基于WebGIS的暴雨災害決策系統(tǒng)設計與應用

何周見

摘 要：針對防汛部門在暴雨災害中缺少統(tǒng)一調度的平臺，開發(fā)了暴雨災害決策系統(tǒng)。文章從關鍵技術角度描述了系統(tǒng)的功能，結合各防汛單位的業(yè)務需求，對系統(tǒng)開發(fā)過程中涉及的關鍵技術展開討論。并開發(fā)了基于WebGIS的暴雨災害決策系統(tǒng)，軟件運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了大容量數據高效發(fā)布、海量要素快速渲染及繪制、GP服務高效率調用、氣象預警信息快速送達等主要功能，為政府領導遠程科學指揮、統(tǒng)一調度因暴雨引發(fā)的災害提供科學依據，在政府防災減災過程中具有重要意義和應用價值。

關鍵詞：Flex；RIA；暴雨災害；海量數據；GP；及時率

中圖分類號：S422 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0111-02

1 概述

近年來，暴雨災害頻繁發(fā)生，造成嚴重的經濟損失和社會影響，成為各界普遍關注的自然災害問題。政府各級防汛部門高度重視暴雨及其引發(fā)的山洪地質災害防御工作，為了有效地預測災害并減少造成的損失，迫切需要建立一個科學合理的暴雨決策服務指揮系統(tǒng)。隨著氣象監(jiān)測與預報技術的發(fā)展、應急部門對各防汛部門的統(tǒng)一組織協(xié)調的力度加強，對暴雨災害的統(tǒng)一決策指揮成為可能。

RIA（Rich Internet Applications，富互聯(lián)網應用程序）是一種將桌面應用程序的交互用戶體驗（反應快、界面豐富等優(yōu)點）與傳統(tǒng)Web應用部署靈活性結合起來的網絡應用程序。RIA給用戶帶來更豐富、更具有交互性和響應性的全新體驗，是一種全新的Web應用解決方案，也為網絡GIS發(fā)展帶來了新的活力。在現(xiàn)有的幾種RIA客戶端開發(fā)技術中，以Adobe公司的Flex較為成熟，因此，本系統(tǒng)建設選擇Flex技術作為客戶端顯示手段。[1]

2 系統(tǒng)總體結構設計

氣象GIS網絡平臺總體上劃分為兩個端，即氣象GIS服務端和客戶端，服務端又分為3個層，分別為數據層、氣象GIS服務層和Web服務層。每個層根據業(yè)務需求再細化為4塊。

2.1 數據層

數據層主要存貯系統(tǒng)所需數據，包括空間數據、屬性數據、氣象業(yè)務數據、防汛部門業(yè)務數據等，這些數據分別存貯于不同的數據庫中。

2.2 服務層

服務層包含地圖數據服務層、氣象數據服務層、信息發(fā)布服務層和GP服務層。提供對數據層的獲取、分析、顯示和傳輸。本層是系統(tǒng)的關鍵所在，地圖顯示、氣象數據顯示、客戶端交互及決策信息發(fā)布均由本層處理，并將最終的處理結果返回給客戶端顯示。[2]

2.3 web服務層

web服務層主要包括基于web的應用程序，其介于客戶端和服務層之間，是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的一個媒介層。該層將web應用程序通過web服務器發(fā)布到網絡中供客戶端調用，web服務層傳遞客戶端請求到服務層，調用相關服務并獲取服務端的結果，并將結果返回給客戶端。web服務層提供了服務訪問組件，提供對各類服務的訪問以及對OGC標準服務和第三方服務的訪問；web服務層提供OGC服務、REST服務以及WEB服務3個部分的Web發(fā)布功能，即支持將服務在服務層發(fā)布為OGC標準服務、REST服務以及標準的web服務。[3-4]

2.4 客戶端

本系統(tǒng)客戶端具有開放性服務聚合應用架構，支持REST和SOAP空間信息服務，并且可通過規(guī)范化接口進行服務協(xié)議的擴展；支持WMS＼WFS＼KML等標準空間信息服務。[5]

3 系統(tǒng)功能結構設計

基于Flex的暴雨災害決策服務指揮系統(tǒng)主要由3個子系統(tǒng)組成，分別是監(jiān)測子系統(tǒng)、決策指揮系統(tǒng)和信息審核、發(fā)布系統(tǒng)。

3.1 監(jiān)測子系統(tǒng)

監(jiān)測子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎，包含了氣象數據綜合顯示、查詢、分析，專題圖制作等功能，并能根據一定的規(guī)則對累計雨量、1小時雨強、閃電定位、雷達組合反射率因子進行預警。

3.2 決策指揮子系統(tǒng)

決策指揮系統(tǒng)可以根據監(jiān)測子系統(tǒng)的顯示結果，配合各防汛部門的數據，以及網絡上的高清地圖數據，對暴雨落區(qū)及影響區(qū)域進行決策指揮。可以用于輔助的工具有緩沖分析、流域關聯(lián)分析、避災點分析及救援、逃生路徑分析工具。在經過綜合分析后，利用交互工具在地圖上直觀的繪制出來提交給產品生成程序，得到最終的決策指揮服務產品。

