三維洪水風(fēng)險圖展現(xiàn)平臺

三維洪水風(fēng)險圖展現(xiàn)平臺2016年6月目錄三維洪水風(fēng)險圖需求洪水風(fēng)險圖對可能發(fā)生的超標(biāo)準(zhǔn)洪水的洪水演進(jìn)路線、到達(dá)時間、淹沒水深、淹沒范圍及流速大小等過程特征進(jìn)行預(yù)測，通過流量、洪量或水位等特征值明確量級，不同的淹沒水深決定不同的受損程度，如農(nóng)田淹沒水深決定作物的減產(chǎn)程度甚至絕產(chǎn)；居民區(qū)淹沒水深決定了房屋和財產(chǎn)的受損率甚至人員傷亡。不同深度不同淹沒時長，災(zāi)情不同。洪水風(fēng)險圖并結(jié)合泛紅區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r，并基于三維GIS和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建設(shè)風(fēng)險圖展現(xiàn)平臺，不僅反映洪水風(fēng)險區(qū)域，還能夠準(zhǔn)確反映災(zāi)害大小，能直觀展現(xiàn)水深的影響，準(zhǔn)確反映同一區(qū)域不同高度的房屋、作物等受災(zāi)害損失的差異，洪水演進(jìn)時洪峰到達(dá)的時間、程度、真實準(zhǔn)確的破壞程度，洪水演變過程中，可以避災(zāi)的路線、高地和場所，實現(xiàn)對風(fēng)險圖的高效管理，為防洪減災(zāi)決策提供支持。洪水風(fēng)險圖國內(nèi)外狀況從國際國內(nèi)的實際來看，洪水風(fēng)險圖可以廣泛使用于洪水保險、洪泛區(qū)管理、洪水避難、災(zāi)害預(yù)警、災(zāi)情評估、洪水影響評價，提高公眾的洪水風(fēng)險意識，是進(jìn)行洪水管理的科學(xué)依據(jù)之一。國內(nèi)外風(fēng)險圖制作國外很多國家在風(fēng)險圖制作有豐富的經(jīng)驗，美國從上世紀(jì)五十年代開始制作風(fēng)險圖，至今已有幾萬個社區(qū)、幾十萬平方公里的洪泛區(qū)洪水風(fēng)險圖。日本多年前，根據(jù)歷史上的洪水災(zāi)害，公布了他們管轄范圍內(nèi)的500條河流的歷史淹沒圖，當(dāng)洪水發(fā)生時，為了指導(dǎo)居民快速、安全的避難，日本各級政府開始制作洪水風(fēng)險圖，日本的洪水風(fēng)險圖即包含淹沒信息（淹沒區(qū)域、淹沒水深），也包含避難信息（避難位置、避難路線、避難路途中的危險場所等）。德國開展了三維城市建模，并結(jié)合模型數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，借助數(shù)學(xué)分析軟件，對河流兩岸洪泛區(qū)的淹沒情況進(jìn)行了分析，以此為依據(jù)對損失情況進(jìn)行了評估。該數(shù)據(jù)不僅為政府防洪疏散提供了科學(xué)支持，也為商用比如保險公司評估確定洪水保險費率提供了依據(jù)。德國洪水風(fēng)險三維分析和展現(xiàn)我國從1997年初，組織全國繪制洪水風(fēng)險圖，并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過對歷史洪水資料的初步分析，了解受淹范圍中的人口、資產(chǎn)分布；進(jìn)一步，通過分析，確定區(qū)域洪水風(fēng)險分布特點，為防洪規(guī)劃和防汛預(yù)案服務(wù)；現(xiàn)階段，采用仿真、大數(shù)據(jù)、GIS等新技術(shù)，建立地理、社會經(jīng)濟(jì)、工情、水情、災(zāi)情大量信息的可視化分析、展現(xiàn)和管理查詢。洪水風(fēng)險圖的社會經(jīng)濟(jì)效益有文章介紹，美國的國家洪水保險計劃通過社區(qū)、金融、保險業(yè)的參與，每年減少洪災(zāi)損失大約8億美元。此外，按照洪水風(fēng)險制定的建筑標(biāo)準(zhǔn)，可減少損失77%。日本居民根據(jù)洪水風(fēng)險圖中的避難所指示進(jìn)行了正確的避難；參看了洪水風(fēng)險圖進(jìn)行避難的居民比沒有參看洪水風(fēng)險圖進(jìn)行避難的居民快1個小時。建設(shè)目標(biāo)洪水風(fēng)險圖可分為基本風(fēng)險圖、專題風(fēng)險圖和綜合風(fēng)險圖。洪水風(fēng)險圖的制作和應(yīng)用包括：基礎(chǔ)資料收集處理、洪水仿真分析、洪水損失評估和影響評價、避洪轉(zhuǎn)移分析、洪水風(fēng)險圖編制出版以及在洪水風(fēng)險圖管理平臺中的應(yīng)用等。我國洪水風(fēng)險研究的重點將洪水?dāng)?shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于洪水風(fēng)險分析計算，及對洪水風(fēng)險圖的研究，隨著物聯(lián)網(wǎng)手段和對地觀測手段的豐富和水平提高，風(fēng)險圖的準(zhǔn)確可靠度提高，而成果展現(xiàn)也從表單匯報向表單結(jié)合一二維GIS技術(shù)發(fā)展，隨著傾斜攝影技術(shù)快速構(gòu)建大區(qū)域三維場景的普及，三維準(zhǔn)確展現(xiàn)洪水風(fēng)險分析結(jié)果成為一種需求和方向。