气象灾害预警系统论文

气象灾害预警系统论文（通用12篇）

气象灾害预警系统论文 篇1

0 引言

气候气象资源是自然资源的一个重要组成部分, 电力企业生产运行很大程度受制于气象因素。宁德市位于福建省东北部, 由于特殊的地理和自然环境, 长期以来地区电网频繁遭受台风、雷暴、大风等恶劣自然灾害侵袭, 其中对电网影响较大的有火烧山造成线路跳闸、雷电造成的线路累计跳闸等故障。自然灾害的频发使得电网对气象信息提出了更专业化、精细化的要求。如果能预先了解地区的气象信息, 对气象信息进行统计分析, 合理安排电力调度生产工作, 对未来天气变化情况可能造成的电力系统故障提前防范, 将大大提高电力企业的安全运行水平, 具有巨大的社会效益和经济效益。

1 气象信息在电力调度生产中的作用

1.1 水库调度

目前宁德水电资源丰富, 地区电网水电厂多数为日调节径流式电站, 受气象条件影响较大。根据气象信息, 合理运用水库的调蓄能力, 按来水蓄水实况和水文预报, 有计划地对入库径流进行蓄泄, 利用流量和水头, 可获得最大的发电效益。同时在保证工程安全的前提下, 根据水库承担任务的主次, 按照综合利用水资源的原则进行调度, 具有十分重要的社会意义。

1.2 负荷预测

很多电力负荷预测数学模型都引入了气象部门提供的气象预报信息。气温湿度、雨量等在内的气象因素都会直接影响负荷波动, 尤其在居民负荷占据较高比例的地区, 电力负荷受降雨、气温、湿度等气象因素的影响更大。因此降雨、气温、湿度的变化对负荷预测影响很大。

1.3 电网调度

充分利用天气预报, 合理安排水利发电和电力生产运行, 增加电力生产效益。

2 气象信息应用存在的主要问题

(1) 目前气象部门提供的服务产品仍停留在常规的预报、实况信息上, 有针对性的电力气象服务产品 (如流域流量预报、库容量预报、地质灾害预报等电力专项服务产品) 有待开发。 (2) 当前气象信息接收和处理比较分散, 未进行必要的整合, 不具备统计分析功能。

3 项目背景

宁德市气象部门已经建立起了多个CAWS600-B型气象自动站、闪电定位仪、新一代移动天气雷达及多个区域自动站组成的气象监测站网。这些监测设备能实时将观测到的温度、风、气压、湿度、雨量、雷达回波图, 闪电定位等资料传到气象数据服务器, 可根据电网的需求, 将这些资料处理后形成相应的检索、显示图表。比如雷电监测, 可显示过去一段时间内已发生的雷电实况资料, 包括经度、纬度、强度、抖度、电荷、能量、误差、定位方式等等, 可作为电网调度和安全防范的参考。

目前电网调度人员主要是根据气象台预报进行灾害性天气预判和水库入库水量人为预估, 无法对入库水量和灾害天气预警做出准确判断。因此若能通过网站进行实时查看各地的天气情况 (雨量、气温、风等) 以及未来3天、1周、1旬详细的滚动天气预报。有雷电发生时, 可对可能受到影响的线路走廊提前若干小时发出预警。同时若能根据未来的天气情况对水库未来的入库流量进行较为准确的预测, 供发电及水库水位控制参考, 对于提高供电可靠性, 减少水库弃水, 优化流域水库调度有着十分重要的意义。

4 系统主要内容

宁德电网气象灾害预警及服务系统于2011年底完成模块程序和WEB展示等开发, 通过系统研发、安装调试后正式并线运行。技术关键是完成网站建设、气象数据处理、气象预报应用、流域面雨量预报及根据面雨量预报计算水库入库水量等。

系统建立了电力专业气象历史数据库, 充分利用了现有的软硬件资源, 针对电力生产专业需要提供预报、实况、预警服务, 以B/S架构实现, 用文字、图形等方式展示专业气象服务信息。系统应用气象信息结合气象站点、水库流域等应用, 比较直观实现了气象与电网信息的相互交互, 提供灾害性天气预报等服务, 主要包括暴雨、台风、雷电、强对流、高温、低温等灾害性天气的预报和预警;同时以精细化天气预报为基础, 制作24 h流域面雨量预报, 并在此基础上进行水库入库水量预测。

系统主要内容包括: (1) 天气预报:提供地区各县市未来24 h文字预报、5天天气预报, 包括天气状况、气温、雨量等常规气象信息, 以图文方式显示, 可实现逐时、逐日、逐月、当月任意时段资料检索, 天气状况仅限县 (市) , 气温、雨量可精细到乡镇一级。如图1所示。 (2) 观测实况 (所给站点) :如图2所示。 (3) 卫星云图:包含水汽云图、可见光云图、红外线云图。如图3所示。 (4) 雷达图:包含基本反射率、组合反射率、一小时降水、液态水含量、多普勒速率。以图片动画形式表现并及时更新。如图4所示。 (5) 台风路径:提供最新台风及历史台风路径查询。如图5所示。 (6) 全区落雷:全地区各县市的雷电预警信号。全区落雷图片显示并及时更新。 (7) 流域面雨量:提供重大过程面雨量计算以及未来6~24 h面雨量计算。 (8) 流域入库流量:提供流域入库流量计算。 (9) 气候预测:提供未来1周天气预测;旬气候预测;月气候预测;季气候预测;年气候预测。

5 结语

宁德电网气象灾害预警及服务系统通过整合宁德气象信息, 改变以往人工分析预估的做法, 实现了实时查看宁德市各地的天气情况 (雨量、气温、风等) 以及未来3天、1周、1旬详细的滚动天气预报, 并根据未来的天气情况对水库未来的入库流量进行较为准确的预测, 减少调度人员的工作强度, 提高供电可靠性和优化水库调度, 满足宁德电网防灾减灾、保障电网稳定运行和科学优化水库调度, 同时又能兼顾电网负荷预测和电网运行方式安排等工作需要, 具有极高的应用价值和推广前景。

摘要：着重论述了气象在电力调度中所发挥的作用, 并分析当前气象服务存在的问题。介绍了宁德电网气象灾害预警及服务系统, 该系统通过整合地区气象信息, 实时查看地区天气情况和未来滚动天气预报, 并能根据未来天气情况对水库入库流量进行较为准确的预测, 提高负荷预测准确率。

关键词：电网,气象,应用

参考文献

[1]吴兑, 邓雪娇.环境气象学与特种气象预报[M].北京:气象出版社, 2001

[2]黄尚丰.对广西气象科技服务的一点思考[J].广西气象, 2005, 26 (2)

气象灾害预警系统论文 篇2

我国是世界上自然灾害频发的国家之一，自然灾害多发地区的群众不时的遭到灾害带来的生命安全和家园毁坏的威胁。建立健全自然灾害预警系统，提高自然灾害预报预警能力和防治水平，促进自然灾害多发区经济社会全面协调可持续发展，是实现人与自然和谐相处的有力保障。

党的十七大曾提出要“完善突发事件应急管理机制”，在进一步对加强自然灾害监测预警、提高灾害处置能力等方面提出了更加明确的要求。建立健全自然灾害预警和应急制度，是科学应对自然灾害的迫切需要，是深入贯彻落实科学发展观、全面履行政府职能的必然要求，也是建立健全各类突发事件预警和应急机制的重要基础。长期以来，我们在应对各种自然灾害中积累了许多宝贵的经验，已经初步建立包括自然灾害在内的各类突发事件应急管理体制、机制，成功应对了许多重大自然灾害，为促进科学发展、构建和谐社会做出了贡献。但是，当前我们自然灾害应急管理工作中仍然存在一些突出问题，特别是预警机制不够健全、应急反应不够迅速、监测点覆盖面不够广，辐射范围小，灾情处置不够科学，某些地区资金投入不高，与日益严峻复杂的自然灾害形势不相适应。为切实保障人民生命财产安全，最大限度减少灾害损失，促进社会、经济科学发展、和谐发展，我们必须建立健全自然灾害预警和应急机制，采取切实措施，加强预防预警，规范应急处置，提高应急能力，科学有效地做好自然灾害应急管理工作。

我们可以通过以下几点措施来完善我们的预警系统：

一、完善预警预测技术体系。建立健全高效的自然灾害监测、预警预报系统，对各类自然灾害实施更加准确、科学的预警预报。充分发挥现有气象、水文、地震、地质、环境、森林防火等监测体系的作用，进一步完善功能、科学布点、加强装备、提高监测水平。

二、加快应急指挥平台建设。充分利用现有政府系统办公业务资源和专业系统资源，加快推进应急指挥平台建设，建立高效的现代化应急指挥系统。

三、加大灾害隐患治理力度。实行分级负责制，自然灾害隐患所在地人民政府负责灾害隐患排查、监控和治理，当地政府的有关主管部门给予技术、资金支持。

气象灾害预警系统论文 篇3

【关键词】铁路智能交通运输系统；预警系统；自然灾害

早在20世纪60年代，日本、美国、欧洲各国就开始了智能交通运输系统的研究。智能交通运输系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。它可以有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率。

1、铁路自然灾害现象分析

铁路是我国国民经济的重要组成部分，同时也是我国交通工具中最为普遍的一种。铁路的建设里程预计2020年将达到11万千米，到时候，铁路将会成为我国加强各省市之间联系最为主要的交通工具。

铁路与自然环境是息息相关的，而我国由于地域广阔，各个地区的气候差别大，还有最主要的是地质和地壳活动，导致我国铁路的自然灾害频发，灾情严重。每年在铁路自然灾害方面的损失巨大，每年都会带来很大的财产损失和人员伤亡。

路基是铁路中最重要的组成部分，占铁路全路总长的90%以上，而自然灾害发生得最多的区域就是路基，另外铁路附属设施中一些涵洞、隧道、战场也会受到一定的损害。据调查，我国铁路受灾路基的长度已达到1万千米。我国的铁路自然灾害有以下几种：

地震灾害。我国是一个地震频发的国家，严重地震发生时就会造成铁路路基的损毁、铁轨的扭曲等。1976年的唐山大地震就给铁路造成了很严重的后果。滑坡灾害。滑坡灾害会使铁路路基毁坏、掩埋，主要是发生在兰州——昆明以东和银川——北京以南的地区，会发生滑坡跟降雨量关系很大。

泥石流灾害。泥石流灾害在我国也是频发，很多铁路都有受到泥石流灾害的毁坏。一旦发生泥石流，会冲毁路基、隧道，填塞涵洞，甚至会颠覆列车。

风沙灾害。风沙灾害主要表现为风蚀和风积，风沙灾害除了对铁路本身造成危害之外，还会威胁到列车的行驶安全，情况严重时极容易造成列车翻车事故。

2、铁路自然灾害预警系统

自然灾害对铁路的影响如此之大，那么就更要做好铁路防灾减灾的预警机制。首先必须从最源头的铁路建设中做好预防，做好地质勘探，在建设铁路时根据地质情况相应的增强铁路抗灾的能力。在进行地质勘探后，对即将建设的铁路线路进行科学的考察，根据地质情况，尽量避免一些地质不良地区，绕过容易出问题的地区。其次，对于现有的铁路自然灾害要制定统一的信息系统，对数据进行分析。将事故发生多且严重的地区重点圈出，重点进行防灾管理。信息系统的建设可以从全局上考虑我国铁路自然灾害的现状，逐步建立完善的铁路防灾减灾的系统。

3、ITS-R在铁路自然灾害预警系统中的运用

铁路智能交通运输系统（ITS-R）是智能交通运输系统中的一个分支。随着社会的发展，各种技术的更新换代，智能交通运输系统也开始广泛的运用于铁路、民航等领域。所谓铁路智能交通运输系统就是利用先进的信息技术、数据通信传输技术、控制技术、计算机技术等，有效的实现铁路运输中信息的采集、传输、处理和共享。充分的利用铁路运输中现有的一切可利用的资源，以实现提高运输效率、保证运输安全、提高铁路服务质量等，这是新型的铁路运输系统。

铁路自然灾害的频发给我国造成了巨大的损失，在铁路灾害重灾区传统的方法是人为的看守，但是人不可能时时保持绝佳的精神看守，也不可能保持一天24小时看守，有很大的局限性，防灾减灾的效果不明显。随着我国经济的发展，铁路运营里程越来越长，而且高铁的行车速度极快，传统的人为看守的方法已经越来越不适用了。将智能交通运输系统运用于铁路预警系统中，可以使铁路的防灾实现得更加的彻底，在未来，铁路智能交通运输系统将是铁路实现预警系统的重要组成部分。要实现铁路自然灾害预警系统，可以从以下几个方面着手。

3.1铁路自然灾害信息系统建设

铁路自然灾害可以根据灾害影响程度的大小分成轻微灾害、严重灾害，也可以根据灾害的形式分为突发性灾害、缓发性灾害。由于我国铁路自然灾害在不同的地区呈现出不同的特点，那么首先就要做好数据的整理分析。根据以往自然灾害发生的情况，将铁路自然灾害的重灾区划分出来，然后每一个重灾区主要发生的灾害又是什么，建立一个信息系统，系统全面的整理管理这些信息。铁路自然灾害除了前文中论述的3个主要的方面以外，还有崩塌、洪涝、风沙、冻融、积雪、溶塌、盐胀、软土和膨胀土等，类型多样。不同的地区有不同的自然灾害。建立铁路自然灾害信息系统可以从数据资料中发现这些自然灾害发生的规律，然后根据规律在特定的铁路路段采取正确合理的措施来减少灾害的产生或是降低灾害发生后多铁路的破坏力。

3.2确定智能预警系统安装的位置

智能预警系统不可能以全面撒网的形式来安装，需要根据我国目前铁路自然灾害发生的具体情况来确定。这个时候，铁路自然灾害信息系统的作用就凸显出来了。科学的分析每一段铁路的自然灾害的发生情况，分析自然灾害造成的后果，分析铁路自然灾害产生的时间、原因、形式等。在分析这些数据资料时尤其要注意的是自然环境复杂地区的铁路，如青藏铁路、东北的铁路线、东部沿海的铁路线。青藏铁路的建成本身就很不容易，它的自然环境尤其恶劣，自然灾害也多，需要重点分析。东北的铁路线出现较多的问题是积雪灾害，因为纬度较高，冬天长且温度非常低，很容易造成积雪灾害。科学合理的分析铁路的自然灾害的情况，然后确定出哪些地区必须要安装预警系统，哪些地区不需要安装，哪些地区的预警系统可装可不装。

3.3安装预警系统

预警系统中最为主要的是监测和报警，这两方面都做好了才能使预警系统真正的发挥作用。全天候的监测，在发现异常情况的时候及时报警，然后及时的进行灾害的防控，最大程度的避免自然灾害的产生，有效降低灾害造成的破坏力。随着技术的发展，不断地更新预警系统的技术，提高预警系统的能力，实现铁路的更安全、更高质量的运行。

结束语

铁路是我国交通运输体系中的中流砥柱，在运输中，尤其是货运，铁路的作用尤其明显。我国的自然环境造成了我国是一个自然灾害频繁的国家，铁路自然灾害的频发给国民经济带来了极大的损失，每年都需要在铁路上耗费很大一笔资金，同时还伴随着列车行驶中的一些事故产生导致人员伤亡。做好铁路自然灾害的预警系统迫在眉睫。利用现代先进的智能运输系统可以大大提高铁路自然灾害预警的能力，防灾减灾，提高铁路的运输效率和服务质量。

参考文献

[1]陈昆鹏.铁路智能交通运输系统（ITS-R）在铁路自然灾害预警系统的研究与应用[J].科协论坛（下半月），2011（3）.

