黑龍江省旱情分中心試點(diǎn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)綜述——國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)試點(diǎn)工程項(xiàng)目

安云凱，侯松巖

(1.蘿北縣水務(wù)局，黑龍江蘿北154200;2.黑龍江省防汛抗旱保障中心，哈爾濱150001)

近年來，黑龍江省干旱災(zāi)害愈加頻繁，影響范圍擴(kuò)大，造成損失也愈加嚴(yán)重，尤其是近幾年來受氣候等多種因素的制約，旱情形勢更加嚴(yán)峻，直接影響到城鄉(xiāng)供水安全、糧食安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。黑龍江省旱情分中心試點(diǎn)項(xiàng)目是國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期工程黑龍江省抗旱決策指揮系統(tǒng)一項(xiàng)重要的試驗(yàn)工程，通過我省部分地區(qū)墑情信息采集和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸工程建設(shè)，對(duì)旱情進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測、分析、預(yù)警，能夠?yàn)楣まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供較為準(zhǔn)確的旱情數(shù)據(jù)信息，正確指導(dǎo)抗旱工作的及時(shí)有效開展，減輕干旱的危害。

1 試點(diǎn)建設(shè)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

1)完成哈爾濱市、綏化市墑情監(jiān)測基本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)，建設(shè)2個(gè)旱情分中心固定信息采集區(qū)、移動(dòng)信息采集點(diǎn)的地理勘測、土建及設(shè)備儀器的安裝調(diào)試及所屬14個(gè)固定墑情站、移動(dòng)墑情監(jiān)測站的定位、地理勘測、土建及設(shè)備儀器的安裝、調(diào)試、運(yùn)行。

2)完成哈爾濱市、綏化市墑情信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。完成2個(gè)旱情分中心計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的安裝、調(diào)試及系統(tǒng)的集成，14個(gè)旱情信息站墑情信息接收和傳送設(shè)備的安裝、調(diào)試。

3)完成省旱情信息監(jiān)測中心、省旱情信息中心的旱情監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)墑情接收設(shè)備及系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，保證地、市、縣旱情監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、接收、解碼、糾錯(cuò)、入庫與監(jiān)視的正常運(yùn)行，為旱情信息管理、決策分析提供必要的、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 試點(diǎn)項(xiàng)目系統(tǒng)構(gòu)成

黑龍江省旱情分中心試點(diǎn)項(xiàng)目有3個(gè)組成部分:①旱情監(jiān)測決策分析系統(tǒng);②旱情信息網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng);③旱情信息采集系統(tǒng)。由于現(xiàn)代土壤水分監(jiān)測儀器的自動(dòng)監(jiān)測、定位、傳輸?shù)裙δ艿募苫邪l(fā)，旱情信息采集系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)緊密聯(lián)系，互相交叉。

2.1 旱情監(jiān)測決策分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

黑龍江省旱情監(jiān)測決策分析系統(tǒng)由監(jiān)測預(yù)報(bào)、信息管理、數(shù)據(jù)庫維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布4個(gè)子系統(tǒng)組成，數(shù)據(jù)庫包括水資源、水利工程、土壤墑情、氣象、城市抗旱、生態(tài)環(huán)境、地方經(jīng)濟(jì)、旱情信息、土地利用等信息。該系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 旱情監(jiān)測決策分析系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.2 旱情監(jiān)測傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本工程信息傳輸采用兩種方式，固定墑情站點(diǎn)采集的墑情信息通過GSM網(wǎng)以短信的形式實(shí)時(shí)傳到縣信息站、市分中心、省監(jiān)測中心和省旱情信息中心;縣信息站、市分中心、省監(jiān)測中心和省旱情信息中心相互間通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息。根據(jù)本工程的建設(shè)范圍和需實(shí)現(xiàn)的功能的需要，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由地區(qū)網(wǎng)(省級(jí)廣域網(wǎng))和分中心部門網(wǎng)(分中心內(nèi)部局域網(wǎng))構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

