重慶市區(qū)縣防汛水雨情平臺(tái)建設(shè)研究

喻鑫 王建中 徐小茼

摘要：目前，重慶市部分區(qū)縣防汛部門(mén)存在缺少水雨情信息平臺(tái)等問(wèn)題，“信息孤島”和已建業(yè)務(wù)軟件分散，不利于防汛工作的開(kāi)展。以重慶市合川區(qū)防汛水雨情信息平臺(tái)為例，探究了重慶區(qū)縣防汛水雨情信息平臺(tái)建設(shè)及其對(duì)防災(zāi)減災(zāi)工作的科技支撐作用。合川區(qū)防汛水雨情信息平臺(tái)是以防汛業(yè)務(wù)為主題的信息集成系統(tǒng)，主要用來(lái)解決“信息孤島”問(wèn)題。該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)查詢、空間展示、防汛值班、數(shù)據(jù)監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、視頻調(diào)取、預(yù)警提醒等功能，以多層次、多角度構(gòu)建了水文“一張圖”，有利于防汛數(shù)據(jù)整合及功能提升。該平臺(tái)自2018年上線以來(lái)，尤其在嘉陵江2020年第2號(hào)洪水過(guò)境合川時(shí)，充分發(fā)揮了防汛非工程措施的積極作用。

關(guān)鍵詞：防汛信息平臺(tái);水雨情;數(shù)據(jù)匯集;防汛值班;預(yù)警提醒;重慶市

中圖法分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.015

文章編號(hào)：1006 - 0081（2021）06 - 0071 - 05

1 研究背景

防汛工作事關(guān)國(guó)家改革發(fā)展穩(wěn)定大局與人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。重慶是長(zhǎng)江上游唯一的直轄市，長(zhǎng)江、嘉陵江、烏江等大江大河流經(jīng)轄區(qū)，防汛任務(wù)重[1]。區(qū)縣防汛又是重慶防汛的重點(diǎn)，對(duì)區(qū)縣防汛部門(mén)而言，亟需構(gòu)建符合區(qū)縣自身需求的防汛水雨情信息平臺(tái)。以信息化手段支撐防汛工作符合智慧水利的要求，可以有效匯聚水雨情數(shù)據(jù)、綜述通報(bào)建議文檔、報(bào)汛網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等信息;改變傳統(tǒng)報(bào)表處理軟件的單一性缺陷;提高資源管理水平;提升防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)用信息化水平，為防汛應(yīng)急指揮決策提供支撐。長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局長(zhǎng)江上游水文水資源勘測(cè)局（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)江委水文上游局”）根據(jù)重慶市合川區(qū)防汛部門(mén)要求，組織建設(shè)開(kāi)發(fā)了合川區(qū)防汛水雨情信息平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“合川防汛平臺(tái)”）。本文以合川防汛平臺(tái)為例，探究利用信息化手段支撐重慶區(qū)縣防汛工作的實(shí)踐。

合川城區(qū)地處涪江、嘉陵江、渠江交匯處，長(zhǎng)期遭受洪水的威脅，防汛任務(wù)重、壓力大[2-3]。合川防汛平臺(tái)建成之前，水文測(cè)站、水庫(kù)電站的實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)獲取較為分散;未對(duì)水情綜述、氣象通報(bào)、電站調(diào)度建議等文檔進(jìn)行統(tǒng)一管理和展示;報(bào)汛網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)缺少管理平臺(tái);缺少對(duì)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、值班的預(yù)警提醒等。同時(shí)，已建的山洪災(zāi)害、水庫(kù)管理、水情系統(tǒng)等平臺(tái)分別由不同單位組織開(kāi)發(fā)，對(duì)于使用者而言，進(jìn)入每個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要單獨(dú)打開(kāi)，使用起來(lái)極不方便。隨著信息化的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)防汛工作提出了更高的要求，原有的工作模式已經(jīng)不滿足防汛工作要求。長(zhǎng)江委水文上游局認(rèn)真調(diào)研和分析合川區(qū)防汛部門(mén)工作要求，以需求為導(dǎo)向，以貼合防汛實(shí)際工作為重點(diǎn)，進(jìn)行了數(shù)據(jù)庫(kù)、子系統(tǒng)等詳細(xì)設(shè)計(jì)，使得合川防汛平臺(tái)能夠在日常工作和應(yīng)急響應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

