防汛辅助系统（共3篇）
防汛辅助系统 篇1
0引言
目前,国家、流域、省市级水利信息化程度较高,防汛辅助决策支持系统的开发及应用也较好, 而县级单位水利工程信息化水平相对较低,研究成果也较少。县级水利信息化建设是整个国家水利信息化建设的重要组成部分,应该加强建设力度。其中,防汛辅助决策支持系统是建设的重点内容,可以为防汛减灾指挥提供决策支持,达到科学有效运用防洪工程体系,充分发挥防洪工程效益的目的。
防汛辅助决策支持系统是建立在防汛信息采集、通信和计算机网络等系统之上,提供县级水雨工情实时、历史信息,气象信息,以及组织机构、 防汛文件等各类信息的综合查询和结果显示,为防汛决策指挥提供迅速、有效信息服务及管理手段的应用软件系统。
1总体框架
参照国家防汛抗旱指挥系统二期工程中系统集成与整合总体框架的分层设计方法,县级防汛辅助决策支持系统的总体逻辑架构自下至上分为基础设施层、数据层和应用层3个层次[1],系统总体框架如图1所示。
基础设施是防汛辅助决策支持系统所依托的软硬件设施设备和产品,主要包括服务器、网络、存储设施、系统软件。
数据层是防汛综合数据库,为系统提供数据基础,采用成熟的数据库管理系统对所有资源数据进行存储和管理。
应用层是建立在数据层基础之上的防汛业务应用系统,即防汛辅助决策支持系统。
2关键技术
2.1 MVC
MVC(Model View Controller)是一种常用的软件设计模式,用一种业务逻辑、数据、界面显示分离的方法组织代码,将业务逻辑聚集到一个部件里面,在改进和个性化定制界面及用户交互的同时, 不需要重新编写业务逻辑,通常用于分布式应用系统的设计中。
MVC把交互系统的组成分解成模型、视图、控制器3种部件[2],模型用于表示数据,视图用于展现,控制器用于控制请求的转发。模型是应用程序中用于处理应用程序数据逻辑的部分,负责在数据库中存取数据。视图是应用程序中处理数据显示的部分,是依据模型数据创建的。控制器是应用程序中处理用户交互的部分,负责从视图读取数据,控制用户输入,并向模型发送数据。MVC简化了分组开发,不同的开发人员可同时开发视图、控制器逻辑和业务逻辑。
2.2 AJAX
AJAX是一种创建交互式网页应用的网页开发技术,是异步javascript和XML的集成[3]。通过在后台与服务器进行少量数据交换,AJAX可以使网页实现异步更新。AJAX可以在不重新加载整个网页的情况下,对网页的某部分进行更新。AJAX的核心是Java Script对象Xml Http Request,该对象是一种支持异步请求的技术。Xml Http Request可以使用Java Script向服务器提出请求并处理响应,而不阻塞用户。AJAX在浏览器与Web服务器之间使用异步数据传输,这样可使网页从服务器请求少量的信息,而不是整个页面。
2.3 XML
XML称为可扩展标记语言,是由W3C组织于1998年制定的一种面向Internet的标记语言,是标准通用标记语言的子集。XML具有良好的扩展性、灵活性和自描述性。XML是Internet上数据交换的通用语言,并在跨平台跨地域异构应用间的协同工作、基于语义的智能数据搜索等领域发挥重要作用[4]。
X M L由文档类型定义( D o c u m e n t T y p e Definition,DTD)、可扩展的样式语言(Extensible Style Language,XSL)、可扩展链接语言(Extensible Link Language,XLL)等3个部分构成。其中, DTD是XML的布局语言,规定了文档的逻辑结构;XSL是XML的样式表语言,用来规定XML文档样式;XLL支持Web上已有的简单链接,而且将进一步扩展链接。