近幾年，天津水務(wù)在基礎(chǔ)資料信息化建設(shè)方面取得了比較全面的成果，三維防汛抗旱系統(tǒng)、防汛抗旱會商系統(tǒng)、防汛抗旱指揮平臺的逐步建成使用，為天津洪水風(fēng)險圖的繪制應(yīng)用提供了非常好的基礎(chǔ)條件，也提出了迫切的需求。洪水風(fēng)險分析成果三維展現(xiàn)SmartEarth基于二三維一體化展現(xiàn)和應(yīng)用，可基于二維洪水風(fēng)險和搶險指揮分析，同時基于三維實景和三維仿真可實現(xiàn)洪水河道演進(jìn)、洪水淹沒、避險轉(zhuǎn)移和現(xiàn)場指揮的三維場景虛擬仿真和電子沙盤。并能夠其他洪水預(yù)報系統(tǒng)、防洪調(diào)度系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)預(yù)報、調(diào)度、風(fēng)險分析和三維動態(tài)展現(xiàn)的綜合應(yīng)用。洪水風(fēng)險圖定期更新三維洪水風(fēng)險圖，直觀易懂，制作后，由權(quán)威部門向公眾發(fā)布，可以達(dá)到更好的減災(zāi)效果，在洪水風(fēng)險較大區(qū)域，利用洪水風(fēng)險圖制定防汛預(yù)案和演習(xí)。自然是不可預(yù)測的，洪水風(fēng)險不斷受到自然和認(rèn)為因素的影響，處于變化之中，這就意味著洪水風(fēng)險圖制作需要隨著環(huán)境和條件的變化不斷完善。如果更新周期長，不能保證洪水風(fēng)險圖的準(zhǔn)確性；過短，需要大量的人力、物力、經(jīng)費的投入，按國外大多數(shù)國家的經(jīng)驗，每5年對洪水風(fēng)險圖更新一次。建設(shè)內(nèi)容利用SmartEarth強大的三維造型功能可以立體、直觀地反映洪水風(fēng)險信息，直觀反映洪泛區(qū)防洪態(tài)勢，并融合防洪工程及非工程信息、洪水特征及其風(fēng)險分布信息圖表，并能實現(xiàn)對洪水和地形的三維交互式實時漫游,為防洪抗險決策者提供充足的輔助決策和科學(xué)依據(jù)。SmartEarth三維洪水風(fēng)險圖展現(xiàn)平臺SmartEarth為用戶提供三維空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)工具（提供傳統(tǒng)4D產(chǎn)品）、多源數(shù)據(jù)（衛(wèi)星影像、航空影像、傾斜攝影數(shù)據(jù)、BIM、人工模型、業(yè)務(wù)矢量等）海量無縫融合、全要素三維城市模型構(gòu)建、基于云計算架構(gòu)管理海量多源數(shù)據(jù)、提供海量數(shù)據(jù)三維展現(xiàn)、空間分析、行業(yè)應(yīng)用。另外，平臺的兼容性和擴(kuò)展性非常好，面向?qū)ο蟮募軜?gòu)，對數(shù)據(jù)、功能、服務(wù)模塊化管理和接入。SmartEarth三維洪水風(fēng)險圖展現(xiàn)平臺，采用云計算管理和調(diào)用洪水風(fēng)險圖依據(jù)的多源海量歷史、實時數(shù)據(jù):地理、社會經(jīng)濟(jì)、工情、水情、災(zāi)情等；SmartEarth掌握了數(shù)值分析數(shù)據(jù)與三維地形結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)，通過洪水風(fēng)險分析成果數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換以及數(shù)學(xué)插值，實現(xiàn)洪水風(fēng)險圖的三維展現(xiàn)、瀏覽和空間分析，使指揮決策人員和避險受災(zāi)群眾有身臨其境的真實感覺，便于指揮決策人員和避險受災(zāi)群眾直觀地進(jìn)行判斷、制定決策信息，同時通過相關(guān)分析功能，合理進(jìn)行資源調(diào)度；進(jìn)一步，根據(jù)技術(shù)發(fā)展程度以及業(yè)務(wù)需求，通過SmartEarth平臺的兼容擴(kuò)展能力，融合更多的分析軟件和數(shù)據(jù)，與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接，開展可視化的洪水風(fēng)險管理和成果發(fā)布共享：洪災(zāi)損失評估、建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)、避災(zāi)路徑、場地、三維實景避災(zāi)知識推送；數(shù)據(jù)準(zhǔn)備風(fēng)險圖信息大體分為四類：基礎(chǔ)地理信息：行政區(qū)劃、水系、交通、民居等等；工程信息：堤防、水庫、蓄滯洪區(qū)等；洪水風(fēng)險信息：淹沒范圍、水深、流速、到達(dá)時間、淹沒歷時；非工程信息：撤退路線、安置點、預(yù)警報、土地規(guī)劃等；風(fēng)險圖信息準(zhǔn)備風(fēng)險圖信息依托天津水務(wù)信息化建設(shè)成果，采取共享調(diào)用的策略，缺乏的數(shù)據(jù)采用傾斜攝影技術(shù)采集生產(chǎn)。三維洪水風(fēng)險圖是洪水風(fēng)險分析成果數(shù)據(jù)結(jié)合三維GIS技術(shù)，實景再現(xiàn)洪水演進(jìn)的情景，底圖是地形和三維模型，三維GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一部分來自天津防汛抗旱三維系統(tǒng)建設(shè)成果，另一部分來自傾斜攝影數(shù)據(jù)更新成果。