基于WebGIS的暴雨災害決策系統(tǒng)設計與應用

何周見

摘 要：針對防汛部門在暴雨災害中缺少統(tǒng)一調(diào)度的平臺，開發(fā)了暴雨災害決策系統(tǒng)。文章從關鍵技術角度描述了系統(tǒng)的功能，結合各防汛單位的業(yè)務需求，對系統(tǒng)開發(fā)過程中涉及的關鍵技術展開討論。并開發(fā)了基于WebGIS的暴雨災害決策系統(tǒng)，軟件運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了大容量數(shù)據(jù)高效發(fā)布、海量要素快速渲染及繪制、GP服務高效率調(diào)用、氣象預警信息快速送達等主要功能，為政府領導遠程科學指揮、統(tǒng)一調(diào)度因暴雨引發(fā)的災害提供科學依據(jù)，在政府防災減災過程中具有重要意義和應用價值。

關鍵詞：Flex；RIA；暴雨災害；海量數(shù)據(jù)；GP；及時率

中圖分類號：S422 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0111-02

1 概述

近年來，暴雨災害頻繁發(fā)生，造成嚴重的經(jīng)濟損失和社會影響，成為各界普遍關注的自然災害問題。政府各級防汛部門高度重視暴雨及其引發(fā)的山洪地質災害防御工作，為了有效地預測災害并減少造成的損失，迫切需要建立一個科學合理的暴雨決策服務指揮系統(tǒng)。隨著氣象監(jiān)測與預報技術的發(fā)展、應急部門對各防汛部門的統(tǒng)一組織協(xié)調(diào)的力度加強，對暴雨災害的統(tǒng)一決策指揮成為可能。

RIA（Rich Internet Applications，富互聯(lián)網(wǎng)應用程序）是一種將桌面應用程序的交互用戶體驗（反應快、界面豐富等優(yōu)點）與傳統(tǒng)Web應用部署靈活性結合起來的網(wǎng)絡應用程序。RIA給用戶帶來更豐富、更具有交互性和響應性的全新體驗，是一種全新的Web應用解決方案，也為網(wǎng)絡GIS發(fā)展帶來了新的活力。在現(xiàn)有的幾種RIA客戶端開發(fā)技術中，以Adobe公司的Flex較為成熟，因此，本系統(tǒng)建設選擇Flex技術作為客戶端顯示手段。[1]

2 系統(tǒng)總體結構設計

氣象GIS網(wǎng)絡平臺總體上劃分為兩個端，即氣象GIS服務端和客戶端，服務端又分為3個層，分別為數(shù)據(jù)層、氣象GIS服務層和Web服務層。每個層根據(jù)業(yè)務需求再細化為4塊。

2.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要存貯系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)，包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、氣象業(yè)務數(shù)據(jù)、防汛部門業(yè)務數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)分別存貯于不同的數(shù)據(jù)庫中。

2.2 服務層

服務層包含地圖數(shù)據(jù)服務層、氣象數(shù)據(jù)服務層、信息發(fā)布服務層和GP服務層。提供對數(shù)據(jù)層的獲取、分析、顯示和傳輸。本層是系統(tǒng)的關鍵所在，地圖顯示、氣象數(shù)據(jù)顯示、客戶端交互及決策信息發(fā)布均由本層處理，并將最終的處理結果返回給客戶端顯示。[2]

2.3 web服務層

web服務層主要包括基于web的應用程序，其介于客戶端和服務層之間，是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的一個媒介層。該層將web應用程序通過web服務器發(fā)布到網(wǎng)絡中供客戶端調(diào)用，web服務層傳遞客戶端請求到服務層，調(diào)用相關服務并獲取服務端的結果，并將結果返回給客戶端。web服務層提供了服務訪問組件，提供對各類服務的訪問以及對OGC標準服務和第三方服務的訪問；web服務層提供OGC服務、REST服務以及WEB服務3個部分的Web發(fā)布功能，即支持將服務在服務層發(fā)布為OGC標準服務、REST服務以及標準的web服務。[3-4]

2.4 客戶端

本系統(tǒng)客戶端具有開放性服務聚合應用架構，支持REST和SOAP空間信息服務，并且可通過規(guī)范化接口進行服務協(xié)議的擴展；支持WMS＼WFS＼KML等標準空間信息服務。[5]

3 系統(tǒng)功能結構設計

基于Flex的暴雨災害決策服務指揮系統(tǒng)主要由3個子系統(tǒng)組成，分別是監(jiān)測子系統(tǒng)、決策指揮系統(tǒng)和信息審核、發(fā)布系統(tǒng)。

3.1 監(jiān)測子系統(tǒng)

監(jiān)測子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎，包含了氣象數(shù)據(jù)綜合顯示、查詢、分析，專題圖制作等功能，并能根據(jù)一定的規(guī)則對累計雨量、1小時雨強、閃電定位、雷達組合反射率因子進行預警。

3.2 決策指揮子系統(tǒng)

決策指揮系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)的顯示結果，配合各防汛部門的數(shù)據(jù)，以及網(wǎng)絡上的高清地圖數(shù)據(jù)，對暴雨落區(qū)及影響區(qū)域進行決策指揮。可以用于輔助的工具有緩沖分析、流域關聯(lián)分析、避災點分析及救援、逃生路徑分析工具。在經(jīng)過綜合分析后，利用交互工具在地圖上直觀的繪制出來提交給產(chǎn)品生成程序，得到最終的決策指揮服務產(chǎn)品。

3.3 審核、發(fā)布子系統(tǒng)

