省級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)架方案分析

藺悅霞

(新疆水利廳網(wǎng)絡(luò)信息中心，新疆 烏魯木齊 830000)

1 背景

全國各省已建成省級、市級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警信息平臺，在山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、決策支持、信息支撐等防洪減災(zāi)救災(zāi)工作中發(fā)揮了不可替代的重要作用。但目前的山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)還不能完全滿足新形勢下水旱災(zāi)害防御的實際要求，現(xiàn)有系統(tǒng)沒有整合，都是單線連接，針對隱患區(qū)、危險區(qū)、河流、水庫水位流量的綜合分析和預(yù)報預(yù)測不全面。為了貫徹落實水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)2020年度山洪災(zāi)害防治項目建設(shè)工作要求的通知精神，加快山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警信息化水平，現(xiàn)對省級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)架方案進行分析。

2 需求

根據(jù)全國山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用推廣工作部署，需解決以下問題：

2.1 功能需求

2.1.1 信息監(jiān)控

實時監(jiān)控省內(nèi)各類監(jiān)測站點上傳的數(shù)據(jù)信息，包括成功接收數(shù)據(jù)信息、入庫信息、共享數(shù)據(jù)信息以及監(jiān)測設(shè)備工況進行監(jiān)控。

平臺自備服務(wù)監(jiān)控功能，對接收服務(wù)、解析服務(wù)主動監(jiān)控，服務(wù)故障時自動重啟及通知提醒。

主要監(jiān)測RTU是否在線、蓄電池電壓報警、設(shè)備操作箱是否打開、流量儀表故障、水位儀表故障等。

2.1.2 數(shù)據(jù)接收

監(jiān)測數(shù)據(jù)接收主要是按照水文傳輸協(xié)議接收站點實時采集數(shù)據(jù)，包括采集的雨量、水位、流量等數(shù)據(jù)。接收模塊對系統(tǒng)注冊的站點進行采集數(shù)據(jù)接收、解析，然后通過配置任務(wù)將解析數(shù)據(jù)存入相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表，如實時水雨情數(shù)據(jù)庫。

同時監(jiān)聽多種數(shù)據(jù)通道，支持網(wǎng)絡(luò)TCP數(shù)據(jù)接收、北斗衛(wèi)星、短信模塊等通道的實時接收并支持圖片、視頻等流媒體的接收。

2.1.3 查詢統(tǒng)計

對一段時間內(nèi)的監(jiān)測站報送情況進行統(tǒng)計，可通過數(shù)據(jù)接收統(tǒng)計分析對監(jiān)測站數(shù)據(jù)上報、接口服務(wù)接收情況進行統(tǒng)計，統(tǒng)計內(nèi)容包括上報報文條數(shù)、準點報文條數(shù)、站點上報率、站點及時率等。從而對監(jiān)測站的建設(shè)質(zhì)量、傳輸質(zhì)量、運行狀況進行宏觀評價。

2.1.4 遠程控制

在監(jiān)測站點運行過程中，平臺具有校時、召測、遠程參數(shù)修改、設(shè)備遠程自動升級等功能，具備監(jiān)聽多種數(shù)據(jù)通道。

2.1.5 站點信息管理

有操作權(quán)限用戶可以對測站的信息進行查看、修改、添加和刪除等管理操作?？商峁Χ囝惐O(jiān)測終端機廠家的設(shè)備接入，對不同廠家的設(shè)備可進行分類管理等功能，同時提供服務(wù)接口便于運維單位通過平臺統(tǒng)一管理或與其他平臺軟件進行系統(tǒng)對接。

2.2 性能需求

軟件系統(tǒng)必須有很強的健壯性，不能因為大量用戶并發(fā)使用而造成系統(tǒng)崩潰。系統(tǒng)建成后，系統(tǒng)性能不低于以下性能要求：

2.2.1 2000個用戶同時在線

簡單功能1 s內(nèi)，復(fù)雜功能2 s內(nèi)，地圖分析功能3 s內(nèi)。

2.2.2 后臺業(yè)務(wù)服務(wù)接口響應(yīng)時間

(1)對于單一簡單功能時間小于1 s，復(fù)雜業(yè)務(wù)功能時間小于3 s。

(2)單表簡單業(yè)務(wù)接口服務(wù)小于1 s，多表復(fù)雜業(yè)務(wù)接口響應(yīng)時間小于3 s。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理服務(wù)響應(yīng)時間

