山洪監(jiān)測預(yù)警信息獲取與共享建設(shè)方案探討

李冬杰，王愛娜，李 暨，李會民

（北京金水信息技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100053）

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山洪監(jiān)測預(yù)警信息獲取與共享建設(shè)方案探討

李冬杰，王愛娜，李 暨，李會民

（北京金水信息技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100053）

摘 要：以中國水利水電科學研究院的全國山洪災(zāi)害防治管理平臺建設(shè)成果為基礎(chǔ)，針對武警水電第一總隊山洪災(zāi)害應(yīng)急搶險救援信息獲取與共享要求，從信息交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、山洪監(jiān)測預(yù)警信息資源庫建設(shè)、信息獲取與共享系統(tǒng)建設(shè) 3 個方面，提出武警水電第一總隊山洪監(jiān)測預(yù)警信息獲取及利用方案，確保在山洪災(zāi)害發(fā)生時，做出迅速、科學和有針對性的判斷，提高應(yīng)急救援響應(yīng)及應(yīng)急聯(lián)動能力。通過對武警水電第一總隊山洪監(jiān)測預(yù)警信息獲取與共享建設(shè)方案進行探討，以期為下階段山洪災(zāi)害相關(guān)數(shù)據(jù)在部門間的共享提供參考。

關(guān)鍵詞：山洪災(zāi)害；信息交換網(wǎng)絡(luò)；信息共享；監(jiān)視預(yù)警

0　引言

近年來，國家高度重視山洪災(zāi)害防治工作，加大投資，逐步建設(shè)完善山洪災(zāi)害監(jiān)測體系，2010年，水利部、財政部啟動了山洪災(zāi)害防治縣級非工程措施項目建設(shè)，目前已完成全國 2 058 個縣級非工程措施體系［1-2］，并建設(shè)國家級、流域機構(gòu)、省和地市級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警信息管理系統(tǒng)，為掌握各地山洪預(yù)警系統(tǒng)運行和災(zāi)害防御情況發(fā)揮了重要作用。

由于山洪災(zāi)害數(shù)據(jù)共享涉及面廣，部門較多，信息共享流程復(fù)雜，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，系統(tǒng)數(shù)據(jù)不能共享，各自為政不能實現(xiàn)互聯(lián)互通，已經(jīng)成為山洪災(zāi)害防治工作急需解決的重要問題之一［3-4］。

水電部隊作為現(xiàn)代化應(yīng)急救援國家隊，擔負因自然災(zāi)害、恐怖襲擊和戰(zhàn)爭等因素導(dǎo)致?lián)p毀的水利水電設(shè)施（如江河堤防、水庫、水電站、變電站、輸電線路）的應(yīng)急排險，搶修，搶建任務(wù)?，F(xiàn)階段在應(yīng)急救援過程中主要依靠人工手段進行災(zāi)情數(shù)據(jù)收集，嚴重影響了武警水電第一總隊（以下簡稱總隊）搶險救援響應(yīng)能力。為此，部署中國水利水電科學研究院的全國山洪災(zāi)害防治管理平臺（以下簡稱管理平臺），可匯集全國各省區(qū)山洪災(zāi)害調(diào)查評價成果、監(jiān)測預(yù)警信息。探討管理平臺與總隊之間的數(shù)據(jù)共享交換與服務(wù)支持方案，可為下階段推進山洪災(zāi)害相關(guān)數(shù)據(jù)在部門間的共享，推進應(yīng)急搶險救援各級各部門之間的應(yīng)急聯(lián)動提供技術(shù)支撐。

1　項目建設(shè)目標

本項目擬在原有管理平臺的基礎(chǔ)上，針對總隊山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警信息獲取與共享要求，建設(shè)信息交換網(wǎng)絡(luò)、開發(fā)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)應(yīng)用服務(wù)的統(tǒng)一標準接口，使總隊可以通過接口服務(wù)，方便、快捷地獲取管理平臺的相關(guān)信息，開發(fā)武警水電第一總隊山洪監(jiān)測信息獲取與共享系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)），實現(xiàn)山洪災(zāi)害信息監(jiān)視預(yù)警、預(yù)警信息查詢功能，輔助總隊在山洪災(zāi)害發(fā)生時，對山洪災(zāi)害信息做出迅速、科學和有針對性的判斷，提高應(yīng)急救援響應(yīng)及聯(lián)動能力。