本項目展現(xiàn)的洪水風(fēng)險分析數(shù)據(jù)是天津防汛抗旱管理處已有的計算成果。異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換三維洪水風(fēng)險圖展現(xiàn)平臺，采用的是三維地理信息系統(tǒng)融合現(xiàn)實映射技術(shù)的思路，利用數(shù)字地形、遙感影像、傾斜攝影等技術(shù)構(gòu)建真實地形地貌，在此基礎(chǔ)上，將現(xiàn)實中的對象以其地理坐標(biāo)映射到風(fēng)險圖上相應(yīng)的位置，對現(xiàn)實進(jìn)行真實再現(xiàn)。洪水風(fēng)險圖就是將洪水的演變特性映射到真實的地形地貌上，在發(fā)生以先，使可能造成的風(fēng)險災(zāi)害真實可見，據(jù)此，得出相應(yīng)減災(zāi)救災(zāi)措施。洪水風(fēng)險分析軟件往往是基于水動力模型、水量平衡方程、蓄泄洪方程等水利專業(yè)模型和算法，研究對象不同，數(shù)學(xué)模型均有差異，河道洪水分析或者蓄滯洪區(qū)或者城區(qū)積水分析的成果數(shù)據(jù)的格式會有所不同，與地理信息平臺的兼容數(shù)據(jù)格式差異更大，在進(jìn)行成果數(shù)據(jù)現(xiàn)實映射之前，需要對成果數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的格式轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)平臺兼容格式。河道地形概化地形概化主要分兩個步驟：首先，利用已準(zhǔn)備好的五類數(shù)據(jù)(水邊線、深泓線、實測大斷面數(shù)據(jù)、水位流量關(guān)系和子斷面數(shù)據(jù))，用軟件生成符合實際地形的內(nèi)插斷面，內(nèi)插斷面一般要求垂直于河道主流線；其次，利用實測大斷面數(shù)據(jù)和水位流量關(guān)系插補斷面的高程、面積和寬度曲線，利用帶有高程值的內(nèi)插斷面生成不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）。在內(nèi)插斷面和生成高程兩個步驟中，內(nèi)插斷面是河槽地形概化的關(guān)鍵，也是技術(shù)難點。內(nèi)插斷面。在鄰近的兩個已知實測大斷面間，根據(jù)水位流量關(guān)系，分別求出在某一水位下，水流流經(jīng)兩已知斷面時的水面寬度，以及在該水面寬度以下的斷面面積，進(jìn)而確定內(nèi)插斷面的位置、高程值等。內(nèi)插出的斷面是由若干個含有高程值的點組成的。利用內(nèi)插斷面生成地形。內(nèi)插斷面之后,利用軟件生成不規(guī)則三角格網(wǎng)（TIN）或數(shù)字高程模型（DEM），為提取河槽任意點的高程做準(zhǔn)備。在提取任一點高程之前，需要進(jìn)行概化地形與實際地形的比較，以確保概化地形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。概化地形與實際地形的比較。用剖面線與對應(yīng)的實測大斷面進(jìn)行比較,觀察概化地形與實際地形的差異。以高村斷面為例進(jìn)行比較可以看出,實際地形與概化地形在河槽高程、河槽形態(tài)及河槽面積上均能達(dá)到較好的吻合,能滿足數(shù)學(xué)模型計算對地形概化的需要。內(nèi)插斷面的關(guān)鍵技術(shù)。對彎道的處理。對河槽彎道的地形概化是比較困難的,既要考慮彎道的彎曲形態(tài)又要考慮內(nèi)插斷面的位置。在實際工作中,我們采用了彎道弧段等分法。不規(guī)則三角格網(wǎng)（TIN）的生成。理想的生成不規(guī)則三角格網(wǎng)的方法應(yīng)該是先在同一斷面進(jìn)行高程插值,再進(jìn)行斷面間的高程插值。而傳統(tǒng)的生成不規(guī)則三角格網(wǎng)的方法是在斷面和斷面之間進(jìn)行插值,這樣生成的地形往往比實際地形的高程要高一些。為了解決這個問題,我們根據(jù)具體情況,增加了一些離散高程點。內(nèi)插斷面的時效性。受技術(shù)和經(jīng)費條件的限制,不可能獲得同一時刻斷面間內(nèi)插斷面的水邊線、深泓線和水位流量關(guān)系等,而只能是不同時間段“湊”起來的,現(xiàn)階段能做的是盡量縮短時間間隔。提取高程生成河槽的三角形網(wǎng)格。采用Delaunay三角剖分的最小內(nèi)角和為最大的原則,即所謂的“最大最小角原則(Max-MinAngleCriterion)”生成河段的三角形網(wǎng)格。從概化地形上提取高程值。生成二維三角形網(wǎng)格后,將之疊加在地形TIN上,提取任意網(wǎng)格節(jié)點的高程,然后將含有高程值的二維網(wǎng)格脫離地形TIN,即完成了高程值的提取。洪水風(fēng)險成果數(shù)據(jù)與三維地形融合利用開發(fā)接口和洪水水動力模型，可以將模型計算的淹沒范圍、淹沒水深表現(xiàn)為內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的DEM數(shù)據(jù)集，為洪水演進(jìn)過程中水流和真實DEM地形環(huán)境結(jié)合打下基礎(chǔ)。