基于WebGIS的安全环境大数据应用平台设计与实现

蔡明月，覃 磊，宋建慧

（1.2，南宁局集团公司信息技术所，工程师；3.南宁局集团公司科技和信息化部（总工室），高级工程师；1.2.3，广西 南宁 530029）

近年来，随着地方经济发展，邻近铁路的施工、生产、耕种、养殖等活动增多，给铁路行车安全带来风险，路外安全环境复杂多变［1］。中国铁路南宁局集团有限公司（以下简称：南宁局）目前涉及铁路防洪和路外安全环境的信息量逐年呈指数增长，导致查询和数据分析工作量大、工作效率低等问题。特别是在发生突发事件应急处置时，往往难以快速、全面地掌握安全环境信息，严重影响应急处置效率［2］。

本文以铁路总公司和南宁局科技防洪规划为指引，针对目前安全环境变化应急处置效率低、数据维护难度大、信息资源难以共享互通等实际问题，设计并实现了一套以WebGIS 技术和大数据分析应用为核心的安全环境信息系统，能够及时、全面、快速掌握防洪和路外安全环境信息，达到为日常管理、突发事件应急处置、风险研判提供大数据支撑和决策支持的目的。

1 系统设计

1.1 设计思路按照南宁局建立“防洪”和“环境”两张网工作部署，所设计的系统采用WebGIS技术、大数据分析及挖掘、内外网数据交换等应用技术［3］，建立基于WebGIS 技术的安全环境大数据应用平台，提升各专业基础数据管理应用水平。

1）制作南宁局管辖范围内基础电子地图。采用图层叠加技术，分专业、分类别管理相关数据信息，逐步拓展应用范围。

2）建立与电子地图相适应的安全环境大数据库。包括地图基础信息、设备台账、图像视频资料，巡检记录和防灾数据等内容，设计数据信息的采集方式和存储格式，实现大数据信息的集中存储。

3）建立基于WebGIS 技术的大数据应用平台，实现数据采集、跟踪、分析、预警提示和可视化管理。

1.2 系统总体架构安全环境信息系统主要面向南宁局、站段两级，涵盖工务、电务、供电等10 个专业，系统使用单位和人员较多，办公地点分散。因此，在系统架构上设计采用“浏览器/服务器”模式（即B/S 模式）构建，整个系统运行以内部办公网络为载体，采用分布式结构设计。系统提供WEB、数据库服务和WebGIS 地图访问服务［4］。各相关单位用户通过浏览器进行业务处理和对数据库服务器中的数据进行读取、存储。

1.3 主要功能将各种防洪基础数据、路外安全环境等信息集成到系统中，实现对防洪和路外安全环境信息的快速查询，具备统计分析、动态监控、信息共享功能。系统功能模块结构图见图1。

图1 系统功能模块结构图

系统主要功能简述如下：

1）环境可视化。系统以可视化电子地图作为界面交互的基础，各类设备设施以图层的方式叠加。系统提供图层的缩放、平移、点选、勾选功能，实现图层的显示和隐藏；提供关键字搜索功能快速检索定位设备位置；同时，数据关联桥梁及应急等级，实现智能联动响应功能。

2）信息查阅。信息查阅主要包括设备资料、规章制度、安全管理信息展示功能。通过点选电子地图上的设备图标打开，界面统一展示设备设施的资料参数、实景照片和现场视频等。

3）数据维护。数据维护模块是数据采集的原点，用于更新维护各类设备设施的资料。系统提供设备设施的数据维护、搜索功能，提供了数据维护动态预警提示功能，用红、黄、蓝等不同颜色分别预警数据的超期维护、待审核、超期审核、缺漏数据、缺少图片等不同状态。

4）巡检登记。巡检登记模块基于微信企业号实现，在微信企业号上部署外勤巡检作业单应用。应用提供站段外勤巡检人员创建、查询巡检记录的功能。同时，通过微信端预警信息提供声光效果的报警提示，便于上级部门及时掌握现场设备设施健康状况。

（5）联网共享。联网共享包括跨平台数据共享和雨量数据接入两部分。主要实现气象专网、普铁雨量、地震应急等多个信息系统平台数据在线共享［5］，同时在系统的雨量计设备资料展示界面中以图表形式展现。