2　系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

總隊山洪監(jiān)測信息獲取與共享系統(tǒng)包括信息交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、山洪監(jiān)測預(yù)警信息獲取與共享機制、信息獲取與共享系統(tǒng)建設(shè)等 3 方面建設(shè)內(nèi)容：

1）提出山洪災(zāi)害應(yīng)急搶險救援信息交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案。

2）在全面梳理山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警各類數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一的共享信息資源庫；通過共享交換平臺建設(shè)，滿足總隊與中國水利水電科學研究院信息共享交換的需求。

3）在現(xiàn)有建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，服務(wù)于山洪災(zāi)害應(yīng)急搶險救援信息獲取與共享的業(yè)務(wù)需要，建設(shè)總隊山洪監(jiān)測信息獲取與共享系統(tǒng)。

3　系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計使用 B/S 架構(gòu)，建立在 J2EE 平臺上，運用 Oracle 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，將 AJAX 技術(shù)與 SSH框架及 Web GIS 相結(jié)合，在架構(gòu)設(shè)計方面充分考慮架構(gòu)的健壯性、可擴展性、可互操作性、穩(wěn)定性、可移植性和安全性等因素，結(jié)合項目的具體建設(shè)內(nèi)容及要求，將系統(tǒng)總體邏輯架構(gòu)自下而上分為基礎(chǔ)環(huán)境、山洪災(zāi)害數(shù)據(jù)庫、共享交換平臺、應(yīng)用系統(tǒng)，同時應(yīng)用安全保障和標準規(guī)范 2 個體系貫穿整體系統(tǒng)。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

4　信息交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

4.1網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

管理平臺部署在中國水利水電科學研究院的水利業(yè)務(wù)專網(wǎng)上，可匯集全國各省區(qū)山洪災(zāi)害調(diào)查評價成果、監(jiān)測預(yù)警信息。

總隊應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)均部署在與互聯(lián)網(wǎng)物理隔離的內(nèi)網(wǎng)上，不能直接獲取互聯(lián)網(wǎng)或水利專網(wǎng)信息。

4.2設(shè)計方案

根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)，在 2 個局域網(wǎng)絡(luò)之間使用信息發(fā)布服務(wù)器和綜合前置機實現(xiàn)信息的共享交換，2 臺設(shè)備通過 Internet 網(wǎng)絡(luò)采用 VPN 方式實現(xiàn)系統(tǒng)連接。在山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)外架設(shè)防火墻和 VPN服務(wù)器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)共享交換的安全保障。綜合前置機與總隊局域網(wǎng)采用人工錄入實現(xiàn)信息交換。系統(tǒng)總體拓撲結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖2　信息交換網(wǎng)絡(luò)示意圖

系統(tǒng)中設(shè)置信息發(fā)布區(qū)和綜合前置機區(qū)。在信息發(fā)布區(qū)中，山洪災(zāi)害預(yù)警信息通過發(fā)布平臺經(jīng)過防火墻將信息發(fā)布到對外信息發(fā)布服務(wù)器上，發(fā)布系統(tǒng)把信息自動推送到綜合前置機的信息系統(tǒng)中。信息發(fā)布服務(wù)器布放在山洪預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的DMZ 區(qū)，使用公網(wǎng) IP 地址對外提供信息服務(wù)。

在前置機區(qū)，信息獲取和收集系統(tǒng)經(jīng)過 Internet網(wǎng)絡(luò)連接到 DMZ 區(qū)服務(wù)器，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通。在綜合前置機的信息獲取和發(fā)送平臺中設(shè)置系統(tǒng)的輪詢機制，按照一定的周期定時從信息發(fā)布服務(wù)器上獲得預(yù)警信息。預(yù)警信息通過人工錄入方式進入總隊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)信息的交換，處理后將信息結(jié)果通過相同的方式反饋給全國山洪災(zāi)害防治管理平臺。

5　信息共享資源庫建設(shè)