系統(tǒng)中的地形以柵格DEM和TIN為形式存儲，從DEM可以直接提取河網(wǎng)以及相關(guān)的流域信息，是水文模型開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)。由DEM生成的流域，是流域參數(shù)化的重要途徑。要在柵格DEM上提取流域信息，柵格間流向的判別是基礎(chǔ)。模塊化可擴(kuò)展設(shè)計按照項目逐步建設(shè)，逐步完善的策略，項目建設(shè)的成果是一個逐步建設(shè)的過程，在后續(xù)平臺的完善過程中，不僅需要新增、擴(kuò)展一部分功能，同時，已有模塊也存在著一定的升級需求，因此，本次項目的建設(shè)應(yīng)將功能需求按業(yè)務(wù)流程封裝成即獨立又可以靈活擴(kuò)展的各類應(yīng)用模塊，在維護(hù)方面，將開發(fā)好的模塊分類進(jìn)行管理，保證階段建設(shè)成果可以為實際應(yīng)用服務(wù)。其他數(shù)據(jù)成果整合工具預(yù)留接口洪水風(fēng)險圖以及洪水風(fēng)險圖相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，有真實可測的數(shù)據(jù)，也有通過真實數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型推演計算而來，此類模型越多、越準(zhǔn)確，洪水風(fēng)險預(yù)測也就越接近真實，越能夠預(yù)防災(zāi)害，減少災(zāi)害發(fā)生和損失。三維洪水風(fēng)險圖展現(xiàn)只不過是洪水風(fēng)險信息管理的基礎(chǔ)和起步，洪水風(fēng)險圖平臺為了升級優(yōu)化，預(yù)留異構(gòu)數(shù)據(jù)整合工具接口，以便更多類型的數(shù)據(jù)可以用于洪水風(fēng)險信息管理。分析軟件對接洪水風(fēng)險圖分基礎(chǔ)洪水風(fēng)險圖和專題洪水風(fēng)險圖。其中防汛墻潰決三維洪水風(fēng)險圖、洪水漫溢三維風(fēng)險圖、城區(qū)暴雨積水三維風(fēng)險圖屬于基礎(chǔ)洪水風(fēng)險圖，江河湖泊洪水風(fēng)險圖、蓄滯洪區(qū)洪水風(fēng)險圖、水庫洪水風(fēng)險圖、城市暴雨積水三維洪水風(fēng)險圖。這些基礎(chǔ)除了展現(xiàn)已有成果數(shù)據(jù)，平臺可擴(kuò)展，平臺可以和其他的洪水風(fēng)險數(shù)學(xué)模型進(jìn)行對接，平臺的房屋模型、地物模型可以作為數(shù)學(xué)分析模型中的數(shù)據(jù)來源，分析成果可以導(dǎo)入平臺進(jìn)行展現(xiàn)分析。應(yīng)用接口三維洪水風(fēng)險圖結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)、工情、水情、災(zāi)情大量信息，為決策人員制定防災(zāi)減災(zāi)措施，為避災(zāi)群眾提供最佳避險路徑、場所，為社會企業(yè)提供商業(yè)評估依據(jù)比如保險公司房屋保費率。三維洪水風(fēng)險圖平臺預(yù)留服務(wù)接口，充分發(fā)揮三維洪水風(fēng)險圖的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)據(jù)定期更新三維地形地表模型數(shù)據(jù)更新近幾年快速發(fā)展廣泛應(yīng)用于城市三維建模的傾斜攝影技術(shù)，日趨成熟，傾斜攝影有“三高”，高效率、高精度、高真實感，同時能生產(chǎn)出傳統(tǒng)的測繪4D產(chǎn)品。傾斜攝影城市建模隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展變化，洪水風(fēng)險圖每5年更新一次，可能不到5年必須更新一次，傾斜攝影的高效率、高精度、高真實，是最適合的數(shù)據(jù)更新手段和技術(shù)。例如，以30平方公里中小城市為例，一個架次一天就可以采集完成，計算機(jī)60個節(jié)點.天即可完成建模。天津市河道、水庫、蓄滯洪區(qū)數(shù)量多，數(shù)據(jù)更新任務(wù)繁重，僅靠人工，難以跟上城市建設(shè)和變化速度。傾斜攝影技術(shù)，30平方公里利用傾斜攝影采集和數(shù)據(jù)生產(chǎn)，快速獲取基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)并建立該區(qū)域的三維空間模型和設(shè)施模型，作為三維洪水風(fēng)險分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源以及展現(xiàn)的工作底圖。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新8另外，也要定期進(jìn)行自然地理、水文與洪水、工程及調(diào)度、社會經(jīng)濟(jì)和洪澇災(zāi)害資料等基本資料的收集和已有數(shù)據(jù)的接入，并對資料進(jìn)行必要的修正與可靠性、合理性、一致性審查與評估。