合川防汛平臺(tái)是合川非工程防洪措施重要部分。該平臺(tái)構(gòu)建了以防汛業(yè)務(wù)為主題的資源集約、應(yīng)用集成、信息共享的系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)查詢、空間展示、防汛值班、數(shù)據(jù)監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、預(yù)警提醒、決策支持、成果展示等功能集于一體[4-9]。該平臺(tái)以信息化與業(yè)務(wù)的高度融合為重點(diǎn)，以水雨情、水庫(kù)電站、綜述建議等防汛業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，使防汛值班更加規(guī)范化、制度化，提升了防汛現(xiàn)代化水平。

2 總體架構(gòu)

合川防汛平臺(tái)采用的是以B/S模式為主，C/S模式為輔的方式，使用兼容性較好的.NET進(jìn)行編程。B/S有助于防汛辦公，C/S有助于預(yù)警提醒。合川防汛平臺(tái)主系統(tǒng)和展示平臺(tái)采用了B/S模式與Web平臺(tái)。語(yǔ)音子系統(tǒng)采用C/S模式，使語(yǔ)音提醒與Web平臺(tái)分離，保證預(yù)警提醒不受瀏覽器關(guān)閉影響，可及時(shí)提醒值班人員。

合川防汛平臺(tái)采用表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的3層架構(gòu)[10-11]，符合軟件工程高內(nèi)聚、低耦合的思想，使得系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)展，能夠更好適應(yīng)變化（圖1）。表現(xiàn)層是平臺(tái)與用戶的交互界面，用戶通過(guò)表現(xiàn)層進(jìn)行輸入操作，并通過(guò)表現(xiàn)層查看平臺(tái)反饋給用戶的需要信息。對(duì)于合川防汛平臺(tái)，表現(xiàn)層就是用戶的使用界面，用戶可通過(guò)表現(xiàn)層查看水文“一張圖”，可通過(guò)GIS地圖或者單獨(dú)查詢頁(yè)面來(lái)查看水位流量過(guò)程線、預(yù)報(bào)過(guò)程線等。業(yè)務(wù)邏輯層是平臺(tái)的業(yè)務(wù)規(guī)則、計(jì)算等業(yè)務(wù)邏輯處理層，是表現(xiàn)層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層之間的橋梁，包括后臺(tái)監(jiān)控、GIS地圖組件、視頻監(jiān)控組件等。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行增刪改查等操作，用戶通過(guò)表現(xiàn)層把請(qǐng)求發(fā)出，經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)邏輯層計(jì)算處理，交給數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，數(shù)據(jù)訪問(wèn)層對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，將請(qǐng)求響應(yīng)信息通過(guò)業(yè)務(wù)邏輯層反饋給表現(xiàn)層，展示給用戶。數(shù)據(jù)庫(kù)采用水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL323-2011《實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符》為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)建和拓展。

3 軟件模型

合川防汛平臺(tái)按照軟件定義、開(kāi)發(fā)和運(yùn)行維護(hù)的生命周期進(jìn)行工程開(kāi)發(fā)，其中采用的是軟件工程螺旋模型，螺旋模型結(jié)合了瀑布模型和演化模型的優(yōu)點(diǎn)，加入了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[12]。先開(kāi)發(fā)軟件原型，根據(jù)測(cè)試方和用戶反饋，在原型上進(jìn)行迭代，達(dá)到滿意的效果。

4 平臺(tái)設(shè)計(jì)

合川防汛平臺(tái)在滿足多層次、多維度的數(shù)據(jù)查詢功能基礎(chǔ)上，盡可能地利用現(xiàn)有硬、軟件資源，實(shí)現(xiàn)GIS工作臺(tái)、防汛值班、數(shù)據(jù)監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、系統(tǒng)監(jiān)視、系統(tǒng)接口、觸摸展示等功能，實(shí)現(xiàn)信息集成和數(shù)據(jù)共享，達(dá)到觸視聽(tīng)多角度的體驗(yàn)，圖2～3分別為合川防汛平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)與平臺(tái)主界面。

