基于Android的水雨雪情實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王濱+張繼剛

摘 要：文中根據(jù)防汛信息對實(shí)效性要求高的特點(diǎn)，依托北京市西城區(qū)指揮中心防汛信息數(shù)據(jù)庫，在多種無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，如GPRS、3G、4G網(wǎng)絡(luò)等，以Android系統(tǒng)為開發(fā)平臺，結(jié)合西城區(qū)電子離線地圖，開發(fā)了水雨雪情實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。文中詳細(xì)介紹了本地離線地圖切片的使用方法與曲線圖的繪制等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對北京市西城區(qū)的雨情、雪情以及積水信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)覽、查詢、預(yù)警等功能，確保防汛部門人員能夠隨時(shí)隨地掌握水雨雪變化情況，從而及時(shí)、高效地為防汛指揮決策提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：Android；無線網(wǎng)絡(luò)；雨雪情；防汛決策

中圖分類號：TP316 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）04-00-02

0 引 言

計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，防汛信息化進(jìn)程不斷加快，由于PC端設(shè)備的不可移動性，降低了防汛系統(tǒng)的實(shí)用性，尤其在汛期應(yīng)急的移動辦公、多部門聯(lián)動等方面，需要提升防汛系統(tǒng)的便攜性，以便讓所有領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)務(wù)相關(guān)部門及人員及時(shí)了解汛情，迅速做出工作部署。近年來，隨著4G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及智能手機(jī)的普及，為防汛系統(tǒng)移動化提供了條件。結(jié)合西城區(qū)實(shí)際情況，引入手機(jī)電子離線地圖，以Android系統(tǒng)為開發(fā)平臺，開發(fā)移動端水雨雪情實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)對北京市西城區(qū)的雨情、雪情以及積水信息進(jìn)行監(jiān)測、預(yù)覽、查詢、預(yù)警等功能，以保障防汛部門人員能夠隨時(shí)隨地掌握水雨雪變化情況，及時(shí)、高效地為防汛指揮決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 平臺總體設(shè)計(jì)

1.1 Web Service技術(shù)

Web Service（Web服務(wù)）是種跨編程語言和跨操作系統(tǒng)平臺的遠(yuǎn)程調(diào)用技術(shù)，是一個(gè)軟件接口，它描述了一組可在網(wǎng)絡(luò)上通過標(biāo)準(zhǔn)化的XML消息傳遞訪問的操作。Web Service建立在HTTP、SOAP（Simple Object Access Protocol，SOAP）、UDDI、WSDL等通用協(xié)議的基礎(chǔ)之上，這些協(xié)議在操作系統(tǒng)、編程語言和對象模型的選擇方面沒有任何傾向[1]。

目前移動端設(shè)備的計(jì)算和存儲資源與PC端相比有其局限性，Android應(yīng)用不能在設(shè)備上進(jìn)行繁重的數(shù)據(jù)計(jì)算與存儲，因此將其當(dāng)作Web Service的客戶端，調(diào)用遠(yuǎn)程Web Service將這些復(fù)雜過程移植到服務(wù)器端[2]。本項(xiàng)目采集到的水雨雪實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都將存儲在指揮中心指定的服務(wù)器上，我們將通過在Android中調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)器端提供的Web Service來完成平臺功能的一系列開發(fā)。

1.2 平臺架構(gòu)

平臺采用SOA技術(shù)的服務(wù)器群集部署架構(gòu)，根據(jù)需求通過網(wǎng)絡(luò)松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用。其具有較強(qiáng)的可拓展性、易用性及可移植性。水雨雪情監(jiān)測的實(shí)時(shí)采集處理程序都在服務(wù)器運(yùn)行，將所有業(yè)務(wù)邏輯處理過程存放在服務(wù)器端，在客戶端僅進(jìn)行顯示與簡單的數(shù)據(jù)交互，并處理、分析業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，此舉使系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到大幅度提高?？蛻舳伺c數(shù)據(jù)庫端沒有直接的數(shù)據(jù)交互，而是通過Web Service對數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分布式處理，提高了平臺的靈活性，降低數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)載壓力[3]。

