防汛防旱監(jiān)測預(yù)警的研究與應(yīng)用

宋 煒

（江蘇省防汛防旱指揮部辦公室，210029，南京）

近年，江蘇省加大防汛決策指揮信息化建設(shè)力度，逐步建成了以信息采集為基礎(chǔ)、通信系統(tǒng)為保障、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為依托、決策支持應(yīng)用系統(tǒng)為核心的防汛指揮系統(tǒng)。

防汛指揮系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，實施防汛信息動態(tài)監(jiān)測，能夠及時采取預(yù)防與補救措施，全面提高防汛抗洪工作的有效性和可靠性，對減少洪水災(zāi)害、緩解防洪壓力、保障人民生命財產(chǎn)安全具有重要作用。然而，當(dāng)前系統(tǒng)在雨量或水位等達到警戒值時，雖能夠發(fā)出報警聲，但必須在系統(tǒng)打開的情況下才能實現(xiàn)。一旦監(jiān)測系統(tǒng)沒有及時打開，預(yù)警功能不能發(fā)揮作用，工作人員看不到報警信息，也就不能及時采取相應(yīng)的措施。因此如何能夠使工作人員隨時隨地及時得到預(yù)警信息，成為防汛監(jiān)測中亟待解決的問題。

一、需求分析

現(xiàn)有系統(tǒng)在監(jiān)測預(yù)警方面的主要問題在于：

①缺乏主動性。在用戶離線的情況下，預(yù)警信息不能夠主動推送給用戶。

②缺乏靈活性。預(yù)警信息發(fā)布方式比較單一，不能滿足汛期實時監(jiān)測的要求。

要讓防汛工作人員及時掌握實時信息，為防汛抗旱決策調(diào)度和快速指揮搶險作準(zhǔn)備，就需要系統(tǒng)能夠主動把報警信息推送至工作人員的電腦桌面，或以短消息、圖片的形式發(fā)到移動設(shè)備上。

二、技術(shù)方案

江蘇省防汛防旱監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是基于面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用.NET Framework 平臺、Web Service、PUSH 技術(shù)、自適應(yīng)實時數(shù)據(jù)掃描算法等先進技術(shù)，建成了一個自動化程度高、自適應(yīng)能力強、實時性、用于全省雨水情的綜合監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖1所示。

預(yù)警系統(tǒng)作為中間件運行在服務(wù)器上，為其他應(yīng)用程序提供預(yù)警服務(wù)，預(yù)警服務(wù)通過WSDL標(biāo)準(zhǔn)來描述其提供的服務(wù)，向外界的應(yīng)用程序提供接口，使預(yù)警信息可以發(fā)布到各個應(yīng)用層平臺上，具有較強的通用性。

數(shù)據(jù)管理、預(yù)警管理與預(yù)警發(fā)布管理3個模塊安裝在服務(wù)器端，由于交互性較強，采用B/S架構(gòu)，基于ASP.NET的MVC模式設(shè)計。預(yù)警分析引擎也安裝在服務(wù)器端，由于不需要進行詳細(xì)的配置，采用C/S架構(gòu)。服務(wù)器端實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理、預(yù)警規(guī)則設(shè)定、預(yù)警分析處理等功能，在接收到實時數(shù)據(jù)后，進行分析計算，判別是否超警，同時生成預(yù)警消息，推送至客戶端。

預(yù)警發(fā)布模塊安裝在客戶端，通過socket通信實時獲取預(yù)警計算結(jié)果，并及時推送到客戶端桌面，從而完成預(yù)警消息發(fā)布。

三、系統(tǒng)功能

圖1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

江蘇省防汛防旱監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理、預(yù)警分析引擎、預(yù)警管理、預(yù)警發(fā)布四個功能模塊。

1.數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理模塊是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理部分，將預(yù)警管理數(shù)據(jù)進行封裝，對系統(tǒng)在預(yù)警分析中所涉及的各類數(shù)據(jù)進行存取管理，包括水、雨、旱情實時數(shù)據(jù)的讀取，各類預(yù)警管理、消息管理數(shù)據(jù)的存取，同時包括用戶相關(guān)的各種信息。

數(shù)據(jù)管理模塊作為后臺服務(wù)運行在服務(wù)器端，根據(jù)預(yù)設(shè)時間對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進行掃描，獲取預(yù)警時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)并保存，以供預(yù)警分析引擎進行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)管理類結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)管理類結(jié)構(gòu)圖

該模塊采用通用模塊，對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫進行動態(tài)監(jiān)視，并根據(jù)預(yù)警管理模塊中設(shè)定的預(yù)警規(guī)則，自動掃描并篩選出符合預(yù)警條件的數(shù)據(jù)。防旱監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中，所有對數(shù)據(jù)庫的操作都是通過調(diào)用數(shù)據(jù)管理模塊提供的公共方法，或是對公共方法的組合來完成的。該模塊的特性是封裝性強、安全性高、靈活性好。通過封裝的數(shù)據(jù)庫操作方法，只提供對外接口，使得結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，方便管理。通過對配置文件的修改與處理，可以靈活運用到不同數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的各種系統(tǒng)中。