3数据库设计
县级防汛综合数据库包括实时水雨情、水利工程基础、气象和防汛辅助信息等数据库。具体描述如下:
1)实时水雨情数据库主要存储由报汛站测报的实时水雨情、水文特征及土壤墒情信息等。数据库表包括测站基本属性表,降水量表,以及河道、水库、堰闸、潮汐等水情表。
2)水利工程基础数据库主要存储河流、堤防、 水闸、泵站等工程基础数据。数据库表包括河流、 堤防、水闸、泵站基本情况表,以及水闸规划设计参数表、工程特性表、设计水位组合表。
3)气象数据库主要存储天气预报、24 h降雨、 卫星云图等气象数据。数据库表包括天气预报表、 24 h降雨表和卫星云图表等。
4)防汛辅助信息数据库主要存储防汛组织数据。数据库表包括抢险队伍、城市防洪基本情况表,市县抢险队伍情况表,防汛防旱指挥成员单位和县防汛防旱指挥办公室的职责表等。
4功能实现
县级防汛辅助决策支持系统是为了满足指挥决策人员对水情、雨情、气象、卫星云图等实时汛情信息的查询需要,交互式地完成个人在客户端对防汛信息的各种操作,为指挥决策人员提供真正的全方位的第一手资料赢得时间,同时实现现场各种图文资料与指挥中心的数据交换,主要通过水情信息模块等6个功能模块实现。
4.1水情信息模块
水情信息查询供防汛防旱相关人员准确了解各测站水情信息情况,包括实时水位、流量、警戒水位等,实现基于GIS平台对水位、流量的实时查询。该模块支持全县水情分布情况的查询,并在GIS地图上对结果进行实时展现,通过地图点选功能可在地图上定位及查询各个测站的详细水情信息,绘制水位过程线,并与历史年中同期数据进行对比分析,同时提供通过测站名称的模糊查询。
4.2雨情信息模块
雨情信息查询供防汛防旱相关人员准确了解各测站降雨量情况,包括当日、累计降雨量等,实现基于GIS平台对降雨量的实时查询。该模块支持全县降雨量分布情况的查询,并在GIS地图上对结果进行实时展现,通过地图点选功能可在地图上定位及查询各个测站的详细降雨量信息,绘制雨量过程的柱状图,并与历史年中同期数据进行对比分析。 同时提供每日、加报、多日等雨量的查询,并提供通过测站名称的模糊查询。
4.3水利工程信息模块
水利工程信息查询供防汛防旱相关人员准确了解各工程基本情况,包括河流、堤防、水闸、泵站等水利工程的基本信息。该模块从水利工程基础数据库中查询静态工情信息。静态工情信息主要包括防洪工程中资料一般不需要更新的长周期型工程特征数据和部分反映工程特征的静态图像、图形及声音数据。
水利工程信息查询支持全县水利工程基本信息的查询与展现,系统通过工程类别、等级等条件对显示结果进行控制,并在GIS地图上对结果进行实时展现,通过地图点选功能可在地图上定位及查询各个工程的详细信息,并提供通过工程名称的模糊查询。具体包括以下内容:
1)河流工情。河流工情信息的查询内容包括河流基本情况、河道横断面基本特征、洪水传播时间表、河流河段、河段行洪障碍物等。
2)堤防工情。堤防工情信息查询的内容主要包括堤防基本情况、横断面特征、水文特征、效益、 历史决溢记录等。
3)水闸工情。水闸工情信息查询的主要内容包括水闸的基本情况、机电设备情况、观测资料、维修计划、维修进度、事故报告、检修情况、工况记录、水位—泄量关系、水闸设计参数、泄流能力曲线、水闸工程特征、水闸效益指标、水闸历史运行记录、水闸出险记录等。
4.4气象信息模块
气象信息查询以表格、文字方式展示气象局提供的在选择范围内的气象状况,包括天气预报、24 h降雨等气象数据。天气预报为气象部门提供的每日3次(05,10,16时)的当日预报,24 h降雨为气象部门提供的24 h降雨资料。
4.5防汛组织信息模块