基于Android的水雨雪情實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由分布式數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層及客戶端應(yīng)用層構(gòu)成，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1所示[4]。其中，業(yè)務(wù)邏輯層通過Web Service方式調(diào)用，對服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并通過I2S以JSON數(shù)據(jù)格式發(fā)布，為移動終端設(shè)備訪問服務(wù)器數(shù)據(jù)提供快捷有效的通道。

（1）分布式數(shù)據(jù)層通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從水雨雪傳感器實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)提供所需的降雨量數(shù)據(jù)、降雪量數(shù)據(jù)、積水?dāng)?shù)據(jù)、設(shè)備信息、傳感器狀態(tài)信息等。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)安全要求，將相關(guān)數(shù)據(jù)部署于不同的服務(wù)器中。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層提供Web Service接口，為客戶端應(yīng)用層提供連通服務(wù)器的通道。Web Service接口封裝不同業(yè)務(wù)服務(wù)，通過不同的方法分別獲取實(shí)時(shí)降雨量、實(shí)時(shí)降雪量、實(shí)時(shí)積水值、一小時(shí)降雨量、一天降雨量、預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn)、傳感器設(shè)備信息等，可有效降低系統(tǒng)耦合度。

（3）客戶端應(yīng)用層根據(jù)客戶需求提供人機(jī)交互界面，顯示相關(guān)水雨雪情信息。移動端水雨雪情實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)僅保留了視圖層，根據(jù)業(yè)務(wù)需要，通過Web Service接口獲取具體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)完成顯示功能。

1.3 安全機(jī)制

該系統(tǒng)信息種類較多，防汛期間數(shù)據(jù)量大，因此安全機(jī)制的重要性相對突出。為確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全，采用以下安全防護(hù)措施：

（1） 終端設(shè)備認(rèn)證，確保指定用戶。用戶注冊時(shí)，該系統(tǒng)將用戶手機(jī)號碼與移動設(shè)備硬件信息IMEI碼進(jìn)行綁定。登錄系統(tǒng)之前，系統(tǒng)會訪問業(yè)務(wù)服務(wù)，驗(yàn)證用戶手機(jī)號碼是否與移動設(shè)備IMEI碼對應(yīng)，否則用戶無法正常使用該系統(tǒng)[5]。

（2） 數(shù)據(jù)傳輸加密，確保數(shù)據(jù)安全。業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，采用自定義數(shù)據(jù)格式，保證數(shù)據(jù)安全可靠。

（3） 設(shè)立服務(wù)器集群，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與服務(wù)負(fù)載均衡。分布式數(shù)據(jù)層將實(shí)際數(shù)據(jù)根據(jù)業(yè)務(wù)需要部署于不同的服務(wù)器中，可有效分?jǐn)傇L問壓力，降低耦合程度。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主要功能

本移動端水雨雪情實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)嵌入ArcGIS離線電子地圖切片，使防汛信息直觀表現(xiàn)在地圖上，可有助于防汛部門進(jìn)行相關(guān)決策。該系統(tǒng)主要功能包括如圖2所示的4個(gè)模塊，即監(jiān)測數(shù)據(jù)接收與更新模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)瀏覽模塊、監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析模塊、預(yù)警短信通知模塊。

2.1.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)接收與更新

該模塊主要有數(shù)據(jù)偵聽、校檢、解析和數(shù)據(jù)入庫等功能。

2.1.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)瀏覽

該模塊主要具有實(shí)時(shí)瀏覽查看降雨量、降雪量、積水?dāng)?shù)據(jù)等功能。街道雨量數(shù)據(jù)如圖3所示。

2.1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

通過該模塊可按街道、站點(diǎn)等對水雨雪情信息進(jìn)行查詢和瀏覽，還可以生成雨量曲線圖等對水雨雪情走勢進(jìn)行定量分析。

（1）街道

利用GIS將街道屬性信息展示到地圖上，主要包括街道名稱、街道水雨雪情等級、街道所屬水雨雪站點(diǎn)信息等。

（2）站點(diǎn)

