山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)建設(shè)方案

莫曉勁

（湖南省水利廳防汛通訊中心 長沙市 410007）

1 概 述

山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)是通過有線和無線相結(jié)合的方式遠程對雨水情信息、工情信息等進行實時監(jiān)測，結(jié)合氣象、水文和國土信息，當雨量和水位達到一定警戒值的時候，發(fā)出預警信息，同時，通過GIS 地圖的災害分析預演和專題圖功能為各級政府的防治山洪災害提供決策支持，提供報表統(tǒng)計、日志記錄等輔助功能的省級平臺系統(tǒng)。

2 總體要求

系統(tǒng)總體要求是：設(shè)計先進、運行穩(wěn)定、安全可靠、操作易用、數(shù)據(jù)準確。

2.1 信息需求

系統(tǒng)主要完成以下功能：

（1）氣象云圖信息查詢：可以查詢衛(wèi)星云圖、天氣預報等。

（2）雨水情查詢統(tǒng)計：可以實現(xiàn)單站、多站實時或者歷史數(shù)據(jù)報表和圖形化查詢。

（3）監(jiān)測功能：對雨水情監(jiān)測站點進行實時監(jiān)測。

（4）預警功能：分為手動預警和自動預警，分別又包含電話、短信預警、廣播預警，所有預警分為黃、橙、紅三級。

（5）決策支持：實現(xiàn)水情、雨情、工情的查詢和統(tǒng)計分析，同時支持網(wǎng)絡和移動終端兩種查詢方式，支持災害的自動分析與預案管理功能。

（6）地理信息查詢：實現(xiàn)基于WEBGIS 信息查詢、電子地圖導航和標繪等功能。

（7）系統(tǒng)管理:實現(xiàn)系統(tǒng)的機構(gòu)管理、用戶管理、權(quán)限管理及系統(tǒng)的操作日志管理。實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份與恢復以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護和管理。

（8）工情信息：可以實現(xiàn)單站、多站實時和歷史工情信息和運行參數(shù)的查詢。

2.2 體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S 的三層架構(gòu)模式，數(shù)據(jù)庫和應用服務器集中在省中心，數(shù)據(jù)前段采集分布在各地，功能應用集中在中心。以綜合數(shù)據(jù)庫為核心，地理信息系統(tǒng)為平臺，通過WEB 服務，利用瀏覽器實現(xiàn)信息查詢分析顯示和用戶交互，通過權(quán)限用戶分發(fā)的方式提供使用者使用。做到了結(jié)構(gòu)清晰，使用方便，維護簡介，升級快捷。

（1）客戶端是通用的Web 瀏覽器，采用Web 瀏覽器的好處在于客戶端不需要事先安裝任何軟件，界面統(tǒng)一、友好，維護方便。

（2）中間層是位于服務器端的Web 服務器和地圖應用服務器。服務器承擔了請求解釋、數(shù)據(jù)庫查詢、請求轉(zhuǎn)發(fā)、信息組織、結(jié)果輸出等任務。

（3）后端是數(shù)據(jù)庫層，保存系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)。如系統(tǒng)涉及到的數(shù)據(jù)有水情數(shù)據(jù)、空間地理數(shù)據(jù)、文檔資料數(shù)據(jù)、視頻錄像數(shù)據(jù)、用戶賬號數(shù)據(jù)等。

山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)在后端數(shù)據(jù)庫層實現(xiàn)了對各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，在應用層通過實現(xiàn)地圖應用邏輯、數(shù)據(jù)應用邏輯，結(jié)合Web 服務器和應用服務器實現(xiàn)了整個應用系統(tǒng)的功能。在表示層由通用瀏覽器具體完成系統(tǒng)提供的所有功能。

2.3 技術(shù)指標

（1）采用網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)技術(shù)（WEBGIS），實現(xiàn)信息的在線查詢，用戶可以隨時隨地的查詢雨情、水情、工情等信息。

（2）采用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)山洪數(shù)據(jù)的存儲管理和共享。

（3）使用動態(tài)交互式網(wǎng)頁技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)和用戶的良好交互。

（4）使用安全加密方式管理全部用戶

3 總體設(shè)計

3.1 總體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)基于Windows 2003 Server 以上服務器操作系統(tǒng)，采用B/S 結(jié)構(gòu)，以綜合數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用COM+組件（包括MapXtreme 平臺和數(shù)據(jù)入庫及傳輸組件）為中間層，通過IIS 服務提供多個模塊的用戶交互。圖1 為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

3.2 軟件系統(tǒng)界面

軟件系統(tǒng)界面風格統(tǒng)一，符合人機工程原理，同時體現(xiàn)水利業(yè)務特點，既能滿足防汛業(yè)務的需要，又能使操作簡單、方便、快捷，符合絕大多數(shù)人的使用習慣。圖2 為山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)主界面圖。

圖2 山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)主界面

3.3 數(shù)據(jù)集中，分層應用

系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)集中，分層應用的模式，各個相應的行政區(qū)可以把本系統(tǒng)作為獨立系統(tǒng)的一部分獨立運作。圖3 為網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖。

圖3 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖

4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計及WEBGIS 平臺選型

4.1 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫采用分布式部署，從遙測系統(tǒng)前置接收機接收的數(shù)據(jù)通過入庫軟件同時進入2 個鏡像數(shù)據(jù)庫，通過計算機局域網(wǎng)絡連接，同步軟件進行數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)訪問使用統(tǒng)一的安全認證。

