基于WebGIS的暴雨災(zāi)害決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

何周見

摘 要：針對(duì)防汛部門在暴雨災(zāi)害中缺少統(tǒng)一調(diào)度的平臺(tái)，開發(fā)了暴雨災(zāi)害決策系統(tǒng)。文章從關(guān)鍵技術(shù)角度描述了系統(tǒng)的功能，結(jié)合各防汛單位的業(yè)務(wù)需求，對(duì)系統(tǒng)開發(fā)過程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)展開討論。并開發(fā)了基于WebGIS的暴雨災(zāi)害決策系統(tǒng)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了大容量數(shù)據(jù)高效發(fā)布、海量要素快速渲染及繪制、GP服務(wù)高效率調(diào)用、氣象預(yù)警信息快速送達(dá)等主要功能，為政府領(lǐng)導(dǎo)遠(yuǎn)程科學(xué)指揮、統(tǒng)一調(diào)度因暴雨引發(fā)的災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)，在政府防災(zāi)減災(zāi)過程中具有重要意義和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：Flex；RIA；暴雨災(zāi)害；海量數(shù)據(jù)；GP；及時(shí)率

中圖分類號(hào)：S422 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）24-0111-02

1 概述

近年來，暴雨災(zāi)害頻繁發(fā)生，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，成為各界普遍關(guān)注的自然災(zāi)害問題。政府各級(jí)防汛部門高度重視暴雨及其引發(fā)的山洪地質(zhì)災(zāi)害防御工作，為了有效地預(yù)測(cè)災(zāi)害并減少造成的損失，迫切需要建立一個(gè)科學(xué)合理的暴雨決策服務(wù)指揮系統(tǒng)。隨著氣象監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)急部門對(duì)各防汛部門的統(tǒng)一組織協(xié)調(diào)的力度加強(qiáng)，對(duì)暴雨災(zāi)害的統(tǒng)一決策指揮成為可能。

RIA（Rich Internet Applications，富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序）是一種將桌面應(yīng)用程序的交互用戶體驗(yàn)（反應(yīng)快、界面豐富等優(yōu)點(diǎn)）與傳統(tǒng)Web應(yīng)用部署靈活性結(jié)合起來的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。RIA給用戶帶來更豐富、更具有交互性和響應(yīng)性的全新體驗(yàn)，是一種全新的Web應(yīng)用解決方案，也為網(wǎng)絡(luò)GIS發(fā)展帶來了新的活力。在現(xiàn)有的幾種RIA客戶端開發(fā)技術(shù)中，以Adobe公司的Flex較為成熟，因此，本系統(tǒng)建設(shè)選擇Flex技術(shù)作為客戶端顯示手段。[1]

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

氣象GIS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)總體上劃分為兩個(gè)端，即氣象GIS服務(wù)端和客戶端，服務(wù)端又分為3個(gè)層，分別為數(shù)據(jù)層、氣象GIS服務(wù)層和Web服務(wù)層。每個(gè)層根據(jù)業(yè)務(wù)需求再細(xì)化為4塊。

2.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要存貯系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)，包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、氣象業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、防汛部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)分別存貯于不同的數(shù)據(jù)庫中。

2.2 服務(wù)層

服務(wù)層包含地圖數(shù)據(jù)服務(wù)層、氣象數(shù)據(jù)服務(wù)層、信息發(fā)布服務(wù)層和GP服務(wù)層。提供對(duì)數(shù)據(jù)層的獲取、分析、顯示和傳輸。本層是系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，地圖顯示、氣象數(shù)據(jù)顯示、客戶端交互及決策信息發(fā)布均由本層處理，并將最終的處理結(jié)果返回給客戶端顯示。[2]

