重慶市區縣防汛水雨情平臺建設研究

喻鑫 王建中 徐小茼

摘要：目前，重慶市部分區縣防汛部門存在缺少水雨情信息平臺等問題，“信息孤島”和已建業務軟件分散，不利于防汛工作的開展。以重慶市合川區防汛水雨情信息平臺為例，探究了重慶區縣防汛水雨情信息平臺建設及其對防災減災工作的科技支撐作用。合川區防汛水雨情信息平臺是以防汛業務為主題的信息集成系統，主要用來解決“信息孤島”問題。該平臺可實現數據匯集、數據查詢、空間展示、防汛值班、數據監視、網絡監控、視頻調取、預警提醒等功能，以多層次、多角度構建了水文“一張圖”，有利于防汛數據整合及功能提升。該平臺自2018年上線以來，尤其在嘉陵江2020年第2號洪水過境合川時，充分發揮了防汛非工程措施的積極作用。

關鍵詞：防汛信息平臺;水雨情;數據匯集;防汛值班;預警提醒;重慶市

中圖法分類號：TP319文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.015

文章編號：1006 - 0081（2021）06 - 0071 - 05

1 研究背景

防汛工作事關國家改革發展穩定大局與人民群眾生命財產安全。重慶是長江上游唯一的直轄市，長江、嘉陵江、烏江等大江大河流經轄區，防汛任務重[1]。區縣防汛又是重慶防汛的重點，對區縣防汛部門而言，亟需構建符合區縣自身需求的防汛水雨情信息平臺。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據、綜述通報建議文檔、報汛網絡狀態等信息;改變傳統報表處理軟件的單一性缺陷;提高資源管理水平;提升防災減災應用信息化水平，為防汛應急指揮決策提供支撐。長江水利委員會水文局長江上游水文水資源勘測局（以下簡稱“長江委水文上游局”）根據重慶市合川區防汛部門要求，組織建設開發了合川區防汛水雨情信息平臺（以下簡稱“合川防汛平臺”）。本文以合川防汛平臺為例，探究利用信息化手段支撐重慶區縣防汛工作的實踐。

合川城區地處涪江、嘉陵江、渠江交匯處，長期遭受洪水的威脅，防汛任務重、壓力大[2-3]。合川防汛平臺建成之前，水文測站、水庫電站的實時與歷史數據獲取較為分散;未對水情綜述、氣象通報、電站調度建議等文檔進行統一管理和展示;報汛網絡狀態缺少管理平臺;缺少對數據、網絡、值班的預警提醒等。同時，已建的山洪災害、水庫管理、水情系統等平臺分別由不同單位組織開發，對于使用者而言，進入每個業務系統需要單獨打開，使用起來極不方便。隨著信息化的快速發展，社會對防汛工作提出了更高的要求，原有的工作模式已經不滿足防汛工作要求。長江委水文上游局認真調研和分析合川區防汛部門工作要求，以需求為導向，以貼合防汛實際工作為重點，進行了數據庫、子系統等詳細設計，使得合川防汛平臺能夠在日常工作和應急響應中發揮關鍵作用。

合川防汛平臺是合川非工程防洪措施重要部分。該平臺構建了以防汛業務為主題的資源集約、應用集成、信息共享的系統，將數據匯集、數據查詢、空間展示、防汛值班、數據監視、網絡監控、預警提醒、決策支持、成果展示等功能集于一體[4-9]。該平臺以信息化與業務的高度融合為重點，以水雨情、水庫電站、綜述建議等防汛業務數據為基礎，使防汛值班更加規范化、制度化，提升了防汛現代化水平。

2 總體架構

合川防汛平臺采用的是以B/S模式為主，C/S模式為輔的方式，使用兼容性較好的.NET進行編程。B/S有助于防汛辦公，C/S有助于預警提醒。合川防汛平臺主系統和展示平臺采用了B/S模式與Web平臺。語音子系統采用C/S模式，使語音提醒與Web平臺分離，保證預警提醒不受瀏覽器關閉影響，可及時提醒值班人員。