4.1 面向GIS的水文“一張圖”構(gòu)建

為打造人性化的友好可靠界面，合川防汛平臺(tái) 除了常規(guī)程序開(kāi)發(fā)，還采用了GIS電子地圖工具。防汛抗洪對(duì)地理信息有著極高的要求，測(cè)站位置、洪水演變過(guò)程等與地理信息有關(guān)。GIS是一種融合地理信息和計(jì)算機(jī)科學(xué)的技術(shù)，在地理信息基礎(chǔ)上，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間分析和可視化地圖展示功能[13-14]。GIS地圖能夠通過(guò)分層疊加來(lái)實(shí)現(xiàn)多層次節(jié)點(diǎn)密度展示，還能通過(guò)點(diǎn)擊GIS地圖上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、查看過(guò)程或預(yù)報(bào)線等多維度信息。GIS地圖基于經(jīng)緯度等空間坐標(biāo)把測(cè)站、水庫(kù)電站、水資源斷面等節(jié)點(diǎn)集中起來(lái)，通過(guò)可視化界面提高了空間分析能力。

現(xiàn)代防汛平臺(tái)基本都要在GIS地圖上進(jìn)行站點(diǎn)信息的展示。合川防汛平臺(tái)以合川區(qū)GIS地圖為基礎(chǔ)，運(yùn)用ArcGIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地圖分層疊加，通過(guò)縮放達(dá)到更好的人機(jī)交互感受。平臺(tái)上集聚了水文測(cè)站、水庫(kù)電站、水資源斷面等多點(diǎn)信息，實(shí)現(xiàn)了利用一張GIS圖可查看覆蓋防汛站點(diǎn)數(shù)據(jù)的需求[15]。合川防汛平臺(tái)的測(cè)站信息可以看到水雨情過(guò)程或預(yù)報(bào)線、超警超保閃爍、基本介紹等;水庫(kù)電站信息可以看到壩上壩下數(shù)據(jù)、調(diào)度建議等;水資源點(diǎn)信息可以通過(guò)視頻接入技術(shù)來(lái)調(diào)取實(shí)時(shí)水資源斷面現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控畫(huà)面。圖4為合川防汛平臺(tái)電站水情數(shù)據(jù)展示界面，圖5為合川防汛平臺(tái)水資源斷面監(jiān)控調(diào)取界面。

4.2 防汛值班平臺(tái)構(gòu)建

合川防汛平臺(tái)以切合值班人員習(xí)慣為主，做到值班表管理、報(bào)表電子化填寫(xiě)、庫(kù)鎮(zhèn)值班查崗、短信發(fā)布、數(shù)據(jù)查詢導(dǎo)出、文檔上傳展示導(dǎo)出、權(quán)限控制等功能。報(bào)表電子化體現(xiàn)在運(yùn)用Web版本office文檔控件將原有手寫(xiě)報(bào)表轉(zhuǎn)化為word電子版填寫(xiě)，通過(guò)在word模板中設(shè)置書(shū)簽、程序控制等方式，報(bào)表中能自動(dòng)填寫(xiě)的內(nèi)容會(huì)在打開(kāi)后自動(dòng)填寫(xiě)，把值班人員從重復(fù)繁瑣的工作中解脫出來(lái)。平臺(tái)可以自動(dòng)擬合水雨情洪峰通報(bào)，根據(jù)長(zhǎng)江委水文上游局的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)及修正預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，在通報(bào)模板上自動(dòng)生成水雨情通報(bào)草稿供工作人員修改。數(shù)據(jù)查詢不僅可以查看水雨情等數(shù)據(jù)（包括圖和表兩種形式），還可以查看來(lái)自長(zhǎng)江委水文上游局的水情綜述、水情周報(bào)和電站調(diào)度建議以及來(lái)自合川氣象局的氣象通報(bào)。平臺(tái)支持對(duì)不同人員的角色和權(quán)限進(jìn)行控制，以便不同權(quán)限使用不同功能的界面。

4.3 基于預(yù)警監(jiān)視的支撐平臺(tái)構(gòu)建

防汛中重要的預(yù)警監(jiān)視內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、系統(tǒng)監(jiān)視等，當(dāng)監(jiān)視內(nèi)容發(fā)生異常、故障時(shí)，需要通過(guò)預(yù)警平臺(tái)及時(shí)通知值班人員，做到有問(wèn)題及時(shí)知曉、及時(shí)處理的預(yù)警監(jiān)視應(yīng)用支撐效果。