2)組網(wǎng)方式。地區(qū)網(wǎng)采用星型結(jié)構(gòu)，中心結(jié)點(diǎn)設(shè)在省中心，逐級(jí)向下延伸。省中心通過骨干網(wǎng)與國家防辦相連，與2個(gè)分中心和14個(gè)縣級(jí)站互連的主信道采用省政務(wù)信息網(wǎng)(10M ATM)，備用信道采用公網(wǎng)ADSL(不對(duì)稱2M)或PSTN(56K)信道;與14個(gè)縣級(jí)站互連的主信道采用公網(wǎng)ADSL(不對(duì)稱2M)，備用信道采用PSTN(56K)信道。部門網(wǎng)采用100M交換到桌面的以太網(wǎng)技術(shù)組建。全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，采用Internet/Intranet運(yùn)行模式。

3)IP地址。采用私有地址和公用地址混合編址方案進(jìn)行。私用地址統(tǒng)一采用A類10.23.X.X。

2.3 旱情信息采集系統(tǒng)

旱情信息采集系統(tǒng)主要由固定墑情監(jiān)測站、移動(dòng)墑情監(jiān)測點(diǎn)和旱情信息站組成，其任務(wù)就是監(jiān)測和傳送我省哈爾濱、綏化地區(qū)的土壤旱情，監(jiān)測指標(biāo)主要是土壤相對(duì)濕度，原則上每個(gè)市縣設(shè)一個(gè)旱情信息站，每個(gè)信息站下設(shè)1個(gè)固定旱情監(jiān)測站和1個(gè)移動(dòng)旱情監(jiān)測點(diǎn)。1個(gè)全省旱情信息中心站、1個(gè)全省旱情監(jiān)測中心、2個(gè)旱情信息分中心、14個(gè)縣市信息站、14個(gè)固定監(jiān)測站、14個(gè)移動(dòng)監(jiān)測站。該系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖3。

圖2 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 旱情信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 試點(diǎn)項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施配置

3.1 旱情監(jiān)測決策分析系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施配置

1)應(yīng)用的軟硬件環(huán)境。軟件環(huán)境Windows NT;硬件環(huán)境:PC機(jī)，最低配置為 內(nèi)存256M，CPU主頻 166M，GeForceⅢPI200以上的顯卡，1M以上的通信傳輸寬帶線路。該系統(tǒng)的設(shè)施配備如表1。

2)編碼語言與軟件開發(fā)工具。信息管理模塊VB6.0、Supermap，旱情遙感監(jiān)測與預(yù)報(bào)模塊ArcView、VB，旱情遙感監(jiān)測模型率定MATLAB，墑情預(yù)報(bào)模型與參數(shù)率定Fortran、VB，數(shù)據(jù)庫維護(hù)模塊SQL Server、VB。

3.2 旱情信息網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施配置

分3個(gè)不同層次類型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，即省中心網(wǎng)絡(luò)配置、旱情信息分中心網(wǎng)絡(luò)配置、縣(市)防辦網(wǎng)絡(luò)配置。

1)黑龍江省中心網(wǎng)絡(luò)配置。一期工程建設(shè)中主要配置數(shù)據(jù)接收設(shè)備。其他必須網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、通信等設(shè)施暫時(shí)與防汛指揮系統(tǒng)設(shè)備共用。詳見表2。

表1 黑龍江省旱情決策系統(tǒng)軟件系統(tǒng)配置表

表2 黑龍江省旱情信息中心設(shè)備配置表

2)地市信息分中心網(wǎng)絡(luò)配置。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)選Windows 2000 Server，配置數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、防病毒軟件和一定的應(yīng)用軟件。硬件設(shè)備主要配置交換機(jī)、服務(wù)器、UPS不間斷電源和微機(jī)工作站等。

3)縣(市)信息站設(shè)備配置。本次縣(市)信息站主要配備數(shù)據(jù)接收控制前置機(jī)和數(shù)據(jù)處理用計(jì)算機(jī)，不組建部門網(wǎng)。

3.3 旱情信息采集系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施配置

旱情信息采集系統(tǒng)由固定墑情監(jiān)測站、移動(dòng)墑情監(jiān)測點(diǎn)及旱情信息站組成。土壤墑情固定監(jiān)測站采用國際先進(jìn)的土壤水分電測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了墑情自動(dòng)監(jiān)測、定位、傳輸?shù)裙δ堋１O(jiān)測設(shè)備主要包括土壤水分傳感器、數(shù)據(jù)采集器、存儲(chǔ)發(fā)送軟件、數(shù)據(jù)接收終端機(jī)、接收軟件等硬、軟件設(shè)備和測站架臺(tái)設(shè)施。移動(dòng)墑情監(jiān)測儀器采用智能化土壤水分快速測試儀，主要由土壤水分傳感器、測試儀器儀表、GPS接收機(jī)以及上位機(jī)軟件等組成。設(shè)備配置見表3、表4、表5。

