基于GIS的氣象防災減災平臺的設計與實現

張悅 周麗麗通訊作者）

大連市氣象信息中心 遼寧 大連 116001

引言

隨著政府部門防災減災體制的不斷完善，逐漸形成了以政府主導為中心、部門聯動為牽引、社會參與為動力的服務保障模式。據氣象部門統計，近年來由于全球氣候變暖等因素影響，暴雨、洪澇、臺風等氣象災害是困擾我國人民生活和社會發展的重要自然災害，并且呈現逐年遞增的趨勢比較明顯。大連市位于我國東北部遼東半島，三面環海，氣象、地質等自然災害多發。大連市氣象信息中心圍繞基層氣象防災減災“六個一”做了大量的基礎性工作，特別是近年來綜合數據庫和大連市氣象局業務內網平臺等系統的建設，為大連市基層氣象防災減災標準化建設打下了較好的基礎。

1 項目方案

項目主要是完成市內五區（中山區、沙河口區、西崗區、甘井子區、高新園區）氣象防災減災標準化建設，按建設任務可分為6個部分，分別是健全市內五區氣象防災減災數據集（前期基層防災減災建設部分數據收集未包括市內五區）、繪制市內五區氣象防災減災地圖、升級氣象防災減災業務支撐平臺、部署氣象防災減災業務支撐平臺安全防護、健全基層氣象防災減災隊伍、完善氣象預警信息發布“一張網”。每項內容中包括多個分項內容。

1.1 健全市內五區氣象防災減災數據集

健全氣象防災減災數據集就是收集、分類、整理、存儲氣象防災減災數據，并提供數據的應用方式。與“一本賬”進行對照檢查，健全本單位氣象防災減災數據集，主要需收集氣象災情數據、氣象防災減災重點單位數據、氣象防災減災設施數據和人員數據，并需完成氣象防災減災數據多種形式存儲、應用[1]。

數據收集是指基于收集策略實時地收集市內五區（中山區、沙河口區、西崗區、甘井子區、高新園區）氣象防災減災數據，數據收集功能包括歷史數據整理、實時收集、缺測記錄、人工錄入和收集日志整理等內容；數據存儲即將收集到的數據進行合理分割，按合理字段存入綜合數據庫的相關數據表中，并可進行更新和追加；數據庫服務方面通過存取氣象防災減災數據庫表，維護管理一系列的Rest API或WebService接口服務[2]。

本次主要包括收集市內五區（中山區、沙河口區、西崗區、甘井子區、高新園區）中小學校、重大危險源、山洪溝、應急負責人、避難所、防汛單位、應急物資等防災減災基礎數據，并形成EXCEL表和ORACLE數據庫表，提供數據庫訪問應用。數據收集流程示意圖如圖1所示。

圖1 數據收集流程示意圖

1.2 繪制市內五區氣象防災減災地圖

市內五區氣象防災減災數據（中小學校、重大危險源、山洪溝、應急負責人、避難所、防汛單位、應急物資等信息），依托地理信息系統，繪制氣象防災減災地圖。基于地理信息系統（GIS）為業務人員提供專業的可視化、圖形化工作平臺。支持多圖層疊加，通過圖層控制面板，可以自由設置各圖層的顯示與隱藏，瀏覽防災減災數據專題要素的空間分布和相關屬性信息。

圖2 防災減災地圖流程示意圖

2 關鍵技術

在進行系統規劃時，在考慮氣象大數據平臺的穩定性、可擴展性，滿足數據高效存儲分析、業務及時服務等業務需求，同時滿足氣象局現有業務模式，兼顧平臺未來發展需要的考慮，統一遵循以下設計原則[3]：一是可靠性原則；二是高可用性原則；三是可擴展原則。

色斑圖生成技術[4]：采用supermap和openlayers相結合的解決方案，根據openlayers的feature點要素和面要素，確定參與運算的監測站的位置信息、雨量和要進行插值的空間范圍。在supermap iserver中發布空間分析服務中，調用克里金插值算法，根據未知點與已知監測站的距離和能夠對其產生影響的監測站的數量等信息，對未知點的業務信息進行插值估計，從而得到面狀柵格圖。這種計算方法得到的柵格圖中的未知點業務屬性是連續不可分割的，需要調用空間分析服務的表面分析算法，提取特定閾值的等值面矢量數據。最后通過調用裁剪服務，將矢量數據和不同地區的行政區劃面數據進行裁剪，得到最終的色斑圖結果，并通過openlayers的layer圖層展示出來。

后臺架構技術：采用微服務架構，更夠滿足并發多，數據響應快，業務邏輯及數據流轉性能高等特點，并能夠進行功能獨立開發和獨立部署，降低了模塊間的松耦度，易于開發人員的修改和維護。

3 開發與平臺實現

平臺開發過程包括氣象防災減災數據收集和地圖繪制兩大部分。下面做詳細介紹。

數據收集。收集、分類、整理氣象防災減災數據，建立健全大連市內五區氣象防災減災數據集。主要包括收集市內五區中小學校、重大危險源、山洪溝、應急負責人、避難所、防汛單位、應急物資等防災減災基礎數據，并形成Excel表和Oracle數據庫表，提供數據庫訪問應用。

地圖繪制。基于GIS繪制邊界清晰的市內五區氣象防災減災地圖。應用高分辨率衛星遙感影像圖為底圖制作遙感影像圖，能分辨地形地貌、河流水系、植被分布、村莊、道路、街區、建筑設施等[5]。遙感圖像上標記，包括大連市內五區（中山區、沙河口區、西崗區、甘井子區、高新園區）氣象防災減災數據（中小學校、重大危險源、山洪溝、應急負責人、避難所、防汛單位、應急物資等信息）；實現大連市內五區（中山區、沙河口區、西崗區、甘井子區、高新園區）氣象防災減災信息的分區域GIS疊加顯示、應用。

防災減災主題模塊為本次升級改造的重點模塊，主要功能包括：實時監測、基礎數據、災情統計、三區聯防、聯動報警、預警信號、森林防火、防汛單位、應急物資。如圖3所示。

圖3 暴雨區劃成果展示

3 結束語

項目通過開展專項建設加強市內五區氣象防災減災能力建設，市內五區氣象防災減災相關數據實時更新獲取，有效解決市內五區防災減災相關數據顯示與應用問題。平臺的開發應用有效促進了氣象與水文水情及國土資源數據融合。利用氣象雨量、雨情與智能網格預報數據，結合各水庫、河流實時水位、水庫庫容、汛限水位等制作河流水庫超警戒報警，聯合水務局，研究氣象水文致災臨界指標。