廊坊永定河泛區(qū)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

李京

（河北省廊坊水文水資源勘測局河北廊坊 065000）

永定河泛區(qū)是永定河水系下游重要的緩洪滯洪洼地，對保護(hù)下游的防洪安全具有非常重要的作用。近年來，區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)和人口發(fā)展迅速，堤埝縱橫交錯，地形地貌發(fā)生了很大變化，加之多年未來較大洪水，現(xiàn)狀條件下的洪水變化將更加復(fù)雜，原來的研究成果已愈來愈不能反映現(xiàn)狀條件下復(fù)雜多變的洪水演變規(guī)律。為此，在對泛區(qū)地形地貌進(jìn)行翔實(shí)的勘測和測量的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有的水文資料，在基本搞清永定河泛區(qū)洪水演變規(guī)律的前提下，建立以信息管理與查詢等功能為一體的泛區(qū)信息系統(tǒng)，對科學(xué)合理地利用永定河泛區(qū)，減少洪水對下游地區(qū)的威脅和最大限度地減少洪水災(zāi)害損失具有重要意義。

1 目標(biāo)和原則

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

在各類基礎(chǔ)資料搜集、地形勘查和補(bǔ)充測量的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有的各種資源，采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)（包括地理信息系統(tǒng)、遙測技術(shù)、衛(wèi)星影像、多媒體等）開發(fā)和建立一個集泛區(qū)三維立體瀏覽、洪水實(shí)時視頻監(jiān)視、信息管理與查詢等功能為一體的，具有實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高、信息量豐富、操作簡便、圖文聲像并茂的永定河泛區(qū)信息系統(tǒng)。

1.2 設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循以下原則：

（1）信息共享原則。包括基礎(chǔ)資料、實(shí)時信息、預(yù)報信息等的共享。泛區(qū)信息系統(tǒng)作為永定河洪水管理水文業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，必須能與水利部水文局、海河水利委員會、水系內(nèi)各相關(guān)省、市水文（防汛）部門的現(xiàn)有系統(tǒng)銜接運(yùn)行。

（2）穩(wěn)定性和可靠性原則。必須具備良好的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，組成的該系統(tǒng)各部分軟硬件、運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫等必須具有良好的穩(wěn)定性能。

（3）實(shí)用性和先進(jìn)性原則。系統(tǒng)建設(shè)要采用相對成熟的技術(shù)手段，確保系統(tǒng)的實(shí)用性。同時要采用先進(jìn)技術(shù)，如地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等，使泛區(qū)信息系統(tǒng)具有一定的先進(jìn)性。

（4）重點(diǎn)突出的原則。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中要全面考慮系統(tǒng)的各種功能，同時要突出重點(diǎn)。

（5）可操作性原則。系統(tǒng)要做到界面清晰、友好，操作簡單，具有實(shí)際可操作性。

（6）可擴(kuò)展性原則。系統(tǒng)的各個功能模塊要結(jié)構(gòu)化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和升級。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

永定河泛區(qū)信息系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)和平臺，以翔實(shí)可靠的信息資源（資料）為前提和保證。因此，基本資料的搜集與整理是本系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容之一，搜集的資料主要包括地形地貌資料、水利工程資料、水文站網(wǎng)資料、歷史洪水資料、社會經(jīng)濟(jì)資料等。

2.1 地形地貌資料搜集與整理

（1）地形資料：將收集到的永定河泛區(qū)大比例尺地形圖進(jìn)行數(shù)字化處理，供永定河水系洪水管理信息查詢、二維非恒定流計(jì)算模型、三維立體瀏覽、分區(qū)滯洪量估算等工作使用和共享。

（2）河道斷面資料：將搜集到的永定河干流及支流河道主槽縱橫斷面圖轉(zhuǎn)化成數(shù)字格式，并以電子文檔或數(shù)據(jù)庫形式儲存，以便應(yīng)用于河道洪水一維演進(jìn)工作；在永定河水系平原河道或泛區(qū)地形圖上進(jìn)行斷面數(shù)據(jù)標(biāo)注，以便于系統(tǒng)信息查詢應(yīng)用。

（3）地貌資料：將泛區(qū)的衛(wèi)星遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。包括對衛(wèi)星遙感圖像數(shù)據(jù)的全色及多光譜波段進(jìn)行融合處理、勻色處理和糾偏處理等，使處理后的圖像達(dá)到顏色均勻、信息豐富、視覺效果好、質(zhì)量高的目的。

