呂梁市雨情墑情自動測報系統設計

李新華，孫大智

1 概況

呂梁市全境屬東部季風氣候區，大陸性季風氣候顯著，四季分明。由于其特定的氣候特征、地形條件和地理因素，呂梁市的水旱災害十分頻繁，“十年九旱、局部洪災”是呂梁氣候的主要特點。因此，防汛抗旱成為全市防災減災的主要任務。

當前，呂梁市防汛抗旱存在的主要問題有：一是雨量站和墑情站分布不平衡，特別是水庫上游大部分不設站點，遠不能滿足防汛抗旱指揮的需要；二是這些站大部分為人工操作、人工報汛，受氣候影響較大，遇到大暴雨，信息傳輸得不到保障，達不到及時、準確的要求；三是這些站的儀器設備大部分帶病運行，老化嚴重，且精度不高，難以保證信息的可靠性；四是這些站的信息按部門逐級上報，防汛抗旱指揮部不能直接、及時得到，嚴重影響了防汛信息的時效性。

2 系統設計目標

第一，根據呂梁市的自然地理特征、耕地地類情況和人口分布密度特點，在受洪水威脅的縣城及鄉鎮、水庫、水電站、大型企業，通過科學選比、充分論證，建設布局合理并具有代表性的雨量、墑情自動監測站網。

第二，采用結構簡單、技術先進、性能可靠、維護方便的定型設備，建設無人值守、全天候工作的野外監測站。

第三，建立經濟合理、安全可靠、保障傳輸的通信信道，確保在發生暴雨洪水的條件下，監測信息有效傳輸。

第四，在呂梁市防汛辦設立中心站和雨量、墑情接收處理系統，為實時監測、整合處理、預測預報、資料整編提供條件。

第五，系統研發的最終目標是要實現雨量、墑情自動提取，雨量、墑情等值線、等值面自動分析，圖形報表自動打印功能，以及面雨量計算、雨情特征值統計等功能，滿足防汛抗旱的日常業務需要，提高雨量、墑情分析的自動化水平。

3 系統設計過程

3.1 設計內容

根據呂梁市洪水、旱情的發生和傳播規律，考慮到系統布設原則和布設依據，確定每縣的雨量站不少于3個，墑情監測站不少于2個。為有效利用監測站的設備資源，確定墑情站的同時配置雨量站，在已完成的一期項目中25個點雨量和墑情站合一。具體研發內容為:

自動數據提取:自動從數據庫提取數據，減少數據提取的中間環節，自動保存已提取的一些數據，減少重復提取，提高系統運行的穩定性。

自動雨量、墑情分析:自動客觀分析，包括等值線分析和等值面分析兩種情況。

人工修訂結果：在出現明顯的分析缺陷（概率很小）或出現機器無法判別的錯報情況下，設置人工調整和美化功能，滿足使用要求。

雨量、墑情圖打印:滿足水文部門上報雨量圖的要求，圖形既可以打印在白紙上，也可以打印在事先指定的地區底圖上。

根據鼠標隨機選定區域范圍，自動完成區域內面平均雨量墑情的分析計算。

3.2 系統結構

根據業務需求的分析，確定該系統的體系結構由采集層、通信層、網絡層、數據層、應用層5部分組成。

采集層：該系統的信息采集遵照先進、實用，經濟、可靠，充分利用郵電公網的原則，根據分中心測站分布和通信資源狀況，全部采用數據自動采集、固態存儲、數字化自動傳輸技術，以提高觀測精度和時效。

通訊層：選擇全球移動通信系統為報汛通信網的主信道，選擇公共電話交換網為備信道，實現有線無線雙保險，力求為信息的傳輸提供可靠保證。

網絡層：是中心的計算機網絡，是業務應用軟件系統運行的基礎環境。該系統可以在局域網或廣域網環境下運行，并配置有網絡數據庫系統，需要有基本信息數據庫和實時水情數據庫支持，數據庫結構要符合水利部下發的實時雨水情數據庫標準。

