防汛信息系统分析与设计.docx
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防汛信息系统分析与设计.docx
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防汛信息系统分析与设计
防汛系统的的开发设计
1.开发背景:
受特殊的地理条件和气象因素的影响,洪水成为制约国民经济发展的一项比较严重的自然灾害,而现如今的防灾减灾,以工程措施为主,工程措施是抗御水旱灾害的物质基础。
但是除了物质基础外,非物质基础也是非常重要的。
非工程措施是工程措施的补充,也是工程措施能够发挥重要作用的根本保证,切实加强防汛指挥系统等非工程防洪措施建设,快速准确的收集各类防汛信息,迅速的处理这些信息,在此基础上科学的调度洪水,科学的调度人力、物力、财力和抢险,就能充分的发挥防洪工程的整体防洪作用,最大限度的减轻灾害损失,达到事半功倍的效果。
据国外专家估算,非工程防洪措施的运用所减少的洪灾损失占总监在损失的10%~20%,有的甚至高达40%。
其经济效益和社会效益是十分可观的。
利用计算机与网络等技术,将各类防汛信息进行实时快速地收集、分析和处理,供各级领导和防汛部门进行防汛调度指挥时使用,也是防汛指挥全面现代化的重要组成部分和前期性基础工作。
2.基本方法:
(本案例以省为单位)
根据该省防汛的现状和要求,经过调研和分析,在系统规划和实施过程中,采用了系统集成技术与系统规划方法。
本系统的集成是根据该省的防汛的需求,将硬件平台、网络设备、系统软件、工具软件、已有的相关系统、开发的若干应用软件等集成到一个具有优良性能的防汛计算机信息系统。
系统集成技术与规划方法贯穿于系统开发的自始至终。
1)系统开发的基本点
防汛信息服务系统的开发,首先必须坚持和牢牢抓住两个基本点。
一是组织机构。
组织机构是集成的保证。
设备、软件都是靠人去使用,人是第一因素。
进行防汛系统集成,组织一支专业化程度高、有拼搏精神、责任心强、团结协作的队伍是基础。
在组织机构中,领导成了关键。
二是应用软件。
应用软件是集成的核心。
在系统集成中,硬件平台、软件平台的选择余地是非常大的,但已有相关系统选择或变更的余地非常小,应用软件往往没有现成可取,必须靠自己开发。
因此,应用软件的质量直接关系到系统建设的成败,系统的一切规划过程、开发集成过程都以应用软件的集成为核心。
2)分布式处理
防汛系统是一个专业性很强的系统,需要很多专业的配合,需要多个部门人员的参加省防汛指挥部不能包揽全部,大量的工作需要在网络环境下分布式处理,许多工作需要多个工作小组并行开发和运行,按照统一的技术规范分头实施最终能集成到一个系统上。
3)网络技术
系统利用网络,将已有的、分布在不同地方的防汛信息接收源接受的信息,全部集中到网络服务器上,组成一个分布处理、集中管理的结构。
对于所有的防汛信息,建立客户/服务器模型,向省防汛值班室、省厅领导和个地市防汛指挥部迅速传递防汛信息。
4)接口技术
由于防汛信息系统的建设和应用涉及多个部门和子系统,所以系统的分布式开发方式应用了接口技术。
接口技术使各子系统开发时,子系统的开发方法有选择和更改的余地,对于系统整体集成部门,只需定义接口标准和有关规范,只需要知道怎样取得数据,而不需要数据怎样处理和存放的,这样的开发方法,才能达到分头进行,各负其责,最后集成。
5)通用性与开放性
防汛系统是一个专用系统,需利用计算机、网络、计算机软件的等技术专门开发。
在计算机专业方面,应选择通用性强、有标准的产品,要选择成熟的软件技术,上下左右尽量兼容。
在应用软件开发方面,也尽量具有通用性,尽量避免对现有硬件大动干戈,使产品失去生命力,在开发方法上走开放式道路。
在信息接口基础上,每一集防汛人员,都能开发出自己的专用防汛应用程序
6)明确目标
任何一件工作,在动手之前目标要明确(短期目标和长期目标)。
目标确定后就要确定行动路线,再后是行动计划。
对防汛系统建设,目标尽可能详尽描述和定义,所选路线要基本正确,行动计划要合理并坚决付诸实施。