根據(jù)系統(tǒng)的信息需求和數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則，綜合數(shù)據(jù)庫從內(nèi)容上劃分為：山洪災害數(shù)據(jù)庫、工情數(shù)據(jù)庫、雨水情信息數(shù)據(jù)庫、氣象預報數(shù)據(jù)庫（包括氣象信息與云圖信息）、地理信息數(shù)據(jù)庫（即圖層空間數(shù)據(jù)庫）、其他信息數(shù)據(jù)庫（單位機構(gòu)信息、圖像信息、視頻信息等）。

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)按照編號為NFCS－DSS－DD－01 的《國家防汛指揮系統(tǒng)工程》實時雨水情表結(jié)構(gòu)規(guī)范標準（修訂版）進行設(shè)計。

數(shù)據(jù)庫管理軟件使用基于B/S 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，部署于系統(tǒng)管理員專用的數(shù)據(jù)管理計算機上。

4.2 地理信息系統(tǒng)（WEBGIS）平臺選型

地理信息系統(tǒng)選擇時需要能實現(xiàn)以下主要功能：

（1）簡單、直觀，用戶可迅速掌握所有基礎(chǔ)和專業(yè)的GIS 功能。

（2）功能層次結(jié)構(gòu)清晰，分類明確，易于使用。

（3）各項操作按照用戶習慣與需求簡化，實現(xiàn)各種功能更加簡捷高效。

（4）集成度高，綜合性強，適應水利行業(yè)對GIS方面的需求。

（5）操作簡便，幫助詳盡，交互界面貼近用戶習慣，滿足用戶需求。

（6）文字簡練達意，以貼近大眾的表達方式描述專業(yè)功能，更能適應不同層次用戶的狀況。

根據(jù)市場調(diào)研及考察，我們最終選擇Mapinfo公司的MapXtreme7.0 作為山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的的WEBGIS 基礎(chǔ)平臺。

5 系統(tǒng)功能設(shè)計

（1）水情信息。提供基于WEBGIS 地圖的實時水情標注、監(jiān)控、報警提示、水情日、旬、月、年報查詢、各類水情統(tǒng)計報表、過程線及相關(guān)圖形生成、水情歷史特征值查詢、水情預報和統(tǒng)計分析成果展示等功能。

（2）雨情信息。提供基于WEBGIS 地圖的實時雨情標注、雨情告警提示、任意時段雨量等值線（面）圖的繪制、雨情日、旬、月、年報查詢、各類雨情報表生成、降雨極值（年、月、日、時）查詢以及統(tǒng)計對比分析、典型頻率，模塊支持分省、市、縣（區(qū)）分級統(tǒng)計展示等。

（3）工情信息。提供基于WEBGIS 地圖各類水利工程標注、包括水文站、大中型水庫電站、堤垸、灌區(qū)、內(nèi)湖、防汛物質(zhì)儲備點工情信息，城市防洪風險圖、實時災情圖片、錄像等。

（4）地圖鷹眼。實現(xiàn)基于WEBGIS 信息查詢、電子地圖導航和放大、縮小、標繪等功能。

（5）動態(tài)監(jiān)控。對所有山洪災害隱患地區(qū)雨情站點信息的WEBGIS 實時全面監(jiān)控，從面上直觀了解最近時段山洪區(qū)雨情信息。

（6）監(jiān)測預警。系統(tǒng)自動監(jiān)視告警測站，在WebGIS 平臺上進行展示，系統(tǒng)在監(jiān)視畫面中以醒目的顏色標注出告警區(qū)域。并可手動方式或自動方式通過預警發(fā)布服務對相關(guān)負責部門或負責人發(fā)出電話、短信、傳真等方式的預警信息。

（7）決策分析。通過水情、雨情、工情等數(shù)據(jù)統(tǒng)計對災害進行自動分析與預警演習。此模塊還包括災情評估、專題圖功能、防汛管理、防汛會商支持等功能。

（8）衛(wèi)星云圖。提供大尺度、高清晰度的紅外、水汽、三維衛(wèi)星云圖實時顯示及動畫演示、典型洪水期間云圖趨勢動畫查詢等功能。

（9）氣象信息。提供氣象短信預警信息、天氣短時、中期、長期文字預報、紅外、水汽、多普勒雷達信息查詢、臺風路徑演示、氣象溫度實況、氣象影視信息、天氣氣象圖、氣象中小尺度系統(tǒng)信息查詢等。

（10）系統(tǒng)管理。提供系統(tǒng)用戶分級權(quán)限登錄管理、短信發(fā)布對象管理、傳真對象維護管理、防汛數(shù)據(jù)修改維護等。并實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份與恢復以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護和管理。

（11）其他信息?？紤]到前瞻性和擴展性，辦公自動化（OA 系統(tǒng)），行政管理，旱情信息，防汛業(yè)務，水利新聞等水利有關(guān)的信息資源將來都可以整合到這個平臺之中，各自模塊也可以獨立訪問獨立運作，在原有責權(quán)體系的基礎(chǔ)上，管理各自數(shù)據(jù)實現(xiàn)業(yè)務上的獨立應用和預警發(fā)布。因此此模塊提供將來其他功能擴展的接口。

6 結(jié) 語

山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)主要功能是用于山洪災害的監(jiān)測與預警，不僅是針對山洪災害，對其他水情、雨情、閘情、滑坡等都留有擴展接口也可以增加相關(guān)模塊功能。此系統(tǒng)可建立全?。ㄊ小⒖h）統(tǒng)一的聯(lián)動應急管理，平臺融合信息交換、視頻監(jiān)控、全球定位（GPS）、地理信息（GIS）、公共通信（手機、電話）等功能，通過決策分析模塊對接收的信息進行分析管理做出決策支持，通過本系統(tǒng)達到應急防汛工作一體化管理，積極預防和減輕重大山洪災害損失。