气象灾害预警系统论文 篇4

电力行业是气象高敏感性和高需求性行业,其生产、建设、运营受环境气象因素影响极大。近年来,各种因素造成台风、强对流、大雾、高低温等天气现象异常多发,较之以往气象灾害愈加频繁。随着全球气候的不断变暖、异常气象灾害的增多以及电网规模的不断扩大,气象灾害对电网影响的频度和程度还会继续增加。随着国家电网公司深化“两个转变”、推动“一强三优”现代公司的建设,对电网安全稳定运行、降低气象灾害的影响提出了更高的要求,开展电力气象深入研究、建设电网气象灾害监测预警系统对构建坚强电网至关重要。

近年来,科研人员对电网气象灾害监测预警进行了大量有益的探索和研究,取得了一些成果,但也存在缺陷[1,2,3,4]。如只使用了单一来源形式的气象数据,无法形成数据互补与校验从而保证数据的准确性并监测灾害天气的详细衍变过程;尚未建立适用于电网运行的特定灾害性天气预警模型,只是简单使用气象部门提供的普通预报数据。以上缺陷使得目前的电网气象灾害监测预警系统只能进行初步预报,而不是电网精确预警,从而助力电网安全稳定运行。

1 建设目标

基于地理信息系统(Geographic Information System,GIS)的电网气象灾害监测预警系统将气象灾害与电网设备GIS数据进行关联分析,并将灾害天气实时信息和预报信息在电网GIS系统中关联显示,对涉及到的电网设备进行预警,实现如下目标。

1)接入自动气象站、多普勒雷达、气象卫星、数值预报等多种形式的气象源数据,实现对灾害性天气的精确监测和预报,直观展示灾害天气的详细衍变过程。

2)基于GIS搭建系统,将灾害天气数据与地理数据、电网矢量数据结合进行展示,直观地判断灾害天气的影响范围,准确定位受灾害天气影响的电网设施。

3)建立电网运行领域可靠的灾害性天气预警模型,实现电网提前预警、精确预警,为电网防灾、抗灾、减灾提供数据支撑与决策支持。

4)为省电力公司、各地市供电公司以及检修分公司提供气象灾害对电网运行影响的监测、预警服务。

2 系统结构

本系统由气象数据采集,气象数据解析、综合、发布,客户应用三大部分组成。其中气象数据采集部分是在气象部门设置1台气象数据采集服务器,采集气象部门发布的自动气象站、多普勒雷达、气象卫星、数值预报等各种形式的气象数据[5]。气象数据解析、综合、发布部分由1台气象数据接收服务器点对点接收气象数据采集服务器的数据,再由1台数据解析服务器将各种形式的气象数据文件分类解析形成预设格式数据,并写入气象数据库服务器和GIS数据库服务器,气象应用服务器融合气象数据和GIS数据提供气象应用服务,Web服务器将气象应用以Web方式在电力内网中发布。客户应用部分包括系统管理维护端和应用客户端,分别采用专业客户端和Web客户端。

本系统跨越气象部门和电力公司2个企业内网,中间采用光纤专线进行连接,采用文件传输协议(File Transfer Protocol,FTP)传输数据。而各自企业内部则使用各自的MIS网作为数据传输通道,采用HTTP/TCP协议传输数据。基于GIS的电网气象灾害监测预警系统总体结构如图1所示。

3 关键技术

3.1 GIS数据解析

本系统采集的原始气象GIS文件包括各种云图和雷达图,分为二进制和shp 2种格式。使用GIS数据解析技术对这些文件进行统一解析,转化为预设格式数据。

统一解析主要通过文件头确定解析的操作细节,利用一级文件头中的记录长度和记录数定位数据读取的起始位置,产品类别信息为后续的处理进行分类。二级文件头中的扫描像素宽度和高度以及异常值等信息为解析数据依据,起始时间、通道数量、卫星ID、传感器编号、通道编号作为参考信息。对解析出的数据,利用灰度增强方法对值域进行扩展,扩大值的可区分度,增强图的表现效果,便于得出更清楚的结论。对水汽图像采用线性增强,根据值域范围利用线性变换函数增强相邻灰度级的灰度差别,即增强对比度。雷达、红外、强对流及云则是采用各自特定适用的变换函数(增强曲线)进行非线性变换。

GIS数据解析的步骤为:先产生一个解析文件头信息的类,该类主要获取文件头和扩展信息;利用上面产生的类对文件头信息解析,生成文件类;根据文件类,依次解析文件内容;在解析过程中,根据需要利用灰度增强方法对值域进行扩展或配色,达到数字增强。

3.2 时序设计

本系统采用时序图技术在电力矢量图层实现单站雷达时序展示、指数预报时序展示,电力栅格图层实现全省雷达拼图时序展示、卫星云图时序展示,电力专题图层实现柱状统计专题图时序展示。

相对于没有时间轴的传统地图,时序图(有时间轴的地图)使用户可以根据自己的需要任意的展示时间轴上任意一点的地图,从而在访问历史数据地图或展示当前数据地图方面有更多的选择。除此之外,用户还可以连续播放某个时间段的地图,展现这个时间段内地图的变化趋势以便于更好地分析数据。时序图比传统技术更实用、更方便、更灵活,具备传统技术所不能的分析数据变化的功能。本系统中,在监测台风时,利用时序图展示台风的运动轨迹以助于预测台风下一时刻到达的地点;在展示卫星云图时,利用时序图可以播放的特性展现一段时间内云图的变化趋势,以便分析下一时刻天气的变化情况。

时序图设计步骤为:获取输入的时间段或某个具体的时间点;根据输入时间去数据库查找这个时间段的所有数据或这个时间点的数据;利用计时器按时间顺序播放这个时间段数据的地图或直接显示这个时间点数据地图。

3.3 等值面提取

本系统中使用了气象观测站色斑图、气象自动站灾害色斑图、实况数据色斑图、格点色斑图、全省雷达色斑图、强对流潜势预报色斑图、云图色斑图、日统计色斑图等气象色斑图来形象的展示气象要素的地区分布情况,预测气象要素的地区变化趋势。

色斑图是通过提取等值面,并将各等值面以一定顺序渲染而形成的。等值面是由相邻的等值线封闭组成的面,等值面的变化可以很直观地表示出相邻等值线之间的变化。可以通过指定参数提取表面模型中所有符合条件的等值面,一般用基准值和等值距2个参数控制提取等值面。基准值是作为一个生成等值面的初始起算值;等值距是2条等值线之间的间隔值,由这2个参数可以确定提取等值面的个数。等值面的生成是通过对原栅格数据进行插值,然后连接等值点得到等值线,再由相邻等值线封闭组成,对得到的棱角分明的多边形面,进行一定的光滑处理。本系统通过设置过滤参数控制提取等值线时采样的控制点,采用2种光滑方法:B样条法和磨角法。

气象色斑图形成步骤为:获取所需要的气象数据序列;将离散的数据通过插值等方法,处理成适合要求的网格数据;利用三角网剖分法进行等值线跟踪分析,并记录下所有等值线经过点位置;利用二次样条进行线条平滑处理,将分析出的每一根等值线进行边界封闭处理,得出每一个色斑分区的详细情况,并组成色斑分区的链表结构;通过图层显示技术将每个色斑分区渲染描绘,通过色斑分区的数值信息查找相应的颜色值,完成颜色填绘。自动气象站降水色斑如图2所示。

4 系统功能与实现

4.1 系统功能

本系统的功能包括气象数据采集、气象数据解析、气象灾害监测预警3部分。

1)气象数据采集。采集自动观测站、格点预报、气象预警、全省雷达、单站雷达、强对流卫星云图、大雾卫星云图、红外云图等各种形式的气象原始数据,并以安全、可靠的方式传输给数据解析模块。其中自动观测站的数据采集周期为6 min,格点预报的数据采集周期为12 h,气象预警为实时数据,全省雷达和单站雷达的数据采集周期为6 min,强对流卫星云图、大雾卫星云图、红外云图的数据分两种,极轨卫星的数据采集周期为12 h,静止卫星的数据采集周期为30 min。

2)气象数据解析。根据各种形式的气象数据的不同采集周期,实时的将各种数据文件解析形成预设格式数据,并写入气象数据库服务器和GIS数据库服务器。其中自动观测站、格点预报为XML格式的数据文件,气象预警为TXT格式数据文件,全省雷达栅格图、强对流卫星云图、大雾卫星云图、红外云图为二进制格式数据文件,单站雷达为shp格式数据文件。

3)气象灾害监测预警。将气象实况监测、预报及预警数据进行分析展示,分析受灾害气象影响的电网资源,基于变电站进行气象综合分析。其主要功能包括:对微气象监测站、气象自动观测站台账进行管理;通过气象自动观测站、变电站微气象监测站数据进行气象信息实时监测;通过格点、常规预报数据进行气象预报;对强对流天气、暴雨暴雪、高低温、大雾、台风等灾害性天气进行监测。使用色斑图、单值图、统计图等动态图形式在GIS上实时展示地区间气象差异及气象变化趋势。使用多普勒雷达图、卫星云图进行气象信息及其变化趋势分析、预测、展示。提供微气象数据报表、变电站负荷数据报表、灾害性天气分时分区报表、受影响线路和变电站报表等数据报表,为灾害性天气预警模型提供数据来源。

4.2 系统实现

系统软件采用层次结构,从下到上依次为:气象监测数据解析及存储层、地理信息发布及应用层、气象信息展示及应用层。基于GIS的电网气象灾害监测预警系统软件结构如图3所示。

1)气象监测数据解析及存储层:包括文本数据解析及存储子系统、GIS数据解析及存储子系统、数据分析子系统,负责将外部数据解析为内部数据。

2)地理信息发布及应用层:包括地图发布子系统,负责GIS地图切片的发布;GIS服务子系统,负责地图基本操作及地图高级分析功能,通过GIS接口供气象信息展示及分析子系统调用。

3)气象信息展示及应用层:包括气象信息展示及分析子系统,负责灾害天气监测、灾害天气预警、天气实况及数据报表。

考虑到不同的使用需求,本系统采用C/S与B/S混合结构,系统管理维护端为C/S专业客户端,普通应用端为B/S客户端。GIS数据平台采用主流产品Arc GIS,气象数据和GIS数据均使用Oracle数据库进行存放。数据解析采用桌面程序处理XML/TXT文件,GIS专用数据解析产品处理shp/二进制文件。本系统展示气象信息时需要频繁访问GIS数据,客户端的数据访问量及计算量较重,因此采用富客户端开发语言Flex技术。

5 结语

本系统的研究和应用,对实施电网气象灾害监测、预警,科学安排电网规划、运行,有效实现电力设施的防灾、减灾及电网安全运行精细化管理,具有重要作用和社会价值。目前,该系统已在在江苏电网实现并应用,下一步将在完善的基础上,向国家电网公司系统内的其他网省公司推广。

参考文献

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气象灾害预警系统论文 篇5

2010-12-01 作者：尹振良、蒋红、朱睿、王锡洁、王思维、陈芳、刘勇

来源：2009年第八届ESRI中国用户大会论文集

前言

最近几十年来，经济和社会的快速发展为气象信息服务提出了日益增长、不断提高的需求。气象信息服务通 前言

最近几十年来，经济和社会的快速发展为气象信息服务提出了日益增长、不断提高的需求。气象信息服务通常包括决策服务、公众服务、专业服务等几大类别，针对不同的受众，其信息服务的内容和要求呈现多样化、多层次的特点。气象灾害预报预警业已成为气象预报及其信息服务部门日益重要的职责组成部分，并在不断满足全社会各个领域日益增长的需求的基础上向前发展。不同类型的气象灾害因其成因机制不同，影响的范围和频次都有很大的差异，针对不同的地理单元所造成的影响也有显著的不同。满足实际需求的气象信息服务普遍需要地理信息技术的支持。因此地理信息系统与气象信息服务业的有机结合成为目前发展的一个重要趋势。

随着Web Services技术的兴起，地理信息服务技术应运而生，面向服务的系统架构被放在了一个十分突出的位置上，地理信息共享、分析与可视化在一个新的起点上继续向前发展。针对气象信息服务行业而言，一旦气象预报结果出来，气象信息服务的时效性要求该结果必须立刻提供给多个信息服务部门使用和进一步分析处理，以往基于单机的信息服务系统越来越无法满足实际的需要，有必要发展基于Web Services、具有网络信息交换与共享服务特点的气象灾害预报预警地理信息系统。

本文拟结合青海省气象灾害预报预警地理信息系统探讨地理数据处理在气象灾害预报预警功能实现方面的应用。本系统采用ArcGIS Server for Java平台。地图服务及地理数据处理服务概述