數據層：是整個呂梁市雨情墑情自動測報系統業務綜合數據的平臺，是業務應用軟件系統運行的基礎，由多個相對獨立又互有關系的數據庫組成。主要包括基礎信息數據庫、實時墑情數據庫、實時雨情數據庫、遙測數據庫、歷史數據庫、運行分析結果數據庫、空間地理信息數據庫、方法模型庫等。數據庫系統是利用計算機網絡技術和開放性數據庫管理方法，為防汛決策提供可靠的數據支持，是整個決策支持服務系統的數據支撐層。

運用層：是呂梁市雨情墑情自動測報系統的核心，主要進行雨情墑情信息的接收、處理、存儲、分析、統計、查詢等。呂梁市雨情墑情綜合分析系統的總體結構是：以強大的雨情、墑情數據庫、地圖信息庫、站網信息庫、水系信息庫、分區信息庫、方法模塊庫作為基礎支撐層，通過建立先進的物理模型和客觀的插值方法，實現數據提取分析、雨量、墑情等值線、等值面、特征值計算、圖形顯示自動化、出圖、打印等功能。在B/S結構中，客戶在瀏覽器中對需要查詢信息進行選擇，并向服務器端發出請求，該請求通過http協議傳送到服務器端。當服務器端收到請求信息后，就去訪問相關的數據庫，并把從數據庫中檢索到的數據轉換成相應的XML格式、SVG格式和HTML格式的文件，返回到客戶端。這樣客戶端就可以對其進行交互式訪問，并且不需要頻繁地向服務器發送請求，極大地減少了網絡數據傳輸量和服務器的負擔。

3.3 主要應用技術

SVG（ScalableVectorGraphics）是一種基于 XML的用來描述二維矢量圖形和矢量/點陣混合圖形的置標語言，是一種全新的矢量圖形規范。SVG的繪圖可以通過動態和交互式方式進行，在實際操作中，以嵌入方式或腳本方式實現。SVG實現了圖形、圖象和文字的有機統一。

SVG采用基于XML的DOM文檔管理結構，很方便實現層次管理，其對象的樣式屬性具有繼承性，如果下一級沒有某樣式屬性，則直接使用其上一級屬性，以此類推，直到頂級為止。

SVG圖形數據本身只包含用來實現矢量圖形顯示的信息，如坐標點、變換矩陣、顯示樣式等信息，不能滿足GIS系統的需要。但由于SVG是基于XML格式的，除了使用其內置的屬性外，還可對其屬性進行任意擴充，以實現自定義功能。在SVG圖形中，對象的屬性ID是用來標志唯一對象的編號。WebGIS采用ID號作為圖形內在的標示，而自定義其他的屬性如名稱、提示信息等來存儲其GIS屬性。

該系統使用面向對象的軟件工程方法，利用JZEE（Java2PlatformEnterpriseEdition）開發平臺，采用SVG技術，實現了以地圖信息形式繪制雨量、土壤墑情等值線或等值面，將數據庫數據的提取、分析、顯示、繪制圖和線、網頁發布瀏覽、瀏覽器直接生成等值線圖等功能融為一體，做到了準確性、真實性、美觀性與實用性的有機結合，實現了雨情、土壤墑情信息綜合分析服務的自動化和軟硬件系統藕合及整個系統的一體化管理和運用。

4 結語

呂梁市雨情墑情自動測報系統采用現代信息采集技術、通信技術、計算機網絡技術、信息處理技術，建成覆蓋全市的雨情和旱情自動測報系統，達到了信息源布局合理、信息采集、傳輸、處理手段先進實用、高效可靠，實現了動態監測和實時報警。

呂梁市雨情墑情自動測報系統能在30min內完成所有雨量、墑情監測站信息的收集處理，為防汛抗旱調度，決策指揮提供科學依據，為防汛抗旱搶險救災贏得時間，最大限度地減少干旱和洪水災害損失，確保人民生命財產安全。

［1］ 仁建營，孫志國，劉正洪.漳澤水庫防汛會商決策系統設計思路淺析[J].中國水利，2007（05）：50-51.

［2］ 周惠成，何斌，梁國華，等.WebGIS在省級防汛指揮決策信息服務子系統中的應用研究[J].水科學進展，2003（01）：104-108.