8實施方案三維洪水風(fēng)險圖展現(xiàn)平臺框架三維洪水風(fēng)險圖展現(xiàn)平臺采取在建設(shè)中發(fā)現(xiàn)，保證未來系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性，展現(xiàn)平臺總體結(jié)構(gòu)如下圖虛線內(nèi)部分所示，與分析軟件、成果數(shù)據(jù)以及應(yīng)用系統(tǒng)保持良好的兼容性和擴(kuò)展性。三維洪水風(fēng)險圖展現(xiàn)平臺框架（虛線內(nèi)部分）及兼容擴(kuò)展性SOA體系架構(gòu)SOA（ServiceOrientedArchitecture,面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)）是“現(xiàn)代應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域最重要的課題”，也是“占有絕對優(yōu)勢的軟件工程實踐方法”。它是一個組件模型，將程序的不同功能單元（稱為服務(wù)），通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。這種松散耦合特性使得服務(wù)能夠組合成為各種應(yīng)用程序，同時大幅度提高了代碼重用率，減少了工作量。SOA模型描述了三個角色——服務(wù)提供者、服務(wù)請求者、服務(wù)注冊中心，執(zhí)行三種操作——發(fā)布、查找和綁定。SOA為異構(gòu)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)整合與信息共享提供了一種極佳的解決方案。SOA思想對于GIS架構(gòu)的積極作用主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，利用標(biāo)淮的接口和訪問方式對外提供地理信息系統(tǒng)中的各種功能，即模塊的封裝性;第二，以貼進(jìn)應(yīng)用的形式自然地處理不同模塊之間的關(guān)系，即模塊間的組合性。模塊封裝性的意義在于屏蔽不同模塊以及來源不同的數(shù)據(jù)所存在的格式、訪問方式、運行平臺的問題。經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)封裝的模塊能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺、跨語言的調(diào)用，除了能夠?qū)ν馓峁?biāo)準(zhǔn)的接口供調(diào)用外，還為今后復(fù)用此模塊的內(nèi)容打下良好的基礎(chǔ)。模塊的封裝性為GIS提供了兩方面的便利：模塊的復(fù)用以及地理數(shù)據(jù)的共享。模塊間的組合性描述了在分布式的環(huán)境中如何通過將相對獨立的、小的模塊組合成為更大的、有一定應(yīng)用意義模塊的過程。模塊的可組合性，給軟件帶來了業(yè)務(wù)上的靈活性，不同的模塊組合往往能夠代表不同的業(yè)務(wù)邏輯和實現(xiàn)效果。WebService模塊間的組合性描述了在分布式的環(huán)境中如何通過將相對獨立的、小的模塊組合成為更大的、有一定應(yīng)用意義模塊的過程。模塊的可組合性，給軟件帶來了業(yè)務(wù)上的靈活性，不同的模塊組合往往能夠代表不同的業(yè)務(wù)邏輯和實現(xiàn)效果。WebService是SOA的一種實現(xiàn)方式，可以把它看作一種新的Web應(yīng)用程序。這種程序具有自包含、自描述和模塊化的特點，能夠被發(fā)布、定位，并通過Web實現(xiàn)其動態(tài)調(diào)用。如果一個WebService配置完成，其它的應(yīng)用程序甚至是其它的WebService都可以通過通用的Internet標(biāo)準(zhǔn)XML和HTTP發(fā)現(xiàn)并調(diào)用它，Mashup是網(wǎng)絡(luò)上將兩種以上使用公共或者私有數(shù)據(jù)庫的Web應(yīng)用，加在一起，形成一個整合應(yīng)用。它是把多個信息來源加以組合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是Web2.0時代的主流技術(shù)之一。Mashup的變革性意義在于：即使用戶的IT技術(shù)水平不高，也可創(chuàng)建符合自身需求的Mashup應(yīng)用。在地圖Mashup應(yīng)用中，人們搜集具有位置信息的事物和行為，把這些包含位置數(shù)據(jù)的不同數(shù)據(jù)集，利用地圖以圖形化方式呈現(xiàn)出來。Web開發(fā)人員可以在地圖中包含所有類型的數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)共享與交換數(shù)據(jù)交換平臺的作用與意義數(shù)據(jù)交換平臺的應(yīng)用主要是在異構(gòu)系統(tǒng)之間的信息交換，但在信息交換過程中交換平臺本身要解決的問題只是一部分，它本質(zhì)是一個中間件，面向客戶時屏蔽了很多系統(tǒng)底層的信息，比如網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議、數(shù)據(jù)的傳輸安全等，據(jù)交換平臺本身不具有業(yè)務(wù)本身的處理功能，比如無法自動從某個業(yè)務(wù)系統(tǒng)中直接獲取數(shù)據(jù)信息，只能通過編程把數(shù)據(jù)從業(yè)務(wù)系統(tǒng)中提取出來，再送到數(shù)據(jù)交換平臺。