山洪災害預警系統
立方科技
—
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，面向服務的架構體系（SOA）設計開發;用戶使用瀏覽器能夠完成所有操作。
軟件開發要求基于目前主流開發平臺（.Net或Java平臺）；功能模塊符合國家防汛指揮系統功能要求，具有良好的開放性、可擴充性及容錯功能，支持用戶認證、授權和訪問控制，界面友好，易于維護。
（二） 常規性能
1、對軟件系統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、文字和數據三種方式在計算機上展現，數據表格應具有報表打印功能；系統的操作要求簡單易用。
2、采用WebGIS方式執行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，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，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，具有報表打印功能，操作簡單易用；
4）采用現有的電子地圖；
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
（一） 軟件總體結構
山洪監測預警系統以數據中心為核心，以滿足山洪地質災害防御工作需求為主線，以構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，通過設計與實現各類功能構件，定義相關協議與接口，形成可持續改進的工程信息服務系統。系統體系結構如圖所示：
系統由信息匯集、數據中心、用支撐平臺、山洪災害預警子系統四個層次組成，其中信息匯聚子系統包含數據提取子系統、數據轉發子系統、數據接收子系統、數據入庫子系統四個子系統，由水雨量監測系統采集的水雨情數據通過無線傳輸將數據同步落地到信息匯聚子系統；山洪災害預警子系統是基于WEBGIS的綜合系統，由多個子系統（預警發布、預警分析、預警響、預警處理、信息查詢等）組成，系統采用富客戶端技術、豐富業務用和交互操作，各個部分間由標準化的協議與接口結合為一個有機的整體。
系統的信息來源主要有兩個方面，一是由系統采集的水雨情信息以及縣系統生成的預警信息（簡稱內部信息），二是需要從其它信息系統（如小流域洪水預報系統）和水利行業外獲取的信息（統稱外部信息）。信息的傳輸與處理遵循標準化的協議，以保證信息的相對完整性與一致性。
水雨情信息數據源來自采集點，同步落地到分中心及縣防辦；預警信息數據源來自縣防辦（縣系統），向上級匯總。
以系統體系結構為基礎構造的用系統可以在服務層次、構件層次和信息資源層次協同工作，以實現信息交換與共享，減少重復開發，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、實時汛情監視、山洪災害信息服務、預報分析、預案管理、預警發布、報表管理、系統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，采用多種統計方式；預警發布提供預警信息的多種方式的發布功能；報表管理對各種山洪災害統計報表的管理功能；預案管理提供對各種山洪防御預案的查詢管理功能；系統管理提供對預報模型、預警指標、用戶權限管理等功能。
（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，系統提供以下信息查詢服務：
1、縣鄉村基本情況：縣簡介及各鄉鎮、行政村的基本情況，包括縣、鄉、村名稱、土地面積、耕地面積、總人口、家庭戶數、房屋數、歷史洪水線下(人口、家庭戶數、耕地面積、房屋數)、可能受山體滑坡、泥石流影響（人口、家庭戶數、房屋數）、鄉鎮負責人及聯系電話、鄉鎮防汛負責人及聯系電話、村負責人及聯系電話。
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、涉及鄉數（名）、村數（名）、村組數、戶數、人口數、房屋、歷史洪水線下（人口、家庭戶數、房屋）、可能受山體滑坡、泥石流影響（戶數、人口、房屋）、關聯監測站等。
3、監測站基本情況：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(所在鄉鎮、村)、經緯度、高程、設立日期、類別（自動站、人工站）、所屬小流域、關聯鄉村、雨量預警指標、(0.5、1、3、6、12、24h)最大雨量及出現時間、監測人員及聯系方式；水位站信息包括站碼、站名、站址(所在鄉鎮、村、組)、經緯度、高程、設立日期、類別（自動站、人工站）、所屬小流域、關聯鄉村、水位預警指標、歷史調查最高水位及時間、實測最高水位及時間、監測人員及聯系方式等；
4、縣鄉村預案：查詢縣、鄉、村預案。
5、歷史災害情況：查詢本縣歷史上山洪災害發生總體情況及各典型年的災害情況，內容包括災害發生時間、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，以防洪工程數據庫中的數據為準。
7、經濟社會狀況及災情信息查詢
山洪災害監測區域經濟社會指標：村鎮分布、人口分布、固定資產、重要設施、GDP等。
直接總經濟損失：受災范圍，受災人口，受淹城市，倒塌房屋，死亡人口等。
工業、交通運輸業直接經濟損失：停產工礦企業（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。
農林牧漁業直接經濟損失：農作物受災面積，農作物成災面積，農作物絕收面積，減少糧食，死亡大牲畜，水產養殖損失等。
8、數據的輸出保存打印
查詢系統具有信息輸出和表現功能，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，給工作人員發布山洪災害監測預警提供參考。同時，根據預案劃定不同的預警級別，安全區、警戒區、危險區等設定水位、雨量的警示值。通過GIS平臺實時反映區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、災情統計分析信息的數據輸出外，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) 實時汛情監視、報表管理
水雨情監測查詢主要用于實時監視水雨情狀況，查詢統計水雨情信息。系統分為水雨情報警、雨情監測、河道水情監測、水庫水情監測四大部分。
系統表現方式以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，系統自動根據設定的條件判斷是否產生報警，如果滿足條件則在地圖上閃爍、動態文字、聲音等方式提示預警，并能顯示預警相關信息；
2、雨情監測要求：
①在地圖上實時顯示各雨量監測站8時以來（可自定義）降雨量；
