省級山洪災害監測預報預警系統構架方案分析

藺悅霞

(新疆水利廳網絡信息中心，新疆 烏魯木齊 830000)

1 背景

全國各省已建成省級、市級山洪災害監測預警信息平臺，在山洪災害監測預警、決策支持、信息支撐等防洪減災救災工作中發揮了不可替代的重要作用。但目前的山洪災害監測預警系統還不能完全滿足新形勢下水旱災害防御的實際要求，現有系統沒有整合，都是單線連接，針對隱患區、危險區、河流、水庫水位流量的綜合分析和預報預測不全面。為了貫徹落實水利部辦公廳關于印發2020年度山洪災害防治項目建設工作要求的通知精神，加快山洪災害監測預報預警信息化水平，現對省級山洪災害監測預報預警系統構架方案進行分析。

2 需求

根據全國山洪災害監測預報預警系統應用推廣工作部署，需解決以下問題：

2.1 功能需求

2.1.1 信息監控

實時監控省內各類監測站點上傳的數據信息，包括成功接收數據信息、入庫信息、共享數據信息以及監測設備工況進行監控。

平臺自備服務監控功能，對接收服務、解析服務主動監控，服務故障時自動重啟及通知提醒。

主要監測RTU是否在線、蓄電池電壓報警、設備操作箱是否打開、流量儀表故障、水位儀表故障等。

2.1.2 數據接收

監測數據接收主要是按照水文傳輸協議接收站點實時采集數據，包括采集的雨量、水位、流量等數據。接收模塊對系統注冊的站點進行采集數據接收、解析，然后通過配置任務將解析數據存入相對應的數據庫表，如實時水雨情數據庫。

同時監聽多種數據通道，支持網絡TCP數據接收、北斗衛星、短信模塊等通道的實時接收并支持圖片、視頻等流媒體的接收。

2.1.3 查詢統計

對一段時間內的監測站報送情況進行統計，可通過數據接收統計分析對監測站數據上報、接口服務接收情況進行統計，統計內容包括上報報文條數、準點報文條數、站點上報率、站點及時率等。從而對監測站的建設質量、傳輸質量、運行狀況進行宏觀評價。

2.1.4 遠程控制

在監測站點運行過程中，平臺具有校時、召測、遠程參數修改、設備遠程自動升級等功能，具備監聽多種數據通道。

2.1.5 站點信息管理

有操作權限用戶可以對測站的信息進行查看、修改、添加和刪除等管理操作?？商峁Χ囝惐O測終端機廠家的設備接入，對不同廠家的設備可進行分類管理等功能，同時提供服務接口便于運維單位通過平臺統一管理或與其他平臺軟件進行系統對接。

2.2 性能需求

軟件系統必須有很強的健壯性，不能因為大量用戶并發使用而造成系統崩潰。系統建成后，系統性能不低于以下性能要求：

2.2.1 2000個用戶同時在線

簡單功能1 s內，復雜功能2 s內，地圖分析功能3 s內。

2.2.2 后臺業務服務接口響應時間

(1)對于單一簡單功能時間小于1 s，復雜業務功能時間小于3 s。

(2)單表簡單業務接口服務小于1 s，多表復雜業務接口響應時間小于3 s。

2.2.3 數據處理服務響應時間

(1)數據抽取小于1 s。

(2)數據傳輸小于2 s。

(3)數據入庫小于1 s。

(4)單表檢索響應時間小于1 s，多表聯合檢索響應時間小2 s。

2.3 安全需求

平臺建設需要綜合考慮軟硬件環境、網絡、數據與應用軟件安全，健全安全管理制度，形成系統性的安全保障體系。在平臺運行環境方面，可部署到水利云平臺，根據《信息系統安全等級保護基本要求》，達到三級等級保護水平。

3 總體設計

3.1 總體框架

省級山洪災害監測預報預警平臺運用云計算、大數據和移動互聯網技術，基于SOA架構，采用B/S模式，建設適應Web和移動終端的山洪災害監測預報預警信息平臺，分為數據層、服務層、業務層和應用層，其中，服務層可采用Web Service架構。Web方式為平臺主要應用模式，同時，針對常用功能開發移動終端app，app與Web網頁版本應采用統一的數據庫和服務接口(見圖1)。

圖1 總體架構圖

3.1.1 數據層

數據資源層主要用于系統數據的存儲與管理，數據資源層完成對項目整體數據成果的統一管理。數據層包括基礎數據庫、空間數據庫、實時雨水情數據庫、調查評價數據庫、預警響應庫。

3.1.2 服務層

服務層是山洪平臺的核心，開展應用日常支撐服務，包括地圖服務、基礎數據服務、實時數據服務、數據分析服務、預報分析服務等，進一步推進山洪業務管理成果的更深層次的應用，為業務應用系統建設提供通用接口服務和集成服務。同時將省級監測預警信息共享到中央級平臺。

