天津市防汛抗旱指揮系統(tǒng)的研制

程道君

（天津市水務(wù)局，天津 300074）

近年來，天津市通過國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)1期項(xiàng)目、防汛水情會(huì)商系統(tǒng)、Web-GIS氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)、城市防洪信息系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)、天津市雨洪資源利用系統(tǒng)等項(xiàng)目建設(shè)，大大提高了防汛抗旱工作的效率，為防汛抗旱提供了重要的輔助決策手段，同時(shí)積累了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。為了進(jìn)一步推動(dòng)全市防汛抗旱信息化建設(shè)、提高防汛抗旱信息的展示能力和水平，天津市提出了建設(shè)防汛抗旱指揮系統(tǒng)的任務(wù)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路及技術(shù)框架

1.1 總體設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)基本技術(shù)架構(gòu)借鑒國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)1期項(xiàng)目及其他省市此類系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，選取既滿足國家防汛部門的統(tǒng)一要求、又符合IT技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

系統(tǒng)功能設(shè)置和開發(fā)緊密結(jié)合天津防汛抗旱業(yè)務(wù)工作的實(shí)際，充分吸收并應(yīng)用天津市防汛抗旱業(yè)務(wù)梳理的成果，著力擴(kuò)展天津市防汛會(huì)商的業(yè)務(wù)應(yīng)用，特別是對(duì)天津市特有的業(yè)務(wù)進(jìn)行深入研究細(xì)化，從業(yè)務(wù)需求角度擴(kuò)展相應(yīng)的功能。

系統(tǒng)擴(kuò)展性和兼容性，不但要實(shí)現(xiàn)對(duì)天津市防辦現(xiàn)有各防汛抗旱應(yīng)用系統(tǒng)的有效集成，同時(shí)為后續(xù)防汛抗旱業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)提供標(biāo)準(zhǔn)化接口和門戶化系統(tǒng)入口。

1.2 總體技術(shù)框架

天津市防汛抗旱指揮系統(tǒng)采用了“兩臺(tái)一庫”的總體技術(shù)框架，保證了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性。系統(tǒng)總體架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 天津市防汛抗旱指揮系統(tǒng)平臺(tái)框架

1.2.1 信息匯集平臺(tái)

從各業(yè)務(wù)部門底層元數(shù)據(jù)庫中抓取所需業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為整個(gè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。通過標(biāo)準(zhǔn)化的組件，實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換、校驗(yàn)和入庫工作，具體轉(zhuǎn)換協(xié)議較開放，可支持多次升級(jí)和擴(kuò)展。

1.2.2 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

按照業(yè)務(wù)分類，劃分建立各類標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，相關(guān)名稱、結(jié)構(gòu)規(guī)范應(yīng)參照國家和水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

1.2.3 業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)

對(duì)上層的應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)起到支撐作用，通過業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)進(jìn)行各類數(shù)據(jù)訪問、系統(tǒng)服務(wù)、日志管理、用戶個(gè)性化設(shè)置等操作。

1.2.4 應(yīng)用系統(tǒng)層面

包括新建防汛抗旱指揮系統(tǒng)和值班系統(tǒng)兩部分，按業(yè)務(wù)流程將業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)提供的各類組件進(jìn)行重組、集成和展示，輔之以良好的人機(jī)交互功能，提高系統(tǒng)軟件的實(shí)用性和操作性。

2 系統(tǒng)功能設(shè)置

2.1 總體功能設(shè)置

在系統(tǒng)功能設(shè)置上，天津市防汛抗旱指揮系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)理念，根據(jù)天津市防汛抗旱業(yè)務(wù)的劃分，設(shè)置了防洪調(diào)度、抗旱管理、調(diào)供水管理、工程搶險(xiǎn)、城鄉(xiāng)排瀝、防潮管理、應(yīng)急管理、日常業(yè)務(wù)及系統(tǒng)管理等業(yè)務(wù)功能模塊，如圖2所示。其中，中間層級(jí)模塊為平臺(tái)的主功能模塊，實(shí)線框體內(nèi)的模塊為本次已建成的模塊，其余為后續(xù)開發(fā)功能，本次建設(shè)預(yù)留相應(yīng)接口。

