山洪災害預警系統(tǒng)
立方科技
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水利信息化 - 防汛抗旱
一、 主要性能
（一） 總體性能
軟件采用B/S模式，并基于WEBGIS平臺，面向服務的架構(gòu)體系（SOA）設計開發(fā);用戶使用瀏覽器能夠完成所有操作。
軟件開發(fā)要求基于目前主流開發(fā)平臺（.Net或Java平臺）；功能模塊符合國家防汛指揮系統(tǒng)功能要求，具有良好的開放性、可擴充性及容錯功能，支持用戶認證、授權(quán)和訪問控制，界面友好，易于維護。
（二） 常規(guī)性能
1、對軟件系統(tǒng)的各類人機交互操作、信息查詢、圖形操作等應實時響應；信息查詢、操作、輸入界面用圖形、文字和數(shù)據(jù)三種方式在計算機上展現(xiàn)，數(shù)據(jù)表格應具有報表打印功能；系統(tǒng)的操作要求簡單易用。
2、采用WebGIS方式執(zhí)行GIS的分析任務。通過標準的瀏覽器（如IE）來訪問地圖服務，對于站點信息的相關處理，均要求能在GIS上進行可視化處理查詢，并能實現(xiàn)無級縮放。
1）人機交互操作：用圖形、文本和表格方式在計算機上展現(xiàn)，具有報表打印功能，操作簡單易用；
2）信息查詢：用圖形、文本和表格方式在計算機上展現(xiàn)，具有報表打印功能，操作簡單易用；
3）圖形操作：用圖形、文本和表格方式在計算機上展現(xiàn)，具有報表打印功能，操作簡單易用；
4）采用現(xiàn)有的電子地圖；
5）WEBGIS：響應速度小于5秒；
6）復雜報表：響應速度小于5秒；
7）一般查詢：響應速度小于3秒。
二、 技術參數(shù)
（一） 軟件總體結(jié)構(gòu)
山洪監(jiān)測預警系統(tǒng)以數(shù)據(jù)中心為核心，以滿足山洪地質(zhì)災害防御工作需求為主線，以構(gòu)造水利信息化綜合體系為基本目標，以全面提高山洪災害防御的效率和效能為根本宗旨，通過設計與實現(xiàn)各類功能構(gòu)件，定義相關協(xié)議與接口，形成可持續(xù)改進的工程信息服務系統(tǒng)。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖所示：
系統(tǒng)由信息匯集、數(shù)據(jù)中心、用支撐平臺、山洪災害預警子系統(tǒng)四個層次組成，其中信息匯聚子系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)提取子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)入庫子系統(tǒng)四個子系統(tǒng)，由水雨量監(jiān)測系統(tǒng)采集的水雨情數(shù)據(jù)通過無線傳輸將數(shù)據(jù)同步落地到信息匯聚子系統(tǒng)；山洪災害預警子系統(tǒng)是基于WEBGIS的綜合系統(tǒng)，由多個子系統(tǒng)（預警發(fā)布、預警分析、預警響、預警處理、信息查詢等）組成，系統(tǒng)采用富客戶端技術、豐富業(yè)務用和交互操作，各個部分間由標準化的協(xié)議與接口結(jié)合為一個有機的整體。
系統(tǒng)的信息來源主要有兩個方面，一是由系統(tǒng)采集的水雨情信息以及縣系統(tǒng)生成的預警信息（簡稱內(nèi)部信息），二是需要從其它信息系統(tǒng)（如小流域洪水預報系統(tǒng)）和水利行業(yè)外獲取的信息（統(tǒng)稱外部信息）。信息的傳輸與處理遵循標準化的協(xié)議，以保證信息的相對完整性與一致性。
水雨情信息數(shù)據(jù)源來自采集點，同步落地到分中心及縣防辦；預警信息數(shù)據(jù)源來自縣防辦（縣系統(tǒng)），向上級匯總。
