基于GIS的氣象防災(zāi)減災(zāi)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張悅 周麗麗通訊作者）

大連市氣象信息中心 遼寧 大連 116001

引言

隨著政府部門(mén)防災(zāi)減災(zāi)體制的不斷完善，逐漸形成了以政府主導(dǎo)為中心、部門(mén)聯(lián)動(dòng)為牽引、社會(huì)參與為動(dòng)力的服務(wù)保障模式。據(jù)氣象部門(mén)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)由于全球氣候變暖等因素影響，暴雨、洪澇、臺(tái)風(fēng)等氣象災(zāi)害是困擾我國(guó)人民生活和社會(huì)發(fā)展的重要自然災(zāi)害，并且呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)比較明顯。大連市位于我國(guó)東北部遼東半島，三面環(huán)海，氣象、地質(zhì)等自然災(zāi)害多發(fā)。大連市氣象信息中心圍繞基層氣象防災(zāi)減災(zāi)“六個(gè)一”做了大量的基礎(chǔ)性工作，特別是近年來(lái)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和大連市氣象局業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)平臺(tái)等系統(tǒng)的建設(shè)，為大連市基層氣象防災(zāi)減災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)打下了較好的基礎(chǔ)。

1 項(xiàng)目方案

項(xiàng)目主要是完成市內(nèi)五區(qū)（中山區(qū)、沙河口區(qū)、西崗區(qū)、甘井子區(qū)、高新園區(qū)）氣象防災(zāi)減災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，按建設(shè)任務(wù)可分為6個(gè)部分，分別是健全市內(nèi)五區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)集（前期基層防災(zāi)減災(zāi)建設(shè)部分?jǐn)?shù)據(jù)收集未包括市內(nèi)五區(qū)）、繪制市內(nèi)五區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)地圖、升級(jí)氣象防災(zāi)減災(zāi)業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)、部署氣象防災(zāi)減災(zāi)業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)安全防護(hù)、健全基層氣象防災(zāi)減災(zāi)隊(duì)伍、完善氣象預(yù)警信息發(fā)布“一張網(wǎng)”。每項(xiàng)內(nèi)容中包括多個(gè)分項(xiàng)內(nèi)容。

1.1 健全市內(nèi)五區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)集

健全氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)集就是收集、分類、整理、存儲(chǔ)氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)的應(yīng)用方式。與“一本賬”進(jìn)行對(duì)照檢查，健全本單位氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)集，主要需收集氣象災(zāi)情數(shù)據(jù)、氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)單位數(shù)據(jù)、氣象防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施數(shù)據(jù)和人員數(shù)據(jù)，并需完成氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)多種形式存儲(chǔ)、應(yīng)用[1]。

數(shù)據(jù)收集是指基于收集策略實(shí)時(shí)地收集市內(nèi)五區(qū)（中山區(qū)、沙河口區(qū)、西崗區(qū)、甘井子區(qū)、高新園區(qū)）氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集功能包括歷史數(shù)據(jù)整理、實(shí)時(shí)收集、缺測(cè)記錄、人工錄入和收集日志整理等內(nèi)容；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)即將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分割，按合理字段存入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)數(shù)據(jù)表中，并可進(jìn)行更新和追加；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)方面通過(guò)存取氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)庫(kù)表，維護(hù)管理一系列的Rest API或WebService接口服務(wù)[2]。

本次主要包括收集市內(nèi)五區(qū)（中山區(qū)、沙河口區(qū)、西崗區(qū)、甘井子區(qū)、高新園區(qū)）中小學(xué)校、重大危險(xiǎn)源、山洪溝、應(yīng)急負(fù)責(zé)人、避難所、防汛單位、應(yīng)急物資等防災(zāi)減災(zāi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并形成EXCEL表和ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)表，提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)應(yīng)用。數(shù)據(jù)收集流程示意圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)收集流程示意圖

1.2 繪制市內(nèi)五區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)地圖

市內(nèi)五區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)（中小學(xué)校、重大危險(xiǎn)源、山洪溝、應(yīng)急負(fù)責(zé)人、避難所、防汛單位、應(yīng)急物資等信息），依托地理信息系統(tǒng)，繪制氣象防災(zāi)減災(zāi)地圖?；诘乩硇畔⑾到y(tǒng)（GIS）為業(yè)務(wù)人員提供專業(yè)的可視化、圖形化工作平臺(tái)。支持多圖層疊加，通過(guò)圖層控制面板，可以自由設(shè)置各圖層的顯示與隱藏，瀏覽防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)專題要素的空間分布和相關(guān)屬性信息。