表3 固定墑情信息監(jiān)測點(diǎn)設(shè)備配置(單站)

表4 移動(dòng)墑情信息采集點(diǎn)設(shè)備配置(單站)

表5 縣(市)旱情信息站設(shè)備配置表(單站)

4 系統(tǒng)功能

通過該項(xiàng)目的實(shí)施，監(jiān)測哈爾濱市、綏化市的干旱發(fā)生及發(fā)展?fàn)顩r，積累連續(xù)的土壤墑情變化與相關(guān)氣象基本數(shù)據(jù)，建立旱情變化規(guī)律研究的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)，并為全省其他地區(qū)旱情監(jiān)測工作的全面開展探索出高效、經(jīng)濟(jì)、可行的旱情監(jiān)測數(shù)字化的建設(shè)模式和運(yùn)行模式。

1)墑情數(shù)據(jù)采集功能:在哈爾濱市、綏化市兩個(gè)地區(qū)實(shí)現(xiàn)控制區(qū)域土壤墑情狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

2)墑情數(shù)據(jù)傳輸功能:所采集的數(shù)據(jù)，通過PSTN通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分級(jí)傳送和通過GSM網(wǎng)的一點(diǎn)四級(jí)傳送及實(shí)現(xiàn)分中心氣象信息采集及通過PSTN通信網(wǎng)定期傳送。

3)通過黑龍江省旱情監(jiān)測中心的旱情分析及數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)墑情信息、氣象信息及其他相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫管理。

4)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域旱情變化的程度、面積、分布等情況的在線分析、查詢、制圖、報(bào)表等功能。

5)監(jiān)測的旱情狀況實(shí)現(xiàn)地、縣分級(jí)統(tǒng)計(jì)，省旱情監(jiān)測中心匯總分析，并由省旱情信息中心向上傳送國家防辦，向下指導(dǎo)地市縣的抗旱工作。

5 系統(tǒng)特點(diǎn)

1)準(zhǔn)確性。墑情信息通過國內(nèi)先進(jìn)的土壤水分傳感器經(jīng)土工試驗(yàn)濾定調(diào)校后，進(jìn)行自動(dòng)和人工采集，土壤墑情信息準(zhǔn)確。

2)及時(shí)性。墑情信息每天定時(shí)測報(bào)，也可隨時(shí)召測，通過PSTN通信網(wǎng)和GSM網(wǎng)在30 min內(nèi)傳送省旱情分中心，較常規(guī)測墑方法提前2 d左右的時(shí)間。

3)試驗(yàn)性。為全省旱情監(jiān)測工作的全面開展探索出高效、經(jīng)濟(jì)、可行的建設(shè)模式和運(yùn)行模式。

4)規(guī)律性。大面積監(jiān)測干旱的發(fā)生及發(fā)展?fàn)顩r，積累連續(xù)的土壤墑情變化與相關(guān)氣象數(shù)據(jù)，深入研究旱情變化規(guī)律。

5)科學(xué)性。運(yùn)用高技術(shù)手段，分析和建立衛(wèi)星遙感與地面土壤水分變化間的模型，通過GIS系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，提供旱情的分級(jí)量化圖象信息，為抗旱指揮建立科學(xué)、先進(jìn)、實(shí)用的平臺(tái)。

6 結(jié)語

近些年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展及硬、軟件價(jià)格的不斷下降，信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)領(lǐng)域，在發(fā)達(dá)國家已成為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最有效手段。該項(xiàng)目把計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)與土壤墑情監(jiān)測、旱情預(yù)報(bào)結(jié)合起來，建設(shè)抗旱決策指揮系統(tǒng)，是我省水利抗旱工作的重要轉(zhuǎn)折，是抗旱減災(zāi)的必要保障。

［1］ 黑龍江省水利科學(xué)研究院.國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期工程黑龍江省旱情分中心試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施方案［R］.哈爾濱:黑龍江省防汛指揮系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，2006.