以系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)為基礎構(gòu)造的用系統(tǒng)可以在服務層次、構(gòu)件層次和信息資源層次協(xié)同工作，以實現(xiàn)信息交換與共享，減少重復開發(fā)，達到降低建設、管理與運行維護成本和保持開放性與可靠性的目的。
（二） 軟件主要功能
軟件主要由基礎信息管理、實時汛情監(jiān)視、山洪災害信息服務、預報分析、預案管理、預警發(fā)布、報表管理、系統(tǒng)管理等功能模塊組成。
基礎信息管理提供測站、水利工程、災害隱患點、流域水系、防汛責任人等相關信息的管理；實時汛情監(jiān)視提供實時水情、雨情、工情等信息的展示和預警功能；洪水預報分析提供縣城主要斷面的洪水預報分析；山洪災害信息服務提供對雨水情、工情、災情信息的查詢、檢索及分析對比功能，采用多種統(tǒng)計方式；預警發(fā)布提供預警信息的多種方式的發(fā)布功能；報表管理對各種山洪災害統(tǒng)計報表的管理功能；預案管理提供對各種山洪防御預案的查詢管理功能；系統(tǒng)管理提供對預報模型、預警指標、用戶權(quán)限管理等功能。
（1）基礎信息管理
山洪災害防御工作需要大量的基礎信息支持，系統(tǒng)提供以下信息查詢服務：
1、縣鄉(xiāng)村基本情況：縣簡介及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村的基本情況，包括縣、鄉(xiāng)、村名稱、土地面積、耕地面積、總?cè)丝凇⒓彝魯?shù)、房屋數(shù)、歷史洪水線下(人口、家庭戶數(shù)、耕地面積、房屋數(shù))、可能受山體滑坡、泥石流影響（人口、家庭戶數(shù)、房屋數(shù)）、鄉(xiāng)鎮(zhèn)負責人及聯(lián)系電話、鄉(xiāng)鎮(zhèn)防汛負責人及聯(lián)系電話、村負責人及聯(lián)系電話。
2、小流域基本情況：包括小流域名稱、上級河流、流域面積、河長、河道比降、河源位置、河口位置、涉及鄉(xiāng)數(shù)（名）、村數(shù)（名）、村組數(shù)、戶數(shù)、人口數(shù)、房屋、歷史洪水線下（人口、家庭戶數(shù)、房屋）、可能受山體滑坡、泥石流影響（戶數(shù)、人口、房屋）、關聯(lián)監(jiān)測站等。
3、監(jiān)測站基本情況：查詢分為雨量站和水位站兩種，雨量站信息包括站碼、站名、站址(所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村)、經(jīng)緯度、高程、設立日期、類別（自動站、人工站）、所屬小流域、關聯(lián)鄉(xiāng)村、雨量預警指標、(0.5、1、3、6、12、24h)最大雨量及出現(xiàn)時間、監(jiān)測人員及聯(lián)系方式；水位站信息包括站碼、站名、站址(所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村、組)、經(jīng)緯度、高程、設立日期、類別（自動站、人工站）、所屬小流域、關聯(lián)鄉(xiāng)村、水位預警指標、歷史調(diào)查最高水位及時間、實測最高水位及時間、監(jiān)測人員及聯(lián)系方式等；
4、縣鄉(xiāng)村預案：查詢縣、鄉(xiāng)、村預案。
5、歷史災害情況：查詢本縣歷史上山洪災害發(fā)生總體情況及各典型年的災害情況，內(nèi)容包括災害發(fā)生時間、災害描述等。
6、工情信息：查詢河流、水庫、堤防等三類防洪工程信息，以防洪工程數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為準。
7、經(jīng)濟社會狀況及災情信息查詢
山洪災害監(jiān)測區(qū)域經(jīng)濟社會指標：村鎮(zhèn)分布、人口分布、固定資產(chǎn)、重要設施、GDP等。
直接總經(jīng)濟損失：受災范圍，受災人口，受淹城市，倒塌房屋，死亡人口等。
工業(yè)、交通運輸業(yè)直接經(jīng)濟損失：停產(chǎn)工礦企業(yè)（個），鐵路、公路中斷（條次）、毀壞路基（面）（km），毀壞輸電線路，毀壞通訊線路（km）等。
