長江水文預報服務平臺設計與開發(fā)

鄒冰玉，陳瑜彬，秦 昊

（水利部長江水利委員會水文局，430010，武漢）

長江水文預報服務平臺設計與開發(fā)

鄒冰玉，陳瑜彬，秦 昊

（水利部長江水利委員會水文局，430010，武漢）

水文預報；服務平臺；設計與開發(fā)；預報產品；預報服務

水文情報預報是防汛的 “耳目”和“參謀”，數十年來為防洪減災作出了巨大貢獻。近年水文預報從以往的單一防汛預報變?yōu)槌Ｄ觐A報、防汛抗旱預報并重，隨著經濟社會發(fā)展，水資源綜合利用、水生態(tài)水環(huán)境保護、中小河流山洪預警、城市防洪、水利工程施工以及各種應急搶險等都對水文預報提出了需求。尤其是在“十三五”時期，水文預報不僅要為專業(yè)技術、科學決策提供支撐，還需直接面向社會服務，讓更多民眾了解水文預報、使用水文預報。隨著預報領域和預報服務層次得到拓展，預報產品類別將更加多樣，精度要求也更高，目前的技術手段已不能完全滿足需求，需要利用“互聯網+”信息化手段，建立集預報分析計算，預報產品生成、管理、服務等于一體的系統(tǒng)平臺，實現各類預報服務，提升預報服務能力。

一、總體目標

圍繞長江水文預報服務需求，開展預報技術研究，深化預報成果產品，拓展預報服務項目，在現有長江防洪預報調度系統(tǒng)軟件基礎上，集成各類技術，打造長江水文預報服務平臺，實現水文氣象預報及各類預報產品分析制作、加工、服務發(fā)布及管理的一體化作業(yè)。同時，研究預報服務社會化的方法和途徑，嘗試開辟專門通道公布民眾關注的預報信息，更好地發(fā)揮預報的作用。

二、技術難點

①服務項目的不確定性，變化環(huán)境下的水文氣象預報非常復雜，會有新問題不斷出現，有時難以保證預報精度。

②服務需求難以清晰描述，不同服務對象和主體對預報的認識不同，社會公眾對預報成果形成正確認識有較長過程，只有充分了解水情預報及其作用時，水情預報服務才能較好地被應用。

③服務跟蹤及服務效果評判較難。

④經過多年積累和開發(fā)完善，預報調度等系統(tǒng)軟件由最初僅完成作業(yè)計算，發(fā)展到目前的計算與專家交互結合、預報調度會商一體，取得了很大進步。但是，預報發(fā)布值的最后確定、水雨情分析服務、成果及各類預報服務產品的管理等并沒有擺脫傳統(tǒng)手工的最后環(huán)節(jié)。

三、主要技術路線

①融合各類服務需求，分析預報成果、產品、軟件資源、技術成果顆?；皻w類方法，抽象歸類，按照信息和產品類別建立目錄樹和檔案庫。

②分析研究預報技術和各類預報產品生成方法和共享途徑，根據服務對象，確定服務方式和手段，建立預報服務體系。

③搭建開放式的水文預報服務平臺，集成各類技術，并打造產品加工和服務中心，分析研究信息融合加工技術，對水文氣象信息及預報成果進行深加工，形成各類服務產品，完成服務發(fā)布，實現水文氣象預報及各類服務產品的分析制作、發(fā)布及業(yè)務管理的一體化作業(yè)，為預報預警、調度決策等各類服務提供技術支撐。

④通過網站、微信、APP等工具，公布預報產品目錄，提供產品定制通道，并按產品信息類別、信息量大小、信息用途等設置免費或付費等服務方式。

⑤社會化服務按技術成熟程度分階段實施，在現階段向社會公眾主要發(fā)布強降雨及洪水預報信息，告知預報站未來水位變化范圍、危險程度、影響區(qū)域等。

⑥研究大數據挖掘技術，跟蹤服務需求,做到主動服務、“貼心”服務。

四、平臺設計與開發(fā)

1.平臺設計理念

①開放式的框架結構，功能菜單、數據源、預報產品生成體系等均設計為開放式。

②成果產品化，軟件“零件化”，功能模塊化。在整合現有資源的基礎上，繼續(xù)開發(fā)完善預報調度模型庫、調度規(guī)則庫。

③軟件開發(fā)盡量通用、開放，形成軟件“資源庫”，方便升級維護和功能組裝。

④建立預報產品“加工廠”，負責各類產品的生成和深加工。

⑤配置產品“管理中心”，負責產品信息的維護管理、產品的維護管理和分發(fā)。

2.預報產品設計

預報服務產品按服務領域進行分類，分別建立目錄樹、分支和節(jié)點分類索引。預報產品目錄樹通過配置納入平臺，可通過配置的維護管理功能進行增刪改。

（1）預報內容

水文預報可提供的預報信息主要包括水位/流量洪峰、過程、最低/最小值、次洪水量、年月旬日平均水量等，其中水資源預報主要注重水量，生態(tài)調度還需關注流速，對于水庫調度、水資源綜合利用、水生態(tài)等還包括預報調度方案。