4.3.1 數(shù)據(jù)監(jiān)視

水雨情數(shù)據(jù)是防汛的基礎(chǔ)，因此，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視尤為重要。工作人員需第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)超設(shè)防水位、超警戒水位、超保證水位、預(yù)報(bào)洪峰、實(shí)時(shí)洪峰等數(shù)據(jù)。在監(jiān)視平臺(tái)發(fā)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)后，將通過(guò)界面、語(yǔ)音、短信等其中一種或多種渠道進(jìn)行通知。當(dāng)發(fā)生超警戒水位、超保證水位時(shí)，GIS地圖上相應(yīng)站點(diǎn)將出現(xiàn)不同顏色的閃爍。

4.3.2 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)匯聚傳輸?shù)闹匾A(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)關(guān)系到防汛部門(mén)能否及時(shí)獲取防汛水雨情等數(shù)據(jù)，關(guān)系到對(duì)防汛形勢(shì)的及時(shí)判斷，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視尤為重要。合川防汛平臺(tái)運(yùn)用Flash技術(shù)，以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的形式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)展示，若服務(wù)器到設(shè)備節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)不通，節(jié)點(diǎn)將閃爍和預(yù)警，也可隨時(shí)點(diǎn)擊進(jìn)行ping測(cè)試以查看。線路狀態(tài)可以查看數(shù)據(jù)來(lái)源報(bào)汛節(jié)點(diǎn)每日的平均網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、ping通成功次數(shù)、ping不通失敗次數(shù)、斷網(wǎng)次數(shù)等數(shù)據(jù)，通過(guò)圖表的方式了解數(shù)據(jù)來(lái)源報(bào)汛節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況。

4.3.3 系統(tǒng)監(jiān)視

合川防汛平臺(tái)包括數(shù)據(jù)抽取子系統(tǒng)、后臺(tái)子系統(tǒng)、短信子系統(tǒng)、預(yù)警語(yǔ)音子系統(tǒng)等，任何一個(gè)程序出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)影響平臺(tái)部分功能的使用，所以需要一個(gè)系統(tǒng)監(jiān)視程序來(lái)對(duì)這幾個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，方便值班人員和平臺(tái)開(kāi)發(fā)人員及早知曉平臺(tái)運(yùn)行狀況。

4.3.4 預(yù)警提醒

預(yù)警提醒是現(xiàn)代防汛系統(tǒng)必須考慮的問(wèn)題，沒(méi)有很好的預(yù)警功能，就不能在出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)反應(yīng)和行動(dòng)。合川防汛平臺(tái)通過(guò)對(duì)自身接收到的信息或網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)符合預(yù)警需求時(shí)，及時(shí)向相應(yīng)人員發(fā)送預(yù)警信息。平臺(tái)采用界面、語(yǔ)音、短信3種方式，可根據(jù)自身需求進(jìn)行配置。平臺(tái)可對(duì)水情數(shù)據(jù)設(shè)防超警超保、實(shí)時(shí)洪峰數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)洪峰數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)異常等情況進(jìn)行預(yù)警，也可對(duì)新增文檔（水情綜述、水情周報(bào)、電站調(diào)度建議、氣象通報(bào)）發(fā)布等進(jìn)行提醒。對(duì)水情數(shù)據(jù)設(shè)防超警超保、實(shí)時(shí)洪峰數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)洪峰數(shù)據(jù)預(yù)警進(jìn)行靈活設(shè)置，可以根據(jù)需求設(shè)置設(shè)防值、預(yù)警頻率、時(shí)間段、發(fā)送人員等，根據(jù)模板自動(dòng)擬合預(yù)警信息進(jìn)行發(fā)送。語(yǔ)音子系統(tǒng)是C/S結(jié)構(gòu)，保證語(yǔ)音報(bào)警在Web系統(tǒng)瀏覽器關(guān)閉狀態(tài)下依然可以運(yùn)行，界面美觀，采用TTS語(yǔ)音合成等技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，圖6為合川防汛平臺(tái)語(yǔ)音子系統(tǒng)界面。