(1)數(shù)據(jù)抽取小于1 s。

(2)數(shù)據(jù)傳輸小于2 s。

(3)數(shù)據(jù)入庫小于1 s。

(4)單表檢索響應(yīng)時間小于1 s，多表聯(lián)合檢索響應(yīng)時間小2 s。

2.3 安全需求

平臺建設(shè)需要綜合考慮軟硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)與應(yīng)用軟件安全，健全安全管理制度，形成系統(tǒng)性的安全保障體系。在平臺運行環(huán)境方面，可部署到水利云平臺，根據(jù)《信息系統(tǒng)安全等級保護基本要求》，達到三級等級保護水平。

3 總體設(shè)計

3.1 總體框架

省級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警平臺運用云計算、大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，基于SOA架構(gòu)，采用B/S模式，建設(shè)適應(yīng)Web和移動終端的山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警信息平臺，分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層，其中，服務(wù)層可采用Web Service架構(gòu)。Web方式為平臺主要應(yīng)用模式，同時，針對常用功能開發(fā)移動終端app，app與Web網(wǎng)頁版本應(yīng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和服務(wù)接口(見圖1)。

圖1 總體架構(gòu)圖

3.1.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)資源層主要用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲與管理，數(shù)據(jù)資源層完成對項目整體數(shù)據(jù)成果的統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)層包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、實時雨水情數(shù)據(jù)庫、調(diào)查評價數(shù)據(jù)庫、預(yù)警響應(yīng)庫。

3.1.2 服務(wù)層

服務(wù)層是山洪平臺的核心，開展應(yīng)用日常支撐服務(wù)，包括地圖服務(wù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、實時數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)、預(yù)報分析服務(wù)等，進一步推進山洪業(yè)務(wù)管理成果的更深層次的應(yīng)用，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)提供通用接口服務(wù)和集成服務(wù)。同時將省級監(jiān)測預(yù)警信息共享到中央級平臺。

3.1.3 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是原有系統(tǒng)功能(監(jiān)視、雨水情、預(yù)警響應(yīng)、基礎(chǔ)信息、災(zāi)害快報、氣象、平臺使用監(jiān)視、設(shè)備運行監(jiān)視、數(shù)據(jù)維護、系統(tǒng)管理)的應(yīng)用，和新建系統(tǒng)(預(yù)報預(yù)警、運維平臺、省級功能完善、移動端、社會化服務(wù))等的應(yīng)用。業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)作為用戶訪問山洪管理成果的主要交互界面，通過與后臺服務(wù)的集成與調(diào)用，為山洪用戶提供基于GIS地理系統(tǒng)的交互式查詢和分析處理服務(wù)能力，提供對山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警平臺管理的統(tǒng)一入口。

3.1.4 應(yīng)用層

主要包括省級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警平臺Web端和App端。

3.1.5 用戶

應(yīng)用交互層主要指系統(tǒng)使用對象，包括系統(tǒng)使用用戶、各種終端設(shè)備，用戶包括省級用戶、市級用戶、縣級用戶及社會公眾，項目為不同級別用戶提供不同角色、權(quán)限的管理，滿足各級用戶應(yīng)用交互需求。

3.2 技術(shù)路線

省級山洪監(jiān)測預(yù)報預(yù)警平臺建設(shè)需要綜合考慮山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警軟件、移動端功能、平臺運維、社會化服務(wù)提升、環(huán)境支撐體系提升、會商環(huán)境和等級保護測評等內(nèi)容，所以技術(shù)路線的選擇由其重要，現(xiàn)從以下四個方面進行闡述。

3.2.1 應(yīng)用軟件開發(fā)技術(shù)路線

應(yīng)用系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)總體采用B/S與C/S相結(jié)合的架構(gòu)。軟件采用多層體系架構(gòu)，軟件建立在主流的軟件開發(fā)技術(shù)之上，軟件中數(shù)據(jù)資源管理類軟件、應(yīng)用支撐類軟件、應(yīng)用類軟件相互獨立，互不影響。

系統(tǒng)總體建設(shè)在技術(shù)路線上，采用統(tǒng)一標準規(guī)范、統(tǒng)一API接口方式實現(xiàn)，在技術(shù)框架上分為數(shù)據(jù)層、緩存層、服務(wù)層、API層、應(yīng)用層和用戶層共六層。