5.1數(shù)據(jù)庫規(guī)劃設(shè)計

管理平臺山洪監(jiān)測預(yù)警信息共享資源庫主要包括山洪災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警、調(diào)查成果、分析評價、空間庫等數(shù)據(jù)庫。根據(jù)國家、行業(yè)標準及省水利數(shù)據(jù)中心的技術(shù)規(guī)范，對已建數(shù)據(jù)庫進行整合、擴充、完善和集成，對未建數(shù)據(jù)庫則新建，并集成到共享資源庫。各縣級數(shù)據(jù)庫支撐著各類應(yīng)用，山洪監(jiān)測預(yù)警信息共享數(shù)據(jù)庫的建設(shè)原則是，不改變已有的數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)有的應(yīng)用，采取的措施是加強信息共享，進行數(shù)據(jù)整合，分級管理。數(shù)據(jù)集中到數(shù)據(jù)中心存儲，各數(shù)據(jù)節(jié)點存儲各管轄范圍的業(yè)務(wù)工作必需的數(shù)據(jù)，同時達到異地備份的目的。

5.1.1山洪災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)庫

1）實時雨水情數(shù)據(jù)庫。山洪災(zāi)害實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫是依托水利部水文局的實時水雨情數(shù)據(jù)庫進行建設(shè)的，實時水雨情數(shù)據(jù)庫的設(shè)計依據(jù)是 SL 323—2011《實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標識符》標準。

2）實時氣象數(shù)據(jù)庫。主要包括氣象雨量站的日雨量數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報、氣象衛(wèi)星影像（GMS，NOAA 和風云二號等衛(wèi)星影像）、資源衛(wèi)星影像（TM，MSS，HRV 和 SAR 等影像）、雷達圖、天氣圖等信息。本次項目將整合、集成已有數(shù)據(jù)，共享更多的氣象產(chǎn)品、實時水文數(shù)據(jù)等信息，構(gòu)建氣象信息數(shù)據(jù)庫，為自然災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)提供數(shù)據(jù)支撐。

5.1.2山洪災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)庫

山洪災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)庫主要是轄區(qū)山洪災(zāi)害預(yù)警及響應(yīng)類信息，包括預(yù)警預(yù)案、部門、規(guī)則、類型、狀態(tài)，響應(yīng)等級、行政區(qū)預(yù)警規(guī)則，預(yù)警響應(yīng)反饋、動態(tài)、消息記錄、發(fā)送記錄、響應(yīng)，以及災(zāi)害情況統(tǒng)計、多媒體信息等。

5.1.3山洪災(zāi)害調(diào)查成果數(shù)據(jù)庫

主要包括：水文氣象基本資料，山洪災(zāi)害防治區(qū)小流域基本信息，各自然村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)和企事業(yè)單位的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，歷史山洪災(zāi)害，水利普查成果，涉水工程等數(shù)據(jù)，已建山洪災(zāi)害防治非工程措施的監(jiān)測預(yù)警設(shè)施基本情況數(shù)據(jù)，工程治理的山洪溝基本情況數(shù)據(jù)，重點調(diào)查區(qū)域（重要沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)）的大斷面測量數(shù)據(jù)，重要及部分重要集鎮(zhèn)地形測量，以及社會經(jīng)濟詳查數(shù)據(jù)等。

5.1.4山洪災(zāi)害分析評價數(shù)據(jù)庫

山洪災(zāi)害分析評價是在前期基礎(chǔ)工作、山洪災(zāi)害調(diào)查的基礎(chǔ)上，深入分析山洪災(zāi)害防治區(qū)暴雨特性、小流域特征和社會經(jīng)濟情況，研究歷史山洪災(zāi)害情況，分析小流域洪水規(guī)律，采用各地設(shè)計暴雨洪水和水文、水動力學模型等分析計算方法，綜合分析評價重要沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)的防洪現(xiàn)狀，劃分山洪災(zāi)害危險區(qū)，確定預(yù)警指標和閾值，編制山洪災(zāi)害防治區(qū)劃等。

山洪災(zāi)害分析評價數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：省級山洪災(zāi)害防治區(qū)四級區(qū)分布，防治區(qū)設(shè)計暴雨洪水分析，重點防治區(qū)防洪現(xiàn)狀分析，防治區(qū)山洪災(zāi)害危險區(qū)分布、預(yù)警指標和閾值等成果。