3.3 審核、發(fā)布子系統(tǒng)

通過決策指揮系統(tǒng)得到的決策指揮服務產品，經過系統(tǒng)管理員與相關部門人員的會商確定后，提交給發(fā)布系統(tǒng)；選擇發(fā)布渠道后，系統(tǒng)將決策信息迅速的傳送至服務對象。

4 關鍵技術

4.1 海量數據的顯示策略

本系統(tǒng)因為牽涉到與應急、國土、水利、民政、教育等部門的統(tǒng)一調度，數據量很大，而且部分數據密集程度很高，如氣象信息員數據、國土部門的信息員數據、地災點數據，如果全部顯示在地圖上，會嚴重影響視覺效果，而且無法區(qū)分各類數據，本系統(tǒng)在顯示上采用了flex中的cluster技術，即根據地圖的縮放級別來進行聚合顯示，比如氣象信息員，在地圖放大到村鎮(zhèn)級別時，進行單獨顯示，縮小到縣市一級時，視圖范圍內的所有信息員聚集在一個大點上，大點上有數據標示，指示本點包含的信息員總數。cluster技術有效的解決了海量數據有效顯示的問題。

4.2 信息員地圖數字化

氣象部門和國土部門的信息員均細化到村組一級，上報時以村為單位，現(xiàn)階段國土部門提供的地理信息邊界數據最小只到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級。如何在地圖上有效定位信息員成為本系統(tǒng)需要解決的關鍵問題之一。經過和國土部門溝通，劃分村組邊界牽涉到的因素太多，因此本系統(tǒng)選用以村委會為中心，根據信息員數量進行圓心分布顯示。

4.3 跨域訪問技術及系統(tǒng)部署

由于涉及到數據安全性，氣象部門的鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量點數據現(xiàn)統(tǒng)一部署在貴州省氣象局信息中心的服務器上，該服務器必須要在氣象部門內網中連接innode才可以正常訪問。而計算機一旦連接了innode，就無法訪問英特網，也就無法顯示諸如百度地圖、google地圖等高清在線地圖，除非使用雙網卡，而此策略與本系統(tǒng)的BS架構設計初衷有較大的出入。因此，如何打通內外網的限制，使外部門也能正常訪問本系統(tǒng)顯得尤為重要。endprint

本系統(tǒng)采用將不同類型的服務器分別部署在不同網段進行解決。將web服務器和地圖服務器部署在外網服務器上，數據讀取服務器部署在氣象局內網服務器上，三者用ISC網絡共享實現(xiàn)互通，順利解決內網訪問的問題。

4.4 決策信息到達率保障

決策信息在進行發(fā)布的過程中，短信和電話外呼相對于微博和手機app，無疑是最方便快捷，服務面最廣的，但同時也是受運營商限制最強烈的。我們在系統(tǒng)的試運行過程中，經常碰到短信延遲，電話外呼無法接通的情況。如果在信息發(fā)布這一環(huán)節(jié)出問題，后果將非常嚴重。本系統(tǒng)采用了短信到達監(jiān)控、通話狀態(tài)監(jiān)控和電話外呼實體線路、網絡虛擬線路雙通道備份的解決方案。以短信為例，在對氣象信息員培訓的過程中，重點告知在收到緊急短信后需要回復給系統(tǒng)，以便決策中心實時知曉短信送達狀態(tài)及讀取狀態(tài)。在短信延遲的情況下，馬上切換為電話外呼進行叫應，使決策信息安全、正點的到達“最后一公里”。

5 應用實例

2015年6月，項目組應遵義市政府應急辦公室的安排開發(fā)了遵義市暴雨災害決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)納入了遵義市國土部門和水利部門的部分數據，從6月份開始在遵義市氣象局和遵義市應急辦進行試運行。

6 結束語

因各部門的職能差異及部門數據的特殊性，本系統(tǒng)現(xiàn)階段包含的數據均為靜態(tài)數據，比如國土部門的地質災害隱患點數據為2014年的臺賬，有些地災點經過修復后在暴雨條件下的隱患已經很小或者完全沒有了，但是在系統(tǒng)上并不能實時的表現(xiàn)出來；在暴雨落區(qū)預報方面，仍以預報員的經驗為主，缺乏相關模型的支撐，主觀性較強，導致決策指揮存在較大的不確定性。下一步工作將主要針對部門數據共享及暴雨模型的研究和應用進行開展。

參考文獻：

[1]胡爭光，等.氣象GIS網絡平臺關鍵技術研究與實現(xiàn)[J].應用氣象學報，2014，25（3）.

[2]孫利華，等.基于Flex的氣象信息網絡發(fā)布平臺設計與實現(xiàn)[J].應用氣象學報，2010，21（6）.

[3]程國雄，等，基于Silverlight的RIA系統(tǒng)架構與設計模式研究[J].計算機工程與設計，2010，31（8）：1706-1713.

[4]戴侃，等，基于J2EE和Flex技術構建RIA系統(tǒng)的探索與實現(xiàn)[J].微電子學與計算機，2003，23（5）：22-27.

[5]楊仁和.AJAX模式設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.endprint