利用數(shù)據(jù)交換平臺使開發(fā)過程中不需要關(guān)注數(shù)據(jù)各式轉(zhuǎn)換、消息的傳輸、數(shù)據(jù)路由等，只需要關(guān)注與業(yè)務(wù)本身的數(shù)據(jù)處理部分?？臻g數(shù)據(jù)共享與交換的實現(xiàn)方法現(xiàn)有GIS系統(tǒng)主要的體系架構(gòu)現(xiàn)有GIS系統(tǒng)主要體系結(jié)構(gòu)可以分為桌面GIS、WebGIS、空間數(shù)據(jù)庫三個層面。桌面GIS主要完成數(shù)據(jù)編輯、展現(xiàn)與分析；WebGIS支持瀏覽器在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)GIS操作；空間數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫存取、檢索、版本控制和并發(fā)處理。數(shù)據(jù)的共享與交換方式GIS平臺之間的數(shù)據(jù)交換包括同構(gòu)平臺之間和異構(gòu)平臺之間這兩種數(shù)據(jù)交換方式。同構(gòu)平臺之間的數(shù)據(jù)交換和共享方式主要包括數(shù)據(jù)文件交換、分布式數(shù)據(jù)庫訪問和應(yīng)用功能的集成調(diào)度（需二次開發(fā)）這三種方式。異構(gòu)平臺之間的數(shù)據(jù)交換方式主要包括：異構(gòu)數(shù)據(jù)文件的轉(zhuǎn)換交換異構(gòu)數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換模式需要將數(shù)據(jù)統(tǒng)一起來，違背了數(shù)據(jù)分布和獨立性的原則，所有的數(shù)據(jù)仍需要經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換復(fù)制到系統(tǒng)中，不能自動同步更新；如果數(shù)據(jù)來源是多個代理或企業(yè)單位，還需要考慮所有權(quán)的轉(zhuǎn)讓等問題。直接數(shù)據(jù)訪問（共享文件或者數(shù)據(jù)庫）直接數(shù)據(jù)訪問是指在一個GIS軟件中實現(xiàn)對其他軟件數(shù)據(jù)格式的直接訪問，用戶可以使用單個GIS軟件存取多種數(shù)據(jù)格式。直接數(shù)據(jù)訪問不僅避免了繁的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，而且在一個GIS軟件中訪問某種軟件的數(shù)據(jù)格式不要求用戶擁有該數(shù)據(jù)格式的宿主軟件，更不需要該軟件運行，是一種更為經(jīng)濟(jì)實用的多源數(shù)據(jù)集成共享模式。遵循OGC組織的數(shù)據(jù)互操作統(tǒng)一規(guī)范OGC（OpenGISConsortium開放地理信息系統(tǒng)協(xié)會)，規(guī)范基于OMG(ObjectManagementGroup對象管理組織)的CORBA、Microsoft的OLE/COM以及SQL等，為實現(xiàn)不同平臺間服務(wù)器和客戶端之間數(shù)據(jù)請求和服務(wù)提供了統(tǒng)一的協(xié)議，為數(shù)據(jù)互操作制定了統(tǒng)一的規(guī)范，從而使得一個系統(tǒng)同時支持不同的空間數(shù)據(jù)格式成為可能。OGC規(guī)范正得到OMG和ISO的承認(rèn)，從而逐漸成為一種國際標(biāo)準(zhǔn)，將被越來越多的GIS軟件以及研究者所接受和采納。但是OGC標(biāo)準(zhǔn)更多考慮到采用了OpenGIS協(xié)議的空間數(shù)據(jù)服務(wù)軟件和空間數(shù)據(jù)客戶軟件，對于那些歷史存在的大量非OpenGIS標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)格式的處理辦法還缺乏標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。而從目前來看，非OpenGIS標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)格式仍然占據(jù)已有數(shù)據(jù)的主體。數(shù)據(jù)互操作規(guī)范為多源數(shù)據(jù)集成提供了新的模式，但該模式在應(yīng)用中存在一定局限性：首先，為真正實現(xiàn)各種格式數(shù)據(jù)之間的互操作，需要每個每種格式的宿主軟件都按照統(tǒng)一的規(guī)范實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問接口，在一定時期內(nèi)還不現(xiàn)實；其次，一個軟件訪問其他軟件的數(shù)據(jù)格式時是通過數(shù)據(jù)服務(wù)器實現(xiàn)的，這個數(shù)據(jù)服務(wù)器實際上就是被訪問數(shù)據(jù)格式的宿主軟件，也就是說，用戶必須同時擁有這兩個GIS軟件，并且同時運行，才能完成數(shù)據(jù)互操作過程。