利用GIS將所有站點(diǎn)屬性信息展示到地圖上，主要包括站點(diǎn)名稱、站點(diǎn)水雨雪情等級等。站點(diǎn)雨量數(shù)據(jù)如圖4所示。

（3）曲線圖

通過時(shí)間設(shè)置生成全區(qū)水雨雪情曲線圖，對全區(qū)水雨雪情進(jìn)行定量分析，更好的為防汛預(yù)警工作提供決策支持。

2.1.4 預(yù)警短信通知

（1）預(yù)警短信生成

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收與更新，可以實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前水雨雪情。當(dāng)達(dá)到預(yù)定等級時(shí)，會自動生成預(yù)警短信。

（2）預(yù)警短信發(fā)送

預(yù)警短信可自動發(fā)送給防汛相關(guān)責(zé)任人，也可按照需求發(fā)送給相關(guān)人員。

2.2 關(guān)鍵模塊實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)針對防汛業(yè)務(wù)需求，以Eclipse為開發(fā)工具，利用ArcGIS Server和Android開發(fā)平臺，基于ArcGIS API for Android接口開發(fā)。

2.2.1 離線地圖切片

ArcGIS API for Android提供了MapView控件。在該控件中使用ArcGISLocalTiledLaye類定義本地離線地圖切片，通過MapView中的addLayer方法將西城區(qū)地圖加載到控件中顯示，再將站點(diǎn)圖層通過addLayer方法疊加到地圖上。通過Web Service獲取水雨雪情數(shù)據(jù)，以站點(diǎn)編號將數(shù)據(jù)與站點(diǎn)圖層綁定并顯示在西城區(qū)地圖上，通過單擊可查看各站點(diǎn)水雨雪情的實(shí)時(shí)信息。

2.2.2 曲線圖設(shè)計(jì)

移動端調(diào)用Web Service自定義的方法，如OneStationHoursRain、RealRainInfo返回JSON數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，可結(jié)合AChartEngine開源圖表庫提供的XYMultipleSeriesDataset數(shù)據(jù)集封裝圖表需要的數(shù)據(jù)，顯示曲線圖。

3 結(jié) 語

移動端水雨雪情實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)以Android為開發(fā)平臺，通過ArcGIS API for Android、Web Service、ArcGIS Server和數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)對西城區(qū)水雨雪情的實(shí)時(shí)監(jiān)測。該系統(tǒng)有效保障了防汛部門人員可隨時(shí)隨地掌握水雨雪變化情況，及時(shí)高效地為防汛指揮決策提供科學(xué)依據(jù)，對其他相關(guān)領(lǐng)域構(gòu)建移動業(yè)務(wù)系統(tǒng)具有借鑒參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡奕彬，陳智威，楊沛釗，等.基于Web Service的Android餐飲點(diǎn)菜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2013，1（4）：120-124.

[2]張雅楠，楊璐，鄭麗敏.基于Android手機(jī)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，33（S1）：283-286.

[3]虞開森，駱小龍，余魁.基于iphone的防汛掌上通平臺設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].水利水電科技進(jìn)展，2010，30（6）：74-77.

[4]談曉珊，高軍.基于Android的移動水利信息查詢平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].江蘇水利，2015（8）：38-40.

[5]梁立峰，張海強(qiáng).基于Android的防汛通平臺設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].水利科技，2012（1）：21-23.

[6]陳永峰，劉揚(yáng)，鮑慶雪，等.短信平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，6（7）：34-36.

[7]王德麾，馮軍帥，宋海亮，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和3G/4G的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（3）：17-18.

[8]談曉珊，高軍.基于Android的移動水利信息查詢平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].江蘇水利，2015（8）：38-40.