山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)方案

莫曉勁

（湖南省水利廳防汛通訊中心 長沙市 410007）

1 概 述

山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是通過有線和無線相結(jié)合的方式遠(yuǎn)程對雨水情信息、工情信息等進行實時監(jiān)測，結(jié)合氣象、水文和國土信息，當(dāng)雨量和水位達到一定警戒值的時候，發(fā)出預(yù)警信息，同時，通過GIS 地圖的災(zāi)害分析預(yù)演和專題圖功能為各級政府的防治山洪災(zāi)害提供決策支持，提供報表統(tǒng)計、日志記錄等輔助功能的省級平臺系統(tǒng)。

2 總體要求

系統(tǒng)總體要求是：設(shè)計先進、運行穩(wěn)定、安全可靠、操作易用、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2.1 信息需求

系統(tǒng)主要完成以下功能：

（1）氣象云圖信息查詢：可以查詢衛(wèi)星云圖、天氣預(yù)報等。

（2）雨水情查詢統(tǒng)計：可以實現(xiàn)單站、多站實時或者歷史數(shù)據(jù)報表和圖形化查詢。

（3）監(jiān)測功能：對雨水情監(jiān)測站點進行實時監(jiān)測。

（4）預(yù)警功能：分為手動預(yù)警和自動預(yù)警，分別又包含電話、短信預(yù)警、廣播預(yù)警，所有預(yù)警分為黃、橙、紅三級。

（5）決策支持：實現(xiàn)水情、雨情、工情的查詢和統(tǒng)計分析，同時支持網(wǎng)絡(luò)和移動終端兩種查詢方式，支持災(zāi)害的自動分析與預(yù)案管理功能。

（6）地理信息查詢：實現(xiàn)基于WEBGIS 信息查詢、電子地圖導(dǎo)航和標(biāo)繪等功能。

（7）系統(tǒng)管理:實現(xiàn)系統(tǒng)的機構(gòu)管理、用戶管理、權(quán)限管理及系統(tǒng)的操作日志管理。實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護和管理。

（8）工情信息：可以實現(xiàn)單站、多站實時和歷史工情信息和運行參數(shù)的查詢。

2.2 體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S 的三層架構(gòu)模式，數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用服務(wù)器集中在省中心，數(shù)據(jù)前段采集分布在各地，功能應(yīng)用集中在中心。以綜合數(shù)據(jù)庫為核心，地理信息系統(tǒng)為平臺，通過WEB 服務(wù)，利用瀏覽器實現(xiàn)信息查詢分析顯示和用戶交互，通過權(quán)限用戶分發(fā)的方式提供使用者使用。做到了結(jié)構(gòu)清晰，使用方便，維護簡介，升級快捷。

（1）客戶端是通用的Web 瀏覽器，采用Web 瀏覽器的好處在于客戶端不需要事先安裝任何軟件，界面統(tǒng)一、友好，維護方便。

（2）中間層是位于服務(wù)器端的Web 服務(wù)器和地圖應(yīng)用服務(wù)器。服務(wù)器承擔(dān)了請求解釋、數(shù)據(jù)庫查詢、請求轉(zhuǎn)發(fā)、信息組織、結(jié)果輸出等任務(wù)。

（3）后端是數(shù)據(jù)庫層，保存系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)。如系統(tǒng)涉及到的數(shù)據(jù)有水情數(shù)據(jù)、空間地理數(shù)據(jù)、文檔資料數(shù)據(jù)、視頻錄像數(shù)據(jù)、用戶賬號數(shù)據(jù)等。

山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在后端數(shù)據(jù)庫層實現(xiàn)了對各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，在應(yīng)用層通過實現(xiàn)地圖應(yīng)用邏輯、數(shù)據(jù)應(yīng)用邏輯，結(jié)合Web 服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器實現(xiàn)了整個應(yīng)用系統(tǒng)的功能。在表示層由通用瀏覽器具體完成系統(tǒng)提供的所有功能。

2.3 技術(shù)指標(biāo)