ArcGIS Server是ESRI公司推出的一套后台基于ArcObjects搭建的强大的B/S开发工具，用于构建集中管理、支持多用户的企业级GIS应用平台。它不仅可以提供在线地图发布和在线地图浏览的功能,而且可以提供在线的地址编码服务(Geocode Service)、地理数据处理服务(Geoprocessing Service)、地理数据服务(Geodata Service)和3D地图服务(Globe Service)等。本系统在建设过程中实际使用到地图服务和地理数据处理服务的网上发布和功能调用。

地图服务是使用最多的一种ArcGIS Server服务。该服务可以支持发布二维地图(ArcMap的mxd文档)。通过该服务，用户可以访问以ArcMap组织的地图数据和地图表现样式。地图服务中还支持建模操作，OGC WMS和KML数据格式，以及在线编辑空间数据等功能。地图服务部署在ArcGIS Server上，运行中需要服务器对象管理器(SOM)和服务器对象容器(SOC)的支持。SOM主要在地图服务的管理、启动和关闭以及地图服务的运行服务器(SOC)的添加、删除及负载均衡方面起着专门的作用。SOC主要负责运行地图服务并处理应用层提交的请求。

地理数据处理服务就是将在ArcGIS Server服务器端建设好的地理数据处理模型或者包含一个地理数据处理模型工具层的地图文档发布为一个服务。地理数据处理模型是一个定义空间模型或地理数据处理工作流的工具，可以用可视化工具Model Builder创建地理数据处理模型，也可以用文本编程以脚本的方式创建模型。所有的地理数据处理工具可以用作创建模型中的处理，一个模型包含一个或多个处理，它们可以链接在一起，也可以不链接在一起。一个处理包含一个工具、输入和输出。通过构建地理数据处理模型，可以自动完成地理数据处理工作流。地理数据处理服务是一个基于Web的地理数据处理工具，客户端提交处理请求，服务器执行空间分析和建模，然后把执行结果展现在客户端，它便于组织内部数据的集中管理和操作，实现了功能的共享。

ArcGIS Server的服务可以通过Local或者Internet两种方式进行连接。Local方式直接连接到SOM上，通过AO进行交互，所以必须在本地有AO对象才可以进行连接。Internet方式直接连接到Web Service的引用地址，它是通过本地对象连接的。对于Java ADF而言，本地对象表示连接ArcGIS Server的类存在于本地JRE中。ArcGIS Server在发布每一个服务时，也同时发布了一个Web Service，因此我们可以通过Web Services的方式来直接访问ArcGIS Server上的服务，这样极大的提高了部署的灵活性。用户可以通过在Java中创建代理类的方式访问这个Web服务，如下图（图1）所示。本系统采用Internet方式在Java中创建代理类的方式来访问ArcGIS Server上的地图服务和地理数据处理服务。

图1.ArcGIS Server服务的两种连接方式 系统体系结构

本系统基于Web Services的理念，采用ArcGIS Server 9.3 + SQL Server + J2EE软件开发模式搭建了一个B/S架构的业务运行系统。整个系统自下而上可分为数据层、服务供给层和应用层三个部分（图2）。数据层主要包括基础地理数据库和气象数据库，存储在数据库服务器中，采用SQL Server进行气象历史数据、预报数据的有效存储与管理。地理数据采用ESRI Geodatabase数据模型，通过空间数据库引擎ArcSDE保存在SQL Server中。服务供给层的作用是从数据库中提取所需要的气象数据、地理数据，然后通过地理数据处理服务对数据进行处理分析，形成分别满足决策气象服务、公众气象服务、专业气象服务和气象信息发布需求的气象信息产品。这里需要用到地理信息系统空间数据及属性数据编辑功能、矢量数据叠置分析功能、地统计分析和栅格数据分析功能以及地图制图功能。这些功能通过ArcGIS Server Web应用程序定制或者地理数据处理服务来实现。应用层的主要内容就是定制一个易学易用的用户界面，用以实现有关气象信息与地理信息组合产品的网上发布，并进行用户访问控制，根据用户职能分别赋予不同的访问权限。

图2.系统体系结构示意图 基础地理数据库

本数据库包括基础地理数据、气象数据两个方面。其中气象预报结果需要经过处理和变换生成的矢量图层数据库和气象灾情服务信息数据库。数据库的组织采用ArcGIS空间数据库Geodatabase体系结构。在Geodatabase中，所有基础地理矢量数据、数字高程模型、遥感影像和数据表单均保存在一个地理数据库中，并组成层次分支结构。在地理数据库中包含一个数据集、一个数字高程模型、若干不同分辨率遥感影像，以及若干数据表单。数据集中包括所有的基础地理矢量数据。本地理数据库内容包括基础地理数据、数字高程模型、卫星影像数据，以及有关表单。所有数据存储在一个Geodatabase中，位于分支树顶端，以下包含一个数据集Albers，存储所有矢量数据。与该数据集并列的是各种影像数据、数字高程模型和表单数据。这就是说，所有矢量、栅格数据和影像数据均进行了地图投影转换，采用亚伯斯（Albers）等积圆锥投影进行数据存储和管理。相应地，其中特征属性表中的面积项是有意义的。地理数据库包括以矢量方式分层存储和管理的境界线、水系、交通、居民地、地貌等要素。数据集的分层命名与国家地形数据库数据命名方式一致。相应建立分县、乡（镇）社会经济统计数据库并通过通用政区编码字段与地理数据库中的图层建立链接关系，并参与空间数据的分析。5 系统功能

根据需求，本系统需要实现如下功能：

(1)基本信息查询检索功能：在Web页面上所有用户可以通过放大、缩小、漫游、查询、度量等工具进行青海省基础地理图层的操作，可以将有关图层显示和关闭，可以查询特征图层的属性数据表。

(2)气象数据导入及其处理：系统在气象台局域网中与MICAPS系统文件夹下的数据集保持链接关系，有权限的用户可以通过菜单和弹出对话框方式选择要导入的气象数据类型（如气温）、设置插值方法、设置等值线间距等参数。在服务器端完成数据格式从文本文件到ESRI Shapefile数据格式的转换，并实现气温、降水量、气压等气象要素的站点记录在地图上的显示，以及风向风速的风向杆标注；系统还可以调用服务器上的地理数据处理服务对站点数据进行插值等操作，最终以等值线或者等值面的形式显示在地图上。

(3)灾情范围的确定与在线勾绘：将数据编辑功能集成到网页中，授权用户根据天气形势分析结果，在网页上用鼠标手动编辑、交互式绘制灾害影响区域，用于发布灾害预警或者灾害损失评估分析。

(4)暴雨洪水预报：操作人员依据天气预报结果勾绘暴雨范围，系统将此暴雨区域与地理数据中的流域分区图层进行叠置分析，得到暴雨落地各个流域的范围大小，形成结果表单。进而如果知道暴雨量大小，就可以估计产生洪水径流量的多寡。

(5)灾害损失评估：操作人员依据天气预报或气象分析结果勾绘冰雹、干旱、暴雪等灾害性天气的影响范围，然后将该图层与政区图、草场资源分布图等进行叠置分析，结合政区图、草场资源分布图以及相关的统计数据分析灾害性天气可能造成的人口、财产损失，结果以表单形式存储。

(6)制图打印功能：以图像形式保存结果分析地图页面，或直接送打印机输出。

(7)灾情信息管理与快报生成：对参与灾情分析的气象站点进行管理，添加新站点，删除不再发挥作用的站点；进行灾情信息资源管理，添加新的气象灾情报告记录到数据库中，并对已有报告记录进行数据库维护；添加或修改灾情防止对策数据库记录；在这些数据库建设的基础上根据灾情预警决策的需要自动完成气象灾情快报的制作。

(8)用户管理：将系统用户分成系统管理员、数据库管理员、灾情评估分析员和普通用户四种类型，不同类型的用户赋予不同的操作权限。本模块可以创建、删除用户，并赋予相应的权限。

(9)基于Google Earth API的天气形势分析与预警模块：本模块基于Google Earth API，可充分有效地利用Google Earth丰富的地理信息和遥感影像资源，授权用户在气象数据导入完毕、灾害影响区域手动勾绘完毕后可以通过点击菜单将气象数据和灾害预警区域导出到三维显示平台，进而可以在三维场景下浏览气象数据和灾害预警数据。本模块集成本系统所建立的青海省基础地理数据集，实时叠加和更新等温线、等压线、降雨色斑图、灾害预警区域等数据，以及实时显示FY-2卫星云图、环青海湖公路自行车赛天气预报等功能。6 地理数据处理建模及其服务发布 6.1 数据格式转换及数据导入处理过程

由于原始的气象观测数据是以文本格式、单站点记录形式保存，无法实现在地图上标注及生成等值线等操作，进而也无法满足气象部门工作人员对气象数据的分析与判断，所以需要先将原始的气象数据转换成ESRI Shapefile数据格式，在此基础上再经过插值、平滑处理、定义投影坐标系、裁切、导入Geodatabase等一些列地理数据处理过程实现气象数据以不同的方式在地图上标注与显示，数据格式转换处理流程如下图所示（图3）。在本系统中，这一功能主要是通过建立地理数据处理模型发布地理数据处理服务来实现的。

图3.数据格式转换处理流程

在系统开发过程中，根据实际调研，需要将温度、降雨、气压、风向风速四类气象台站数据转换为地理数据在地图上进行标注显示。这四类数据中温度、降雨、气压既需要在地图上标注出单个观测站点的数据也需要把经过地理数据处理生成的等温线、等压线和降雨量色斑图显示在地图上；风向风速数据只需要将单个站点的观测数据用风向杆根据风速的大小在地图上标注出来即可。所以，系统建立了站点观测数据导入模型、等值线数据导入模型、降雨量数据导入导入模型、风向风速数据导入模型，以满足四类气象数据的格式转换与在地图上标注显示的要求。

站点观测数据导入模型（图4）实现如下功能：把温度、降雨、气压三类气象数据的站点Shapefile数据作为模型的输入数据，经过模型的处理操作后将输出数据拷贝到显示图层，进而完成站点观测数据在地图上的标注显示。系统在实现过程中，在地图文档中添加三个点状图层分别作为温度、降雨、气压三类气象数据的站点观测数据的显示图层。模型每次运行时，根据气象数据的类型决定把导入的站点观测数据拷贝到哪个显示图层。模型处理完成后，刷新地图页面即可实现新导入的数据在地图上显示。

图4.站点观测数据导入模型

等值线数据导入模型（图5）实现如下功能：把温度、气压两类气象数据的站点Shapefile数据作为模型的输入数据，经过模型的处理操作后将输出数据拷贝到显示图层，进而完成温度、气压数据以等值线的形式在地图上显示。

图5.等值线数据导入模型

降雨量数据导入模型（图6）实现如下功能：把12小时降雨、24小时降雨、过程降雨三类降雨数据的站点Shapefile数据作为模型的输入数据，经过模型的处理操作后将输出数据拷贝到显示图层，完成降雨数据以降雨量色斑图的形式在地图上显示。

图6.降雨量数据导入模型

风向风速数据导入模型（图7）实现如下功能：把风向风速数据的站点 Shapiefile数据作为模型的输入数据，经过模型的处理操作后将输出数据拷贝到显示图层，完成风向风速数据以风向杆形式在地图上显示。其中风向杆是通过风向杆字体ESRI Weather标注实现的，风向杆的旋转角度则是从原始数据中经过数据格式转换得到的旋转角度；风速的大小换算成风向杆字体大小的等级，再加上字体的其实ASCII值，便得到风速所对应的风向杆字体的ASCII码值，最后将ASCII码值赋给speed字段，用以在地图上标注显示。

图7.风向风速数据导入模型

6.2 灾情分析处理过程

本系统实现的灾情分析功能也是通过建立相应的地理处理模型实现的。灾情分析过程为：气象部门工作人员先手动在相应的灾害类型数据层上在线勾绘出灾害影响区域然后与Geodatabase 中的行政区划数据层或者流域分区数据层进行叠置分析(Intersect)，再经过自动计算受灾面积、生成DBF数据表、删除临时数据等地理数据处理过程，最后通过程序访问DBF表中的相关数据列显示在客户端页面上，即完成了灾害影响区域分析。灾情分析处理过程如下图所示（图8）。

图8.灾情分析处理流程

青海省境内经常发生的气象灾害及气象因素诱发的灾害主要有雪灾、暴雨洪涝及强降水、冰雹、干旱、雷电、低温冻害、大风、沙尘暴、山体滑坡和泥石流等九种灾害类型。系统在实现过程中根据这九类灾害在Geodatabase中建立九个多边形图层，每个多边形图层对应一种灾害类型。气象部门工作人员根据天气预报结果判断将要发生灾害时，即在相应的灾害类型图层上手动编辑出灾害影响区域，进而灾害区域在地图上根据不同的灾害类型用不同的颜色显示，达到灾害预警的目的。

系统的灾情分析处理主要是通过灾情分析处理模型实现的，灾情分析处理模型如下图（图9）所示。灾害影响区域作为模型的一个输入数据，行政区划或者流域分区作为模型的另一个输入数据，将两个输入数据进行叠置分析。模型在运行时根据灾害类型通过程序控制参与叠置分析的灾害影响区域数据层，同理行政区划层和流域分区层也通过程序控制哪一层参与叠置分析。叠置分析后，经过自动计算受灾面积、生成DBF属性表、删除临时数据等操作完成灾情分析处理。最终灾情分析结果将以统计报表形式在客户端显示。

图9.灾情分析处理模型

6.3 气象数据及灾害预警区域导出处理过程

系统本部分通过建立地理处理模型实现了将等温线、等压线、降雨量色斑图等气象数据和灾害预警区域数据导出成KMZ格式数据，以便气象数据和灾情预警区域在基于Google Earth API的三维显示平台上进行显示。数据导出过程如下图所示（图10）。系统将经过数据导入处理的气象数据和灾害预警区域数据拷贝到显示图层，添加到地图文档中。在地图文档中设置好数据的显示风格，然后地图文档作为地理处理模型的输入数据，经过地理处理过程转成KMZ格式数据，即可在三维显示平台浏览导出的数据。数据导出处理模型如下图所示（图11）。