2.3 web服務(wù)層

web服務(wù)層主要包括基于web的應(yīng)用程序，其介于客戶端和服務(wù)層之間，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的一個(gè)媒介層。該層將web應(yīng)用程序通過web服務(wù)器發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中供客戶端調(diào)用，web服務(wù)層傳遞客戶端請(qǐng)求到服務(wù)層，調(diào)用相關(guān)服務(wù)并獲取服務(wù)端的結(jié)果，并將結(jié)果返回給客戶端。web服務(wù)層提供了服務(wù)訪問組件，提供對(duì)各類服務(wù)的訪問以及對(duì)OGC標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)和第三方服務(wù)的訪問；web服務(wù)層提供OGC服務(wù)、REST服務(wù)以及WEB服務(wù)3個(gè)部分的Web發(fā)布功能，即支持將服務(wù)在服務(wù)層發(fā)布為OGC標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)、REST服務(wù)以及標(biāo)準(zhǔn)的web服務(wù)。[3-4]

2.4 客戶端

本系統(tǒng)客戶端具有開放性服務(wù)聚合應(yīng)用架構(gòu)，支持REST和SOAP空間信息服務(wù)，并且可通過規(guī)范化接口進(jìn)行服務(wù)協(xié)議的擴(kuò)展；支持WMS＼WFS＼KML等標(biāo)準(zhǔn)空間信息服務(wù)。[5]

3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于Flex的暴雨災(zāi)害決策服務(wù)指揮系統(tǒng)主要由3個(gè)子系統(tǒng)組成，分別是監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、決策指揮系統(tǒng)和信息審核、發(fā)布系統(tǒng)。

3.1 監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包含了氣象數(shù)據(jù)綜合顯示、查詢、分析，專題圖制作等功能，并能根據(jù)一定的規(guī)則對(duì)累計(jì)雨量、1小時(shí)雨強(qiáng)、閃電定位、雷達(dá)組合反射率因子進(jìn)行預(yù)警。

3.2 決策指揮子系統(tǒng)

決策指揮系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的顯示結(jié)果，配合各防汛部門的數(shù)據(jù)，以及網(wǎng)絡(luò)上的高清地圖數(shù)據(jù)，對(duì)暴雨落區(qū)及影響區(qū)域進(jìn)行決策指揮?？梢杂糜谳o助的工具有緩沖分析、流域關(guān)聯(lián)分析、避災(zāi)點(diǎn)分析及救援、逃生路徑分析工具。在經(jīng)過綜合分析后，利用交互工具在地圖上直觀的繪制出來提交給產(chǎn)品生成程序，得到最終的決策指揮服務(wù)產(chǎn)品。

3.3 審核、發(fā)布子系統(tǒng)

通過決策指揮系統(tǒng)得到的決策指揮服務(wù)產(chǎn)品，經(jīng)過系統(tǒng)管理員與相關(guān)部門人員的會(huì)商確定后，提交給發(fā)布系統(tǒng)；選擇發(fā)布渠道后，系統(tǒng)將決策信息迅速的傳送至服務(wù)對(duì)象。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 海量數(shù)據(jù)的顯示策略

本系統(tǒng)因?yàn)闋可娴脚c應(yīng)急、國土、水利、民政、教育等部門的統(tǒng)一調(diào)度，數(shù)據(jù)量很大，而且部分?jǐn)?shù)據(jù)密集程度很高，如氣象信息員數(shù)據(jù)、國土部門的信息員數(shù)據(jù)、地災(zāi)點(diǎn)數(shù)據(jù)，如果全部顯示在地圖上，會(huì)嚴(yán)重影響視覺效果，而且無法區(qū)分各類數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)在顯示上采用了flex中的cluster技術(shù)，即根據(jù)地圖的縮放級(jí)別來進(jìn)行聚合顯示，比如氣象信息員，在地圖放大到村鎮(zhèn)級(jí)別時(shí)，進(jìn)行單獨(dú)顯示，縮小到縣市一級(jí)時(shí)，視圖范圍內(nèi)的所有信息員聚集在一個(gè)大點(diǎn)上，大點(diǎn)上有數(shù)據(jù)標(biāo)示，指示本點(diǎn)包含的信息員總數(shù)。cluster技術(shù)有效的解決了海量數(shù)據(jù)有效顯示的問題。

4.2 信息員地圖數(shù)字化

氣象部門和國土部門的信息員均細(xì)化到村組一級(jí)，上報(bào)時(shí)以村為單位，現(xiàn)階段國土部門提供的地理信息邊界數(shù)據(jù)最小只到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)。如何在地圖上有效定位信息員成為本系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題之一。經(jīng)過和國土部門溝通，劃分村組邊界牽涉到的因素太多，因此本系統(tǒng)選用以村委會(huì)為中心，根據(jù)信息員數(shù)量進(jìn)行圓心分布顯示。