通過決策指揮系統(tǒng)得到的決策指揮服務產(chǎn)品，經(jīng)過系統(tǒng)管理員與相關部門人員的會商確定后，提交給發(fā)布系統(tǒng)；選擇發(fā)布渠道后，系統(tǒng)將決策信息迅速的傳送至服務對象。

4 關鍵技術

4.1 海量數(shù)據(jù)的顯示策略

本系統(tǒng)因為牽涉到與應急、國土、水利、民政、教育等部門的統(tǒng)一調(diào)度，數(shù)據(jù)量很大，而且部分數(shù)據(jù)密集程度很高，如氣象信息員數(shù)據(jù)、國土部門的信息員數(shù)據(jù)、地災點數(shù)據(jù)，如果全部顯示在地圖上，會嚴重影響視覺效果，而且無法區(qū)分各類數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)在顯示上采用了flex中的cluster技術，即根據(jù)地圖的縮放級別來進行聚合顯示，比如氣象信息員，在地圖放大到村鎮(zhèn)級別時，進行單獨顯示，縮小到縣市一級時，視圖范圍內(nèi)的所有信息員聚集在一個大點上，大點上有數(shù)據(jù)標示，指示本點包含的信息員總數(shù)。cluster技術有效的解決了海量數(shù)據(jù)有效顯示的問題。

4.2 信息員地圖數(shù)字化

氣象部門和國土部門的信息員均細化到村組一級，上報時以村為單位，現(xiàn)階段國土部門提供的地理信息邊界數(shù)據(jù)最小只到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級。如何在地圖上有效定位信息員成為本系統(tǒng)需要解決的關鍵問題之一。經(jīng)過和國土部門溝通，劃分村組邊界牽涉到的因素太多，因此本系統(tǒng)選用以村委會為中心，根據(jù)信息員數(shù)量進行圓心分布顯示。

4.3 跨域訪問技術及系統(tǒng)部署

由于涉及到數(shù)據(jù)安全性，氣象部門的鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量點數(shù)據(jù)現(xiàn)統(tǒng)一部署在貴州省氣象局信息中心的服務器上，該服務器必須要在氣象部門內(nèi)網(wǎng)中連接innode才可以正常訪問。而計算機一旦連接了innode，就無法訪問英特網(wǎng)，也就無法顯示諸如百度地圖、google地圖等高清在線地圖，除非使用雙網(wǎng)卡，而此策略與本系統(tǒng)的BS架構設計初衷有較大的出入。因此，如何打通內(nèi)外網(wǎng)的限制，使外部門也能正常訪問本系統(tǒng)顯得尤為重要。endprint

本系統(tǒng)采用將不同類型的服務器分別部署在不同網(wǎng)段進行解決。將web服務器和地圖服務器部署在外網(wǎng)服務器上，數(shù)據(jù)讀取服務器部署在氣象局內(nèi)網(wǎng)服務器上，三者用ISC網(wǎng)絡共享實現(xiàn)互通，順利解決內(nèi)網(wǎng)訪問的問題。

4.4 決策信息到達率保障

決策信息在進行發(fā)布的過程中，短信和電話外呼相對于微博和手機app，無疑是最方便快捷，服務面最廣的，但同時也是受運營商限制最強烈的。我們在系統(tǒng)的試運行過程中，經(jīng)常碰到短信延遲，電話外呼無法接通的情況。如果在信息發(fā)布這一環(huán)節(jié)出問題，后果將非常嚴重。本系統(tǒng)采用了短信到達監(jiān)控、通話狀態(tài)監(jiān)控和電話外呼實體線路、網(wǎng)絡虛擬線路雙通道備份的解決方案。以短信為例，在對氣象信息員培訓的過程中，重點告知在收到緊急短信后需要回復給系統(tǒng)，以便決策中心實時知曉短信送達狀態(tài)及讀取狀態(tài)。在短信延遲的情況下，馬上切換為電話外呼進行叫應，使決策信息安全、正點的到達“最后一公里”。

5 應用實例

2015年6月，項目組應遵義市政府應急辦公室的安排開發(fā)了遵義市暴雨災害決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)納入了遵義市國土部門和水利部門的部分數(shù)據(jù)，從6月份開始在遵義市氣象局和遵義市應急辦進行試運行。

6 結束語

因各部門的職能差異及部門數(shù)據(jù)的特殊性，本系統(tǒng)現(xiàn)階段包含的數(shù)據(jù)均為靜態(tài)數(shù)據(jù)，比如國土部門的地質災害隱患點數(shù)據(jù)為2014年的臺賬，有些地災點經(jīng)過修復后在暴雨條件下的隱患已經(jīng)很小或者完全沒有了，但是在系統(tǒng)上并不能實時的表現(xiàn)出來；在暴雨落區(qū)預報方面，仍以預報員的經(jīng)驗為主，缺乏相關模型的支撐，主觀性較強，導致決策指揮存在較大的不確定性。下一步工作將主要針對部門數(shù)據(jù)共享及暴雨模型的研究和應用進行開展。

參考文獻：

[1]胡爭光，等.氣象GIS網(wǎng)絡平臺關鍵技術研究與實現(xiàn)[J].應用氣象學報，2014，25（3）.

[2]孫利華，等.基于Flex的氣象信息網(wǎng)絡發(fā)布平臺設計與實現(xiàn)[J].應用氣象學報，2010，21（6）.

[3]程國雄，等，基于Silverlight的RIA系統(tǒng)架構與設計模式研究[J].計算機工程與設計，2010，31（8）：1706-1713.

[4]戴侃，等，基于J2EE和Flex技術構建RIA系統(tǒng)的探索與實現(xiàn)[J].微電子學與計算機，2003，23（5）：22-27.

[5]楊仁和.AJAX模式設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.endprint