图10.数据导出处理过程

图11.数据导出处理模型

6.4 地理数据处理服务发布过程

在将地理数据处理模型发布为地理数据处理服务时，ArcGIS Server对模型的输入、输出参数的数据类型有特殊的要求。以上所述的模型中，FeatureClass数据类型作为模型的输入参数，将模型发布为地理数据处理服务时系统就会报错，无法发布服务。本系统的解决方法是：先在Model Builder中建立模型，将模型集成在工具箱中；第二步建立脚本模型，通过脚本调用工具箱中的模型，脚本模型的输入、输出参数全部设置为String类型；每一个模型对应建立一个脚本模型，将脚本模型同样集成在工具箱中，最后将脚本模型工具箱发布为地理数据处理服务。这样就满足了地理数据处理服务对输入、输出参数数据类型的特殊要求。以等值线数据导入脚本模型为例，脚本代码如下图所示（图12）。

图12.等值线数据导入脚本模型

在ArcCatalog中，把建好的脚本模型工具箱，发布为地理数据处理服务。系统在运行时，用户在客户端浏览器通过发送访问请求到Web服务器，由Web服务器通过程序调用GIS Server上的地理数据处理服务，在GIS Server上完成数据的分析与处理，最后通过Web服务器把结果返回到客户端浏览器。这样就实现了地理数据处理服务的共享。

图13.气象要素在地图上显示

图14.灾情预警及评估分析

图15.灾情预警区域三维显示 结论

本文基于ArcGIS Server平台开发了青海省气象灾害预报预警地理信息系统，对地理数据处理服务在气象灾害预报预警方面的应用进行了探索。探索表明，在把原始气象数据转换成地理信息数据并在地图上显示的过程中，建立合适的地理数据处理模型并将模型发布成为地理数据处理服务是一种非常有效的方法。地理数据处理服务在WebGIS数据处理方面发挥了重要的作用。系统达到了预计的功

基于ArcGIS的地质灾害预报预警及应急指挥系统

1.前言

地质灾害预报预警及应急指挥系统是面向国土资源部门应用，以ArcGIS为技术平台，集地质灾害预警管理、地质灾害应急管理、地质灾害危险评估、地质灾害点监测管理和地质灾害信息发布管理等于一体的地质灾害防治综合管理系统。

2.总体设计

1）系统目标

根据国家和各地区地质灾害管理工作的有关规定，依照各地方地质灾害管理工作流程，以计算机技术为基础，以数据库为核心，以ArcGIS为平台，以网络传输为通讯手段，建立地质灾害预报预警及应急指挥系统，实现地质灾害预报预警分析及成果签批发布的自动化、科学化；实现地质灾害调查评价、规划、监测、预报预警、应急处置、搬迁治理等地质灾害数据的存储和共享利用；对突发性地质灾害作出分析、评估，为各级政府快速组织相关资源，实施抢险救灾，开展地质灾害防灾减灾工作提供决策依据和技术服务。

2）技术路线

本系统对地质灾害的发育特点、地质灾害发生的内在（如地形地貌、地质构造、地层岩性等）和外在致灾因素（如降雨、人类工程活动、植被破坏等）进行研究分析，结合现有地质灾害调查基础资料及各类关联因素数据进行运算分析，建立地质灾害预报预警模型，并通过充分利用ArcGIS平台提供的GIS技术手段，综合地质灾害预报预警模型的基础因子和诱发因子，生成地质灾害预报预警等级图。整个预报预警模型开发的技术路线如下图所示：

图：总体技术路线图

在本系统的研究开发过程中，对GIS技术的应用尤为重要，国土资源系统的核心是数据，海量的空间和属性数据势必要求通过具有海量数据管理能力的 GIS 软件来完成，由于ArcSDE本身所具有的海量数据存储、多用户并发访问、版本管理、长事务处理等强大优势，在本系统中引入ArcSDE作为空间数据存储和管理引擎，它利用Oracle关系数据库在数据存储、数据完整性等方面的先进技术手段，将海量空间数据（包括矢量数据和栅格数据）有机地组织和管理起来，通过其内部异步缓冲、空间索引等先进的机制，提供对空间数据的多用户高效并发访问，为本系统的高性能品质提供了有力的保障。

3.系统介绍

1）系统总体架构

系统采用“两网、一库、六系统”的应用架构，两网指利用现有的国土资源广域网和Internet外网网络资源；一库指建设地质环境与地质灾害信息库作为数据支撑；六系统指地质灾害数据库管理系统、地质灾害自动化预报预警系统、地质灾害综合管理信息系统、外网地质灾害信息发布系统、移动地质灾害信息查询系统及国土资源远程视频会商系统，系统间相互集成、共享数据、结合应用。系统总体架构如下图所示：

图：系统总体架构图

地质灾害数据库管理系统，提供基础数据的加工处理以及与气象部门、水利部门的气象、雨量、水利数据共享等，同时为其它相关部门业务系统（如水利部门的山洪预报系统）的运行提供数据支撑；

地质灾害自动化预报预警系统用于对地质灾害发生概率等级的分析计算，实现预报预警成果输出，为地质灾害应急指挥和受害群众的转移避让预案决策提供依据；

地质灾害综合管理系统和外网地质灾害信息发布系统实现对地质灾害信息应用管理，以及提供灾害预警发布、应急指挥和应急处置等功能，两者面向的用户不同分别部署。地质灾害综合管理信息系统通过政务信息网联接各级国土资源部门及相关政府部门，外网地质灾害信息发布系统从地质灾害综合管理系统中功能提取，运行在外网INTERNET环境中，适用于乡（镇）国土所用户及社会公众。

移动地质灾害信息查询系统通过无线网络满足地质灾害防治工作人员随时、随地了解最新地质灾害信息和及时上报地质灾害信息的需要。

应用系统与远程视频会商系统相连，实现综合会商。

2）系统功能

 预报预警

综合有关地质和地理基础信息、地质灾害信息和降雨量、人类工程活动程度等因素，从不同空间和时间尺度上分析地质灾害的发生概率和分布范围，从而做出较为准确的区域地质灾害预报预警。

 地质灾害信息管理

对各地质灾害隐患点信息进行全面管理；对地质灾害点灾情信息进行综合管理；提供地质灾害点分布图GIS功能。构建立体三维景观，逼真反映灾点所在位置的地形、地貌，并利用三维景观分析地质灾害点的空间信息。

 地质灾害监测管理

对群测群防信息、群测群防监测数据进行管理。支持多种监测数据上报方式，支持以网络上报或短信上报监测数据。

 预报预警信息发布

对预报预警信息进行发布。

 应急处置管理

对应急预案、地质灾害防治信息、群众转移预案及地质灾害点临时避让的信息进行管理。

 地灾评估治理

气象灾害预警系统论文 篇6

关键词：地质灾害；汛期；预警预报

1 概况

湖南省国土资源厅与湖南省气象局在经过2003年汛期地质灾害气象预警预报工作的基础上，于2004年4月29日联合签署了《关于联合开展山洪地质灾害气象预报预警工作协议书》，并于2004-2010年汛期联合进行地质灾害气象预警预报。

通过两单位不懈的努力和广大国土资源基层领导干部的积极工作，2010年的地质灾害防治工作成效显著，汛期因地质灾害造成人员伤亡数保持较低水平，未出现群死群伤事件，工作成果受到社会公众好评，为国土资源部门服务社会，增强政府处置应急事件能力建设树立了良好形象。

2 工作成效及经验

2.1 工作成效

通过对2004-2010年地质灾害气象预警情况、伤亡情况和避灾情况进行对比分析，可以看出预报期数没有明显变化，但是准确预报次数在增加，成功避灾人数也逐年在增加。主要是因为准确及时的预警预报信息传送，及时转移受地质灾害威胁的群众，避免了大量的人员伤亡。

2.2 取得的经验

2.2.1 汛前准备，层层落实防灾责任

省国土资源厅自2002年起，每年汛期前都要召开一次全省地质灾害防治及地质环境管理工作部署会议，会议要求各级国土资源主管部门按照《地质灾害防治条例》的规定，认真做好地质灾害防治的组织、协调、指导和监督工作，建立健全防灾工作责任制，防灾工作要做到人员到位、任务到人、监测到点、防范到户。

同时省国土资源厅在每年主汛期到来之前都会对全省重大地质灾害隐患点进行全面巡查。通过巡查，落实地质灾害重大隐患点监测单位，落实防灾和监测责任人；督促隐患监测责任单位在隐患区设置明显警示标志；协助当地政府部门制订防灾预案。

2.2.2 汛期多种渠道预警，防灾成效显著

自2005年5月，省国土资源厅在地质灾害预警指挥管理网络基础上建立了预警预报短信群发系统，在历次群发性地质灾害防灾减灾工作中，起到了非常重要的作用。2010年6月20日凌晨，永州市双牌县茶林乡全药村3组发生一起泥石流，15栋房屋被冲毁，65名群众成功避险；6月24日，株洲市醴陵市西山街道办事处万宜村耿耿塘组发生泥石流，23户116人成功避险。地质灾害成功避灾，在很大程度上得益于省国土资源厅已建立的较完备的地质灾害群测群防管理指挥网络，得益于地质灾害区调成果与先进的多普勒雷达监测技术、中小尺度天气资料应用系统综合应用，并将这一综合预警信息通过手机短信迅速发至县局以及乡镇国土所各级领导，展现了现代网络技术信息的高速传输和准确性。

2.2.3 发挥群众力量，做好群测群防

根据多年防灾工作实践，现阶段我国防灾减灾工作，群测群防是行之有效的重要手段之一。因此，省国土资源厅自2000年以来，已在全省122个县市区建立了较为完整的地质灾害群测群防网络，该网络在2004年汛期开始运行，7年汛期期间不断巩固和完善，发挥了重要的防灾减灾作用。

2.2.4 做好隐患调查，把握防灾主动

全省已完成122个县市区地质灾害基础调查工作，基本查明了调查区地质灾害的分布范围、规模、结构特征、形成机制、影响因素等，并在调查过程中协助当地政府建立地质灾害群测群防网络和编制重要地质灾害隐患点的防灾预案，对有关人员进行地质灾害防灾减灾知识培训，指导地质灾害的监测与预警工作，协助当地政府编制地质灾害防治规划，建立并完善全省地质灾害信息系统，为有计划地开展地质灾害防治，减少灾害损失，保护人民生命安全起到重要作用。地质灾害防灾减灾从过去被动局面朝着主动局面发生了根本变化。

2.2.5 改进技术方法，提高预警精度

随着现代化技术的发展，预警预报的手段与方法也得到了明显提高，国土部门与气象部门在地质灾害气象预警预报方面的合作正走向专业化、精确化。2008年汛期，湖南省气象台历时两年半完成的“中小尺度天气资料应用系统”落户省地质环境监测总站。由于结合了该系统的2000多个自动雨量站实时降水数据，省总站的“湖南省地质灾害气象预警预报系统”预报精度得到大大提高，通过每小时气象卫星云图实时传输图像，可以观察大区域降水形势；每6分钟多普勒雷达对全省的扫描实时传输图像，可以观察到全省各个局部区域的降水现状和降水云系移动趋势；中小尺度天气资料应用系统中2100多个自动雨量站的时实降水数据传输，大大提高了区域地质灾害预警精度和准确度。

在开展日常预警预报的同时，省地质环境监测总站积极开展地质灾害气象预警基础研究工作，研发出符合我省省情的地质灾害防治管理系统。该系统集全省概况、灾点查询、信息统计、预测预警、应急指挥、信息编辑、安全管理七大功能模块。系统的核心模块是预测预警，该模块将地质灾害预警预报模型与GIS平台相结合，实时接收气象、地质灾害监测等多元数据，提高了湖南省地质灾害气象预警预报的时效性和准确性。

2.2.6 加强普及宣传，提高公众减灾防灾意识

2007年湖南省委组织部和国土资源厅组织了“湖南省农村地质灾害防治知识培训行动”省直宣讲团，2010年省国土资源厅组织了 “万村培训”、“五到位宣讲”活动，进行了地质灾害防治知识宣讲活动。通过发放宣讲教材、宣传光盘、防灾知识手册、张贴宣传挂图、专家集中授课、野外现场讲解等各种形式，对各类干部群众进行培训，取得较好效果。广大农村群众、中小学学生以及基层干部的地质灾害防灾减灾意识进一步提高，防灾减灾知识进一步增长，防灾减灾能力进一步增强，防灾减灾体制进一步完善。尤其是2008年“5.12”汶川大地震、2010年8月7日舟曲泥石流，使人们意识到自然灾害的可怕、生命的可贵、掌握自然灾害基本知识对防治地质灾害的重要性。

3 存在的问题

我省属滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害多发、高发地区，地质灾害防治工作形势十分严峻。主要存在的问题如下：

一是基础调查研究工作仍然比较薄弱。我省地质灾害分布现状、危害程度、潜在经济损失等基本情况已基本查明，但调查工作始于1999年，时间跨度大，调查比例小，精度低，而地质灾害隐患变化大；

二是地质灾害监测体系尚不完善。以市级和县市区为基础的地质灾害监测机构尚未全面建立，地质灾害监测工作缺乏基层专业技术人员，防灾减灾应急处置能力较弱；

三是地质灾害监测预警有待加强。监测预警和应急处置专业化设备极为缺乏，国土资源、建设、水利、铁路、交通、气象等部门统一和相互联动的监测预警指挥体系尚未形成，处置突发性重大地质灾害事件综合能力仍然不高。

4 工作方向

（1）健全全省地质环境监测机构和地质灾害群测群防体系。地质环境保护事业离不开专业地质环境监测机构的技术支撑，群测群防的防灾减灾道路离不开健全的群测群防网络体系。

（2）加强地质灾害应急处置能力。建立湖南省地质灾害应急指挥中心，以地质灾害基础调查为先导，以群测群防网络建设为支持，形成国土资源与建设、水利、铁路、交通、气象等部门统一和相互联动的监测预警指挥远程会商和应急指挥系统。

（3）增强调查监测与预警预报能力。大力提高地质灾害气象预警预报水平，提高地质灾害防治等核心技术业务领域的野外调查和监测能力，加强预警示范研究，提高地质灾害区域和单体预警预报能力。