2.2 水利工程資料搜集與整理

搜集泛區(qū)內(nèi)主要水利工程資料，包括泛區(qū)內(nèi)堤防（埝）情況，險工險段，泛區(qū)內(nèi)六個固定分洪口門的建設(shè)日期、地理位置、所在堤埝高程、工程技術(shù)指標(biāo)和運(yùn)用規(guī)程；泛區(qū)內(nèi)龍河北昌閘及天堂河更生閘的建設(shè)日期、地理位置、閘壩代碼、孔數(shù)、孔徑、閘門高度、閘底高程等工程技術(shù)指標(biāo)和運(yùn)用規(guī)程；朱官屯揚(yáng)水站及橡膠壩等的地理位置、工程技術(shù)指標(biāo)和運(yùn)用規(guī)程。

對搜集到的水利工程資料進(jìn)行綜合整理，按照永定河洪水管理水文業(yè)務(wù)系統(tǒng)對工情信息的要求，分別建立相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫，供永定河水系洪水管理信息服務(wù)系統(tǒng)使用。

2.3 水文站網(wǎng)資料搜集與整理

搜集泛區(qū)內(nèi)控制站以及匯入（流出）泛區(qū)的行洪排澇河道主要控制站的建設(shè)日期、地理位置、所在河流、所在行政區(qū)、測站站名、測站代碼、測站類型、監(jiān)測項(xiàng)目、控制面積以及水文特征資料等。

對搜集到的永定河泛區(qū)水文站網(wǎng)資料進(jìn)行綜合整理，按照永定河洪水管理水文業(yè)務(wù)系統(tǒng)對雨水情站網(wǎng)信息的要求，分別建立相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫，供永定河水系洪水管理信息服務(wù)系統(tǒng)使用。

3 歷史洪水資料搜集與整理

3.1 歷史洪水資料的搜集

搜集永定河泛區(qū)內(nèi)永定河干流及主要匯入支流龍河、天堂河的歷史暴雨洪水資料，主要包括1956年、1958年、1963年暴雨洪水資料。資料項(xiàng)目包括洪水年份，洪水代碼，天氣形勢，降雨特性（降雨量、暴雨中心、最大暴雨強(qiáng)度、降雨起止時間、不同量級降雨籠罩面積），主要水文測站洪水流量過程、洪峰流量及出現(xiàn)時間、過水總量、工程運(yùn)用情況、出險情況、災(zāi)害情況等。

3.2 歷史洪水資料的整理

對搜集到的永定河泛區(qū)歷史暴雨洪水資料進(jìn)行綜合整理，按照永定河洪水管理水文業(yè)務(wù)系統(tǒng)對歷史洪水信息的要求，建立相應(yīng)的場次歷史暴雨洪水屬性數(shù)據(jù)庫，供永定河水系洪水管理信息服務(wù)系統(tǒng)使用。

4 系統(tǒng)集成

依據(jù)國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)信息采集、通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、決策支持四個子系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)成果，結(jié)合水文局所承擔(dān)的具體任務(wù)，本系統(tǒng)集成應(yīng)具有信息的質(zhì)量控制和向上級防汛部門傳輸雙重功能。因此，以集成為功能齊全、運(yùn)行可靠的系統(tǒng)為設(shè)計(jì)原則。

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)主要包括：

（1）建立信息接收、轉(zhuǎn)發(fā)、處理實(shí)時水雨情信息系統(tǒng)。

（2）建立數(shù)據(jù)匯集與應(yīng)用支撐平臺系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)匯集平臺、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及應(yīng)用支撐平臺。

（3）建立水情應(yīng)用系統(tǒng)。

（4）雨水情信息能實(shí)現(xiàn)Web遠(yuǎn)程查詢。

（5）遙測系統(tǒng)能為大中型水庫信息入網(wǎng)提供接口。

（6）允許報訊站點(diǎn)進(jìn)行適度調(diào)整和增減。

（7）采用復(fù)制技術(shù)為河北省水情中心提供數(shù)據(jù)庫所需數(shù)據(jù)。

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括：建立實(shí)時水雨情等信息接收、轉(zhuǎn)發(fā)、處理系統(tǒng)；按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立遙測數(shù)據(jù)庫；并實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)入庫；遙測數(shù)據(jù)按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)匯集到河北省水情中心；建立分中心水情（遠(yuǎn)程）查詢、分析、報表生成等應(yīng)用系統(tǒng)；轉(zhuǎn)報軟件。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分中心報汛通信網(wǎng)采用單一的星形網(wǎng)絡(luò)為基本結(jié)構(gòu)形式，在組建以廊坊水情分中心為數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)的星形報汛通信網(wǎng)這一基本策略下，分中心18處報汛站的水情信息全部以數(shù)字通信方式傳輸?shù)椒种行?。?shù)字通信的抗干擾能力強(qiáng)，可以方便地使用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代技術(shù)對信息進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)信息接收、存儲、處理、傳輸（交換）的自動化。