3.1.3 業務層

業務應用層是原有系統功能(監視、雨水情、預警響應、基礎信息、災害快報、氣象、平臺使用監視、設備運行監視、數據維護、系統管理)的應用，和新建系統(預報預警、運維平臺、省級功能完善、移動端、社會化服務)等的應用。業務應用系統作為用戶訪問山洪管理成果的主要交互界面，通過與后臺服務的集成與調用，為山洪用戶提供基于GIS地理系統的交互式查詢和分析處理服務能力，提供對山洪災害監測預報預警平臺管理的統一入口。

3.1.4 應用層

主要包括省級山洪災害監測預報預警平臺Web端和App端。

3.1.5 用戶

應用交互層主要指系統使用對象，包括系統使用用戶、各種終端設備，用戶包括省級用戶、市級用戶、縣級用戶及社會公眾，項目為不同級別用戶提供不同角色、權限的管理，滿足各級用戶應用交互需求。

3.2 技術路線

省級山洪監測預報預警平臺建設需要綜合考慮山洪災害監測預警軟件、移動端功能、平臺運維、社會化服務提升、環境支撐體系提升、會商環境和等級保護測評等內容，所以技術路線的選擇由其重要，現從以下四個方面進行闡述。

3.2.1 應用軟件開發技術路線

應用系統軟件體系結構總體采用B/S與C/S相結合的架構。軟件采用多層體系架構，軟件建立在主流的軟件開發技術之上，軟件中數據資源管理類軟件、應用支撐類軟件、應用類軟件相互獨立，互不影響。

系統總體建設在技術路線上，采用統一標準規范、統一API接口方式實現，在技術框架上分為數據層、緩存層、服務層、API層、應用層和用戶層共六層。

3.2.2 前端微應用

微應用是借鑒后端微服務的概念來應用在前端上，將每一個大的前端功能模塊拆分成一個個具有獨立業務邏輯的小組件，這些小組件具備獨立開發、獨立邏輯處理、可移植等能力，但需借助布局界面(運行容器)才能運行，并可通過不同的布局界面快速組成一個個個性化應用(即微應用)或業務專題。

3.2.3 服務式地理信息系統技術

服務式地理信息系統技術是一種基于面向服務軟件工程方法的GIS技術體系，它支持按照一定規范把GIS的全部功能以服務的方式發布出來，可以跨平臺、跨網絡、跨語言地被多種客戶端調用，并具備服務聚合能力以集成來自其他服務器發布的GIS服務。

Service GIS可以提供開放的、易于定制和擴充的、可復用和聚合的地理空間信息服務，具備很強的兼容性、適應性和業務敏捷性，能為山洪成果查詢及服務系統的建設提供一個理想的架構體系。

ArcGIS是ESRI發布的提供面向Web 空間數據服務的一個企業級GIS服務軟件平臺，提供創建和配置GIS應用程序和服務的框架，可以滿足不同客戶的各種需求。本次項目中GIS服務平臺將繼續使用原有建設項目中采購的ArcGIS產品線，發布各種GIS服務、專題圖，用于支撐水旱災害防御業務需求以及向外部提供相關GIS服務。

3.2.4 云運維平臺建設

針對省內一些測站數據無管理、機房設備無監控、運維能力弱、運維工作效率低下、運維經費不足等問題，云運維平臺建設實現預先、主動、及時發現運行過程中的站點和平臺的異常問題，指導運維人員及時處理故障、恢復故障。

云運維平臺以創新桌面應用與移動應用無縫銜接的應用模式，實現從前端監測感知設備、傳輸網絡，到機房設備(含網絡接入、服務器等硬件)、監測預警平臺(含基礎支撐軟件、應用等)運行狀態的實時監控管理，構建監測預警平臺建設單位、管理單位協同工作的新生態，及時發現、處置監測預警平臺運行各環節中存在的故障及風險隱患，解決縣級力量薄弱，人少事雜，身兼數職，信息化意識和水平比較弱等實際問題，大幅度降低了基層單位運行維護壓力，同時增加了考核評價，根據運維數據自動進行考核、排名。各級用戶實時監控省內的站點、平臺、機房、異常故障、工單、考核評價等信息；縣級實時查看本區域的監控信息，當縣防辦當發現測站故障時，可直接看到負責此測站的承建商信息，包括單位、姓名、聯系方式等，也可修改承建商的信息。

4 結語

針對省級山洪災害業務需求，在充分利用先進的云計算、大數據設計基礎上，結合實際，從技術線路、關鍵技術、平臺設計3個方面，對省級山洪災害監測預報預警系統構架方案的實現進行了設計探討和論述，得出省級山洪災害監測預報預警系統構架方案基本滿足業務需求，完全可以實施，為同類項目建設提供了參考。