（4）提升成果集成与综合研究能力。提高全省地质环境调查监测成果的综合研究与集成创新，开展全省地质灾害分布规律研究，分析突发性地质灾害时空分布规律及演化特点。

辽河流域泥沙灾害预警系统的构建 篇7

1.1 辽河流域概况

辽河是我国七大江河之一, 流域总面积为219600km2。主要支流左岸有清河、柴河、范河等, 属于流域内多水少沙地区;右岸有秀水河、养息牧河、柳河及绕阳河, 均发源于西部黄土丘陵地区, 植被较差, 水土流失严重, 属于流域内少水多沙地区。

辽河流域内洪水主要多发生在7、8月, 具有北方河流暴涨暴落的特点。沙量年内分配比水量更为集中, 约90%的沙量集中在6~9月, 特别是7、8两月沙量占全年的70%左右。辽河上游山丘区水土流失严重, 沙量以柳河为最大, 其次为西辽河流域各河流, 福德店以下东侧支流含沙量最少。[1]

1.2 辽河流域泥沙特点

1.2.1 输沙量大、侵蚀模数高

通过对我国主要江河流域主要水文站泥沙观测结果计算表明, 辽河流域侵蚀模数位居全国主要江河流域的第三位, 输沙量较大。而泥沙输移比则同黄河流域一样均为1[2], 表现出多泥沙河流的特点。

1.2.2 泥沙产生与输移方式复杂

从成因上来看, 辽河流域泥沙的产生既有自然因素的影响, 也有人为因素的诱发, 风蚀泥沙与水蚀泥沙又相互交织在一起, 泥沙输移过程相对复杂。科尔沁沙地全境几乎全部位于辽河流域内, 沙地产生的风蚀泥沙的输移多发生于冬春季节, 这一时期产生的风蚀泥沙落入辽河流域集水坡面, 在夏秋季节又随水流输移运行。部分河流泥沙于下游河道沉积后, 在冬春季节又从河道随风扩散, 形成风蚀、水蚀交错进行的复杂泥沙输移方式。

1.2.3 泥沙灾害严重

泥沙灾害是辽河流域范围内最频繁、危害最严重的自然灾害之一。辽河流域泥沙灾害的形式主要表现在以下几个方面: (1) 土壤侵蚀造成土地资源的损失与生态环境的恶化; (2) 河道泥沙沉积减小了行洪能力, 加剧洪灾的发生; (3) 水库等蓄用水工程泥沙的沉积减少了工程的使用寿命和运行能力; (4) 泥沙作为水质的污染源同时也能够携带农药、化肥、重金属等污染物对河流水质造成严重污染; (5) 辽河河道沉积泥沙在冬春季节又成为风蚀泥沙的重要沙源。面对不断发生的泥沙灾害, 尽管不断地增加对泥沙灾害防治工程的投入, 但并不能从根本上避免灾害的发生。因此, 只有在重视泥沙灾害防治工程建设的同时, 加强泥沙灾害预警系统建设等非工程措施, 才能更为有效地减轻灾害造成的损失。

2 坡面与小流域侵蚀、产沙预警体系构建

泥沙产生的危害是多种多样和广泛的, 泥沙产生危害的形式取决于泥沙的数量和特性, 而泥沙的数量和特性则受到侵蚀、输移和沉积过程的影响。坡面和小流域是泥沙灾害发生的起点, 河道是泥沙灾害的延伸。

坡面与小流域侵蚀、产沙预警体系的构建需要从四个方面入手: (1) 泥沙灾害危险区域的判别与调查; (2) 坡面及小流域侵蚀、产沙监测体系的建立; (3) 具有地方代表性的坡面及小流域土壤侵蚀量预测模型的构建; (4) 基于GIS技术的坡面与小流域侵蚀、产沙预警系统的建立。以遥感数据和坡面、小流域水沙监测数据作为土壤侵蚀量预测的数据源, 以G I S作为数据处理的基础工具, 以地方性坡面与小流域侵蚀预报模型为技术核心, 构建起坡面与小流域侵蚀、产沙预警系统。

目前, 辽河流域坡面与小流域侵蚀、产沙预警体系构建面临的主要困难是观测场站数量少, 覆盖面小, 监测设备与技术手段落后, 运行经费难以落实, 远远满足不了监测工作的实际需要, 因此, 应加强观测场站的建设与管理, 充分利用现代科技成果和信息技术装备观测场站。另外, 作为坡面与小流域侵蚀、产沙预警系统技术核心之一的地方性土壤侵蚀预测模型的建立也不够完备, 在很大程度上限制了对坡面、小流域侵蚀泥沙量的科学预测。

3 河道泥沙输移、沉积与产沙预警体系构建

河道泥沙预警体系的构建需从以下三个方面入手: (1) 泥沙来源与来沙量预测体系; (2) 河道水沙关系预测体系; (3) 河道泥沙的沉积与存蓄变化预测体系。

辽河流域河道泥沙除少部分来自于流域上游的河道侵蚀外, 其余多来自于坡面与小流域的侵蚀泥沙, 也有部分泥沙是由冬春季节风蚀泥沙直接降落于河道内。因此, 泥沙来源与来沙量预测体系同坡面与小流域产沙预警体系关系最为密切, 同时, 应充分考虑到坡面、小流域与河道泥沙传输的有效性。径流是河道泥沙输移的载体, 通过现有水文站水沙观测资料, 建立其辽河流域不同河段径流与泥沙之间的关系是河道水沙关系预测体系形成的核心。

关于河道泥沙沉积有三个关键性问题:河道泥沙存蓄量;泥沙存蓄与输移时间;沉积泥沙的空间分布。由于侵蚀与产沙之间数值差异的存在, 泥沙的动态存蓄将是一个不可回避的问题。河道内存蓄泥沙动态变化的定量研究将会有助于估算泥沙存蓄与流域产沙之间的动态关系, 并且可以对不同河段泥沙的存蓄特征进行比较与解释。辽河流域的泥沙沉积问题十分突出, 对于河道泥沙沉积的预测需从来水条件、河堤工程宽度、河道地形等方面入手进行考虑。

目前, 辽河流域河道泥沙输移、沉积与产沙预警体构建存在的主要问题表现在以下几个方面: (1) 现有水文站水沙监测体系的自动化观测与数据传输程度较低; (2) 对流域内各河段水沙关系预测模型的建立不够完备; (3) 对控制河道泥沙沉积与泥沙存蓄量变化的主要控制性因子的考虑深度不够。

4 制定防沙灾预案

辽河流域防沙灾预案制定的主要目标应以避免和减少人员伤亡, 减轻灾害损失为主。应遵循贯彻以防为主, 防抢结合, 全面部署, 保证重点, 统一防沙, 工程措施和非工程措施相结合的原则, 尽可能调动全社会积极因素。防沙灾预案编制要因地制宜, 结合辽河流域工程现状、社会经济情况, 注意可操作性和实用性。实际操作中应注意四个方面的问题: (1) 警戒方案。通过沙灾预警系统的灾前预报, 制定出在沙灾来临之前不同程度的警戒方案, 其中包括对民众的警报、对抢险物质和人员的准备与动员; (2) 防抢方案。通过沙灾预警系统的临灾预报, 制定出抢险人员、物质的具体配置方案; (3) 撤离救生方案。通过沙灾预警监测系统的灾中监测与预报, 制定出对预测严重沙害区的人、财、物进行转移的方案, 同时制定出灾区人员居住、生活和卫生防疫等方案。

参考文献

[1]闫百兴, 宋新山, 闫敏华, 等.辽河流域水资源演化趋势分析, 水土保持通报.2000, 20 (6) :1-5.

气象灾害预警系统论文 篇8

一、我国山洪灾害防治基本情况

山洪灾害是指山丘地区在一定强度或持续降雨的情况下, 其特殊地形地质条件而引发的自然灾害, 一旦爆发具有破坏性大、脱离时间短等特征, 且容易诱发泥石流和滑坡, 对当地人民和生命财产造成重大威胁。

近年来我国山洪灾害及由此引发的泥石流、滑坡等灾害, 波及范围广, 发生频率高, 给当地基础设施、生态环境几乎造成毁灭性的伤害, 对当地人民造成的人员伤亡、财产损失也让人触目惊心, 因此为保证山区人民的生命安全和财产安全, 我们应坚持以人为本科学防治的原则, 从局部着手, 从全局出发, 做好防灾抗灾工作。早在2002年水利部就会同有关部局制定了《全国山洪灾害防治规划》, 并建设了相关山洪灾害防治试点, 2010年又针对县级地区启动了山洪灾害防治非工程措施建设, 希望建立科学的山洪灾害预警机制, 最大程度减少灾害造成的人员及财产损失。通过几年的努力我国山洪灾害建设取得很大的成绩, 但随着全国山洪灾害非工程措施项目建设的深入, 在项目建设中发现的一些突出问题亟待解决, 总结各地在试点过程中值得推广的经验和做法及问题, 为下一批山洪灾害县级非工程措施提供借鉴和参考。

二、存在的问题

(一) 硬件方面

山洪灾害非工程措施是一个针对全国范围内的项目, 而许多设备只是根据全国的行业标准制造, 没有考虑到某些地区特殊的自然环境的要求, 如武威地区, 地处巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠边缘, 风沙尘埃较大, 加之飘落的草籽、树叶和鸟类粪便等杂物落入雨量筒, 随降雨进入到雨量筒漏斗, 堵塞漏斗以致RTU采集到的雨水情信息严重失真, 对山洪预警决策带来很大隐患。

(二) 软件方面

随着国家对山洪灾害非工程措施的投入来越大软件开发商也盯上了这一商机, 开发各自的山洪预警软件。然而, 由于技术与资金的有限, 开发的山洪预警平台软件质量也是参差不齐。随着国家对第三批山洪灾害非工程措施项目软件要求更高, 软件质量有所提高, 但是软件质量问题依然存在。且在具体的施工中施工方与软件提供商不是同一厂家, 在数据库及监测数据的衔接上出现了一些问题, 对系统的稳定性和可靠性有很大的威胁。

现在雨量、水位信息传输普遍采用租用通信运营商网络方式, 进行数据传输。在一些边远山区出现信号强度不够, 阴雨天时容易出现因信号问题, 造成的通信中断, 致使系统瘫痪无法产生预警功能。

在一些特殊情况下需要对雨水情监测采集、传输设备进行远程检修和设备重新启动, 而现阶段使用的野外采集和传输设备一般没有这种功能, 这将对设备的维护造成很大的压力。

(三) 运行维护管理难度较大

管理是发挥山洪预警系统效益的重要决定因素, 没有完善的管理体系, 该系统将无法发挥出最大的社会效益。山洪灾害监测预警系统雨量站、水位站、广播站等设备, 一般安装在小流域的中上游, 站点都分散于山区, 均露天外置, 且大多数都设置在偏僻的野外, 没有专人看管, 造成设备被盗或人为及自燃性的破坏, 2010年8月临武县林森学校广播站的电瓶以及水位站太阳能电板就相继被盗。另外, 监测设施对精度、系统维护技术的要求都很高, 涉及知识面广, 而县级防办往往在技术力量、知识水平方面都存在一定欠缺, 且人少事多, 往往身兼数职难以全面兼顾, 疲于应付, 导致工作效率低下, 工作效果不理想。同时, 县级山洪灾害监测预警系统每年的运行费一般不高, 由于没有专门的维护经费, 也往往使维护管理工作陷于被动, 一些地方出现了建成后不运行的情况。

(四) 山洪灾害预警值的确定

山洪灾害预警值的确定关乎整个系统的使用效益。在现阶段没有一套行之有效的确定方法, 都是通过经验值来确定, 这对系统的运行是一个很大的隐患。预警值太大会出现山洪来了, 系统却不报警, 是整个系统成为摆设;预警值太小则出现草木皆兵, 只要有一点雨量就会报警, 出现“天天喊狼来了”, 造成广大群众防洪意识的疲劳, 真到“狼”来的时候反而没人理睬。因此, 研究一套行之有效的计算方法或参考值是目前最迫切的任务。

三、改进策略

(一) 软件、硬件方面的改进

软件方面建议使用有技术有资质的公司开发的优质软件。在监测采集设备中增加备用数据传输通道, 以应对恶劣天气条件下信号中断问题。建议雨量站生产商将雨量监测设备进行模块化设计, 根据不同地区的不同自然条件及要求, 进行模块组装, 这样既满足了不同客户的需求, 也能增加生产效率。

(二) 运行管理

科学的运行管理机制是保证监测预警系统发挥最大效用的必要保障, 应结合当地实际情况建立健全相关管理制度, 理清运行程序, 对运行管理实行层层落实责任制, 确保系统维护经费、人员和物资保障等各项工作都能够责任到人。其次, 坚持将“群防群策”建设放到山洪灾害防治的重要位置, 山区广大干部群众普遍存在防灾意识和防灾能力偏低现实, 相关部门应加大山洪灾害防御知识宣传, 特别是对于山洪发生后的转移、逃生措施应该重点宣传, 确保群众都能掌握运用, 让预警到位却没有群众转移这种悲剧不在发生;再次, 县、乡、村制定详实周密、切实可行的预案, 并加强演练, 让危险区群众了解预案, 才能在灾难来临时, 最大保障人民群众的生命财产安全。

(三) 山洪灾害预警值的确定

建议国家根据各省的情况, 指定专业院校及研究院, 进行不同下垫面模拟人工降雨土壤侵蚀实验, 根据下垫面侵蚀情况, 确定警戒与危险降雨强度及雨量大小。然后, 通过研究得出一套行之有效的计算方法或参考值。

摘要：本文对我国当前灾害的防治基本情况入手, 指出其中存在的一些问题, 并从软件、硬件的改进, 运行管理及山洪灾害预警值的确定等几个方面提出了一些改进的策略, 以期促进我国山洪灾害预警系统体系的完善。

关键词：山洪灾害,非工程措施,问题

参考文献

[1]黄先龙, 褚明华, 左吉昌, 杨玉喜.大力加强我国山洪灾害防治非工程措施建设中国防汛抗旱[J].2010.