5.1.5山洪災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫

山洪災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫主要包括：

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。包括 1∶50 000 DLG、小流域、2.5 m 分辨率數(shù)字影像等數(shù)據(jù)，以及 1∶100 000 土壤圖、1∶1 000 000 土地利用圖、1∶1 000 000 植被覆蓋圖。

2）小流域數(shù)據(jù)。包括全國山洪災(zāi)害防治區(qū)小流域劃分及基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)。

3）調(diào)查標繪數(shù)據(jù)。包括行政區(qū)劃單位、涉水工程、山洪威脅區(qū)、歷史山洪災(zāi)害、各類監(jiān)測站點等的數(shù)據(jù)。

4）重點山洪災(zāi)害防治區(qū)數(shù)據(jù)。包括重要和部分重要集鎮(zhèn)受山洪災(zāi)害威脅區(qū)域（歷史最高洪水位以下的區(qū)域）的復(fù)雜河道斷面、居民戶沿河分布、河道三維地形等矢量數(shù)據(jù)。

最終形成以小流域為基本單元、空間特征與屬性特征松耦合組織的空間數(shù)據(jù)庫。

5.2信息共享交換設(shè)計

目前管理平臺的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)同步軟件 Golden Gate，實現(xiàn)管理平臺與水利部水文局、國家防汛抗旱總指揮部之間的數(shù)據(jù)交換和共享，與總隊直接的數(shù)據(jù)共享也同樣采用 Golden Gate 實現(xiàn)。Golden Gate 是一款實時訪問、基于日志的變化數(shù)據(jù)復(fù)制及獲取軟件，通過解析或掃描數(shù)據(jù)庫的在線或歸檔事務(wù)日志文件捕獲數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改變化，再將這些變化通過 TCP/IP 協(xié)議傳輸至目標端并應(yīng)用到目標數(shù)據(jù)庫中，從而完成變化數(shù)據(jù)的捕獲［5］。工作原理也較為簡單，Golden Gate 通過監(jiān)控源數(shù)據(jù)庫日志文件，將變化的數(shù)據(jù)寫入本地的跟蹤文件 Trail File（可以想象成 1 個 TXT 文件），然后將記錄加密、壓縮后路由到目的端的跟蹤文件 Trail File，最后在目標端用 SQL 寫入目標數(shù)據(jù)庫。

6　信息獲取與共享系統(tǒng)建設(shè)

信息獲取與共享系統(tǒng)主要包括信息共享管理、信息監(jiān)視預(yù)警、山洪預(yù)警信息查詢等 3 個系統(tǒng)。

6.1信息共享管理系統(tǒng)

建立山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警信息共享管理系統(tǒng)，實現(xiàn)山洪監(jiān)測預(yù)警信息同步、查詢、管理、導(dǎo)入、預(yù)警監(jiān)視功能，具體如下：

1）支持實時捕捉源數(shù)據(jù)庫增量的數(shù)據(jù)變化，啟動數(shù)據(jù)共享同步程序，完成源數(shù)據(jù)庫與目標數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步，數(shù)據(jù)同步采用 Oracle 數(shù)據(jù)同步軟件Golden Gate 實現(xiàn)。

2）支持模糊、屬性、分類、關(guān)聯(lián)、高級、地圖點選等多種查詢方式，查詢水利部共享的山洪災(zāi)害數(shù)據(jù)信息。

3）支持對共享數(shù)據(jù)的管理，包括增加、刪除、修改、查詢功能。

4）支持數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入、導(dǎo)出功能。

5）支持數(shù)據(jù)質(zhì)量自動檢查及運行情況自動監(jiān)視功能。

6.2信息監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)

信息監(jiān)視包括實時水情、雨情、氣象、預(yù)警信息的監(jiān)視，同時可設(shè)置各監(jiān)測點的告警臨界值，觸發(fā)告警臨界值則調(diào)用預(yù)警發(fā)布功能，通過告警點不停閃爍、聲音提示、窗口彈出、手機短信等方式提示工作人員。最終形成基于一張圖、一站式的綜合監(jiān)視體系，實現(xiàn)工情、工況、水情、雨情、氣象、突發(fā)水事件等信息的監(jiān)視和預(yù)警功能，為山洪災(zāi)害搶險救援提供參考。主要功能包括：對共享過來的山洪災(zāi)害水雨情實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行監(jiān)視；對超標超限項目進行及時預(yù)警；對共享過來的山洪災(zāi)害預(yù)警信息進行監(jiān)視，對符合預(yù)警發(fā)布規(guī)則設(shè)定的，給予預(yù)警；支持預(yù)警發(fā)布流程設(shè)定、閾值設(shè)置等功能。