②可按區域、時間、時段長查詢顯示該區域該時段內的雨量、平均雨量、最大雨量、各站降雨過程柱狀圖及數據表，并顯示所查詢區域的雨量站總數、雨量強度統計等；區域可按縣、鄉、小流域、單站進行劃分，在選擇時間時，除有開始時間和結束時間外，還需有時段長（1h、3h、6h、日、旬、月）的快捷選擇（或自定）；
③顯示查詢全縣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。
3、河道水情監測要求：
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域內任意時段的各站水位、水勢、流量，超警戒、保證情況、歷史最高水位及發生時間、最大流量及發生時間，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域內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，實時衛星云圖，滑坡、泥石流等基本信息及監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，根據實際情況定制。
（2）實時雨量、水位、流量，根據實際情況定制。
（3）實時衛星云圖
提供時間查詢，云圖可放大、前后瀏覽、播放動畫。根據實際情況定制。
（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，因此必須提供接口服務。水情預報服務界面如下所示：
(5)預警發布服務
1、預警指標和等級劃分
系統對所有監測站實時雨量、實時水位進行分析，根據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（準備轉移）、危險雨量（立即轉移）；水位站分為：警戒水位（準備轉移）、危險水位（立即轉移）。
當監測站水雨情達到相臨界值時，即產生預警，并按照鄉鎮進行合并，每個鄉鎮只允許有一個預警，預警等級以該鄉鎮下多個預警監測站中等級最高的為準。
鄉預警根據該鄉范圍內監測站最高預警級別確定，縣預警根據全縣范圍內災害的面積和程度確定。以上預警指標和等級劃分根據縣的具體情況確定。
2、預警流程
預警分為兩個階段：內部預警（對防汛人員）和預警發布（對社會公眾）。
當預警產生后，系統在地圖上對的鄉鎮圖標閃爍，防汛值班人員看到預警后，進行查詢核對，并經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布預警信息，并接收責任人的反饋信息。
出現預警信息后的工作流程（預警狀態）可概括為：新預警（出現預警）→內部預警（對防汛人員）→發布預警（對社會公眾）→響啟動→響結束。
3、功能要求
在預警發布服務中具有預警信息和狀態顯示、內部預警、預警發布、預警反饋、預警記錄查詢、預警指標顯示修改等功能。
①預警信息和狀態顯示
預警信息和狀態以預警地圖和預警列表形式顯示。
預警地圖：根據預警分析結果，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鎮的預警級別等信息，同時開啟聲音報警系統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，包括已內部預警、已發布預警、已啟動響等三種狀態，響結束后的預警,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的下一步操作。
預警列表：以列表方式顯示預警信息，包括“發生鄉鎮、預警級別、預警時間、預警內容、預警狀態”等信息，并提供影響范圍分析結果。
②內部報警：根據預警級別的不同，將符合預警條件的信息自動指向相關負責人，人工發布短信；
③預警發布：經過縣防汛指揮部門確認后的預警信息，可發送短信到各級相關防汛責任人；并可發布突發預警信息。發送對象通過預先定義好的規則自動獲取。
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、發送時間、信息內容、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、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，從而確定預警產生時，預警信息的發送對象和范圍；
(6)預案管理
根據預警結果及信息發布情況，各相關部門要啟動相的響預案。系統跟蹤縣、鄉鎮的響執行情況，直到響結束。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：顯示各鄉鎮所有關聯內部預警和預警發布的急響狀態信息列表，包括“預警級別、預警時間、預警發布級別、預警發布時間、響級別、響啟動時間、響結束時間”等信息，并可以根據預警啟動、修改和結束響，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鎮響反饋信息，包括“預警時間、下派工作組、投入人員、需轉移群眾、已轉移群眾、受圍困群眾、死亡人數、失蹤人數、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)系統管理
系統登錄：此功能完成用戶登錄，不同的身份會有不能的功能權限。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：管理員可以動態管理增刪系統中所有的菜單項目，指定它所指向的URL聯接。該功能是整個權限模塊中最基礎的數據，是權限控制的對象。
組權限和用戶管理：用戶不直接跟菜單權限發生聯系，而是通過用戶組實現授權管理，管理用戶組對所有的菜單項具備哪些操作權限，操作權限包括增加、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：在該系統中所有發生了實際操作，需要記錄操作日志的情況下，調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，并寫入數據庫中，以供管理員查詢和事件追朔。針對整個系統所有角色產生的所有操作日志，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測預警系統
甘肅省鎮遠縣山洪災害防治縣級非工程措施監測預警系統
湖南省慈利縣山洪災害防御監測預警系統
湖北省恩施州車壩河流域山洪災害監測預警系統
四、 應用領域
（一） 山洪災害監測預警系統使用背景
進入現代社會以來，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出來。
（二） 山洪災害監測預警系統使用原理
山洪災害監測預警系統可安裝于河流、水庫、湖泊等水環境，利用探測傳感器對水位、水流速、溫濕度、雨量等數據進行實時探測及采集，并將數據及視頻圖像上傳至監控中心，以便工作人員查看；當發現異常情況時，系統將立即發出報警信息，提示相關人員給予重視，提前做好防范措施。