2.預(yù)警分析引擎

預(yù)警分析引擎是防汛防旱監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的核心模塊。根據(jù)雨情、水位和流量預(yù)警設(shè)計相應(yīng)的預(yù)警規(guī)則，預(yù)警分析引擎集成各種預(yù)警規(guī)則，形成規(guī)則庫，依據(jù)預(yù)警規(guī)則對獲取的數(shù)據(jù)進行分析，以判定數(shù)據(jù)的可靠性以及是否需要預(yù)警。同時對需要預(yù)警的數(shù)據(jù)進行消息制定，提交給預(yù)警發(fā)布模塊。

該模塊在設(shè)計和開發(fā)中采用了開放的、可擴展的基于服務(wù)的軟件體系結(jié)構(gòu)，使其可以無縫集成到已有的系統(tǒng)以及新開發(fā)的系統(tǒng)當(dāng)中，為其他應(yīng)用系統(tǒng)提供預(yù)警服務(wù)。同時，采用了自適應(yīng)的實時數(shù)據(jù)掃描算法，當(dāng)在需要預(yù)警的時間段內(nèi)未掃描到水雨情數(shù)據(jù)時，引擎會自動縮短數(shù)據(jù)掃描時間，若在一段時間內(nèi)仍未獲取數(shù)據(jù)，才判定數(shù)據(jù)并不存在，恢復(fù)預(yù)設(shè)的掃描時間。此特性可防止因網(wǎng)絡(luò)堵塞或故障帶來的數(shù)據(jù)傳輸延遲而造成數(shù)據(jù)遺漏的情況，同時也保證了預(yù)警數(shù)據(jù)的實時性。

下面以流量預(yù)警為例。

①流量預(yù)警規(guī)則：對8：00流量超預(yù)警門檻值的設(shè)定站點，發(fā)布一次預(yù)警；以后每過2小時巡查一次，將流量與上次預(yù)警時流量比較，如增幅達到或超過預(yù)警要求，發(fā)布預(yù)警。

②性能設(shè)計：根據(jù)自適應(yīng)實時數(shù)據(jù)掃描算法，對數(shù)據(jù)進行頻率變換掃描，當(dāng)某測站到達巡查時間后，每5分鐘巡查一次數(shù)據(jù)庫，若半小時后仍未巡查到數(shù)據(jù)，則停止頻繁巡查，預(yù)警至下次巡查時間進行。

3.預(yù)警管理

預(yù)警管理是系統(tǒng)的后臺配置模塊。本模塊基于MVC設(shè)計模式，對用戶、監(jiān)測站點、預(yù)警門檻值、預(yù)警類型、預(yù)警消息等信息，能夠針對不同時段、不同測站、不同地區(qū)進行方便靈活的詳細(xì)配置，從而修改數(shù)據(jù)管理與分析引擎的建模和分析策略模型，對預(yù)警系統(tǒng)進行管理。

4.預(yù)警發(fā)布

預(yù)警發(fā)布模塊主要實現(xiàn)預(yù)警消息的發(fā)布及推送，由預(yù)警發(fā)布服務(wù)端、預(yù)警接收客戶端、配置文件以及日志文件所組成。

本模塊采用兩種方式實現(xiàn)實時報警功能：

①利用PUSH技術(shù)，將預(yù)警消息推送到工作人員桌面電腦和移動終端。預(yù)警消息被制作成標(biāo)準(zhǔn)格式的通信包推送至客戶端，客戶端在接收到通信包之后，以短信、聲音等方式，通知給有關(guān)防汛值班人員。

②提供與其他應(yīng)用程序的服務(wù)接口，照標(biāo)準(zhǔn)格式協(xié)議，將預(yù)警數(shù)據(jù)與消息數(shù)據(jù)存放于數(shù)據(jù)庫中，可供其他應(yīng)用系統(tǒng)所讀取調(diào)用。

四、應(yīng)用實效

江蘇省防汛防旱監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)從2011年開始在江蘇省防辦投入使用，在汛期該系統(tǒng)已產(chǎn)生了數(shù)千條預(yù)警信息，預(yù)警及時。

本系統(tǒng)在OSB服務(wù)總線上以代理服務(wù)呈現(xiàn)，其他應(yīng)用系統(tǒng)通過服務(wù)總線驗證服務(wù)安全策略，可以調(diào)用其服務(wù)取得預(yù)警信息并展現(xiàn)。通過標(biāo)準(zhǔn)接口，該服務(wù)可以為江蘇省各級防汛指揮系統(tǒng)的應(yīng)用程序所調(diào)用，具有極好的通用性。

五、結(jié) 語

使用基于服務(wù)架構(gòu)的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具有較好的靈活性、通用性及可擴展性，同時利用PUSH技術(shù)，“主動”將預(yù)警信息推送，使防汛工作人員能夠隨時隨地靈活地掌握各類重要的防汛防旱預(yù)警信息，極大提高了防汛防旱搶險救災(zāi)應(yīng)急指揮能力。目前，本系統(tǒng)主要對水情、雨情進行實時監(jiān)測預(yù)警，將來旱情預(yù)警、工情預(yù)警以及防汛啟動條件預(yù)案可以分別對相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與警戒值進行比較，對超出警戒范圍的要素進行預(yù)警，具有極強的可擴展性。