4.3 組網(wǎng)設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)各站所處地理位置，移動通信覆蓋強(qiáng)度，廊坊分中心移動通信報汛通信網(wǎng)由分中心和18個報汛站組成較為合理。廊坊分中心水情采集系統(tǒng)服從無線公網(wǎng)的各級頻段。

（2）廊坊有線報汛通信網(wǎng)（PSTN）由分中心和18個報汛站組成作為備用信道較為合理。

（3）現(xiàn)有自動測報系統(tǒng)入網(wǎng)?，F(xiàn)有自動測報系統(tǒng)中心站設(shè)在水利局，通過水利局至水情分中心間的專線，將原有格式數(shù)據(jù)傳至分中心，由分中心處理后并入本次建設(shè)的通信網(wǎng)中。

根據(jù)各站所處地理位置，移動通信覆蓋強(qiáng)度，廊坊分中心移動通信報汛通信網(wǎng)由分中心和18個報汛站組成。利用GPRS信道和PSTN信道作為國家報汛站和省級報汛站第一、第二信道，實(shí)現(xiàn)報汛站至分中心數(shù)據(jù)傳輸。廊坊市屬京津平原地區(qū)，GPRS信號覆蓋全區(qū)，信號良好。

4.4 軟件功能

公共平臺的遠(yuǎn)程異地備份服務(wù)器，不再需要建立水情分中心的系統(tǒng)集成部分，可以省掉機(jī)房里的前置機(jī)、服務(wù)器和工作站，不但節(jié)省了水情人員的維護(hù)管理工作，并且有了可靠的異地備份保證。公共平臺的開放協(xié)議，可以對不同廠家、不同參數(shù)進(jìn)行很好的擴(kuò)展。只要按公開的協(xié)議機(jī)制工作，就可以包容各個廠家的設(shè)備和參數(shù)，不會因?yàn)椴煌瑥S家的設(shè)備而沖突。

公共平臺使用的設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、容易維護(hù)管理。RTU可以和傳感器安裝在一起，不再需要遠(yuǎn)距離拉電源線和信號線，即解決了大機(jī)箱安裝不便的矛盾，又減少了雷擊的機(jī)會。通過手機(jī)振鈴或短信進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)或密集數(shù)據(jù)招測，不再需要遙測站設(shè)有固定的IP地址，可以大大減少設(shè)備功耗。設(shè)備功能及參數(shù)設(shè)置非常齊全，可以滿足水情報汛和水文整編的需要。

該軟件將“水情中心”的基本處理功能容為一體，把“采數(shù)入庫”、數(shù)據(jù)處理、水情自動編報、密集數(shù)據(jù)下載并轉(zhuǎn)換成水文電算整編格式、數(shù)據(jù)招測、短信設(shè)置等功能集成為一體，能夠滿足水情報汛、水文整編等需要。作為水文信息公共數(shù)據(jù)平臺的后期業(yè)務(wù)處理程序，極大地完善了原系統(tǒng)的功能，提高了系統(tǒng)的應(yīng)用性。

主要技術(shù)特點(diǎn)：

（1）雨量監(jiān)視圖：為矢量圖形式，字體不隨圖形放大、縮小而改變。能比較直觀地反映雨量分布情況，及水位站的最新水位值，并可以打印輸出分布圖。狀態(tài)欄有工作狀態(tài)顯示。

（2）實(shí)時數(shù)據(jù)：能反映出各站最后來報時間，數(shù)值、電壓等參數(shù)，并判定工作狀態(tài)。

如果缺報時間大于指定的時間間隔比如12Hr，作缺報指示，延時大于120s指示為“時差大”并以紅色顯示數(shù)值，電壓低于11.5V作“欠壓”指示，并以紅色顯示電壓值等,能隨時了解設(shè)備工作狀態(tài)。

（3）雨量歷史數(shù)據(jù)：可以單站查詢歷史數(shù)據(jù)來報情況，掌握更多信息。

（4）雨量報表：可以生成月雨量報表、時段雨量報表、多日雨量報表，并能夠打印成果。

（5）水情編報：分為自動編報和手動編報兩種。自動編報用于水情自動值班，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)如指定的段次、時段標(biāo)準(zhǔn)自動編制水情電報，有報文生成時以聲音報警。手動編報用于編制指定啟止時間的水情電報。

（6）軟件具有招測和遙測站設(shè)置功能：為實(shí)現(xiàn)多廠家不同數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一到水情報汛和整編的一致應(yīng)用上，編制了“水情分中心數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)”程序。主要用于將水情分中心、自動雨量站數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、整合到水情信息公共數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)信息、資源的再利用。

5 結(jié)束語

建立水文信息系統(tǒng)基礎(chǔ)性工作十分重要，在基本資料的搜集與整理的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)先進(jìn)實(shí)用。水文信息系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)采用相對成熟的技術(shù)手段，以實(shí)