各系統(tǒng)以SOA架構(gòu)，開放SOAP（SOAP：SimpleObjectAccessProtocol，簡單對象訪問協(xié)議）協(xié)議的服務(wù)接口，并在（UDDIUniversalDescriptionDiscoveryandIntegration統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成協(xié)議）中心注冊發(fā)布，支持應(yīng)用服務(wù)的集成調(diào)度。異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換本項目展現(xiàn)的三維洪水風(fēng)險圖數(shù)據(jù)，來源于天津水務(wù)的建設(shè)成果之一，成果數(shù)據(jù)格式并非常用的地理信息數(shù)據(jù)格式，首先要對洪水風(fēng)險分析數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并推導(dǎo)洪水風(fēng)險數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地理信息平臺三維模型與地形的融合在地球重力場的作用下，任何地物都要與地球表面發(fā)生不同程度的聯(lián)系，即地物一定要與地面進(jìn)行匹配。在地形三維場景的構(gòu)造中，如果地物模型沒有與地貌模型進(jìn)行匹配（融合），就會出現(xiàn)地物飄在空中或鉆入地下的情況，造成場景的失真。為了能夠?qū)⒌匚锬Ｐ团c地貌模型進(jìn)行匹配，在地貌模型的選擇上通常根據(jù)需要采用規(guī)則格網(wǎng)或不規(guī)則三角網(wǎng)。水流與地形的融合利用開發(fā)接口和洪水水動力學(xué)模型，可以將模型計算的淹沒范圍、淹沒水深表現(xiàn)為內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的DEM數(shù)據(jù)集，為洪水演進(jìn)過程中水流和真實DEM地形環(huán)境結(jié)合打下基礎(chǔ)系統(tǒng)中的地形那個以柵格DEM和TIN為形式存儲，從DEM可以直接提取河網(wǎng)以及相關(guān)的流域信息，是水文模型開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)。由DEM生成的流域，是流域參數(shù)化的重要途徑。要在柵格DEM上提取流域信息，柵格間流向的判別是基礎(chǔ)。D8算法是一種較成熟并且得到廣泛應(yīng)用的水流提取方法，基于D8算法有多種改進(jìn)型算法，但是各個算法都基本類似，主要的區(qū)別在于對于疑難地形的處理方式的異同。在應(yīng)用中，D8算法由于成熟穩(wěn)定，作為軟件開發(fā)中提取水流的首選方法。D8算法原理D8算法中，確定一個柵格的水流方向就是將被處理的柵格單元同其最鄰近的8個柵格單元之間的坡降進(jìn)行比較，被處理柵格單元中心同其相鄰的8個柵格單元中坡降最大的一個柵格單元中心之間連線的方向被定義為被處理柵格的水流方向，并且規(guī)定一個柵格的水流方向用一個特征碼表示。有效的水流方向定義為東北、東、東南、南、西南、西、西北和北，并分別用128、1、2、4、8、16、32和64這8個有效特征碼表示D8算法示意被處理柵格單元同相鄰8個柵格單元之間坡降的算法為：Slope=Dz/Di式中:Slope為兩個柵格之間的坡降；Dz為兩個柵格單元之間的高程差；Di為兩個柵格單元中心之間的距離。提取河網(wǎng)流域D8提取河網(wǎng)流域一般分為四步：首先，尋找最大正坡降，確定各柵格唯一的代表該柵格水流方向的特征碼。但在DEM數(shù)據(jù)源里，不可避免地會由于一些高程數(shù)據(jù)的采樣誤差和高程數(shù)據(jù)取整所引起的數(shù)據(jù)誤差，或區(qū)內(nèi)特殊的地貌，導(dǎo)致一些柵格無有效水流方向(不存在指向其周圍8個柵格的正流向)，即產(chǎn)生凹陷點。凹陷點就是水流方向不能用8個有效的代表流向的特征碼表示的一個柵格或相互聯(lián)結(jié)的一系列柵格。利用無凹陷點的柵格數(shù)字高程模型，計算有效水流方向分布圖；其次，從選定的流域出口柵格始，遍尋所有流向及流徑指向出口的柵格，即可確定該流域的區(qū)域及邊界；第三步是提取河網(wǎng)，流域中的每一個柵格均可算出匯流至該柵格的柵格個數(shù)，匯流柵格個數(shù)超過某一閾值的柵格即可認(rèn)為是河道，閾值的選擇依方法而異；最后，對生成的河網(wǎng)分級，并劃分子流域。河水與河底DEM的結(jié)合系統(tǒng)中涉及到的水流模型主要為流域中流動的水體，水電站或者泄洪閘等通過放水發(fā)電和泄洪，會導(dǎo)致上下游水體水位和流域面積發(fā)生相應(yīng)變化，系統(tǒng)中建立的水體模型的主要作用就是用來反映這種不斷變動的水體。根據(jù)水流的連續(xù)性原理，可以計算出水體隨著時間推移占據(jù)的空間范圍，包括空間坐標(biāo)X,Y,Z三個方向上的最大邊界值，將上述最大邊界值和河道DEM值進(jìn)行比對，可以在相交位置產(chǎn)生水流邊界線。水流模型的建立水流模型主要是指在泄洪過程中水流運動產(chǎn)生的飛濺效果的模擬模型，在建立水流模型過程中，我們主要采用了粒子效果來進(jìn)行模擬。