工作总要论功行赏,系统集成才能够有条不紊的进行,最后才能按应用要求完成集成。
7)使用简单
用户使用是否方便、是否愿用,是检验集成是否成功的关键。
防汛信息服务系统操作都非常简单,使用非常方便,显示方法符合习惯。
8)用户参与
系统开发成功的最重要一点,就是用户参与。
省防汛系统的主要开发人员就是运营管理人员,也是应用人员。
用户自己就是系统建立中的骨干分子,就已踏踏实实的参与到系统开发中去了,这样的系统据有强大的生命力。
该省在开发建立防汛系统过程中,成功运用了系统集成中的若干技术在系统投入人力少、资金少、开发时间短的情况下,首期局域网建设仅用两个月时间一次性集成成功,并非常快的投入应用。
3.运行环境
1.硬件平台
由网络服务器、工作站、路由器、投影仪、打印机、扫描仪、数字化仪、绘图仪、网络集散器、调制解调器、网卡、网络连接线、多媒体部件、通讯线、不间断电源等设备构成。
1)网络服务器:
由两台COMPAQ586机和一台COMPAQ486机分别构成文件服务器与通讯服务器,内存16~32MB,硬盘540~2000GB
2)工作站:
多有COMPAQ486机构成,也有少量HP,AST,AT&T386机和兼容486,586机。
3)便携机:
CompapArmada4100笔记本电脑
4)路由器:
由一台386家WNIM+卡路由器和一台CISCO2509路由器构成
5)分报机:
DELL486/66
6)投影仪:
ECP4601投影仪
7)打印机:
基本上用LQ-1600K
8)激光打印机:
NECsuperscript860
9)彩色喷墨打印机:
CananBJC-4550
10)扫描仪:
HPSCANJETIICX彩色扫描仪
11)数字化仪:
CALCOMPDRAWINGBOARDIII平板数字化仪
12)绘图仪:
RolandDigitalGroupDxy-1100绘图仪
13)网络集散器:
D-LINK8口和16口集散器
14)调解器:
主要由multi1932zdx型、224型、1432BA型以及MOTOROLAUDSV.3225型和3229型组成
15)网卡:
16)声卡:
17)视频卡:
2.软件平台
由操作系统,开发工具、引进软件等几大部分构成。
二》
系统调查:
1.业务流程
需进入省防汛网络系统的有三路实时信息——卫星云图、水情电报、气象预报和雷达测雨回波图,分别来自自建接收系统,省水文局和省气象局。
目前外来信息主要有省水文局、省气象局和各地市防办收集上网送入省防汛指挥部的计算机网络,系统进行处理存储后,经各计算机终端显示信息输出,有关信息再由网络送到省委、省政府、省军区和国家防总及邻省。
系统信息业务流程涉及30多个部门和单位。
业务流程粗框图如图1所示
图1
2.需求分析
1)信息种类
防汛抗旱信息分为雨情、水情、气象、云图、雷达、预报、灾情、险情八大类,每类信息又有若干子类,每子类信息经多年应用分析有三种属性:
实时、准实时和固定特性,其分类情况如下:
(1)实时信息:
指随时随时可能发生变化的信息,主要有:
·降雨:
分时段、日、旬、月降雨、暴雨加报等五类;
·水位:
分8时水位、时段水位、水位加报、旬平均水位、旬最高水位、旬最低水位、月平均水位、月最高水位、月最低水位等9类;
·流量:
分8时流量、时段流量、流量加报、旬平均流量、旬最大流量、旬最小流量、月平均流量、月最大流量、月最小流量等9类;
·工情:
坝前水位、入库流量、出库流量、蓄水量、开闸孔数与高度等5类;
·云图:
每日逐时云图,分红外线云图及可见光云图2类;
·雷达回波图:
每日8时及加测图,只有一类;
·气象预报:
气象日预报、旬预报、月预报、天气警报、长期预报、城市预报等6类;
·洪水预报:
河流和水库的洪水过程、洪峰、洪量预报3类;
·防汛简报与通知:
每日一期或随时加发,分简报与通知2类;
·灾情信息:
有数据、文字、照片3类;
·录像信息:
随机发生送入,暴雨洪水情况、灾情情况和抗灾自救情况等3类。
(2)准实时信息:
之一年发生一次变化的信息,主要有:
·报讯站点信息:
警戒水位、历史最高水位、发生时间、安全泄量、汛限水位1、起止时间、汛限水位2、起止时间、汛限水位3、起止时间、汛限水位4、起止时间;
·防汛抗旱物资:
各仓库地点、物资种类及存放量;
·度汛方案:
每年制定的大江大河度汛方案、城市度汛方案、水库度汛方案。
(3)固定信息:
指多年不变的信息,主要有:
·报讯站点信息:
报讯站号、站名、站类别、水文站码、地市名、县名、水系、河流名、经纬度;
·洪水传播时间信息:
河段名及洪峰传播时间;
·暴雨频率信息:
各雨量站各段次暴雨分析统计参数;
·洪水频率信息:
各水文站各时段洪水分析统计参数;
·历史水情信息:
接水文数据库;
·历史云库图:
逐年逐月逐日逐时的卫星云图红外线图片;
·工情信息:
水库历年各种运行数据;
·防汛基本知识信息:
知识,法规;
·防汛概况信息:
全省水利防汛基本情况。
2)显示输出部分
输出内容按工作阶段和实际情况分为7大类:
(1)日常输出:
·汛前天气形势分析及预报;
物资器材分布;
度汛方案;
通讯联络电话;
防汛责任制。
·汛期天气预报;
水情日报表;
水库日报表;
全省蓄水表;
雨水工情图;
全省降水与河流洪水监视与警报;
洪水或旱情警报。
·讯后降水分析;
洪水分析;
调度分析;
灾害分析;
下年工作计划。
(2)发生暴雨:
·全省何地开始降水;
·至今暴雨中心地点、大小、历时面积、排位、频率;
·是否仍在降水;
·何处可形成多大洪水;
·某区域降水概况。
(3)发生洪水:
·何时何地水位开始起涨;
·何地何时超警戒水位、历时、现实值;
·何地何时超历史最高水位、历时、现实值;
·水位流量过程图、最大值、时段洪量、现实值、距堤顶高程、预报值;
·流域水面线、洪水移动过程图;
·洪水频率。
(4)水库工情
·何水库超汛限水位;
·某水库入、出库流量过程表、图;
·水库入库洪水过程预报;
·水库基本资料;
·水库调度。
(5)发生干旱
·干旱预报;
·全省各地市蓄水图表;
·抗寒能力分析;
·抗旱服务队情况。
(6)灾情分析
·全省及各地市灾害分析图表。
3)输出图表
经调查收集各类防汛图表有如下种类及格式:
(1)日常打印图表:
·水情日报表。
(2)暴雨洪水期打印图表:
·防讯抗旱动态;
·降水分布图;
·降水实况表;
·降水分析表;
·最新卫星云图;
·雷达回波图;
·日天气预报;
·旬天气预报;
·月天气预报;
·洪水预报(见表一);
·水情实况图;
·水情实况表(见表二);
·水情分析表;
·水库实况图;
·水库实况表(见表三);
·水库调度分析图(各水库);
表一:
洪水预报表
(年第期)
**省防汛抗旱指挥部发布时间:
年月日时
站名
预报值
历年最高值
出现时间
水位
流量
出现时间
最高水位
表二:
水情实况表
(年第期)
**省防汛抗旱指挥部发布时间:
年月日时
站名
历史最高值
当年最大值
现在值
水位
流量
水位
流量
水位
流量
表三:
大型水库水情实况表
(年第期)
**省防汛抗旱指挥部发布时间:
年月日时
站名
历史最高值
当年最大值
现在值
水位
入流
下泄
水位
入流
下泄
水位
入流
下泄
(3)汛前防汛表
·天气形势分析机预测表;
·物资器材分布表;
·度汛方案;
·通信联络电话本;
·防汛责任制。
(4)暴雨洪水总结表
·降水统计分析表;
·洪水统计分析表;
·水库调度分析表;
·灾害分析统计表。
4)网络部分
局域网部分:
要求连接省水电厅、省水文局内与防汛有关的计算机设备,主机房建在防汛指挥部内;
广域网部分:
要求连接省气象局、省委、省政府、省军区、国家防总及区域性河流防总及各地市防指、地市水文局等单位;
接收部分:
实时接收雨水情信息、卫星云图信息、气象预报信息及防汛抗旱业务报表数据;
处理部分:
对接受的信息进行翻译、解码等预处理;
存储部分:
实时资料、历史资料建库进行存储和管理;
传输部分:
信息的分发和传送;
5)数据库部分:
建立7大数据库:
实时雨水情数据库,历史雨水情数据库,报讯站信息库,大中型水库数据库,堤垸信息库,防汛图形图像库,地理信息库。
各库按不同的要求和格式建立。
6)应用部分