水利設施直接經(jīng)濟損失：毀壞水庫，水庫跨壩，毀壞堤防、護岸、水閘，沖毀塘壩，毀壞灌溉設施，毀壞機電井、水電站、機電泵站，毀壞雨量站、水文測站。
農(nóng)林牧漁業(yè)直接經(jīng)濟損失：農(nóng)作物受災面積，農(nóng)作物成災面積，農(nóng)作物絕收面積，減少糧食，死亡大牲畜，水產(chǎn)養(yǎng)殖損失等。
8、數(shù)據(jù)的輸出保存打印
查詢系統(tǒng)具有信息輸出和表現(xiàn)功能，通過對采集的水情、雨情信息等實時處理，警示輸出不同等級的降雨分布、暴雨中心走向、特大暴雨站點與區(qū)域分布。對于超標值在地圖上按照級別給出不同警示，給工作人員發(fā)布山洪災害監(jiān)測預警提供參考。同時，根據(jù)預案劃定不同的預警級別，安全區(qū)、警戒區(qū)、危險區(qū)等設定水位、雨量的警示值。通過GIS平臺實時反映區(qū)域的汛情或災情信息，達到汛期信息表達直觀明了目標。
除具備基礎信息、雨水情信息、工情、災情統(tǒng)計分析信息的數(shù)據(jù)輸出外，還具備表、文字、圖形的輸出和保存以及打印功能。
基礎信息查詢界面如下圖所示：
(2) 實時汛情監(jiān)視、報表管理
水雨情監(jiān)測查詢主要用于實時監(jiān)視水雨情狀況，查詢統(tǒng)計水雨情信息。系統(tǒng)分為水雨情報警、雨情監(jiān)測、河道水情監(jiān)測、水庫水情監(jiān)測四大部分。
系統(tǒng)表現(xiàn)方式以WEBGIS及表格方式為主。
1、水雨情報警要求：預先設定時段雨量報警值、河道水庫水位報警值，系統(tǒng)自動根據(jù)設定的條件判斷是否產(chǎn)生報警，如果滿足條件則在地圖上閃爍、動態(tài)文字、聲音等方式提示預警，并能顯示預警相關信息；
2、雨情監(jiān)測要求：
①在地圖上實時顯示各雨量監(jiān)測站8時以來（可自定義）降雨量；
②可按區(qū)域、時間、時段長查詢顯示該區(qū)域該時段內(nèi)的雨量、平均雨量、最大雨量、各站降雨過程柱狀圖及數(shù)據(jù)表，并顯示所查詢區(qū)域的雨量站總數(shù)、雨量強度統(tǒng)計等；區(qū)域可按縣、鄉(xiāng)、小流域、單站進行劃分，在選擇時間時，除有開始時間和結(jié)束時間外，還需有時段長（1h、3h、6h、日、旬、月）的快捷選擇（或自定）；
③顯示查詢?nèi)h降雨等值線圖和等值面圖；④能接收氣象部門雨量信息，加入到本系統(tǒng)。
3、河道水情監(jiān)測要求：
①在地圖上實時顯示各站當前水位、流量、水位變化趨勢、超警戒、保證情況等，并提供當前水位示意圖；
②以列表形式顯示選定區(qū)域內(nèi)任意時段的各站水位、水勢、流量，超警戒、保證情況、歷史最高水位及發(fā)生時間、最大流量及發(fā)生時間，以圖形式顯示水位、流量過程線（顯示特征值：警戒水位、歷史最高水位、警戒流量、歷史最大流量等）。
4、水庫水情監(jiān)測要求：
①在地圖上實時顯示各水庫當前水位、水位變化趨勢、預報水位、超汛限情況等，并提供當前水位示意圖；
②以列表形式顯示選定區(qū)域內(nèi)任意時段的各水庫水位、水勢、超汛限情況、壩高等，以圖形式顯示水位、流量過程線（顯示特征值：汛限水位、歷史最高水位、壩頂高程等）。
(3)山洪災害訊息服務
由相關部門提供實時天氣預報、實時雨量、水位、流量，實時衛(wèi)星云圖，滑坡、泥石流等基本信息及監(jiān)測信息的接入和查詢功能。
（1）天氣預報
提供縣最新的天氣預報，根據(jù)實際情況定制。
（2）實時雨量、水位、流量，根據(jù)實際情況定制。
（3）實時衛(wèi)星云圖
提供時間查詢，云圖可放大、前后瀏覽、播放動畫。根據(jù)實際情況定制。
（4）滑坡、泥石流
提供滑坡、泥石流等基本信息接入和查詢。根據(jù)實際情況定制。
氣象國土信息服務界面如下所示：
(4)預報分析
洪水預報屬于專題研究范圍，其成果要接入信息服務系統(tǒng)，因此必須提供接口服務。水情預報服務界面如下所示：