气象灾害预警系统论文 篇9

芜湖市公安局交警支队以高速公路交通秩序集中整治活动为契机, 加强与当地安监、气象等部门沟通协调, 主动争取高速公路监控和气象预警系统建设专项资金, 已取得实质性成效。

目前已进入雾霾、团雾、冰雪等恶劣天气多发高发季节, 给高速公路防事故、保安全、保畅通工作带来严峻挑战。为有效预防因恶劣天气引发的道路交通事故, 芜湖交警主动向市安全生产监督管理局提出加强物防、技防体系建设的设想与建议, 并以市安委会《关于芜宣高速公路 (芜湖段) 应对恶劣天气交通事故安全防范措施的实施方案》为依据, 在政府安全生产专项资金中立项预算20万, 用于在G5011芜合高速3 km、G50沪渝高速314 km、320 km增设可供电源标清监控3处, 在G5011芜合高速5 km处增设可供电源高清监控1处, 提高了路面动态监控覆盖率。与此同时, 在市安委会的指导下, 加强与气象等部门沟通协调, 利用政府146万元交通气象监测预警项目资金, 在芜宣高速全线增设9个雾天能见度监测预报监测点、1个综合气象监测预报监测点, 并与当地气象预警平台共享, 切实加强对雾天等恶劣天气监测预警, 为当地交警有效应对处置恶劣天气条件下高速公路交通提供强有力的科技和信息保障。

气象灾害预警系统论文 篇10

气象预警作为人工影响天气作业中进行气象数据分析的核心环节，对于海量气象资料的获取、分析及影像呈现的可靠性、科学性及实时性要求极高。若失去以上特性，则完全失去预警的价值，带来的后果也是不可估量的[1]。为了体现人工影响天气的作业价值，建立对气象、地理信息以及卫星遥感等多种信息资料进行实时和高效综合分析处理的气象预警GIS平台是非常必要。现如今许多GIS领域应用地理信息功能的实现依赖于PCI、Arc GIS和Super Map等专业公司的商业软件，此类软件虽功能强大，但对系统要求及成本过高、功能复杂且与项目结合程度不高，甚至利用盗版进行二次开发，存在隐患。而开源GIS系统具有自主创新和合作创新的特点，成为国内推动地理空间信息产业发展的热点[2,3,4]。GDAL是开源栅格空间数据转换库，有着免费、强大的功能和易扩展性，甚至ESRI的Arc GIS和Google Earth等著名软件的很多算法与模块都来源于GDAL开源库[5]。近年来随着Post GIS等开源空间数据库的发展，利用空间数据库存储海量地理空间信息已成为主流，但气象资料数据庞大复杂，且预警具有实时性要求，数据库中的几何对象处理函数无法满足高效处理的需求。Geohash是一种地理坐标编码算法，用于将经纬度二维坐标编码成一维字符串形式，相邻的坐标经过编码后可具有相同的字符前缀，在解决地理空间区域搜索问题上有显著的优势，且具有唯一性，但Geohash的区域查找缺乏对实际距离的准确把握[6]。本文利用GDAL等开源类库实现气象资料的分析与影像呈现，并结合Geohash算法提出一种提高区域检索精度的解决方案，实现对气象预警中区域范围内的回波顶高、回波强度、垂直累积液态水、平均径向速度等气象要素检索分析。

1 Geohash概述

Geohash最初用于geohash.org服务，由Gustavo Niemeyer提出，是为了更方便地在网络服务中定位，而地理位置一般是用经纬度来表示，算法思想是无限二分逼近的方法把经纬度转化为唯一标识的短URL来标志地图上的地理位置。此后Geohash的算法编码在空间检索中得到广泛应用，在相邻地理位置的检索上更具有明显的性能优势[7]。

1.1 Geohash编码方式

Geohash算法的主要思想是以经纬度坐标(0,0)为原点，以经纬方向为y、x轴建立直角坐标系，并把地球经纬度范围当作此坐标系中的一个二维平面的矩形，对该矩形依次沿经、纬度方向进行二分，较小区间编码为0，较大区间编码为1,编码精度取决于应用需求[8]，直角坐标系如图1所示。

假定纬度值为x，把区间[-90,90]进行二分为[-90,0],[0,90]，称为左右区间，[-90,0]为较小区间，[0,90]为较大区间。假设x属于右区间[0,90]，递归上述过程，无论第几次迭代，x总是属于某个区间[a,b]。随着每次迭代区间[a,b]总在缩小，由极限可知[a,b]向x收敛，即任意给定一个ε，总存在一个N使得:δ=|x-a/2N|<ε，x为任意给定的纬度。上述分析过程保证了算法收敛性，序列的长度跟给定的收敛次数N相关。根据递归得到n位以0、1组合而成的二进制序列后，自低位向高位将每5位二进制数编为一组，并将该组转换为以数字0-9与除a、i、l、o外的英文小写字母表示的32位字符，即得到Geohash网格编码，编码规则如图2所示。

1.2 Geohash相邻坐标检索

由Geohash网格编码的划分规则所生成的一维地理坐标码均具有地理空间区域的全球唯一性。在同一空间区域内，由于子级区域是由父级区域递归划分而得，故不同子级之间的网格编码具有相同的父级区域前缀。如vb1g0x1与vb1g0x2处于同一父级空间vb1g0x中，故可通过对比编码前缀的相似率判断此两点之间距离，实现范围内对点的检索。从Geohash编码规则中不难看出存在这样的情况:位于相邻父级区域边界处的两点虽然实际距离很近，但由于其处于不同的父级前缀编码中，故检索时可能导致遗漏。此问题可以通过同时检索某一待检索区域周围8个编码区域的方式解决。例如:假设带查询区域编码为’vb1g0’，仅需同时查询’vb1ep’，’vb1g1’，’vb1er’，’vb1g2’，’vb1g3’，’vb1g4’，’vb1dz’，’vb1fb’，’vb1fc’，’vb1g0’8块区域即可获得全部结果[9]。

2 开源GIS库

通过对GDAL、Sharp Map、Geo API、Net Topology Suite的合理运用，本文成功实现了利用开源GIS类库对多普勒雷达生成的PUP文件进行DEM数字高程模型转换，并将各个气象要素叠加于栅格文件中，处理成多波段tif格式的影像文件，同时支持精确的经纬度距离计算与参数对比，且提供雷达影像的实时显示。

2.1 SharpMap图形显示

Sharp Map是开源的地图渲染工具，支持渲染包括数据库和地图数据文件在内的各种格式的GIS数据，并支持缩放和移动等基本地图功能。Sharp Map主要由负责图形生成与渲染的Sharp Map.dll核心代码库与支持界面展示操作的Sharp Map.UI.dll库组成[10]。系统利用该库实现对地图和作业点等矢量文件与雷达栅格影像的叠加展示，并为气象预警与进一步的可视化操作提供平台。

1)影像展示

在Sharp Map中Map类为地图渲染的核心类，无论何种数据格式都以图层的方式加载并使用Map.Layers.add()方法叠加于Map类中，将该Map对象赋予Sharp Map.UI.dll库中的MapImage窗口类即可实现矢量与栅格图层的叠加显示。系统初始化时界面加载的地图矢量文件对应于Sharp Map库中的Sharp Map.Layers.Vector Layer类，用于气象预警的雷达栅格文件对应于Sharp Map.Layers.GdalRaster Layer类，诸如城市和作业点名称等的地图标签信息对应于Sharp Map.Layers.Label Layer类。Sharp Map中的所有Layer类都来自于ILayer接口，因此以上类型的Layer均包含Layer Name、Data Sourec和Style等参数，根据图层种类的不同Data Source分别支持矢量文件、栅格文件、地理要素和数据库等格式的数据源，并包含数据源中的地理信息。ILayer接口还提供了图层的样式设置类Style，在地图渲染前可根据系统实际需求，对其中的线样式、点样式、填充样式、色彩以及图标等进行设置。Sharp Map中图层结构如图3所示。

2)矢量分析

对于矢量图形文件，如图4江苏省省辖市的．shp地图文件，图中划分的各个市被称为该矢量文件的特征，任意城市区域特征中除了城市名称还包含特征编号、区域面积、周长、人口数量以及城市GDP增量等信息。在Sharp Map中可以通过SharpMap.Layers.Vector Layer.Data Source.Get Feature(i)获得矢量图形中任意特征对象的上述信息并以Item Array[]数组的形式保存于Sharp Map.Data.Feature DataRow类中，供数据分析。

在Sharp Map中，通过Geometries名称空间来处理几何图形，其中包括点、线和面等各种几何类及其接口类，是Sharp Map的基础之一。所有几何对象都继承自Geometry抽象类，其中定义了大小、ID和外接矩阵等几何对象应具备的公共操作。例如，使用Sharp Map.Geometries.Point类来操作图4中各个作业点所在的经纬度地理坐标，通过对鼠标点击坐标的地理转换，判断是否显示选中作业点的相关信息。

2.2 地理坐标的距离计算

气象预警的数据分析往往要求在以指定的作业点为圆心，对适当半径范围区域内的气象参数采用预警算法计算。而Sharp Map的功能仅包括矢量数据的渲染，并未包含对矢量类型，尤其是地理坐标间的距离计算，因此引入Net Topology Suite与Geo API.NET开源库实现功能。Net Topology Suite简称NTS，是著名的JTS Topology Suite的C#/．net版本，是快速和稳定的GIS分析以及操作类库。Geo API.NET是基于OGC/ISO标准的地理空间计算通用框架，且二者均符合Open GIS规范，故能够实现多个开源GIS库的结合使用[11]。

当计算地图展示界面上的点与临近雷达作业站点距离时，首先需利用Sharp Map.Map.Image To World(Image Pos)方法进行仿射变换，将显示窗口的屏幕坐标转换成与地图对应的经纬度坐标，并返回为Sharp Map.Geometries.Point类型。由于SharpMap中并不包含地理坐标间的距离计算，故需要通过Net Topology Suite.IO.WKTReader.Read(World Pos.To String())方法将Sharp Map.Geometries.Point类型的对象转换为能够被Geo API.NET库识别并操作的数据类型。将两点均转换为Geo API.Geometries.IGeometry接口类型的点对象后即可调用任意对象的Distance(point)方法并将另一点作为参数带入求得double类型的坐标距离，计算流程如图5所示。

2.3 栅格数据处理

气象预警需要实时分析雷达扫描的资料，生成栅格数据文件并导入Post GIS数据库中供界面展示及预警分析使用。由于目前Sharp Map缺乏栅格数据的空间处理功能，因此引入开源栅格空间数据转换库GDAL(Geospatial Data Abstraetion Library)。GDAL是基于X/MIT许可协议的开源栅格空间数据转换库。它通过抽象数据模型解析栅格数据格式。抽象数据模型包括数据集、坐标系统、仿射地理坐标转换、图像结构域、XML域、栅格波段和颜色表等，数据集(Data Set)是抽象数据模型的最高层，GDAL将每个栅格文件都抽象成栅格数据集来操作[12]。其坐标系采用标准的Open GIS WKT描述，包含地理坐标系统、全局坐标系统、大地参照系、参考椭球体信息、投影参数和投影类型等。

雷达扫描生成的栅格数据均以二进制的方式保存于文件中，预警系统将其中同一时刻内回波顶高、回波强度、垂直累积液态水、平均径向速度、反射率因子和基本谱宽等气象要素读出并绘制于tif文件中，同时设置仿射变换参数与地理坐标系，生成可供Sharp Map叠加展示的28波段栅格文件。

1)影像空间信息

GDAL通过数据集(Data Set)生成栅格文件，在获取数据集之前首先需调用GDALAllRegister()函数进行文件格式驱动注册，GDALAllRegister()针对GDAL支持的所有数据格式的驱动。而后通过Gdal.Get Driver By Name("GTiff")方法获得tif文件驱动，返回OSGeo.GDAL.Driver类。利用该驱动类的Create()方法创建OSGeo.GDAL.Data Set数据集并生成栅格文件[13,14,15,16]。数据集有两种方式去描述栅格影像的位置(用点/线坐标系)以及地理参考坐标系之间的关系:第一种，也是最常用的一种是用仿射变换，另一种是GCPS(地面控制点)[17]，本文采用第一种方式。从雷达生成的扫描文件中可获取栅格数据的相关地理信息，进行仿射变换设置图像空间信息。仿射变换由6个参数构成，用于将屏幕像素坐标影射为地理坐标，各参数具体含义见表1所示。

GDAL采用式(1)的方法将坐标点映射到地理坐标:

式中Xgeo、Ygeo为地理坐标;Xpixel为栅格影像上X像素坐标;Yline为栅格影像上列位置;GT(0)-GT(5)为放射变换系数(在同幅影像中为常量)。

由于雷达影像所采集的空间信息中，不包含Geo Transform[3]中的左上角纬度坐标，取而代之的是图像右下角纬度坐标，故须使用式(2)对坐标进行转换:

式中YLT为图像左上角纬度坐标，即Geo Transform[3];YRB为图像右下角纬度坐标;Rpixel为图像像素高。将上述参数传入DataSet.Set Geo Transform(GT)方法即实现仿射变换参数配置。除了仿射变换以外，若想将栅格影像准确地叠加于．shp矢量地图中，还需使用GDAL的项目分支OGR设置影像的投影坐标系。OGR提供对矢量数据格式的读写支持，通过OSGeo.OGR.SpatialReference类加载作为系统底图的矢量文件，利用ExportTo Wkt()方法将其投影坐标系信息以WKT标准的字符串形式输出，并配置于栅格数据集中Data Set.Set Projection(wkt)，至此完成栅格影像文件的空间信息配准。

2)栅格数据处理

气象雷达与卫星遥感在一次常规探测中可进行多个气象要素的采集，如MODIS包含36个波段，且每个波段的空间分辨率不完全相同[12]。为了便于查看同一时刻各气象要素的波段信息，系统将对数据进行波段组合，处理为多波段栅格文件。

从二进制文件中可获取到各个栅格影像的像素尺寸，根据栅格影像的像素大小创建用于存放该影像波段值的缓存区Band Buffer[Xsize×Ysize]，将文件中的波段数据转存于缓存中。通过GDAL的数据集(Data Set)中的GetRaster Band(i)方法获取栅格的第i个波段的OSGeo.GDAL.Band类[18]，完成对波段最大值、最小值、空值的设定后即可通过Data Set.WriteRaster()存入缓存中的波段数据。依次读取并保存同时刻内回波顶高、回波强度、垂直累积液态水、平均径向速度、反射率因子和基本谱宽等气象要素的波段值后即完成栅格文件的生成。

