，如增量部署、熱部署等。

3.2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

三維平臺服務(wù)器端軟件需部署到Windows Server上，將EVGlobe-Server和EVGlobe PlugIn兩個服務(wù)端軟件統(tǒng)一部署在Windows Server上，并采用IIS進(jìn)行發(fā)布。前端采用大項目確定的客戶端軟件環(huán)境Windows7即可支撐會商決策信息系統(tǒng)（包括頁面和插件）運行。

4 結(jié) 語

本文主要介紹了引江濟(jì)漢工程會商決策支撐系統(tǒng)開發(fā)中的功能模塊設(shè)計和系統(tǒng)整體架構(gòu)。該系統(tǒng)能對綜合信息服務(wù)系統(tǒng)所提供的相關(guān)決策內(nèi)容進(jìn)行試算分析，并結(jié)合GIS的地理信息實現(xiàn)了工程調(diào)度仿真，從而為調(diào)度系統(tǒng)運營中的應(yīng)急響應(yīng)和決策提供了輔助支持。今后將在系統(tǒng)運行中逐步完善應(yīng)急預(yù)案和模型庫，以提高輔助決策能力。