(5)預警發(fā)布服務
1、預警指標和等級劃分
系統(tǒng)對所有監(jiān)測站實時雨量、實時水位進行分析，根據(jù)預警模型指標決定預警等級，雨量站預警指標分為：警戒雨量（準備轉(zhuǎn)移）、危險雨量（立即轉(zhuǎn)移）；水位站分為：警戒水位（準備轉(zhuǎn)移）、危險水位（立即轉(zhuǎn)移）。
當監(jiān)測站水雨情達到相臨界值時，即產(chǎn)生預警，并按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行合并，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)只允許有一個預警，預警等級以該鄉(xiāng)鎮(zhèn)下多個預警監(jiān)測站中等級最高的為準。
鄉(xiāng)預警根據(jù)該鄉(xiāng)范圍內(nèi)監(jiān)測站最高預警級別確定，縣預警根據(jù)全縣范圍內(nèi)災害的面積和程度確定。以上預警指標和等級劃分根據(jù)縣的具體情況確定。
2、預警流程
預警分為兩個階段：內(nèi)部預警（對防汛人員）和預警發(fā)布（對社會公眾）。
當預警產(chǎn)生后，系統(tǒng)在地圖上對的鄉(xiāng)鎮(zhèn)圖標閃爍，防汛值班人員看到預警后，進行查詢核對，并經(jīng)防汛指揮部會商后確定預警級別和范圍，通過多種方式向相關人員發(fā)布預警信息，并接收責任人的反饋信息。
出現(xiàn)預警信息后的工作流程（預警狀態(tài)）可概括為：新預警（出現(xiàn)預警）→內(nèi)部預警（對防汛人員）→發(fā)布預警（對社會公眾）→響啟動→響結(jié)束。
3、功能要求
在預警發(fā)布服務中具有預警信息和狀態(tài)顯示、內(nèi)部預警、預警發(fā)布、預警反饋、預警記錄查詢、預警指標顯示修改等功能。
①預警信息和狀態(tài)顯示
預警信息和狀態(tài)以預警地圖和預警列表形式顯示。
預警地圖：根據(jù)預警分析結(jié)果，采用聲、光兩種方法同時預警的方式，在地圖上以不同顏色閃爍的方式展示各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的預警級別等信息，同時開啟聲音報警系統(tǒng)告知工作人員進行處理；已開始處理的預警取消閃爍，顯示目前所處的狀態(tài)，包括已內(nèi)部預警、已發(fā)布預警、已啟動響等三種狀態(tài)，響結(jié)束后的預警,人工從地圖上刪除（關閉預警）。在預警地圖上提供進行當前預警狀態(tài)的下一步操作。
預警列表：以列表方式顯示預警信息，包括“發(fā)生鄉(xiāng)鎮(zhèn)、預警級別、預警時間、預警內(nèi)容、預警狀態(tài)”等信息，并提供影響范圍分析結(jié)果。
②內(nèi)部報警：根據(jù)預警級別的不同，將符合預警條件的信息自動指向相關負責人，人工發(fā)布短信；
③預警發(fā)布：經(jīng)過縣防汛指揮部門確認后的預警信息，可發(fā)送短信到各級相關防汛責任人；并可發(fā)布突發(fā)預警信息。發(fā)送對象通過預先定義好的規(guī)則自動獲取。
④預警反饋：顯示未關閉預警的所有短信記錄，包括“姓名、單位、電話、預警級別、發(fā)送時間、信息內(nèi)容、回復情況”等信息，如果收信人未回復，則在短信回復時間一欄顯示“未回復”，否則給出反饋時間；
⑤預警記錄查詢：顯示最新的預警信息發(fā)布情況，包括反饋信息；
⑥預警指標：提供預警指標的查詢功能，并能分別設置縣、鄉(xiāng)、測站等多種級別的水位、雨量臨界指標，其中雨量指標的時段長也可以用戶自定義；
⑦響部門和人員設置：能對部門進行管理；能對部門響標準（全部響還是領導響）進行設置；能設置部門領導人（多個）；能對人員－部門關系進行管理，從而確定預警產(chǎn)生時，預警信息的發(fā)送對象和范圍；
(6)預案管理