圖2 防災(zāi)減災(zāi)地圖流程示意圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

在進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，在考慮氣象大數(shù)據(jù)平臺(tái)的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性，滿足數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)分析、業(yè)務(wù)及時(shí)服務(wù)等業(yè)務(wù)需求，同時(shí)滿足氣象局現(xiàn)有業(yè)務(wù)模式，兼顧平臺(tái)未來(lái)發(fā)展需要的考慮，統(tǒng)一遵循以下設(shè)計(jì)原則[3]：一是可靠性原則；二是高可用性原則；三是可擴(kuò)展原則。

色斑圖生成技術(shù)[4]：采用supermap和openlayers相結(jié)合的解決方案，根據(jù)openlayers的feature點(diǎn)要素和面要素，確定參與運(yùn)算的監(jiān)測(cè)站的位置信息、雨量和要進(jìn)行插值的空間范圍。在supermap iserver中發(fā)布空間分析服務(wù)中，調(diào)用克里金插值算法，根據(jù)未知點(diǎn)與已知監(jiān)測(cè)站的距離和能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生影響的監(jiān)測(cè)站的數(shù)量等信息，對(duì)未知點(diǎn)的業(yè)務(wù)信息進(jìn)行插值估計(jì)，從而得到面狀柵格圖。這種計(jì)算方法得到的柵格圖中的未知點(diǎn)業(yè)務(wù)屬性是連續(xù)不可分割的，需要調(diào)用空間分析服務(wù)的表面分析算法，提取特定閾值的等值面矢量數(shù)據(jù)。最后通過(guò)調(diào)用裁剪服務(wù)，將矢量數(shù)據(jù)和不同地區(qū)的行政區(qū)劃面數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，得到最終的色斑圖結(jié)果，并通過(guò)openlayers的layer圖層展示出來(lái)。

后臺(tái)架構(gòu)技術(shù)：采用微服務(wù)架構(gòu)，更夠滿足并發(fā)多，數(shù)據(jù)響應(yīng)快，業(yè)務(wù)邏輯及數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)性能高等特點(diǎn)，并能夠進(jìn)行功能獨(dú)立開(kāi)發(fā)和獨(dú)立部署，降低了模塊間的松耦度，易于開(kāi)發(fā)人員的修改和維護(hù)。

3 開(kāi)發(fā)與平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程包括氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)收集和地圖繪制兩大部分。下面做詳細(xì)介紹。

數(shù)據(jù)收集。收集、分類、整理氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)，建立健全大連市內(nèi)五區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)集。主要包括收集市內(nèi)五區(qū)中小學(xué)校、重大危險(xiǎn)源、山洪溝、應(yīng)急負(fù)責(zé)人、避難所、防汛單位、應(yīng)急物資等防災(zāi)減災(zāi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并形成Excel表和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)表，提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)應(yīng)用。

地圖繪制。基于GIS繪制邊界清晰的市內(nèi)五區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)地圖。應(yīng)用高分辨率衛(wèi)星遙感影像圖為底圖制作遙感影像圖，能分辨地形地貌、河流水系、植被分布、村莊、道路、街區(qū)、建筑設(shè)施等[5]。遙感圖像上標(biāo)記，包括大連市內(nèi)五區(qū)（中山區(qū)、沙河口區(qū)、西崗區(qū)、甘井子區(qū)、高新園區(qū)）氣象防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)（中小學(xué)校、重大危險(xiǎn)源、山洪溝、應(yīng)急負(fù)責(zé)人、避難所、防汛單位、應(yīng)急物資等信息）；實(shí)現(xiàn)大連市內(nèi)五區(qū)（中山區(qū)、沙河口區(qū)、西崗區(qū)、甘井子區(qū)、高新園區(qū)）氣象防災(zāi)減災(zāi)信息的分區(qū)域GIS疊加顯示、應(yīng)用。

防災(zāi)減災(zāi)主題模塊為本次升級(jí)改造的重點(diǎn)模塊，主要功能包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、災(zāi)情統(tǒng)計(jì)、三區(qū)聯(lián)防、聯(lián)動(dòng)報(bào)警、預(yù)警信號(hào)、森林防火、防汛單位、應(yīng)急物資。如圖3所示。

圖3 暴雨區(qū)劃成果展示

3 結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目通過(guò)開(kāi)展專項(xiàng)建設(shè)加強(qiáng)市內(nèi)五區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)能力建設(shè)，市內(nèi)五區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新獲取，有效解決市內(nèi)五區(qū)防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示與應(yīng)用問(wèn)題。平臺(tái)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用有效促進(jìn)了氣象與水文水情及國(guó)土資源數(shù)據(jù)融合。利用氣象雨量、雨情與智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，結(jié)合各水庫(kù)、河流實(shí)時(shí)水位、水庫(kù)庫(kù)容、汛限水位等制作河流水庫(kù)超警戒報(bào)警，聯(lián)合水務(wù)局，研究氣象水文致災(zāi)臨界指標(biāo)。