2.2 防洪調(diào)度功能模塊實(shí)現(xiàn)

防洪調(diào)度功能模塊為天津市防汛抗旱指揮部辦公室洪水調(diào)度會(huì)商提供支持，制定相應(yīng)調(diào)度命令并組織實(shí)施。

圖2 天津市防汛抗旱指揮系統(tǒng)平臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過在模板上將收集到的實(shí)時(shí)的水、雨、工情簡報(bào)進(jìn)行匯總，生成相關(guān)匯報(bào)材料。根據(jù)匯報(bào)材料，專家對(duì)當(dāng)前的防洪形勢(shì)進(jìn)行會(huì)商。會(huì)商專家組簽訂調(diào)度命令后下發(fā)到相關(guān)單位，由各單位相關(guān)人員組織人員實(shí)施。同時(shí)，相關(guān)單位要將執(zhí)行情況進(jìn)行反饋匯總，報(bào)會(huì)商專家組，以便實(shí)時(shí)掌握搶險(xiǎn)動(dòng)態(tài)，業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 防洪調(diào)度業(yè)務(wù)流程

2.3 工程搶險(xiǎn)功能模塊實(shí)現(xiàn)

工程搶險(xiǎn)功能模塊為天津市防汛抗旱指揮部辦公室工程險(xiǎn)情會(huì)商提供支持，制定相應(yīng)調(diào)度命令并組織實(shí)施。

通過在模板上將收集到的實(shí)時(shí)的水、雨、工情簡報(bào)進(jìn)行匯總，生成相關(guān)匯報(bào)材料。根據(jù)匯報(bào)材料，專家對(duì)當(dāng)前的工程險(xiǎn)情進(jìn)行會(huì)商，確定預(yù)案。調(diào)度命令下發(fā)到相關(guān)單位后，由各單位相關(guān)人員組織人員實(shí)施。對(duì)各單位的執(zhí)行情況進(jìn)行反饋匯總，實(shí)時(shí)掌握搶險(xiǎn)動(dòng)態(tài)，業(yè)務(wù)流程如圖4所示。

3 系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)選型

3.1 GIS平臺(tái)

近幾年，隨著WebGIS技術(shù)的不斷發(fā)展，各種GIS平臺(tái)日趨成熟，可供選擇的技術(shù)方向較多。目前，國內(nèi)水利行業(yè)GIS平臺(tái)選型應(yīng)用較多的有Mapinfo、ArcInfo、Supermap等，隨著這些平臺(tái)技術(shù)的不斷升級(jí)，各類平臺(tái)的穩(wěn)定性和實(shí)用性都有了不同程度的提高，考慮到本次項(xiàng)目建設(shè)背景以及專題會(huì)商模型設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，經(jīng)過多方對(duì)比，采用ArcGisServer 9.3作為本項(xiàng)目的GIS基礎(chǔ)平臺(tái)，并采用了最新的Flex技術(shù)作為載體，實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)功能。

圖4 工程搶險(xiǎn)專題會(huì)商流程

3.2 數(shù)據(jù)庫平臺(tái)

按照用戶要求，本次數(shù)據(jù)庫建設(shè)采用了MS SQLServer2000作為服務(wù)器，同時(shí)開發(fā)數(shù)據(jù)同步組件，完成系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫與指揮系統(tǒng)1期工程Oracle數(shù)據(jù)庫相關(guān)信息的同步。

3.3 開發(fā)平臺(tái)

考慮到本次項(xiàng)目建設(shè)需按照指揮系統(tǒng)統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還需對(duì)天津市防辦大部分系統(tǒng)進(jìn)行集成，為了縮短建設(shè)周期，本次系統(tǒng)選用了Java語言進(jìn)行開發(fā)，平臺(tái)架構(gòu)為J2EE。