6.3山洪預(yù)警信息查詢系統(tǒng)

山洪預(yù)警信息查詢系統(tǒng)主要實現(xiàn)山洪災(zāi)害監(jiān)視、告警、基礎(chǔ)等信息的查詢及空間展示功能，提供相關(guān)信息的統(tǒng)計分析及報表功能。

綜合信息查詢與分析是以電子地圖或遙感影像圖為背景，通過多種查詢和數(shù)據(jù)展示方式，向用戶全面、綜合、直觀、形象地展示水情，雨情，工情，災(zāi)情等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)建設(shè)成果。

信息查詢系統(tǒng)提供基于資源目錄、地圖、關(guān)聯(lián)查詢等查詢方法，實現(xiàn)多個維度及度量的交叉組合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交叉分析；提供不同維度的信息展現(xiàn)和查看模式，允許用戶自定義查詢和展現(xiàn)條件。

信息查詢系統(tǒng)實現(xiàn)對基礎(chǔ)、多維數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘建模服務(wù)，支持用戶快速、精準地對海量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘需要，支持用戶對分析成果進行圖表制作，支持用戶結(jié)合專業(yè)應(yīng)用要求，對各類數(shù)據(jù)進行分析建模。

7　結(jié)語

在《全國山洪災(zāi)害防治項目實施方案大綱（2016—2020年）》中，明確提出“對前端監(jiān)測數(shù)據(jù)及后臺分析成果數(shù)據(jù)進行集約化和專業(yè)化處理，實現(xiàn)省、地市、縣三級各類數(shù)據(jù)同步及共享，實現(xiàn)與相關(guān)部門（水文、氣象、國土等）應(yīng)用數(shù)據(jù)的交互”的建設(shè)要求。本研究從武警水電第一總隊山洪災(zāi)害應(yīng)急搶險救援信息獲取與共享需求入手，從信息交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、山洪監(jiān)測預(yù)警信息資源庫建設(shè)、信息獲取與共享系統(tǒng)建設(shè) 3 個方面提出總隊山洪監(jiān)測預(yù)警信息獲取及利用方案，目前方案已經(jīng)分別通過中國水利水電科學研究院和中國人民武裝警察部隊水電指揮部組織的專家評審，確定該方案實用、可行，系統(tǒng)的建設(shè)將確實發(fā)揮國家山洪監(jiān)測預(yù)警信息的效益，提高總隊對山洪災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)能力。

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Discuss on Construction Scheme for Data Acquisition and Sharing of Mountain Torrent Disaster Monitoring Information

LI Dongjie，WANG Aina，LI Ji，LI Huimin
（Beijing Golden-water Info-tech.Ltd.，Beijing 100053，China）

Abstract:Based on the national mountain torrent disaster prevention platform construction achievements of China Institute of Water Resources and Hydropower Research，aiming at the data acquisition and sharing requirements of mountain torrent disaster monitoring information for the first troops of Armed Police Hydropower，the article proposes mountain torrent disaster monitoring and early warning information acquisition and utilization scheme for the first troops of Armed Police Hydropower. The scheme consists of three aspects: information exchange network design，mountain torrent disaster monitoring information database construction，information acquisition and sharing system. In this way，when the flood disasters occured，it can make rapid and targeted scientific judgment to improve emergency rescue response and emergency joint response capabilities. It discusses the scheme to provide a reference for mountain torrent disaster monitoring data sharing between departments.

Key words:mountain torrent disaster；message switching network；information sharing；monitoring and early warning

中圖分類號：TV122

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9405（2016）03-0056-05

DOI:10.19364/j.1674-9405.2016.03.013

收稿日期：2016-04-15

作者簡介：李冬杰 （1978-） 吉林遼源人，工程師，主要從事信息化系統(tǒng)設(shè)計工作。