呂梁市雨情墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李新華，孫大智

1 概況

呂梁市全境屬東部季風(fēng)氣候區(qū)，大陸性季風(fēng)氣候顯著，四季分明。由于其特定的氣候特征、地形條件和地理因素，呂梁市的水旱災(zāi)害十分頻繁，“十年九旱、局部洪災(zāi)”是呂梁氣候的主要特點(diǎn)。因此，防汛抗旱成為全市防災(zāi)減災(zāi)的主要任務(wù)。

當(dāng)前，呂梁市防汛抗旱存在的主要問(wèn)題有：一是雨量站和墑情站分布不平衡，特別是水庫(kù)上游大部分不設(shè)站點(diǎn)，遠(yuǎn)不能滿足防汛抗旱指揮的需要；二是這些站大部分為人工操作、人工報(bào)汛，受氣候影響較大，遇到大暴雨，信息傳輸?shù)貌坏奖Ｕ?，達(dá)不到及時(shí)、準(zhǔn)確的要求；三是這些站的儀器設(shè)備大部分帶病運(yùn)行，老化嚴(yán)重，且精度不高，難以保證信息的可靠性；四是這些站的信息按部門逐級(jí)上報(bào)，防汛抗旱指揮部不能直接、及時(shí)得到，嚴(yán)重影響了防汛信息的時(shí)效性。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

第一，根據(jù)呂梁市的自然地理特征、耕地地類情況和人口分布密度特點(diǎn)，在受洪水威脅的縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)、水庫(kù)、水電站、大型企業(yè)，通過(guò)科學(xué)選比、充分論證，建設(shè)布局合理并具有代表性的雨量、墑情自動(dòng)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)。

第二，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、維護(hù)方便的定型設(shè)備，建設(shè)無(wú)人值守、全天候工作的野外監(jiān)測(cè)站。

第三，建立經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、保障傳輸?shù)耐ㄐ判诺?，確保在發(fā)生暴雨洪水的條件下，監(jiān)測(cè)信息有效傳輸。

第四，在呂梁市防汛辦設(shè)立中心站和雨量、墑情接收處理系統(tǒng)，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、整合處理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、資料整編提供條件。

第五，系統(tǒng)研發(fā)的最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)雨量、墑情自動(dòng)提取，雨量、墑情等值線、等值面自動(dòng)分析，圖形報(bào)表自動(dòng)打印功能，以及面雨量計(jì)算、雨情特征值統(tǒng)計(jì)等功能，滿足防汛抗旱的日常業(yè)務(wù)需要，提高雨量、墑情分析的自動(dòng)化水平。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程

3.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

根據(jù)呂梁市洪水、旱情的發(fā)生和傳播規(guī)律，考慮到系統(tǒng)布設(shè)原則和布設(shè)依據(jù)，確定每縣的雨量站不少于3個(gè)，墑情監(jiān)測(cè)站不少于2個(gè)。為有效利用監(jiān)測(cè)站的設(shè)備資源，確定墑情站的同時(shí)配置雨量站，在已完成的一期項(xiàng)目中25個(gè)點(diǎn)雨量和墑情站合一。具體研發(fā)內(nèi)容為:

自動(dòng)數(shù)據(jù)提取:自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)提取的中間環(huán)節(jié)，自動(dòng)保存已提取的一些數(shù)據(jù)，減少重復(fù)提取，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

自動(dòng)雨量、墑情分析:自動(dòng)客觀分析，包括等值線分析和等值面分析兩種情況。

人工修訂結(jié)果：在出現(xiàn)明顯的分析缺陷（概率很?。┗虺霈F(xiàn)機(jī)器無(wú)法判別的錯(cuò)報(bào)情況下，設(shè)置人工調(diào)整和美化功能，滿足使用要求。

雨量、墑情圖打印:滿足水文部門上報(bào)雨量圖的要求，圖形既可以打印在白紙上，也可以打印在事先指定的地區(qū)底圖上。

根據(jù)鼠標(biāo)隨機(jī)選定區(qū)域范圍，自動(dòng)完成區(qū)域內(nèi)面平均雨量墑情的分析計(jì)算。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)業(yè)務(wù)需求的分析，確定該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)由采集層、通信層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層5部分組成。

采集層：該系統(tǒng)的信息采集遵照先進(jìn)、實(shí)用，經(jīng)濟(jì)、可靠，充分利用郵電公網(wǎng)的原則，根據(jù)分中心測(cè)站分布和通信資源狀況，全部采用數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、固態(tài)存儲(chǔ)、數(shù)字化自動(dòng)傳輸技術(shù)，以提高觀測(cè)精度和時(shí)效。

通訊層：選擇全球移動(dòng)通信系統(tǒng)為報(bào)汛通信網(wǎng)的主信道，選擇公共電話交換網(wǎng)為備信道，實(shí)現(xiàn)有線無(wú)線雙保險(xiǎn)，力求為信息的傳輸提供可靠保證。