（1）采用網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)技術(shù)（WEBGIS），實現(xiàn)信息的在線查詢，用戶可以隨時隨地的查詢雨情、水情、工情等信息。

（2）采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)山洪數(shù)據(jù)的存儲管理和共享。

（3）使用動態(tài)交互式網(wǎng)頁技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)和用戶的良好交互。

（4）使用安全加密方式管理全部用戶

3 總體設(shè)計

3.1 總體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)基于Windows 2003 Server 以上服務(wù)器操作系統(tǒng)，采用B/S 結(jié)構(gòu)，以綜合數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用COM+組件（包括MapXtreme 平臺和數(shù)據(jù)入庫及傳輸組件）為中間層，通過IIS 服務(wù)提供多個模塊的用戶交互。圖1 為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

3.2 軟件系統(tǒng)界面

軟件系統(tǒng)界面風(fēng)格統(tǒng)一，符合人機工程原理，同時體現(xiàn)水利業(yè)務(wù)特點，既能滿足防汛業(yè)務(wù)的需要，又能使操作簡單、方便、快捷，符合絕大多數(shù)人的使用習(xí)慣。圖2 為山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主界面圖。

圖2 山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主界面

3.3 數(shù)據(jù)集中，分層應(yīng)用

系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)集中，分層應(yīng)用的模式，各個相應(yīng)的行政區(qū)可以把本系統(tǒng)作為獨立系統(tǒng)的一部分獨立運作。圖3 為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計及WEBGIS 平臺選型

4.1 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫采用分布式部署，從遙測系統(tǒng)前置接收機接收的數(shù)據(jù)通過入庫軟件同時進入2 個鏡像數(shù)據(jù)庫，通過計算機局域網(wǎng)絡(luò)連接，同步軟件進行數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)訪問使用統(tǒng)一的安全認(rèn)證。

根據(jù)系統(tǒng)的信息需求和數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則，綜合數(shù)據(jù)庫從內(nèi)容上劃分為：山洪災(zāi)害數(shù)據(jù)庫、工情數(shù)據(jù)庫、雨水情信息數(shù)據(jù)庫、氣象預(yù)報數(shù)據(jù)庫（包括氣象信息與云圖信息）、地理信息數(shù)據(jù)庫（即圖層空間數(shù)據(jù)庫）、其他信息數(shù)據(jù)庫（單位機構(gòu)信息、圖像信息、視頻信息等）。

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)按照編號為NFCS－DSS－DD－01 的《國家防汛指揮系統(tǒng)工程》實時雨水情表結(jié)構(gòu)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（修訂版）進行設(shè)計。

數(shù)據(jù)庫管理軟件使用基于B/S 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，部署于系統(tǒng)管理員專用的數(shù)據(jù)管理計算機上。

4.2 地理信息系統(tǒng)（WEBGIS）平臺選型

地理信息系統(tǒng)選擇時需要能實現(xiàn)以下主要功能：

（1）簡單、直觀，用戶可迅速掌握所有基礎(chǔ)和專業(yè)的GIS 功能。

（2）功能層次結(jié)構(gòu)清晰，分類明確，易于使用。

（3）各項操作按照用戶習(xí)慣與需求簡化，實現(xiàn)各種功能更加簡捷高效。

（4）集成度高，綜合性強，適應(yīng)水利行業(yè)對GIS方面的需求。

（5）操作簡便，幫助詳盡，交互界面貼近用戶習(xí)慣，滿足用戶需求。

（6）文字簡練達意，以貼近大眾的表達方式描述專業(yè)功能，更能適應(yīng)不同層次用戶的狀況。

根據(jù)市場調(diào)研及考察，我們最終選擇Mapinfo公司的MapXtreme7.0 作為山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的的WEBGIS 基礎(chǔ)平臺。

5 系統(tǒng)功能設(shè)計

（1）水情信息。提供基于WEBGIS 地圖的實時水情標(biāo)注、監(jiān)控、報警提示、水情日、旬、月、年報查詢、各類水情統(tǒng)計報表、過程線及相關(guān)圖形生成、水情歷史特征值查詢、水情預(yù)報和統(tǒng)計分析成果展示等功能。