合川防汛平臺采用表現層、業務邏輯層、數據訪問層的3層架構[10-11]，符合軟件工程高內聚、低耦合的思想，使得系統易于維護和擴展，能夠更好適應變化（圖1）。表現層是平臺與用戶的交互界面，用戶通過表現層進行輸入操作，并通過表現層查看平臺反饋給用戶的需要信息。對于合川防汛平臺，表現層就是用戶的使用界面，用戶可通過表現層查看水文“一張圖”，可通過GIS地圖或者單獨查詢頁面來查看水位流量過程線、預報過程線等。業務邏輯層是平臺的業務規則、計算等業務邏輯處理層，是表現層和數據訪問層之間的橋梁，包括后臺監控、GIS地圖組件、視頻監控組件等。數據訪問層可以對數據庫進行增刪改查等操作，用戶通過表現層把請求發出，經過業務邏輯層計算處理，交給數據訪問層，數據訪問層對數據庫進行操作，將請求響應信息通過業務邏輯層反饋給表現層，展示給用戶。數據庫采用水利行業標準SL323-2011《實時雨水情數據庫表結構與標識符》為基礎進行構建和拓展。

3 軟件模型

合川防汛平臺按照軟件定義、開發和運行維護的生命周期進行工程開發，其中采用的是軟件工程螺旋模型，螺旋模型結合了瀑布模型和演化模型的優點，加入了風險評估[12]。先開發軟件原型，根據測試方和用戶反饋，在原型上進行迭代，達到滿意的效果。

4 平臺設計

合川防汛平臺在滿足多層次、多維度的數據查詢功能基礎上，盡可能地利用現有硬、軟件資源，實現GIS工作臺、防汛值班、數據監視、網絡監控、系統監視、系統接口、觸摸展示等功能，實現信息集成和數據共享，達到觸視聽多角度的體驗，圖2～3分別為合川防汛平臺功能結構與平臺主界面。

4.1 面向GIS的水文“一張圖”構建

為打造人性化的友好可靠界面，合川防汛平臺 除了常規程序開發，還采用了GIS電子地圖工具。防汛抗洪對地理信息有著極高的要求，測站位置、洪水演變過程等與地理信息有關。GIS是一種融合地理信息和計算機科學的技術，在地理信息基礎上，運用計算機圖形學等技術實現空間分析和可視化地圖展示功能[13-14]。GIS地圖能夠通過分層疊加來實現多層次節點密度展示，還能通過點擊GIS地圖上的節點進行實時視頻監控、查看過程或預報線等多維度信息。GIS地圖基于經緯度等空間坐標把測站、水庫電站、水資源斷面等節點集中起來，通過可視化界面提高了空間分析能力。

現代防汛平臺基本都要在GIS地圖上進行站點信息的展示。合川防汛平臺以合川區GIS地圖為基礎，運用ArcGIS技術，實現地圖分層疊加，通過縮放達到更好的人機交互感受。平臺上集聚了水文測站、水庫電站、水資源斷面等多點信息，實現了利用一張GIS圖可查看覆蓋防汛站點數據的需求[15]。合川防汛平臺的測站信息可以看到水雨情過程或預報線、超警超保閃爍、基本介紹等;水庫電站信息可以看到壩上壩下數據、調度建議等;水資源點信息可以通過視頻接入技術來調取實時水資源斷面現場視頻監控畫面。圖4為合川防汛平臺電站水情數據展示界面，圖5為合川防汛平臺水資源斷面監控調取界面。

4.2 防汛值班平臺構建

合川防汛平臺以切合值班人員習慣為主，做到值班表管理、報表電子化填寫、庫鎮值班查崗、短信發布、數據查詢導出、文檔上傳展示導出、權限控制等功能。報表電子化體現在運用Web版本office文檔控件將原有手寫報表轉化為word電子版填寫，通過在word模板中設置書簽、程序控制等方式，報表中能自動填寫的內容會在打開后自動填寫，把值班人員從重復繁瑣的工作中解脫出來。平臺可以自動擬合水雨情洪峰通報，根據長江委水文上游局的預報數據及修正預報數據，在通報模板上自動生成水雨情通報草稿供工作人員修改。數據查詢不僅可以查看水雨情等數據（包括圖和表兩種形式），還可以查看來自長江委水文上游局的水情綜述、水情周報和電站調度建議以及來自合川氣象局的氣象通報。平臺支持對不同人員的角色和權限進行控制，以便不同權限使用不同功能的界面。