3.4 Flex技術(shù)

目前在水利信息化過程中，總體的建設(shè)趨勢(shì)在向WEB應(yīng)用靠攏，但相對(duì)于傳統(tǒng)的C/S應(yīng)用系統(tǒng)，B/S系統(tǒng)在UI展現(xiàn)層方面存在著人機(jī)交互性差、對(duì)于圖形和表格的展現(xiàn)手段過于單一、原有C/S系統(tǒng)中的很多組件在B/S系統(tǒng)中無法直接引用等劣勢(shì)?？紤]到本次專題會(huì)商的實(shí)際功能需求，經(jīng)過多方對(duì)比，引入了最新的Flex技術(shù)實(shí)現(xiàn)整體的前端展現(xiàn)，通過系統(tǒng)部分功能進(jìn)行包裝升級(jí)，完善了人工交互特性。

4 系統(tǒng)開發(fā)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 模塊化設(shè)計(jì)

按照逐步建設(shè)、逐步完善的建設(shè)策略，本項(xiàng)目建設(shè)按照天津市防汛抗旱的業(yè)務(wù)需求，先進(jìn)行業(yè)務(wù)功能的拆分、細(xì)化，再將功能需求合并整理，劃分為既獨(dú)立又可以靈活擴(kuò)展的各類應(yīng)用模塊。系統(tǒng)建成后，對(duì)已開發(fā)的防洪調(diào)度、工程搶險(xiǎn)及系統(tǒng)管理等模塊進(jìn)行分類維護(hù)管理。模塊化設(shè)計(jì)既能保證各階段建設(shè)內(nèi)容在技術(shù)架構(gòu)、功能設(shè)置上具有密切關(guān)聯(lián)性和繼承性，又使得各階段建設(shè)內(nèi)容具有相對(duì)獨(dú)立性，便于分步實(shí)施。未來項(xiàng)目將陸續(xù)補(bǔ)充建設(shè)抗旱管理、調(diào)供水管理、城鄉(xiāng)排瀝、防潮管理和應(yīng)急管理。

4.2 多比例尺地圖融合應(yīng)用

在本次項(xiàng)目開發(fā)過程中，通過對(duì)不同比例尺的電子地圖在數(shù)據(jù)層面進(jìn)行融合，改變了以往實(shí)際縮放操作過程不同比例尺電子地圖必須切換的跳躍模式，實(shí)現(xiàn)操作平滑過渡。即在較小比例尺下，可從宏觀角度查看到流域一級(jí)的主要工程，而放大到一定程度時(shí)可看到市屬相關(guān)信息。

具體做法是：將不同比例尺的天津市與海河流域電子地圖數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)拼接。整合、校對(duì)各類專題圖層，對(duì)水系、行政區(qū)劃等面狀圖層進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)、拼接，對(duì)測(cè)站、閘門、水庫等圖層進(jìn)行篩選合并。重置各類圖層的顯示比例尺，保證在不同級(jí)別下顯示信息的豐富及美觀。調(diào)整開發(fā)各類默認(rèn)地圖樣式，以保證默認(rèn)模式下地圖中顯示的信息與當(dāng)前對(duì)地圖的使用規(guī)范相統(tǒng)一。

4.3 專題會(huì)商模板

本次項(xiàng)目的核心需求是開發(fā)滿足實(shí)際工作要求的專題會(huì)商模板，符合專題會(huì)商的業(yè)務(wù)流程。因此，在防洪調(diào)度及工程搶險(xiǎn)專題會(huì)商模塊開發(fā)過程中，充分運(yùn)用了天津市防汛抗旱業(yè)務(wù)梳理的成果，對(duì)梳理出的每一個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模板化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)軟件化、信息化，提供可操作性強(qiáng)、適合防汛會(huì)商要求的軟件界面及功能。

此外，會(huì)商模板的另一大特點(diǎn)是對(duì)信息的高度整合，在進(jìn)行會(huì)商材料準(zhǔn)備時(shí)，改變了以往需要耗費(fèi)大量的人工及精力去采集各類數(shù)據(jù)的狀況。在該軟件模塊中，預(yù)置了各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如實(shí)時(shí)氣象、水雨情、工情等信息及各類分專題、水系的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如調(diào)度預(yù)案、調(diào)度文件等，便于在最短的時(shí)間內(nèi)完成會(huì)商材料的準(zhǔn)備。