（2）雨情信息。提供基于WEBGIS 地圖的實時雨情標(biāo)注、雨情告警提示、任意時段雨量等值線（面）圖的繪制、雨情日、旬、月、年報查詢、各類雨情報表生成、降雨極值（年、月、日、時）查詢以及統(tǒng)計對比分析、典型頻率，模塊支持分省、市、縣（區(qū)）分級統(tǒng)計展示等。

（3）工情信息。提供基于WEBGIS 地圖各類水利工程標(biāo)注、包括水文站、大中型水庫電站、堤垸、灌區(qū)、內(nèi)湖、防汛物質(zhì)儲備點工情信息，城市防洪風(fēng)險圖、實時災(zāi)情圖片、錄像等。

（4）地圖鷹眼。實現(xiàn)基于WEBGIS 信息查詢、電子地圖導(dǎo)航和放大、縮小、標(biāo)繪等功能。

（5）動態(tài)監(jiān)控。對所有山洪災(zāi)害隱患地區(qū)雨情站點信息的WEBGIS 實時全面監(jiān)控，從面上直觀了解最近時段山洪區(qū)雨情信息。

（6）監(jiān)測預(yù)警。系統(tǒng)自動監(jiān)視告警測站，在WebGIS 平臺上進行展示，系統(tǒng)在監(jiān)視畫面中以醒目的顏色標(biāo)注出告警區(qū)域。并可手動方式或自動方式通過預(yù)警發(fā)布服務(wù)對相關(guān)負(fù)責(zé)部門或負(fù)責(zé)人發(fā)出電話、短信、傳真等方式的預(yù)警信息。

（7）決策分析。通過水情、雨情、工情等數(shù)據(jù)統(tǒng)計對災(zāi)害進行自動分析與預(yù)警演習(xí)。此模塊還包括災(zāi)情評估、專題圖功能、防汛管理、防汛會商支持等功能。

（8）衛(wèi)星云圖。提供大尺度、高清晰度的紅外、水汽、三維衛(wèi)星云圖實時顯示及動畫演示、典型洪水期間云圖趨勢動畫查詢等功能。

（9）氣象信息。提供氣象短信預(yù)警信息、天氣短時、中期、長期文字預(yù)報、紅外、水汽、多普勒雷達信息查詢、臺風(fēng)路徑演示、氣象溫度實況、氣象影視信息、天氣氣象圖、氣象中小尺度系統(tǒng)信息查詢等。

（10）系統(tǒng)管理。提供系統(tǒng)用戶分級權(quán)限登錄管理、短信發(fā)布對象管理、傳真對象維護管理、防汛數(shù)據(jù)修改維護等。并實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護和管理。

（11）其他信息。考慮到前瞻性和擴展性，辦公自動化（OA 系統(tǒng)），行政管理，旱情信息，防汛業(yè)務(wù)，水利新聞等水利有關(guān)的信息資源將來都可以整合到這個平臺之中，各自模塊也可以獨立訪問獨立運作，在原有責(zé)權(quán)體系的基礎(chǔ)上，管理各自數(shù)據(jù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)上的獨立應(yīng)用和預(yù)警發(fā)布。因此此模塊提供將來其他功能擴展的接口。

6 結(jié) 語

山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要功能是用于山洪災(zāi)害的監(jiān)測與預(yù)警，不僅是針對山洪災(zāi)害，對其他水情、雨情、閘情、滑坡等都留有擴展接口也可以增加相關(guān)模塊功能。此系統(tǒng)可建立全省（市、縣）統(tǒng)一的聯(lián)動應(yīng)急管理，平臺融合信息交換、視頻監(jiān)控、全球定位（GPS）、地理信息（GIS）、公共通信（手機、電話）等功能，通過決策分析模塊對接收的信息進行分析管理做出決策支持，通過本系統(tǒng)達到應(yīng)急防汛工作一體化管理，積極預(yù)防和減輕重大山洪災(zāi)害損失。