2 关键技术

2.1 地图框架前端技术地图前端技术主要包括地图的展现及人机交互的设计，网站开发编码依托HTML5+Javascript+Ajax 的体系结构作为解决方案，地图操作使用ArcGIS API for JavaScript+Dojo的开发工具，系统页面采用了EasyUI的界面框架［6］，具备如下特点：

系统地图前端采用基于WebGIS 的地图动态图技术，通过使用ArcGIS API for JavaScript 工具和Dojo 框架，实现了具有自主知识产权的适用于铁路特征的前端地图框架。该框架向外界提供了丰富的接口，可以方便地显示铁路防洪和路外安全环境相关的各种地图元素，包括铁路线、车站、江河水系、桥梁、防洪地点等业务信息；也可以方便、直观地显示各种查询、统计信息。

2.2“分层叠加”图层实现技术“分层叠加”的优势在于图层的维护具有独立性，任何一个图层的修改都不会影响其他图层使用，易于维护［7］。同时具有较强的扩展性，当有新安全环境设备设施正式应用时，系统通过增加新图层的方式在最短的时间内更新地图数据，使得在系统中的地图数据和实际线路上的设备设施保持一致。

系统按照“分层叠加”图层的设计思想，一种设备设施对应一个图层的方式进行开发，将图层加入到“铁路局安全环境电子地图”服务中，以此解决业务数据与地图相结合的难题。每个子类别在地图上使用不同的图标表示，用户根据需要勾选需要显示的图层，即保证了界面的美观又保证了运行的高效。如图2所示。

2.3 基于安全平台的内外网数据交换技术按照铁路总公司业务系统内外网信息安全交换设计、开发及部署的要求，系统在内网架设安全环境系统内网服务器，用户通过指定端口号访问内网服务器资源。同时，配置外网服务器，分配互联网IP 地址作为外网地址映射。内网服务器通过安全平台以固定频率向外网服务器发送资源请求，外网服务器接收请求信息，以二进制流形式进行封装后，穿越安全平台返回内网服务器。内网服务器数据接收程序接收信息并向外网服务器返回响应。

安全平台内网服务器数据采集程序，将内网中的设备信息封装成二进制流，穿越安全平台向外网服务器发送http请求。外网服务器收到此请求后对此信息进行处理和入库，并向内网服务器返回响应。系统网络架构如图3所示。

3 系统应用效果

该平台已在南宁局管辖范围内投入使用，实现了智能化联动查询和预警。包括江河水系联动展示所影响的铁路桥梁，防洪防台应急响应等级联动展示所影响的铁路线路区域，能够及时提醒相关设备管理单位进行数据维护。各试点单位通过报警提示，及时完善了93 个数据图层、106 万条数据，确保数据的真实性、准确性。如图4所示。

图5 应用效果图

此外，系统拓展微信平台外勤业务新模式。外勤人员现场检查的设备状况、图像信息等用微信方式通过南宁局网络安全平台即时回传系统。能够对现场设备检查情况进行盯控，督促相关单位按周期对设备进行巡检，同时能及时将现场巡检信息回传系统，方便日常维护。

例如，在2017 年3 月28 日至29 日防洪应急演练、7月1日湘桂线全州至才湾间水冲道床水害、7月2日湘桂线柳江桥防洪应急响应、7月3日货船撞击益湛线石良角浔江特大桥桥墩、7 月15 日河池南丹4.0 级地震，8 月3 日湘桂线K303+820 上跨线缆侵限、8 月9 日防台应急演练等29 次应急处置、演练中，均能通过系统快速调阅了相关设备的地理位置、资料参数、影音图像等信息，通过与其他系统信息共享和智能化管理的功能，能够在应急处置中提供大数据的支撑和决策的支持。

4 结束语

南宁局安全环境大数据应用平台是以大数据分析为前提，以提升防洪安全应急处置水平为目的，实现基础数据可视化管理，形成统一管理标准，达到“数据完整，权责清晰，智能简便”的应用效果。该平台在后续研究和版本迭代开发过程中，将进一步深入研究站段具体需求，不断完善监控数据类型，逐步拓展大数据应用范围，有效推动铁路局安全环境管理向着平台化、可视化、智能化方向发展。