居住地臨近水域的居民容易受到洪水威脅，因此需要預報洪水的發(fā)生、持續(xù)時間及峰高等。中小河流及山洪預警還需通過暴雨預報發(fā)布預警。

（2）水雨情報告

對各預報成果進行必要的對比分析，如與歷史比較、與前期比較等，形成各類預報產品。

（3）預報服務類別

①防汛預報，包括短期、中期、長期、延伸期預報，水雨情分析產品，預報預警信息等。

②旱情預報，包括面（行政區(qū)劃）持續(xù)無雨日數、最低水位、最小流量、時段內變化趨勢、旱警信息等。

③水資源預報，包括來水量（日旬月季年）預報、需用水預報等。

④社會公眾預報服務，包括點面（行政區(qū)劃）強降雨、持續(xù)無雨日、最高/最低水位、最大/最小流量、時段內變化趨勢、超警信息等。

（4）服務方式和手段

根據對象不同，預報服務按產品信息公布和專項服務兩種模式實現?？蓪㈤_發(fā)產品宣傳頁置入具有影響力的門戶網站等，或通過網站、微信、APP等工具，公布預報產品目錄，提供產品定制通道，并按產品信息類別、信息量大小、信息用途等設置免費、付費等服務方式。同時，可以借鑒互聯網經營理念。

3.長江水文預報服務平臺設計開發(fā)

（1）主要功能及平臺界面

考慮長江水文信息化建設的統(tǒng)一思路和框架，在繼續(xù)完善已完成的長江防洪預報調度系統(tǒng)基礎上，搭建開放式的長江水文預報服務平臺，實現洪水預報、水資源預報、旱情預報等各類水文氣象預報、水量分配調度、聯合預報調度等預報調度一體化，以及信息監(jiān)控預警、信息服務、管理等功能。

（2）平臺開發(fā)關鍵技術

平臺采用三層架構，應用基于HTML5的富客戶端技術，由應用層、服務層、數據層和標準規(guī)范體系及信息安全體系構成。建立數據加工廠，對原始數據加工后存儲使用；建立產品加工中心，完成各類產品的生成；考慮現有資源的集成和利用，創(chuàng)建基于 WCF （WindowsCommunication Foundation，微軟數據通信框架）的預報調度服務框架體系。平臺的數據訪問采用封裝技術，提供統(tǒng)一的數據訪問接口。應用層用于實現系統(tǒng)的業(yè)務邏輯，直接面向用戶提供應用功能。服務層采用SOA架構，把平臺所需各項業(yè)務功能，通過服務的方式發(fā)布到網絡上，供應用層以及其他系統(tǒng)調用。這種方式實現了前端界面展示與后臺業(yè)務處理完全分離，確保了預報等各類計算的一致性和通用性。此外，通過對業(yè)務邏輯的梳理和拆分，降低了系統(tǒng)的耦合性，提高了擴展性和可控性。

（3）總體部署方案

平臺具體部署時采用服務模式分布式部署，除了利用服務機制實現通用計算和業(yè)務分離，還使用分布式計算框架，將所有計算服務均部署在分布式計算節(jié)點上，提高計算速度和處理效率，利用集群進行統(tǒng)一管理，通過負載均衡機制，保證用戶的請求可以得到實時響應。

（4）安全保障體系

從物理安全、網絡安全、信息安全及安全管理等多方面保障系統(tǒng)的安全性。平臺采用授權訪問模式，權限的粒度精確到各個模塊，所有的上傳、下載、修改都有完整的審計功能，保證信息服務的可追溯性。為了保障計算數據在網絡上的傳輸安全，所有計算服務接口都采用訪問控制措施，并對數據進行加密。對數據的操作都是通過服務的方式進行，無法直接訪問數據庫，防止對底層數據進行篡改。

五、結 語

①借助先進技術，采用分布式架構，打造長江水文預報技術和服務平臺，實現水文氣象預報及各類預報產品的分析制作、加工、發(fā)布及管理的一體化作業(yè)，為高效、便捷的預報服務提供良好的技術支撐。

②服務與需求是一個不斷磨合的過程，不同服務對象和主體對預報的認識不同，社會公眾對預報成果形成正確認識有較長過程，只有充分互動、相互調整適應，水情預報才能被較好地應用，搭建服務平臺將有助于促進雙方溝通交流和互動，加速預報服務社會化進程，發(fā)揮預報作用。

③圍繞長江水文預報需求，打造預報技術與管理相結合的長江水文預報服務平臺是一項長期的任務，需要持續(xù)跟蹤關注，不斷強化預報技術研究，構建預報服務體系，實現預報產品制作、會商決策等產品服務，發(fā)揮預報技術支撐作用。

P33+TP393

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1000-1123（2017）19-0013-02

2017-09-26

鄒冰玉，教授級高級工程師，主要從事水文預報技術研究及管理工作。

責任編輯 董明銳