水流在流動過程中可以視作是相互撞擊的模型，采用粒子系統(tǒng)進(jìn)行建模的基本思想是：采用大量、有一定大小和屬性的微小粒子作為基本元素描述水流。這些粒子均有自己的屬性，如：形狀、顏色、大小、存在期、速度等。基于粒子系統(tǒng)的水流模擬將水流視作大量粒子組成，由一組預(yù)先定義的隨機(jī)變量來控制粒子的位置、形狀、動力學(xué)特征。每一個粒子運動都具有隨機(jī)性，對于每個粒子參數(shù)的取值，首先由給定平均期望值和方差確定一個變化范圍，然后在范圍內(nèi)隨機(jī)確定其值。該方法能展現(xiàn)出泄洪過程中水流的實際運動效果，相對較符合水流的實際情況。透明水面效果為了達(dá)到水面的透明效果，系統(tǒng)采用了水面模擬的方法來增加虛擬自然水面的效果。水面模擬目前的主要方法為實時性的和非實時性的兩類，本系統(tǒng)使用非實時性水面的模擬，借助于大量自然景觀制作軟件來渲染出真實感較強的水面效果。透明水面效果對于水面而言，系統(tǒng)通過區(qū)分可以透過水面觀察到的對象和無法透過水面觀察到的對象的分類閥值，來過濾相應(yīng)的系統(tǒng)對象，使得水面產(chǎn)生類似于自然光發(fā)射的效果。在靠近河道堤岸的水面地帶，水面和地形的匹配則按照水流和地形融合的原則進(jìn)行相應(yīng)處理，以達(dá)到水面和堤岸交界處的分離效果。水面堤岸交界處示意在河流閘門開啟的演示中，系統(tǒng)通過添加水面的動態(tài)紋理，來實現(xiàn)了水面的動態(tài)顯示，形成了水面流動效果。水面流動效果洪水淹沒信息可視化洪水淹沒信息可視化,是洪水風(fēng)險圖的重要組成部分,利用Skyline強大的三維造型功能可以直觀地反映洪水風(fēng)險信息,并能實現(xiàn)對洪水和地形的三維交互式實時漫游,為防洪抗險決策者提供充足的輔助決策和科學(xué)依據(jù)，充分對接風(fēng)險圖，可實現(xiàn)三維洪水淹沒信息可視化。洪水淹沒展現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與三維洪水風(fēng)險圖結(jié)合傳統(tǒng)二維GIS擁有成熟的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、多種多樣的專題圖和統(tǒng)計圖、豐富的查詢和分析功能，在使用中仍然占據(jù)著重要的地位，而三維系統(tǒng)的優(yōu)勢在于展現(xiàn)和對現(xiàn)實的真實再現(xiàn)。因此在本系統(tǒng)的信息展現(xiàn)中，使用了二維和三維聯(lián)合顯示的方式來展現(xiàn)數(shù)據(jù)，既滿足了傳統(tǒng)GIS的查詢需求，也結(jié)合了三維系統(tǒng)的優(yōu)勢，在同一個框架體系下將兩者的優(yōu)勢發(fā)揮出來。用戶在三維場景中漫游時，可以通過實時查詢二維窗口的信息來獲得當(dāng)前位置的圖表信息。二三維窗口聯(lián)合顯示當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行三維場景動態(tài)展現(xiàn)時，此時通過即時的二維窗口顯示圖表信息，可以有效地獲取到該場景下的各類專題信息，為輔助決策提供各類參考信息。動態(tài)圖表示意洪泛區(qū)大范圍地理信息更新天津市防汛抗旱所轄面積很大，基礎(chǔ)信息收集和更新必須借助先進(jìn)技術(shù)，快速獲取大范圍的地理信息，并保證模型的質(zhì)量、精度。近幾年，傾斜攝影技術(shù)發(fā)展日益成熟，SmartEarth的云計算三維自動建模技術(shù)解決了傾斜攝影快速采集、緩慢處理的瓶頸，降低了傾斜攝影技術(shù)城市建模的成本，提高了行業(yè)的信息化建設(shè)能力和水平。傾斜攝影技術(shù)已經(jīng)是大區(qū)域洪泛區(qū)地理信息管理的必要手段。針對天津市三維洪水風(fēng)險信息管理的應(yīng)用，擬選取大黃堡洼蓄滯洪區(qū)試點，利用傾斜攝影技術(shù)采集基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行真三維實景的風(fēng)險圖展現(xiàn)，也為后續(xù)洪水風(fēng)險分析模型提供準(zhǔn)確的房屋模型、地物模型等數(shù)據(jù)。我們從精度和經(jīng)費綜合考慮，提供一套比較經(jīng)濟(jì)的傾斜攝影航飛方案。航飛范圍概述大黃洼蓄滯洪區(qū)屬北三河系，位于北運河中下游青龍灣減河與北京排污河之間，地處天津市寶坻區(qū)、武清區(qū)和寧河縣境內(nèi)。北起筐兒港北堤，東至青龍灣減河右堤和青龍灣故道左堤，西以黃沙河左堤及北京排污河左堤為界，南到津榆公路，總面積274平方公里。區(qū)內(nèi)地勢西北高、東南低，地面高程為2.9～4.5m（大沽高程），區(qū)內(nèi)由柳河干渠、清污渠、大爾路、九園路、西杜莊干渠等隔堤劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共5個滯洪分區(qū)。上游控制站為土門樓泄洪閘，下游控制站為南里自沽節(jié)制閘。大黃堡洼蓄滯洪區(qū)范圍如下圖所示：大黃堡洼蓄滯洪區(qū)范圍航飛方案設(shè)計技術(shù)路線使用DM-150無人機(jī)分體式搭載DM-536數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行航空攝影飛行，采集影像數(shù)據(jù)