根據(jù)預警結(jié)果及信息發(fā)布情況，各相關部門要啟動相的響預案。系統(tǒng)跟蹤縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的響執(zhí)行情況，直到響結(jié)束。急響服務包括以下功能：
響工作流程：以圖形方式顯示工作流程，供使用人員參考；
響地圖：在地圖上顯示響啟動圖示，并提供響相關操作用戶接口；
響列表：顯示各鄉(xiāng)鎮(zhèn)所有關聯(lián)內(nèi)部預警和預警發(fā)布的急響狀態(tài)信息列表，包括“預警級別、預警時間、預警發(fā)布級別、預警發(fā)布時間、響級別、響啟動時間、響結(jié)束時間”等信息，并可以根據(jù)預警啟動、修改和結(jié)束響，提供歷史響的查詢功能；
響措施：以圖表的方式顯示響措施的種類，可查看各個級別的響措施；
響反饋：在列表中顯示各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)響反饋信息，包括“預警時間、下派工作組、投入人員、需轉(zhuǎn)移群眾、已轉(zhuǎn)移群眾、受圍困群眾、死亡人數(shù)、失蹤人數(shù)、倒塌房屋”等信息，并提供實時錄入功能，以便實時跟蹤進展情況
(7)系統(tǒng)管理
系統(tǒng)登錄：此功能完成用戶登錄，不同的身份會有不能的功能權(quán)限。登錄的過程驗證用戶名與密碼，同時判斷用戶的角色，進入相的操作界面。另外，系統(tǒng)還提供修改密碼、用戶注銷等功能。
菜單管理：管理員可以動態(tài)管理增刪系統(tǒng)中所有的菜單項目，指定它所指向的URL聯(lián)接。該功能是整個權(quán)限模塊中最基礎的數(shù)據(jù)，是權(quán)限控制的對象。
組權(quán)限和用戶管理：用戶不直接跟菜單權(quán)限發(fā)生聯(lián)系，而是通過用戶組實現(xiàn)授權(quán)管理，管理用戶組對所有的菜單項具備哪些操作權(quán)限，操作權(quán)限包括增加、刪除、修改、查詢等。同時對所有操作用戶進行增加、刪除、修改、查詢管理。用戶管理主要包括：用戶ID、用戶登錄名、用戶名稱、用戶密碼、用戶所屬組等。
后臺日志管理：在該系統(tǒng)中所有發(fā)生了實際操作，需要記錄操作日志的情況下，調(diào)用該日志管理模塊相關接口，記錄下何人何時于何處進行了何操作，并寫入數(shù)據(jù)庫中，以供管理員查詢和事件追朔。針對整個系統(tǒng)所有角色產(chǎn)生的所有操作日志，以多種查詢方式供管理員進行查詢。查詢方式包括：按操作用戶、操作時間段、操作功能、操作方式、操作IP地址、按以上方式組合查詢。
三、 工程案例甘肅省天水市武山縣山洪災害防治非工程措施監(jiān)測預警系統(tǒng)
甘肅省鎮(zhèn)遠縣山洪災害防治縣級非工程措施監(jiān)測預警系統(tǒng)
湖南省慈利縣山洪災害防御監(jiān)測預警系統(tǒng)
湖北省恩施州車壩河流域山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)
四、 應用領域
（一） 山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)使用背景
進入現(xiàn)代社會以來，水利建設更是成為國家基礎建設的重中之重，但是由于受到各方面因素的影響，我國的水利基礎設施建設還十分不完善，各種弊端也不斷顯現(xiàn)出來。
（二） 山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)使用原理
山洪災害監(jiān)測預警系統(tǒng)可安裝于河流、水庫、湖泊等水環(huán)境，利用探測傳感器對水位、水流速、溫濕度、雨量等數(shù)據(jù)進行實時探測及采集，并將數(shù)據(jù)及視頻圖像上傳至監(jiān)控中心，以便工作人員查看；當發(fā)現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)將立即發(fā)出報警信息，提示相關人員給予重視，提前做好防范措施。