4.3 跨域訪問技術(shù)及系統(tǒng)部署

由于涉及到數(shù)據(jù)安全性，氣象部門的鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量點(diǎn)數(shù)據(jù)現(xiàn)統(tǒng)一部署在貴州省氣象局信息中心的服務(wù)器上，該服務(wù)器必須要在氣象部門內(nèi)網(wǎng)中連接innode才可以正常訪問。而計(jì)算機(jī)一旦連接了innode，就無法訪問英特網(wǎng)，也就無法顯示諸如百度地圖、google地圖等高清在線地圖，除非使用雙網(wǎng)卡，而此策略與本系統(tǒng)的BS架構(gòu)設(shè)計(jì)初衷有較大的出入。因此，如何打通內(nèi)外網(wǎng)的限制，使外部門也能正常訪問本系統(tǒng)顯得尤為重要。endprint

本系統(tǒng)采用將不同類型的服務(wù)器分別部署在不同網(wǎng)段進(jìn)行解決。將web服務(wù)器和地圖服務(wù)器部署在外網(wǎng)服務(wù)器上，數(shù)據(jù)讀取服務(wù)器部署在氣象局內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器上，三者用ISC網(wǎng)絡(luò)共享實(shí)現(xiàn)互通，順利解決內(nèi)網(wǎng)訪問的問題。

4.4 決策信息到達(dá)率保障

決策信息在進(jìn)行發(fā)布的過程中，短信和電話外呼相對(duì)于微博和手機(jī)app，無疑是最方便快捷，服務(wù)面最廣的，但同時(shí)也是受運(yùn)營商限制最強(qiáng)烈的。我們?cè)谙到y(tǒng)的試運(yùn)行過程中，經(jīng)常碰到短信延遲，電話外呼無法接通的情況。如果在信息發(fā)布這一環(huán)節(jié)出問題，后果將非常嚴(yán)重。本系統(tǒng)采用了短信到達(dá)監(jiān)控、通話狀態(tài)監(jiān)控和電話外呼實(shí)體線路、網(wǎng)絡(luò)虛擬線路雙通道備份的解決方案。以短信為例，在對(duì)氣象信息員培訓(xùn)的過程中，重點(diǎn)告知在收到緊急短信后需要回復(fù)給系統(tǒng)，以便決策中心實(shí)時(shí)知曉短信送達(dá)狀態(tài)及讀取狀態(tài)。在短信延遲的情況下，馬上切換為電話外呼進(jìn)行叫應(yīng)，使決策信息安全、正點(diǎn)的到達(dá)“最后一公里”。

5 應(yīng)用實(shí)例

2015年6月，項(xiàng)目組應(yīng)遵義市政府應(yīng)急辦公室的安排開發(fā)了遵義市暴雨災(zāi)害決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)納入了遵義市國土部門和水利部門的部分?jǐn)?shù)據(jù)，從6月份開始在遵義市氣象局和遵義市應(yīng)急辦進(jìn)行試運(yùn)行。

6 結(jié)束語

因各部門的職能差異及部門數(shù)據(jù)的特殊性，本系統(tǒng)現(xiàn)階段包含的數(shù)據(jù)均為靜態(tài)數(shù)據(jù)，比如國土部門的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)數(shù)據(jù)為2014年的臺(tái)賬，有些地災(zāi)點(diǎn)經(jīng)過修復(fù)后在暴雨條件下的隱患已經(jīng)很小或者完全沒有了，但是在系統(tǒng)上并不能實(shí)時(shí)的表現(xiàn)出來；在暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)方面，仍以預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏相關(guān)模型的支撐，主觀性較強(qiáng)，導(dǎo)致決策指揮存在較大的不確定性。下一步工作將主要針對(duì)部門數(shù)據(jù)共享及暴雨模型的研究和應(yīng)用進(jìn)行開展。

參考文獻(xiàn)：

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