4.4 系統(tǒng)接口集成

目前合川區(qū)水利局使用的合川區(qū)山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、重慶市水庫(kù)防汛安全管理系統(tǒng)和重慶市防汛水情信息查詢系統(tǒng)，屬于不同單位開(kāi)發(fā)的不同功能的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，與合川防汛平臺(tái)功能各有側(cè)重。合川防汛平臺(tái)整合了已建系統(tǒng)，通過(guò)防汛平臺(tái)即可無(wú)需輸入密碼快速登陸，方便值班人員快速登陸其他系統(tǒng)工作。針對(duì)已建的山洪災(zāi)害、水庫(kù)管理和水情系統(tǒng)，通過(guò)與3個(gè)平臺(tái)進(jìn)行溝通，提供系統(tǒng)登陸接口，點(diǎn)擊登陸接口后，無(wú)需人工再輸入密碼，即可快速登陸到這3個(gè)系統(tǒng)。

4.5 成果展示平臺(tái)

在觸摸顯示屏上用于成果展示，通過(guò)對(duì)合川防汛平臺(tái)中重要的水雨情、綜述建議通報(bào)、值班、監(jiān)控預(yù)警等功能進(jìn)行展示，達(dá)到值班觀察和匯報(bào)演示的目的。展示平臺(tái)集聚了防汛值班最重要的功能，值班人員通過(guò)觀看頁(yè)面滾動(dòng)，可以清晰知道目前的整體情況。圖7為合川防汛平臺(tái)GIS地圖展示界面。

4.6 網(wǎng)絡(luò)安全

目前合川防汛平臺(tái)與合川黨政網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)網(wǎng)閘設(shè)備隔開(kāi)，保證網(wǎng)絡(luò)安全。水情交換系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和合川防汛平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)基本的水情數(shù)據(jù)冗余。

5 應(yīng)用效果

合川防汛平臺(tái)以用戶需求為牽引，以防汛業(yè)務(wù)為主題，以解放生產(chǎn)力為目的，構(gòu)建一體化的集成平臺(tái)。值班人員通過(guò)該平臺(tái)，可隨時(shí)查看各類水雨情數(shù)據(jù)（歷史、實(shí)時(shí)、預(yù)報(bào)）、水庫(kù)電站數(shù)據(jù)、水情綜述、水情周報(bào)、氣象通報(bào)、電站調(diào)度建議等防汛信息;可通過(guò)拓?fù)鋱D實(shí)時(shí)了解當(dāng)前的報(bào)汛網(wǎng)絡(luò)狀態(tài);可對(duì)值班、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)等進(jìn)行界面語(yǔ)音短信多方式預(yù)警提醒;可查看水資源斷面實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控畫(huà)面;進(jìn)行成果展示等。

合川防汛平臺(tái)自2018年上線以來(lái)，功能逐步完善，在歷次上游編號(hào)洪水中，尤其在嘉陵江2020年2號(hào)洪水過(guò)境合川期間，充分發(fā)揮了防汛科技支撐作用，及時(shí)匯聚各方的實(shí)時(shí)水雨情信息、合川區(qū)氣象局的氣象通報(bào)以及長(zhǎng)江委水文上游局的水文情報(bào)預(yù)報(bào)、水情綜述、水情周報(bào)、電站調(diào)度建議等，為合川防汛部門(mén)科學(xué)決策和防汛減災(zāi)提供了有力支撐。

合川防汛平臺(tái)整體設(shè)計(jì)具有一定的可移值性，包括了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、多渠道數(shù)據(jù)來(lái)源、基本值班需求等，部分已建平臺(tái)也已在重慶市其他區(qū)縣使用，整體軟件設(shè)計(jì)可在重慶其他區(qū)縣推廣。

6 結(jié) 語(yǔ)

合川防汛平臺(tái)通過(guò)打造資源集約、應(yīng)用集成、信息共享的防汛工作平臺(tái)，結(jié)合工作業(yè)務(wù)和值班管理，極大提高了值班的信息化、規(guī)范化與值班人員的工作效率，更好地為防汛工作服務(wù)。合川防汛平臺(tái)是面向重慶市區(qū)縣防汛業(yè)務(wù)的信息集成系統(tǒng)，變革了傳統(tǒng)防汛工作模式，可滿足多層次、多角度的業(yè)務(wù)需求，有一定的借鑒和推廣意義。

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（編輯：江 文）