3.2.2 前端微應(yīng)用

微應(yīng)用是借鑒后端微服務(wù)的概念來應(yīng)用在前端上，將每一個大的前端功能模塊拆分成一個個具有獨立業(yè)務(wù)邏輯的小組件，這些小組件具備獨立開發(fā)、獨立邏輯處理、可移植等能力，但需借助布局界面(運行容器)才能運行，并可通過不同的布局界面快速組成一個個個性化應(yīng)用(即微應(yīng)用)或業(yè)務(wù)專題。

3.2.3 服務(wù)式地理信息系統(tǒng)技術(shù)

服務(wù)式地理信息系統(tǒng)技術(shù)是一種基于面向服務(wù)軟件工程方法的GIS技術(shù)體系，它支持按照一定規(guī)范把GIS的全部功能以服務(wù)的方式發(fā)布出來，可以跨平臺、跨網(wǎng)絡(luò)、跨語言地被多種客戶端調(diào)用，并具備服務(wù)聚合能力以集成來自其他服務(wù)器發(fā)布的GIS服務(wù)。

Service GIS可以提供開放的、易于定制和擴充的、可復(fù)用和聚合的地理空間信息服務(wù)，具備很強的兼容性、適應(yīng)性和業(yè)務(wù)敏捷性，能為山洪成果查詢及服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)提供一個理想的架構(gòu)體系。

ArcGIS是ESRI發(fā)布的提供面向Web 空間數(shù)據(jù)服務(wù)的一個企業(yè)級GIS服務(wù)軟件平臺，提供創(chuàng)建和配置GIS應(yīng)用程序和服務(wù)的框架，可以滿足不同客戶的各種需求。本次項目中GIS服務(wù)平臺將繼續(xù)使用原有建設(shè)項目中采購的ArcGIS產(chǎn)品線，發(fā)布各種GIS服務(wù)、專題圖，用于支撐水旱災(zāi)害防御業(yè)務(wù)需求以及向外部提供相關(guān)GIS服務(wù)。

3.2.4 云運維平臺建設(shè)

針對省內(nèi)一些測站數(shù)據(jù)無管理、機房設(shè)備無監(jiān)控、運維能力弱、運維工作效率低下、運維經(jīng)費不足等問題，云運維平臺建設(shè)實現(xiàn)預(yù)先、主動、及時發(fā)現(xiàn)運行過程中的站點和平臺的異常問題，指導(dǎo)運維人員及時處理故障、恢復(fù)故障。

云運維平臺以創(chuàng)新桌面應(yīng)用與移動應(yīng)用無縫銜接的應(yīng)用模式，實現(xiàn)從前端監(jiān)測感知設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)，到機房設(shè)備(含網(wǎng)絡(luò)接入、服務(wù)器等硬件)、監(jiān)測預(yù)警平臺(含基礎(chǔ)支撐軟件、應(yīng)用等)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控管理，構(gòu)建監(jiān)測預(yù)警平臺建設(shè)單位、管理單位協(xié)同工作的新生態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)、處置監(jiān)測預(yù)警平臺運行各環(huán)節(jié)中存在的故障及風(fēng)險隱患，解決縣級力量薄弱，人少事雜，身兼數(shù)職，信息化意識和水平比較弱等實際問題，大幅度降低了基層單位運行維護壓力，同時增加了考核評價，根據(jù)運維數(shù)據(jù)自動進行考核、排名。各級用戶實時監(jiān)控省內(nèi)的站點、平臺、機房、異常故障、工單、考核評價等信息；縣級實時查看本區(qū)域的監(jiān)控信息，當縣防辦當發(fā)現(xiàn)測站故障時，可直接看到負責(zé)此測站的承建商信息，包括單位、姓名、聯(lián)系方式等，也可修改承建商的信息。

4 結(jié)語

針對省級山洪災(zāi)害業(yè)務(wù)需求，在充分利用先進的云計算、大數(shù)據(jù)設(shè)計基礎(chǔ)上，結(jié)合實際，從技術(shù)線路、關(guān)鍵技術(shù)、平臺設(shè)計3個方面，對省級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)架方案的實現(xiàn)進行了設(shè)計探討和論述，得出省級山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)架方案基本滿足業(yè)務(wù)需求，完全可以實施，為同類項目建設(shè)提供了參考。