应用系统开发要针对五类不同的用户层开发,各类用户层的应用功能由统一的综合功能进行组装而成,这五类用户层为:
领导使用层、工程师应用层、值班应用层、汇报表演层、地市应用层。
三.组织结构及分工
1)防汛机构
省防汛机构分为省、地、县三级防汛抗旱指挥部,归同级人民政府领导,相应办事机构设置在同级水行政管理部门。
各级组成结构如图2所示
省纪委
省政府农村办
省经贸委
省建委
省教委
省防汛指挥办公室
省水电厅——指挥部办公室
省公安厅
省民政厅
省电力工业局
省物资公司
省供销社
省石油公司
省交通厅
省邮电管理局
省气象局
省农业厅
省林业厅
省煤炭厅
省卫生厅
省粮食局
省保险公司
省广电厅
省国土局
省军区
图2.各级防汛机构结构图
2)防汛办公室任务
·防汛值班;
·雨水情收集汇报;
·水利工程蓄水汇报;
·水库防洪调度;
·洪涝灾害收集汇报;
·险情收集汇报、登记;
·溃垸、垮坝登记汇报;
·破大堤审批汇报;
·防汛物资申报管理;
·抗旱工作汇报;
·新闻发布。
3)防汛工作内容
·组织宣传广大群众,提高防汛减灾的意识;
·有计划有组织的协同有关部门推进防汛工作;
·完善防洪工程措施和非工程措施;
·制定防御不同类型洪水的预案,研究洪水调度和防汛抢险的最优化决策方案;
·掌握洪水规律和汛情信息;
·探讨和研究应用现代科学技术。
4)防汛机构职责
·负责统计掌握洪涝灾害情况
·负责组织防汛抢险队伍,调配抢险劳力和技术力量;
·贯彻执行国家有关防汛工作的方针、政策、法规和法令;
·制定和组织实施各种防御洪水方案;
·掌握汛期水情,雨情和气象形势,及时了解降雨的地区分布、暴雨强度、江河湖库水位流量,长短期水情和气象分析预报,必要时发布洪水预报,警报和汛情公报;
·组织检查防汛准备工作;
·负责有关防汛物资的储备、管理和防汛资金的计划要求;
·督促蓄滞洪区的安全建设和应急撤离转移准备工作;
·组织防汛通讯和报警系统的建设管理;
·组织讯后检查;
·开展防汛宣传教育和组织培训,推广先进的防汛抢险科学技术。
5)系统建设分工
·省防办:
省防汛抗旱指挥办公室是项目运行和管理的主体单位,负责组织系统的建设,对系统的运行和应用负有重要责任。
·省水文局:
省水文局为主负责网络系统建设、信息采集和设备的管理、维护,准确及时的收集全省水情信息并实时上网。
·省气象局:
省气象局通过网络互连,及时提供天气形势分析,提供长、中、短天气预报,并保证与指挥中核心之间的网络畅通。
·地市防办:
地市防汛办负责及时向省网提供各类信息;负责辖区内防汛信息的统一管理;负责辖区内局域网和广域网的运行维护;负责辖区内资料的实时更新;组织本级应用系统的开发。
三.系统分析
1系统功能
1).信息接收处理功能
水情电报的接受处理,要求实时接收省会城市电信局通过专线发来的水情电报、实时处理各地水文局通过网络传来的水情电报和邻省经网络传来的水情电报。
卫星云图信息接收实现24小时全自动接收中国的风云一号气象卫星每小时发送的气象云图,并实现全自动上网和向全省各远程工作站转发。
气象信息接收气象局送来的每日三次48小时的气象预报、每月三次的旬气象预报、每月一次的月气象预报、每天一次的全省城市天气预报和不定时的省会城市雷达回波图等信息。
灾情险情等信息接收,实现各地市防汛指挥部通过网络传送到省防汛指挥部进行汇总处理和图表现实的信息。
2).存储功能
对每天收到的各种防汛信息进行分门别类的存储,供每场洪水后和每年汛后进行暴雨洪水分析和统计,各类信息每年年底转入历史数据库中,供分析和查询。
3).传输功能
对水情、云图、气象等信息能自动进行分发,供有关部门取用。
各联网单位通过网络授权均可利用系统提供的专用传输软件共享到所需的防汛信息。
对水情电报还能通过关于广域网自动向有关部门传送。
4).汛情监视功能
能在各工作站上对重要防汛信息进行自动循环显示,供领导和防汛值班人员在不操作计算机时也能随时监视到防汛信息和动态,主要功能如表四
防汛动态
最新卫星云图
最新天气预报
降水分布图
重点站水情图
主要水库水情图
表四
5)信息检索功能
在网络上的各工作站上均能对系统提供的防汛实时信息进行操作点菜单检索,主要功能如表五所示