網(wǎng)絡(luò)層：是中心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)環(huán)境。該系統(tǒng)可以在局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，并配置有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，需要有基本信息數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)支持，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)要符合水利部下發(fā)的實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)層：是整個(gè)呂梁市雨情墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)業(yè)務(wù)綜合數(shù)據(jù)的平臺(tái)，是業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立又互有關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)組成。主要包括基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)墑情數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)雨情數(shù)據(jù)庫(kù)、遙測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)行分析結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)、空間地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、方法模型庫(kù)等。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和開放性數(shù)據(jù)庫(kù)管理方法，為防汛決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持，是整個(gè)決策支持服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐層。

運(yùn)用層：是呂梁市雨情墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的核心，主要進(jìn)行雨情墑情信息的接收、處理、存儲(chǔ)、分析、統(tǒng)計(jì)、查詢等。呂梁市雨情墑情綜合分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)是：以強(qiáng)大的雨情、墑情數(shù)據(jù)庫(kù)、地圖信息庫(kù)、站網(wǎng)信息庫(kù)、水系信息庫(kù)、分區(qū)信息庫(kù)、方法模塊庫(kù)作為基礎(chǔ)支撐層，通過(guò)建立先進(jìn)的物理模型和客觀的插值方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)提取分析、雨量、墑情等值線、等值面、特征值計(jì)算、圖形顯示自動(dòng)化、出圖、打印等功能。在B/S結(jié)構(gòu)中，客戶在瀏覽器中對(duì)需要查詢信息進(jìn)行選擇，并向服務(wù)器端發(fā)出請(qǐng)求，該請(qǐng)求通過(guò)http協(xié)議傳送到服務(wù)器端。當(dāng)服務(wù)器端收到請(qǐng)求信息后，就去訪問(wèn)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并把從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的XML格式、SVG格式和HTML格式的文件，返回到客戶端。這樣客戶端就可以對(duì)其進(jìn)行交互式訪問(wèn)，并且不需要頻繁地向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，極大地減少了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量和服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。

3.3 主要應(yīng)用技術(shù)

SVG（ScalableVectorGraphics）是一種基于 XML的用來(lái)描述二維矢量圖形和矢量/點(diǎn)陣混合圖形的置標(biāo)語(yǔ)言，是一種全新的矢量圖形規(guī)范。SVG的繪圖可以通過(guò)動(dòng)態(tài)和交互式方式進(jìn)行，在實(shí)際操作中，以嵌入方式或腳本方式實(shí)現(xiàn)。SVG實(shí)現(xiàn)了圖形、圖象和文字的有機(jī)統(tǒng)一。

SVG采用基于XML的DOM文檔管理結(jié)構(gòu)，很方便實(shí)現(xiàn)層次管理，其對(duì)象的樣式屬性具有繼承性，如果下一級(jí)沒有某樣式屬性，則直接使用其上一級(jí)屬性，以此類推，直到頂級(jí)為止。

SVG圖形數(shù)據(jù)本身只包含用來(lái)實(shí)現(xiàn)矢量圖形顯示的信息，如坐標(biāo)點(diǎn)、變換矩陣、顯示樣式等信息，不能滿足GIS系統(tǒng)的需要。但由于SVG是基于XML格式的，除了使用其內(nèi)置的屬性外，還可對(duì)其屬性進(jìn)行任意擴(kuò)充，以實(shí)現(xiàn)自定義功能。在SVG圖形中，對(duì)象的屬性ID是用來(lái)標(biāo)志唯一對(duì)象的編號(hào)。WebGIS采用ID號(hào)作為圖形內(nèi)在的標(biāo)示，而自定義其他的屬性如名稱、提示信息等來(lái)存儲(chǔ)其GIS屬性。

該系統(tǒng)使用面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒?，利用JZEE（Java2PlatformEnterpriseEdition）開發(fā)平臺(tái)，采用SVG技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了以地圖信息形式繪制雨量、土壤墑情等值線或等值面，將數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的提取、分析、顯示、繪制圖和線、網(wǎng)頁(yè)發(fā)布瀏覽、瀏覽器直接生成等值線圖等功能融為一體，做到了準(zhǔn)確性、真實(shí)性、美觀性與實(shí)用性的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了雨情、土壤墑情信息綜合分析服務(wù)的自動(dòng)化和軟硬件系統(tǒng)藕合及整個(gè)系統(tǒng)的一體化管理和運(yùn)用。

4 結(jié)語(yǔ)

呂梁市雨情墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)采用現(xiàn)代信息采集技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息處理技術(shù)，建成覆蓋全市的雨情和旱情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，達(dá)到了信息源布局合理、信息采集、傳輸、處理手段先進(jìn)實(shí)用、高效可靠，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)報(bào)警。

呂梁市雨情墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)能在30min內(nèi)完成所有雨量、墑情監(jiān)測(cè)站信息的收集處理，為防汛抗旱調(diào)度，決策指揮提供科學(xué)依據(jù)，為防汛抗旱搶險(xiǎn)救災(zāi)贏得時(shí)間，最大限度地減少干旱和洪水災(zāi)害損失，確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

［1］ 仁建營(yíng)，孫志國(guó)，劉正洪.漳澤水庫(kù)防汛會(huì)商決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路淺析[J].中國(guó)水利，2007（05）：50-51.

［2］ 周惠成，何斌，梁國(guó)華，等.WebGIS在省級(jí)防汛指揮決策信息服務(wù)子系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].水科學(xué)進(jìn)展，2003（01）：104-108.