4.3 基于預警監視的支撐平臺構建

防汛中重要的預警監視內容主要包括數據監視、網絡監控、系統監視等，當監視內容發生異常、故障時，需要通過預警平臺及時通知值班人員，做到有問題及時知曉、及時處理的預警監視應用支撐效果。

4.3.1 數據監視

水雨情數據是防汛的基礎，因此，對相關數據進行監視尤為重要。工作人員需第一時間發現超設防水位、超警戒水位、超保證水位、預報洪峰、實時洪峰等數據。在監視平臺發現相關數據后，將通過界面、語音、短信等其中一種或多種渠道進行通知。當發生超警戒水位、超保證水位時，GIS地圖上相應站點將出現不同顏色的閃爍。

4.3.2 網絡監控

網絡是數據匯聚傳輸的重要基礎，網絡狀態關系到防汛部門能否及時獲取防汛水雨情等數據，關系到對防汛形勢的及時判斷，因此對網絡狀態進行監視尤為重要。合川防汛平臺運用Flash技術，以網絡拓撲圖的形式進行網絡結構展示，若服務器到設備節點網絡不通，節點將閃爍和預警，也可隨時點擊進行ping測試以查看。線路狀態可以查看數據來源報汛節點每日的平均網絡延時、ping通成功次數、ping不通失敗次數、斷網次數等數據，通過圖表的方式了解數據來源報汛節點的運行情況。

4.3.3 系統監視

合川防汛平臺包括數據抽取子系統、后臺子系統、短信子系統、預警語音子系統等，任何一個程序出現問題，都會影響平臺部分功能的使用，所以需要一個系統監視程序來對這幾個子系統進行監視，方便值班人員和平臺開發人員及早知曉平臺運行狀況。

4.3.4 預警提醒

預警提醒是現代防汛系統必須考慮的問題，沒有很好的預警功能，就不能在出現異常情況時及時反應和行動。合川防汛平臺通過對自身接收到的信息或網絡情況進行實時監控，發現符合預警需求時，及時向相應人員發送預警信息。平臺采用界面、語音、短信3種方式，可根據自身需求進行配置。平臺可對水情數據設防超警超保、實時洪峰數據、預報洪峰數據、網絡異常等情況進行預警，也可對新增文檔（水情綜述、水情周報、電站調度建議、氣象通報）發布等進行提醒。對水情數據設防超警超保、實時洪峰數據、預報洪峰數據預警進行靈活設置，可以根據需求設置設防值、預警頻率、時間段、發送人員等，根據模板自動擬合預警信息進行發送。語音子系統是C/S結構，保證語音報警在Web系統瀏覽器關閉狀態下依然可以運行，界面美觀，采用TTS語音合成等技術進行開發，圖6為合川防汛平臺語音子系統界面。

4.4 系統接口集成

目前合川區水利局使用的合川區山洪災害監測預警系統、重慶市水庫防汛安全管理系統和重慶市防汛水情信息查詢系統，屬于不同單位開發的不同功能的業務系統，與合川防汛平臺功能各有側重。合川防汛平臺整合了已建系統，通過防汛平臺即可無需輸入密碼快速登陸，方便值班人員快速登陸其他系統工作。針對已建的山洪災害、水庫管理和水情系統，通過與3個平臺進行溝通，提供系統登陸接口，點擊登陸接口后，無需人工再輸入密碼，即可快速登陸到這3個系統。

4.5 成果展示平臺

在觸摸顯示屏上用于成果展示，通過對合川防汛平臺中重要的水雨情、綜述建議通報、值班、監控預警等功能進行展示，達到值班觀察和匯報演示的目的。展示平臺集聚了防汛值班最重要的功能，值班人員通過觀看頁面滾動，可以清晰知道目前的整體情況。圖7為合川防汛平臺GIS地圖展示界面。