在會(huì)商模板的界面展示上，應(yīng)用了最新的GIS成果、實(shí)時(shí)標(biāo)繪組件等技術(shù)，保證會(huì)商信息展示的效果，以地圖、標(biāo)注內(nèi)容為基礎(chǔ)，將各類實(shí)時(shí)和基礎(chǔ)信息進(jìn)行有效的表達(dá)，讓會(huì)商人員得到更加直觀的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

4.4 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫整合

本次系統(tǒng)建設(shè)除了新增部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫外，還涉及到對(duì)已有系統(tǒng)的整合，其中包括Sybase、SqlServer、Oracle、網(wǎng)絡(luò)文件等異構(gòu)數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了不同的數(shù)據(jù)庫訪問協(xié)議與接口，保證信息的安全有效提取。同時(shí)，數(shù)據(jù)內(nèi)容的最終格式實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一。

在信息匯集平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫建設(shè)過程中，著重對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了設(shè)計(jì)和開發(fā)，各類數(shù)據(jù)庫集成按照以下方案進(jìn)行了整合。

4.4.1 Sybase數(shù)據(jù)庫

主要為城防系統(tǒng)中的工情數(shù)據(jù)庫，由于該數(shù)據(jù)庫版本較低，考慮到這類數(shù)據(jù)多為靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此選擇開發(fā)數(shù)據(jù)同步及轉(zhuǎn)換程序，完成了對(duì)此類數(shù)據(jù)的提取入庫，將全部工情數(shù)據(jù)同步到本次系統(tǒng)新建的系統(tǒng)工情數(shù)據(jù)庫中。

4.4.2 SqlServer數(shù)據(jù)庫

主要針對(duì)調(diào)度仿真系統(tǒng)、排水河道水情等基礎(chǔ)信息，由于與本次項(xiàng)目采用的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)一致，選擇開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問協(xié)議，對(duì)此類數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)調(diào)用。

4.4.3 Oracle數(shù)據(jù)庫

對(duì)國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，選擇開發(fā)數(shù)據(jù)同步組件，完成數(shù)據(jù)共享。

4.4.4 文件數(shù)據(jù)庫

主要為水雨情類簡報(bào)信息及氣象云圖等圖片數(shù)據(jù)。為了保證信息的有效集成，對(duì)此類數(shù)據(jù)進(jìn)行了特殊處理，開發(fā)了FTP數(shù)據(jù)訪問組件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀??；開發(fā)了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換組件，實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化；開發(fā)了數(shù)據(jù)入庫組件，實(shí)現(xiàn)了上述各類數(shù)據(jù)的入庫操作。

4.5 實(shí)時(shí)標(biāo)繪技術(shù)

開發(fā)了基于B/S模式的標(biāo)繪組件，同時(shí)采用Flex技術(shù)提高了響應(yīng)效果及操作特性，特別是提高了對(duì)地圖操作的匹配程度。實(shí)時(shí)標(biāo)繪組件特色功能包括：基于WEB頁面的B/S版標(biāo)繪，實(shí)現(xiàn)基于GIS平臺(tái)下的實(shí)時(shí)標(biāo)繪、標(biāo)繪內(nèi)容與地圖實(shí)現(xiàn)了較精確的配準(zhǔn)。進(jìn)一步擴(kuò)展了防汛業(yè)務(wù)標(biāo)繪元素、圖例，在會(huì)商時(shí)更加準(zhǔn)確地描繪防汛信息，同時(shí)全部的標(biāo)繪元素及圖例可實(shí)現(xiàn)后期維護(hù)及修改。

5 結(jié)語

天津市防汛抗旱指揮系統(tǒng)的建設(shè)為天津市防汛抗旱工作提供了統(tǒng)一的指揮平臺(tái)，通過事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制使防汛會(huì)商的過程更加規(guī)范化、流程化，可以為天津市防汛抗旱決策指揮、搶險(xiǎn)調(diào)度提供更為全面、可靠的信息，在天津市成功應(yīng)對(duì)2011年“7·30”及2012年“7·21”等強(qiáng)降雨過程中發(fā)揮了重要作用，為天津市水務(wù)信息化其他業(yè)務(wù)模塊的建設(shè)提供了技術(shù)基礎(chǔ)和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。