防汛组织主要实现对人员、抢险队伍等信息的管理。人员信息管理能够对县防汛防旱指挥人员、 成员单位相关人员的信息进行管理,实现人员信息的实现查询、修改等,主要包括姓名、工作单位、 联络电话、防汛责任、住址、职责范围、专业特长、上级领导人姓名等;抢险队伍信息管理能够对县防汛机动、市县、专业抢险队及群众防汛队伍等防汛抢险队伍的信息进行管理,包括抢险队名称、 类别、人数、地址、抢险能力、设备配备情况、负担的责任段和职责、联系人姓名和电话等。
4.6防汛文件模块
防汛文件主要包括对有关防汛的法律、法规、 条例、制度、预案及公文文档等的管理。
5结语
县级防汛辅助决策支持系统采用MVC架构,在技术体系中采用了AJAX,Hibernate及XML等核心技术,在保证技术先进性的同时兼顾了技术的实用性。系统采用数据访问对象实现对数据库的存取; 采用异步机制处理长时间请求;采用XML作为数据发布标准,采用元数据技术实现数据处理,使得系统更加先进、可靠、高效。
县级防汛辅助决策支持系统已在实际防汛工作中得到充分的应用,该系统能够为县一级和省市更高层次指挥决策机构的防洪调度提供辅助决策支持,实现对水情、雨情、气象、水利工程及防汛组织等各方面实时信息的条件查询和综合管理,提高了防汛防旱的实际效率,促进了地方经济的发展和百姓民生的改善,带来了极大的社会和经济效益。
防汛辅助系统 篇2
南沙河为北运河上游温榆河的主要支流,流域面积为263 km2,其中山丘区占24%,主河道长度为30.6 km,河道比降在2%~4% 之间。南沙河流域多年平均年降水量为596.5 mm,年水面蒸发量为1 260 mm,降水量年内分布不均,6—9 月的汛期降水量占全年降水量的83%。南沙河为北京市海淀区北部主要排水河道,流域径流主要有雨洪、山前泉水和城市排水组成。近年来,极端降雨事件频发,如2012 年“7.21”特大自然灾害中,流域平均降雨174 mm,造成大面积城市内涝和山洪暴发,给流域防汛管理提出了新的要求。随着信息化的快速发展,三维仿真技术不断应用于流域管理中[1,2,3,4,5,6],极大地提高了流域管理的直观性和空间分析能力。为此,利用Skyline系列软件,构建了北京市南沙河流域大场景仿真三维场景,并在.net框架下开发了南沙河流域三维防汛辅助管理系统,为科学合理地预报、调度流域洪水提供技术支持手段,提高南沙河流域管理和防汛决策的直观性及立体性。
1 总体设计
1.1 整体架构
南沙河流域三维防汛辅助系统采用3 层结构设计,具体分析如下:
1)数据层。在已有的实时监控、预报调度2 个数据库基础上,建设基础和空间数据库,并在此基础上实现数据的汇集、处理和交换,为系统提供数据支撑。
2)应用基础层。作为数据层和应用层的中间层,为数据访问层和应用层提供接口和桥梁作用,采用.net框架作为整体容器,运用数据COM接口和API及数据库操作服务作为业务和数据库访问接口,实现应用层和数据层之间的信息交互。
3)应用层。作为系统可视化展示和人机交互的平台,实现三维仿真和淹没分析等服务的可视化表达,主要实现三维空间查询与浏览、淹没分析(含内涝分析)、洪水演进和灾情评估等功能。系统人机交互提供了3D GIS地图互操作的方式,展示结果以图形、报表、地图等多种方式进行。
系统整体架构如图1 所示。
1.2 关键技术
开发语言采用C#,开发工具采用Visual Studio.net 2008;数据库采用SQL Server 2005;辅助环境为Terra Explorer Pro6.1.1,Arc Engine 9.3。
2 主要功能
2.1 淹没分析