4.6 網絡安全

目前合川防汛平臺與合川黨政網絡之間通過網閘設備隔開，保證網絡安全。水情交換系統數據庫和合川防汛平臺數據庫可以實現基本的水情數據冗余。

5 應用效果

合川防汛平臺以用戶需求為牽引，以防汛業務為主題，以解放生產力為目的，構建一體化的集成平臺。值班人員通過該平臺，可隨時查看各類水雨情數據（歷史、實時、預報）、水庫電站數據、水情綜述、水情周報、氣象通報、電站調度建議等防汛信息;可通過拓撲圖實時了解當前的報汛網絡狀態;可對值班、網絡、數據等進行界面語音短信多方式預警提醒;可查看水資源斷面實時視頻監控畫面;進行成果展示等。

合川防汛平臺自2018年上線以來，功能逐步完善，在歷次上游編號洪水中，尤其在嘉陵江2020年2號洪水過境合川期間，充分發揮了防汛科技支撐作用，及時匯聚各方的實時水雨情信息、合川區氣象局的氣象通報以及長江委水文上游局的水文情報預報、水情綜述、水情周報、電站調度建議等，為合川防汛部門科學決策和防汛減災提供了有力支撐。

合川防汛平臺整體設計具有一定的可移值性，包括了網絡結構設計、多渠道數據來源、基本值班需求等，部分已建平臺也已在重慶市其他區縣使用，整體軟件設計可在重慶其他區縣推廣。

6 結 語

合川防汛平臺通過打造資源集約、應用集成、信息共享的防汛工作平臺，結合工作業務和值班管理，極大提高了值班的信息化、規范化與值班人員的工作效率，更好地為防汛工作服務。合川防汛平臺是面向重慶市區縣防汛業務的信息集成系統，變革了傳統防汛工作模式，可滿足多層次、多角度的業務需求，有一定的借鑒和推廣意義。

參考文獻：

[1] 重慶市防汛抗旱指揮部辦公室.重慶市2018年防汛抗旱工作舉措及經驗啟示[J].中國防汛抗旱， 2019， 29（1）：114-115.

[2] 高攀宇， 李身渝， 曾適，等. 嘉陵江流域暴雨洪水特征及預報[J]. 人民長江， 2011，42（11）：60-63.

[3] 馬彬， 盧峰， 張娜. 嘉陵江重慶流域洪澇災害綜合應急預案編制的做法與啟示[J].中國應急管理，2016（8）：57-61.

[4] 沈建剛，倪雄， 潘崇倫. 防汛預警系統在防汛減災中的應用[J].水利信息化， 2011（2）：59-61.

[5] 查治榮， 宋云江， 徐保超. “智慧水文”建設發展研究[J]. 水資源開發與管理， 2018（10）：12-14.

[6] 黃康， 虞開森， 俞志強，等.面向服務的防汛GIS支撐平臺設計與實現[J]. 浙江大學學報（理學版）， 2011（4）：456-460.

[7] 姜仁貴， 解建倉， 李建勛.面向防汛的三維預警監視平臺研究與應用[J].水利學報，2012，43（6）：749-755.

[8] 王西文，張廣智，王軍，等.山東實時雨水情信息系統開發研究[J].山東水利， 2007（1）：43-45.

[9] 黃定謀.西林縣雨水情防汛服務平臺設計概述[J].廣西水利水電， 2014， 6（6）：74-74.

[10] 王進.B/S模式下的三層架構模式[J]. 軟件導刊， 2011，10（3）：30-31.

[11] 高揚.基于. NET平臺的三層架構軟件框架的設計與實現[J].計算機技術與發展， 2011（2）：77-80.

[12] 張友生， 李雄. 軟件開發模型研究綜述[J].計算機工程與應用，2006（3）：109-115.

[13] 沈正.GIS在江門防汛減災信息系統中的應用[C]// 第六屆ArcGIS暨ERDAS中國用戶大會論文集. Arcgis暨erdas中國用戶大會. 北京：地震出版社，2004.

[14] 徐會軍， 陳俊， 林劍龍.基于GIS一體化的水情信息系統的設計與實現[J]. 電子技術與軟件工程，2019（20）：49-51.

[15] 馬曉云.水文水資源“一張圖”管理系統的設計與實現[J].測繪通報， 2016（11）： 114-117.

（編輯：江 文）