3 基于Geohash的空间区域精确查询

Geohash已经被广泛运用于LBS(Location Based Service)的临近点查询中，事实上Geohash对于空间数据的区域查询问题上也具有很大优势，但目前对于空间数据的区域查询研究较少，且其算法本身无法控制查询的精确范围，无法解决对于精度要求较高的问题[6]。本文通过计算Geohash划分区域间的经纬度距离，获取查询圆区域的最小外切正方形所需的Geohash编码，结合开源GIS中对地理坐标的距离计算，实现基于Geohash的精确区域查询。为Geohash海量气象数据的空间区域精确查询提出一种解决方案，并实现气象预警系统原型。

3.1 空间数据编码

利用GDAL将气象雷达获取的气象数据绘制成tif栅格文件后，为了给后续的数据查询提供高效便捷的途径，需将其依次导入Post GIS空间数据库中。每个栅格文件在数据库中对应于一张表，其中包含栅格Geohash编码，栅格经、纬度坐标，栅格数据值，影像分辨率、仿射变换及投影坐标系等参数，根据Geohash编码的唯一性，将其设为表单主键。为确保Geohash编码描述栅格数据地理位置的精确性与唯一性，在栅格文件入库前，须根据栅格数据中仿射变换参数Geo Transform[1]与Geo Transform[5]所描述的影像像素长宽精度，通过式(3)计算栅格图像所需的Geohash编码长度:

式中P为经、纬度方向坐标的最大差值，例如计算经度方向上所需Geohash编码长度时Px值为[-180,180]区间，即360;S为图像在经/纬度方向上单位栅格数据的像素大小，即仿射变换参数中的GT[1]/GT[5]。由于气象雷达生成的栅格数据为像素长宽相等的矩形区域，故在同等精度下根据式(3)所获得的经度编码长度较纬度要多一位，Geohash编码长度为经纬度计算结果的总和，例如:反射率因子生成的栅格影像中，单位像素大小为0.01，即Geohash编码的精度要求必须能够识别两个相邻的像素大小为0.01的栅格数据块，应用式(3)获得的Geohash编码长度为

在根据计算结果生成Geohash编码之前，还须根据仿射变换参数计算出每个栅格块的地理坐标。由GT[0]与GT[3]获知栅格影像的左上角经纬度坐标(x,y)，分别取GT[1]与GT[5]的经纬度像素大小的二分之一加于其中即获得栅格影像中首个栅格数据块的中心坐标值(x+GT[1]/2,y+GT[5]/2)，而后根据经纬方向上的像素大小依次计算其余栅格块的坐标。通过自行封装的编码解码类Geohash中的Encode(x,y,n)方法，代入各栅格块的中心坐标与根据式(2)求得的编码长度计算29位Geohash编码，最终完成空间数据的编码与入库。

3.2 Geohash查询区域编码

气象预警系统在做区域范围内的预警分析时，通常通过鼠标选择地图展示界面中任意点作为圆心，查询指定半径区域内所有栅格块的气象要素值作为分析数据来代入预警算法。通过Geohash编码进行查询区域处理时需要解决的关键问题是如何将查询空间范围转换为合适的Geohash编码区域，因为若Geohash查询编码所对应的区域范围过大，则会导致查询区域所包含的栅格数据块过多而在精确比对时增加系统的操作，造成资源浪费，同时亦增大了数据库的检索压力，降低了整体执行效率。若Geohash查询编码所对应的区域范围过小，则会导致查询区域遗漏指定范围内的部分栅格数据，影响查准率与预警分析的准确性。本文通过计算查询圆范围的最小外包矩形MBR(Minimum Bounding Rectangle)本文的查询区域与栅格数据特点使得该矩形等边的方式，尽可能地缩小实际查询区域并保证查询的完整性。表2为地理坐标与距离转换表。

由于人工影响天气气象预警系统中所使用到的栅格数据块的最小空间精度为0.01度，根据表2换算得经度长为1 km，纬度长1.113 km，在实际地理空间中为面积1.113的矩形区域。由此可以看出，数据查询的范围必须大于等于1.113。由于Geohash的编码特点，以及栅格数据的特定尺寸，在栅格图像中该区域为正方形，故在根据查询半径的实际长度计算Geohash编码时，须将查询的实际距离转换为编码区域较小的经度像素大小，以保证数据的完整性。如图6所示，将查询半径所对应的最小外包矩形划分为大小相等的9块，Geohash通过查询中心矩形区域以及周围8块大小相等的矩形来实现对最小外包矩形的查询操作，关键问题转变为如何求出中心矩形区域范围所对应的Geohash编码。查询半径≤正方形边长1.5，以等于计算可获得中心正方形区域的理想边长(单位为km)。由于查询半径以km为单位，根据表2得每公里经度差为0.01(°E)，由边长×0.01即可换算为正方形实际经度间隔值。再将该数值作为Sx与Sy代入式(3)中即可求出中心正方形区域所对应的Geohash编码长度，如有小数则结果进位，以弥补理想查询区域与实际的面积误差，保证正方形区域的外包。根据圆心的经纬度坐标，利用Geohash.Encode(x,y,n)方法即可算出中心矩形区域对应的Geohash编码，从而获得整个外包矩形区域的Geohash编码并检索出其中所有栅格数据。

3.3 精确距离查询

Geohash的编码特性决定了其无法实现圆形范围的精确查询，故在获得最小外包矩形中的所有栅格数据信息后，仍需利用对地理坐标的距离计算方式来筛选出精确的圆形区域栅格数据。其中鼠标点击的任意圆心通过Sharp Map获取为Point类型，而从数据库中获取的栅格块地理坐标利用Net Topology Suite.Geometries.Point(x,y)构造函数生成Point类，二者根据2.2节中的阐述转换为Geo API.Geometries.IGeometry接口类型后即可调用Distance方法计算精确距离，最终实现基于Geohash的空间区域精确查询。

4 系统实验分析

人工影响天气预警系统开发环境为Windows7操作系统支持下的Visual Studio 2010，开发语言为C#。系统利用Sharp Map、GDAL、NTS以及Geo API开源GIS库主要实现了矢量与栅格图像的叠加与空间分析功能。同时提出基于Geohash的空间区域精确查询，有效提高了利用开源GIS开发项目时对栅格数据的分析效率。在Post GIS关系型空间数据库中对基于Geohash的空间区域精确查询与直接利用经纬度距离换算的查询方式进行实验对比。实验内容:随机选取100个经GDAL栅格处理的江苏省内平均径向速度Tif雷达影像文件，像素大小为459 459，利用上述两种方式分别对查询半径为5公里、10公里、50公里、100公里的圆区域大小做栅格数据检索。两种方式均需执行:1)检索数据库;2)调用类型转换及距离计算函数。直接利用经纬度距离换算的查询方式无论查询半径多小都必须从数据库检索经、纬度两个字段，并对所有栅格块进行距离计算。而基于Geohash的空间区域精确查询仅对Geohash编码进行数据库字段检索，已对检索结果做了极大的筛选。实验环境:Dell Opti Plex390台式电脑;CPU:Intel Corei5-2400 3.10 GHz四核;内存:4.00 GB;操作系统:32位Windows 7;开发环境:Visual Studio 2010。

实验结果:利用经纬度距离换算的查询方式处理单个栅格文件平均耗时2.7 s左右;而采用基于Geohash的空间区域精确查询随着查询半径的增大，时耗将逐渐增加，半径5公里时耗时约0.1 s，半径100公里时耗时约0.8 s。可见查询区域的越大，相比之下基于Geohash的空间区域精确查询的效率越高，人工影响天气预警系统程序的栅格数据分析功能界面如图7所示。

5 结语

在处理海量地理区域的查询问题时，Geohash编码的一维递归特性使其具有很大的优势。基于Geohash算法的人工影响天气气象预警系统将Geohash算法成功地运用到了气象预警中的栅格数据处理中，解决了开源GIS下缺乏有效的栅格数据分析途径的问题。同时通过结合Sharp Map、GDAL、NTS以及GeoAPI开源GIS库，实现了开源GIS下的矢量、栅格影像叠加，栅格影像生成等功能。利用上述技术，系统完全脱离了商业GIS软件平台运行环境的限制，在栅格影像的叠加展示与空间数据区域查询方面均表现出良好的稳定性和高效性，完全满足了实际业务需求。但Geohash的编码方式导致其不能很好地处理包含极值点的查询区域，虽不影响本系统对于省范围内的气象空间数据分析，但此状况有待进一步研究与解决。

摘要：通过对GDAL、Sharp Map、Net Topology Suite等开源GIS类库以及Geohash算法理论的研究,针对Geohash算法无法实现空间区域精确查询的问题,提出一种提高Geohash算法区域检索精度的解决方案,并据此实现人工影响天气气象预警系统。系统采用Geohash算法进行区域检索,结合以上开源类库对Geohash编码进行精确的地理距离计算及对查询区域最小外包矩形的划分等方法,有效地提高该算法的检索精度。通过实验对比,在空间数据越大,查询区域越小的情况下,相对于经纬度查询,越能体现基于Geohash编码的空间区域精确查询效率高的优势。该方案有效地提升了气象预警中区域栅格数据的检索分析效率,为海量气象资料的处理提供了一定的应用参考价值。

气象灾害预警系统论文 篇11

关键词：生态林业;森林;服务

中图分类号：  F592.7                            文献标识码：  A                        DOI编号：   10.14025/j.cnki.jlny.2016.24.079

1气象对生态林业服务的重要性

近年来，由于气候变暖等因素影响，极端天气气候事件和气象灾害频发，生态林业面临日益复杂的气象环境因素影响，因此，积极开展林业与气象合作，充分发挥部门优势，做好森林火灾和林业有害生物灾害气象预测预警工作，对于防控森林火灾和林业有害生物灾害，促进人与自然的和谐发展，具有十分重要的意义。

2 生态林业气象服务现状

2.1部门合作情况

2005年，二道气象站迁至池北区后，与保护中心开展了部门间的合作，至2012年，长白山气象局成立后，气象局与保护中心的合作进一步加深，在森林防火工作和林业有害生物灾害防治工作方面都取得了较好成绩。气象局与防火办每年联合会商200次，联合发布森林火险气象等级预报180次，发布各类气象信息100余期。每年春秋两季，保护中心根据气象局提供的气候预测产品召开调度会议，安排防火及森林保护工作。目前，长白山保护开发区已经60多年无重大大森林火险发生，自开展合作以来，取得了明显的成效，实践证明加强气象监测预警与提高森林防火和林业有害生物防治成效息息相关。

2.2社会公众信息服务

拓宽发布渠道，扩大预警信息覆盖面，充分利用电视、网络、手机等信息发布渠道，及时发布森林火险预警信息，协同保护中心开展森林防火宣传，提高相关部门和社会公众的森林火灾防范意识。根据林业有害生物发生发展态势，每年制作松毛虫防控专报10余期，及时向社会公众发布，提高预警信息的时效性。2012年，和龙林业局、白河林业局、松江河林业局、临江林业局和白山市的长白、抚松县境内，落叶松毛虫发生面积42.16万亩，其中1/3为重度发生，气象局及时提供气象服务，提供飞机喷药最佳喷洒时间等，落叶松毛虫防治成效显著。

2.3科学研究和技术开发

充分利用双方优势，加强科研合作，拓宽林业与气象合作研究领域，针对气候变化新形势下面临的新问题，联合开展对森林火险预警、森林火灾监测、气候变化与林业有害生物发生规律、气候变化对林业有害生物分布、危害及种群动态的影响、异常气候条件与林业有害生物发生的关系等作为研究的重点，不断提高森林火险预警、火灾监测的能力和水平。目前在研课题有火险指数在长白山保护区适用性研究和长白山保护区红松球果螟病虫害气象指标研究两项，不断探索创新林业灾害预警和气象服务的新途径、新方法，有效提高林业抵御自然灾害风险的能力。

2.4建立健全合作机制

建立定期沟通机制，不定期召开联席工作会议，总结工作经验，研究合作事项;对防火关键期和重点区域加强监测预警，联合开展人工增雨作业，遇有突发灾害时召开工作协调会议;建立信息资源共享机制，气象部门提供天气预报、气象灾害预警、气候监测预测、气象站观测数据等信息，林业部门提供林业生产动态、林业气象灾情及防御减灾技术、林业有害生物灾害等信息。联合建设人影地面标准化作业站，部门合作开展增雨作业有效降低了额森林火险等级，取得了明显的经济效益。

2014年，进入秋季防火期以来，长白山保护开发区气温略低，降水偏少，对森林防火非常不利。9月1日～10月15日全区平均气温为10.9℃，与历年同期11.2℃相比略低0.3℃，降水量为51.7毫米，比历年同期84.3毫米少38%，森林可燃物含水率仅为20%，枯枝落叶层厚度4厘米，森林防火形势严峻。尤其是风灾区，草木已枯萎，枯草高度1米以上，含水率极低，遇有明火或雷击极易引发森林火灾。10月25日11时，长白山保护开发区白河站附近发现火情，12时火势已基本控制，针对火场可能存在的暗火及紧张的防火形势，按照管委会扩大增雨作业区域的要求，10月25日13时，气象局组织专业技术人员研究人工增雨作业的可行性方案，并成立了指挥调度组、气象情报组、现场工作组三个小组，做好实施人工增雨作业的各项准备工作。10月26日增雨作业的作业区降水量平均9.5毫米，风灾区均出现6毫米以上降雪，达到大到暴雪量级，最大积雪深度4厘米，周边非作业区降水量为0.4毫米，净增降水量9.1毫米，作业直接影响面积3000平方公里左右，有效增雨2730万立方米。据防火办资料，增雨作业后森林火险气象等级明显降低，26日火险等级降为1级，起火区大面积已经不存在暗火，留守人员由20余人减少至9人。根据保护中心资料，当长白山保护开发区森林火险气象等级全区3级时，维东站防火观测点除预备队外，全员进山巡视，每天24小时在岗，工作量及其庞大，据保护局统计资料，10月1日至10日，当火险预报3级或者4级时，保护区每天平均24.5个组进山进行巡视，平均139人次;当火险预报2级时，每天16个组进山进行巡视，平均86.4人次;当火险预报1级时，每天9个组巡视，平均28人次，只在公路上进行生态保护巡视。本次增雨作业后，火险等级预报直接降为1级，改为每天9个巡视组，28人在公路巡视即可，直接减少巡视人员110左右人（本统计人员不包括森林警察部队巡视人员）。2012年至今，长白山气象局与保护中心联合开展增雨作业6次（如图1），联合开展防火应急演练3次，联合实地调查3次。

图1 联合开展增雨作业

3 生态林业气象服务内容

充分利用气象科技资源促进生态林业的发展，积极推进 长白山保护开发区的生态文明建设，根据生态林业发展对气象防灾减灾的需求，不断更新服务内容。目前主要服务内容有：森林火险气象等级预报和预警服务;人工增雨作业技术为防、扑灭森林火灾提供有力援助;为林业部门调整林业生态结构和布局、推广引进和培育优良新品种、科研试验等提供专题气象服务。

4 未来发展方向

扩大服务的覆盖面和提高技术含量，尤其是2016年开始森林机构深入开展长白山生态修复保护区气象服务，对长白山生态保护和修复有着重要的意义，同时可以带来十分显著的经济效益。

5 结语

长白山生长着茂密的天然次生林、人工林河原始森林，森林覆盖率较高，森林生态系统完整，生物种类十分丰富，降水丰沛，水资源和矿产资源丰富，是吉林省乃至东北亚生态环境的重要屏障，长白山气象局继续深入开展生态林业气象服务意义非常重大。

参考文献

[1]包红霞，魏新功.浅析舟曲县气象要素变化与森林火灾的关系[J].甘肃科技，2012，（19）.