1)淹没分析。城市积水内涝是城市防洪最常见的问题,本研究利用北京市实时积水深度采集的数据,据根DEM建模计算,实现某一点(道路或下凹式立交桥)有实测淹没水深的区域进行淹没范围的分析计算;同时也可以实现在地图上选定一点或输入经纬度,并给定淹没水深,系统自动生成淹没范围和面积,具体功能界面如图2 所示。
2)内涝分析。受城市管网数据及实际过水能力等多方面的制约,要想构建城市地表与地下联合排水模型难度较大,本研究根据排水分区的概念,构建了基于水量平衡的排水单元内涝分析模型。具体是通过输入或导入一定区域的降水过程,然后给定该区域排水管网的综合排水能力,通过模型计算得到各个时段的累计积水量,最后利用三维仿真平台给出积水范围和深度。实现了在给定某一区域降水系列及排水能力的情况下,给出最大的淹没范围及水深,并且可以查询任一点的淹没水深,功能设计界面如图3 所示。
2.2 洪水演进
南沙河流域已建或新建有10 多座水文站或水位站,通过实测或预报的流量过程,系统通过水位-流量关系曲线自动计算断面水位过程,并进行差值计算,给出1 km间隔各个断面的水位变化过程,然后通过在三维系统中构建三维水体淹没范围,进行洪水淹没过程的三维仿真。具体功能包括选择数据或方案,设置动态演进时间间隔等,洪水演进界面如图4 所示。
此外,三维防汛辅助系统还可以把生成的洪水演进成果,通过选择路径和输入文件名称将淹没范围保存为一个文本文件,包括所有边界点的经纬度和水位,便于其他系统调用。
2.3 灾情评估
通过淹没、内涝和洪水演进分析及人工圈画等方式,确定内涝或洪水可能的影响范围,通过与社会经济信息(包括行政区划、土地利用、人口分布等信息)的叠加分析,可以评估出各个行政区划受影响的淹没、土地利用类型(居民地和耕地等)的面积及人口等,详细功能设计如图5 所示。
2.4 系统管理
三维防汛辅助系统管理功能主要包括三维场景设置、数据库配置及参数设置等。三维场景设置用来选择和配置三维场景;数据库配置功能用来设定数据库的服务器、用户名、密码等参数;参数设置功能用来管理洪水演进的水位流量关系、参考点的位置、差值的参数等数据。
3 结语
利用计算机和三维仿真技术、数字高程模型等构建数字流域,并结合实时监控数据和洪水预报调度等专业分析模型,进行流域防汛管理和辅助决策是防汛排涝研究的发展方向之一。本研究以北京市南沙河流域为例,通过对河流水系、行政区划、水利工程等矢量数据, 以及DEM、遥感影像和实时水文数据等各种信息的收集,分析与处理,建立了实时监控、预报调度等数据的调用,以及用于淹没分析、洪水演进和灾情评估的防汛辅助综合数据库,并在此基础上利用Skyline系列软件构建了流域大场景真三维场景,开发了集流域防汛空间展示与分析、数据服务、淹没分析、内涝分析、洪水演进、灾情评估等辅助分析和决策等功能于一体的北京市南沙河流域三维防汛辅助系统,为流域防汛和应急管理提供了支撑平台,为我国城市内涝分析、河道洪水三维仿真模拟提供了技术参考。但是,受到内涝监测点实时及数据地形资料等信息的限制,在城市内涝分析模拟模型和精细灾情评估方面还需要进一步研究。
参考文献
[1]柴福鑫,黄诗峰,程先云.堰塞湖应急管理三维GIS系统开发及应用[J].中国水利水电科学研究院学报,2013,11(3):221-225.
[2]王韶玉.基于DEM的坝堤溃决洪水淹没评价模型与方法研究[D].武汉:华中科技大学,2010:27-28.
[3]王德厚,谭德宝.数字长江建设与水利科技发展[J].长江科学院院报,2001,18(3):43-46.
[4]刘仁义,刘南.基于GIS技术的淹没区确定方法及虚拟现实表达[J].浙江大学学报,2002,29(5):573-578.
[5]张尚弘,姚仕明,曲兆松,等.流域三维可视化与数值模拟的实时交互运行[J].清华大学学报:自然科学版,2004,44(12):1635-1641.
防汛应急通讯系统建设 篇3
由于应急通信系统适用的广泛性、机动性和灵活性, 国外从20世纪80年代中期就开始逐步从军用向民用领域普及, 而且我国近几年在电信、广播电视、公安、卫生等系统也得到了广泛的应用。水利系统早在20世纪90年代中期就提出了建设应急移动车载卫星地面站系统, 用于工情信息采集、工程抢险、防洪现场指挥等场合, 但由于多方面因素限制的原因系统实际应用较晚。
卫星通信覆盖范围广、组网机动灵活、抗水毁能力强, 不受地理条件的限制, 紧急情况下可确保通信网络畅通, 是解决偏远及公网覆盖能力不足地区水利信息传输和应急抢险机动通信的主要手段, 也是地面通信网的重要补充和备份通信手段。
建设应急通信系统可实现对河流工情、险情信息的实时传输, 防洪减灾调度决策信息的可视化程度也较高, 为防汛指挥部门及有关人员准确和及时掌握防洪形势提供良好的防汛综合信息服务, 为制定防洪调度方案、抢险和减灾救灾方案提供及时准确的情报预报信息服务。
2008年5月12日汶川发生大地震, 当地通讯系统几乎完全瘫痪, 难以和外界积极有效地联系沟通, 给救援工作带来了极大的困难。卫星通信是唯一能够利用的通信方式, 它为第一线救灾人员、前方指挥中心以及后方总指挥中心搭起了无线通信的桥梁。通过应急通信系统能把第一线的救灾情况及时反馈给指挥中心, 使指挥中心能在第一时间了解辖区内各救灾点的情况, 及时按照最新情况调度各类救灾力量, 高效、科学和迅速地做出各种安排, 为抢险救灾做出了重要的贡献。
二、系统作用
1. 业务方面。
防汛通信专网系统包括微波通信、光纤通信、集群移动通信、宽带无线通信等方式, 受自然灾害影响很大, 一旦有不可预见性的特大事故就会引起通信系统发生中断, 将无法及时抢通, 会造成信息通信盲点;另外, 在防汛救灾现场的紧急情况下, 常规的微波无线通信常常不能满足流动性能强、且地理环境复杂多变的防汛救灾现场的通信要求。而卫星通信不受行政区域和地理条件的影响, 覆盖范围大, 由此构建的应急通信系统, 可以满足处置突发事件和抢险救灾的通信需求。
在应对不可预见性特大事故引起专网通信系统发生中断等突发事件中, 达到了在极短时间内迅速、方便地建立通信路由, 及时提供现场图像、音频、数据等信息, 保证指挥中心第一时间掌握现场实时、直观和准确的第一手资料的目标, 满足了解决紧急事件的通信需求, 从而提高应对突发事件的快速反应和处理能力。
2. 功能方面。
当灾情或突发事件导致通信中断时, 能否保障不间断的通信指挥是至关重要的。一方面需要迅速建立灾害现场的通信指挥调度系统, 及时调动和指挥各专业队伍进行施救;另一方面可以建立灾害现场与救灾应急中心的语音和图像传送通道, 以方便指挥中心实时掌握灾害现场的情况。应急通信系统可以确保应急救援工作中的通信联络畅通, 实时的进行灾害现场指挥调度
三、系统结构
所以应急通信系统结构如图1所示。
四、技术要点及技术方案
本方案是由位于指挥中心的固定卫星地面站和具备移动功能的卫星通信指挥车组成, 其中卫星通信指挥车采用“动中通”的通信方式, 即车辆在行驶或静止状态下均可通过卫星与指挥中心进行通信。
五、设备配置
1. 固定地面站。
固定地面站具备与“动中通”通信车同时双向传送图像、话音、传真、数据等信息的功能, 实现远程实时图像传输。
固定地面站由卫星天线、功率放大器、低噪声放大器、调制解调器、编解码器、话音终端等设备组成, 固定地面站可通过地面链路将通信延伸到其他职能部门或上级主管部门。
2. 卫星通信车。
应急卫星通信卫星车由承载车体、卫星通信系统、音视频系统、话音系统、数据传输系统、供电系统及其他辅助设备等部分组成。