[2]唐云起，陈丽.发展我省林业气象信息服务网络化路径分析[J].黑龙江科技信息，2011，（17）.

[3]周海龙，王金平，谢永德.DYYZⅡ B型林业自动气象站极大风向风速记录异常现象分析[J].林业勘查设计，2009，（03）.

[4]王天福，杨振华，杨忠民.浅析迭部地区气象要素变化与森林火灾的关系[J].甘肃科技，2008，（24）.

[5]宋宏，冯瑞炤.我省新型气象服务体系的思考与探讨[J]. 山西气象，1999，（01）.

气象灾害预警系统论文 篇12

关键词：GPRS,信息发布,预警设备

近年来, 随着我国极端天气事件增多, 突发性、局地性气象灾害呈现多发、频发、重发态势, 气象灾害监测预警及信息发布工作面临着严峻挑战, 传统、单一、低效率的信息发布方式已难以满足日益提高的气象服务需求[1]。《“十一五”期间国家突发公共事件应急体系建设规划》提出由中国气象局牵头, 会同有关部门建设国家突发公共事件预警信息发布系统, 主要依托中国气象局现有信息化基础设施和信息发布渠道, 通过进一步完善和扩建其功能, 形成覆盖全国的突发公共事件预警信息统一发布系统, 在国务院应急办的领导下, 承担国家突发公共事件预警信息发布系统建设、运行与维护, 并为各部门提供预警信息发布服务[2]。

GPRS即通用分组无线服务技术 (General Packet Radio Service) 的简称, 是一种基于GSM系统的无线分组交换技术, 提供端到端的、广域的无线IP连接[3]。通俗地讲, GPRS是一项高速数据处理的技术, 方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。为了保证信息传输的可靠性和稳定性, 本系统采用的是TCP/IP网络通讯协议。

1 系统架构

总体上来说本系统由两大模块构成:信息管理模块和信息通讯模块。为了节约资源并且方便数据统一管理, 信息管理模块采用B/S架构, 只需要在省级的总服务器上部署一个web网站, 各个县市的气象管理员就可以登录网站参与信息的管理和发布;信息通讯模块采用C/S架构, 以系统服务的形式部署在服务器上和各个预警设备进行数据通讯。为了保证系统的可维护性和可扩展性, 两大模块均采用了经典的三层架构的开发方式:应用层、业务层和数据层。

1.1 应用层

信息管理模块的应用层直接面向信息管理员, 管理员被赋予不同的角色 (权限) , 在各自允许的权限下进行各项管理和操作, 操作指令提交给业务层。信息通讯模块面向的是不同的预警设备, 预警设备将信息提交给业务层。

1.2 业务层

业务层又叫业务逻辑层, 其主要任务就是处理应用层提交的数据, 并且将处理后的数据交付给数据层, 或者是将提取到的数据层的数据处理后交付给应用层。

1.3 数据层

数据层负责存储数据, 只涉及对数据的增、删、查、改的操作, 不涉及任何业务逻辑的判断, 这样才能保证系统的松散耦合性, 便于系统的维护和扩展。

2 系统硬件设计

基于GPRS的气象预警信息管理发布系统的硬件系统包括预警信息语音发布一体机、图文LED电子屏、系统服务器等。

2.1 预警信息语音发布一体机

预警信息语音发布一体机能够接收文字信息并通过语音的形式播放.主要功能特点包括:短信、GPRS、电话信息接收。内置扬声器, 同时也可外接扬声设备, 扩大收听范围。主动播放, 设备管理人员人工启动;自动播放, 接收有效信息命令自动启动广播。接收有一定权限的电话呼叫或有效安防报警器信息命令时启动广播, 广播完毕自动关闭。向管理平台发送本机状态信息报告 (正常接收、关机) 。接收并识别信息内容, 区别合法、非法信息内容。具有移动座机 (电话) 的基本功能并有来电显示。紧急信息播放可以自动中断通话。与本区域内接收机实现快速拨号通话功能。在本区域内有广播会议功能。

2.2 图文LED电子屏

图文LED电子屏内置无线信息接收卡, 能够对接收到的图片和文字信息进行处理和显示。主要功能特点包括:时段控制, 系统为用户设置了最多为10个专业信息的发布时段;支持多网络, 系统支持中国移动、中国联通及中国电信的无线移动网络;多种信息接收方式, 系统支持短信发布平台、手机等编辑发布的信息;支持大容量信息接收, 一条信息最长可达350个汉字;信息个性化设置, 系统支持文字颜色、显示速度、停留时间和40种的显示特效;预警信息优先发布, 当接收到预警信息时, 大屏就会立即切换显示预警信息。

2.3 系统服务器

系统服务器包括web服务器和数据服务器, 在web服务器部署web站点和通讯模块, 当然这两者也可以不在一个服务器上, 并保证该服务器接入外部网络。数据服务器上搭建基于Microsoft SQL Server 2008 R2的数据服务用户存储数据。数据服务器不接入外网, 但是要和web服务器处于一个内网以便于二者能进行数据交互。管理员通过访问web服务器上的站点对预警设备进行信息的管理和发送, 预警设备通过指定的IP和端口号和web服务器进行数据传输。

3 软件系统设计

3.1 数据库模块设计

数据库管理系统是一种通过数据结构来操作和管理数据库的计算机软件, 用于建立、使用和维护数据库, 具有数据安全性、完整性、并发性控制以及故障发现和恢复等功能, 能够为数据库访问提供高效、灵活的方法方式[4]。在基于GPRS的气象预警信息管理发布系统中数据库的地位十分重要, 它是联系信息管理模块和信息通讯模块的中间纽带。管理员通过浏览器将要发送的信息存入数据库, 通讯模块不断扫描数据库, 发现有待发送的信息就立即发送, 发送后的反馈信息再存入数据库, 之后用户从数据库提取反馈信息。所以数据库在本系统中起着不可替代的作用。由于本系统的用户分为省、市、县三个级别, 所有数据的设计就分为两个部分, 权限管理部分和信息管理部分。

权限管理就是要求具有不同权限的用户登录系统后看到的内容以及所能进行的操作不相同, 其表结构和关系如下图所示。

图1一共有五张表, 分别是用户信息表 (User Info) 、角色表 (Role) 、部门表 (Department) 、用户行为信息表 (R_User_Action Info) 和行为信息表 (Action Info) 。

数据库设计中表与表之间的关系有三种:一对一、一对多、多对多。一个用户可有多个角色, 一个角色也可以分给多个用户, 那么这两个表之间的关系就是多对多。用户登录成功后可以从三个方向获取操作行为。第一, 获得用户的部门信息, 再由部门信息获得该部门的角色, 从角色表中获得对应的行为;第二, 根据用户获得角色, 由角色获取对应操作行为;第三, 根据用户查找用户行为信息表 (这个一般是作为特殊权限处理) , 从用户行为信息表中获取行为信息。最后将从上述三种途径获得的行为信息进行合并就是该用户所有的权限。

信息管理就是存储用户发送的信息以及预警设备和服务器之间通讯传输的信息。信息管理部分有五张表:设备安装信息表 (Equip_Installed) 、设备厂家表 (Equi_Factory) 、设备信息发布状态表 (Equip_Msg Sent) 、设备发布信息表 (Msg_Sent) 和设备状态表 (Equip_Online) 。设备安装表用于保存设备安装位置的详细信息, 设备厂家表保存设备对应生产厂商的信息, 设备信息发布状态表存储每个设备接收信息的状态, 设备发布信息表存储设备接收到的信息的具体内容和时间, 设备状态表存储设备每个时间段 (以小时为单位) 在线状态以及每天总的在线时长。

3.2 管理模块设计 (web)

基于B/S架构设计信息管理以及发送模块, 用户无需安装客户端, 可通过浏览器访问部署到服务器上的web站点, 全省只设一个服务站点, 实现了数据的统一管理。信息管理功能结构如图2所示。

3.3 通讯模块设计

搭建一个统一的通讯服务器, 将通讯模块部署到这个服务器上, 所有的预警设备被接入到这个服务器指定的IP和端口号, 这样就实现了对所有的设备的统一监管。服务器启动后建立一个监听队列, 该队列中保存了远程预警设备的信息。预警设备和服务器通讯按以下步骤实现数据的交互:

(1) 服务器启动监听并建立监听队列。

(2) 预警设备向服务器 (指定的IP和端口) 发送心跳连接包。

(3) 服务器收到心跳包后检查数据是否合法, 如果合法则将该远程端点信息加入到监听队列同时向预警设备发送反馈信息, 预警设备收到服务器的反馈信息后就确认连接建立。如果预警设备发出心跳连接包后在规定的时间内没人收到回复信息就重新发送心跳连接包。

(4) 服务器在规定的间隔时间内检查监听队列以确定预警设备是否在线。

(5) 每隔一段时间就扫描待发信息表, 如果发现有待发的信息, 检查监听队列, 如果该信息对应的预警设备在线就立即发送。当预警设备收到信息后就回复服务器, 服务器收到回复信息后就更新待发信息表。如果信息没有发送成功或者预警设备离线, 那么就在规定间隔时间重复发送, 直到发送成功或者信息过时。

3.4 数据库访问技术

无论是web网站对信息的管理还是服务器和预警设备之间的通讯都要对数据库进行操作, 本系统采用基于ADO.NET的数据库访问技术, 实现信息管理模块以及通讯模块和数据库的交互。ADO.NET是一组用于和数据源进行交互的面向对象类库。通常情况下, 数据源是数据库, 但它同样也可以是文本文件、Excel表格或者XML文件[5]。ADO.NET提供与数据源进行交互的相关的公共方法, 但是对于不同的数据源采用一组不同的类库。这些类库称为Data Providers, 并且通常是以与之交互的协议和数据源的类型来命名的[6]。无论使用什么样的Data Providers开发人员将使用相似的对象与数据源进行交互。ADO.NET主要包含以下五大操作对象:

(1) Connection对象用于连接数据库, 指明数据库服务器、数据库名字、用户名、密码和连接数据库所需要的其它参数, 将应用程序和数据库进行连接。

(2) Command对象用于操作数据库。Connection对象与数据库成功建立连接后, Command对象来执行增、删、查、改等命令。

(3) Data Reader对象用于快速从数据库提取数据, 并且只能按照一定的顺序从数据流中取出数据, 具有速度上的优越性, 但是如果要操作数据最好用Data Set。

(4) Data Set对象是数据在内存中的表示形式。它包括多个Data Table对象, 而Data Table包含列和行, 就像一个普通的数据库中的表。Data Set帮助管理内存中的数据并支持对数据的断开操作。

(5) 某些时候开发人员使用的数据主要是只读的, 并且开发人员很少需要将其改变至底层的数据源。同样一些情况要求在内存中缓存数据, 以此来减少并不改变的数据被数据库调用的次数。Data Adapter通过断开模型来帮助开发人员方便地完成对以上情况的处理。

ADO.NET的操作对象及应用程序之间的关系如图3所示。

4 系统应用

本系统已在河南、河北、山西、湖北、江苏等省的有关气象部门安装使用。在每个省的省气象局部署一套系统, 该省所属的各个市县气象局登录相关站点对其所管辖的预警设备进行信息管理, 不但为各省节约了大量资源, 同时也有利于数据的统一管理。

5 结论

基于GPRS的气象预警信息管理发布系统建立了统一地理空间信息下省、市、县分级信息管理与发布机制。系统不仅能用于气象信息的发布, 还能发布其它突发应急信息、安防信息、科技信息、农业信息及有关政务公共信息等等, 可以在短时间内将公共信息大范围地快速传播, 提高灾害信息发布的效率, 扩大预警范围, 提升减灾防灾的能力, 减少自然灾害带来的人员和经济损失。

参考文献

[1]王赟, 段燕楠, 姚愚, 等.气象预警信息综合发布平台的设计与实现[J].成都信息工程学院学报, 2011, 26 (6) :656-662.

[2]裴顺强, 孙健, 缪旭明, 李欣, 等.国家突发事件预警信息发布系统设计[J].中国应急管理, 2012 (8) :32-35.

[3]http://wenku.baidu.com/view/04bf90cfa1c7aa00b52acbc4.html.

[4]王珊, 萨师煊.数据库系统概论[M].北京:高等教育出版社, 2003:151-199.

[5]王其富, 庄春生, 王建业, 等.基于物联网的家具电能管理系统[J].河南科学, 2013, 31 (9) :1413-1416.