云图
气象
水情
其他
云图动画
雷达回波图
全省降水表
防汛动态
单幅云图
日天气预报
降水分布图
防汛通知
多幅云图对比
旬天气预报
降水等值线
网络通知
四幅云图对比
月天气预报
各流域水情表
云图放大
短期天气预报
各流域水情图
云图监视
长期天气预报
水库水情表
城市天气预报
洪水过程表
水情预报
6)水情分析功能
(1)降水统计分析:
系统可统计分析出给定时段给定区域内各站的降水总量、降水站数及百分比、大于某毫米的降水站数及百分比、最大前10位降水站排序表、大于五十毫米的降水站排序表并能以不同的统计表格方式打印。
(2)降水分布分析:
可在省地图上标绘出给定时段内全省各站降水分布图,用不同颜色表示不同降水等级,绘出最大前十五为站表。
(3)河道洪水分析:
可在屏幕上的时间——水位流量坐标系上会出给定站点给定时段的洪水过程线图,并标注时段内最高水位、最大流量、最新时刻水位流量及警戒水位线和历史最高水位线,并以表格形式统计分析。
(4)水库水情分析:
绘制出某水库在指定时间内的洪水调度过程实况图,包括坝前水位、入库流量、出库流量过程线,分析出水库调度特征值表。
(5)频率分析:
可对某站的降水、流量、水位等要素历史系列数据(包括特大值系列)进行全屏幕图形方式的频率参数适线分析,根据分析的参数值后已有值,当发生某要素值或预报某要素值后,系统即刻计算出暴雨或洪水频率。
7)洪水调度与分析功能
当某河流某水库上下游发生暴雨时,根据水文预报所得的如库洪水过程,省防汛抗旱指挥部可对该水库进行防汛调度分析,根据分析结果发布调度命令,利用其功能,其调度作业过程及各种过程线、表均以图形的方式在屏幕上显示,并能从打印机上输出,方便防洪调度会商是使用。
对于已发生的洪水,可进行洪水后的调度分析和总结。
8)报表传输功能
本系统实现地级市的报表计算机输入自动统计和打印,并利用计算机网路系统,想省防汛指挥部传输,由省防汛指挥部进行自动监视汇总检索修改和打印。
9).安全保护功能
系统采用三种保护功能对系统重要信息进行安全保护:
双服务器的三级容错系统、网络防病毒系统和信息检索权限管理系统。
10).功能的分布式处理
所有功能都在网络环境下运行。
数据进行分布式接受处理、集中管理和存储、再分布式传输和输出。
在网络上各个地理位置不同的计算机上均可调取和检索到系统授权的防汛信息,全省均以相同的界面和人操作方式输出给各级防汛工作人员和领导。
2.业务流程
1.防汛数据采集业务流程(图3)
图3防汛数据采集流程图
3.防汛信息处理流程(图4)
四.系统设计
1.系统总体结构
根据前述的系统分析,在设计的软硬平台上,现行的信息网络系统流程结构框架。
如图5
专线,网络天线网络专线
各
加工处理输入工
作
站
图5网络系统结构构架图
省防汛防汛信息网路服务系统的实时信息共有三路信息来源:
水情气象和卫星云图。
通过软硬件平台加以实现。
软硬件平台和各级应用系统层次关系:
如图6
从使用的角度看,系统的核心在信息接收和处理,系统关键和效果又关键看应用软件,它们相辅相成构成了总体的应用系统。
2.省防汛指挥部机关局域网系统
防汛局域网系统是整个防汛系统的核心和心脏,所有的信息都在这里集中,所有的信息都在这里出口,系统的开发成败和运行效率,首先看局域网。
省防汛机关局域网结构图.图7
水文大楼区
终结器
细缆
粗缆241米(走地沟)
细缆水电厅大楼区
六台
HUB
图7省防汛指挥部机关局域网结构图
3.广域网结构
广域网是局域网的扩展和延伸。
省防汛广域网络环境设计在局域网上接两台大型路由器。
连接所有系统所需的信息来源部门和个系统应用部门。
4.信息处理系统
1)信息接收、处理系统
建立在防汛信息网络系统之上的应用软件,主要由表四所示:
名称
功能
实时信息检索系统
实现实时雨水情检索、显示、分析
防汛图形显示系统
重点实现水库、堤垸、防洪工程的图形显示
防汛业务报表系统
实现防汛抗旱冬修业务报表传输自动汇总
防汛多媒体系统
以多媒体实现防汛信息查询与显示
信息接受处理是整个软件应用系统的基础,是系统的核心,一切应用系统都围绕其建立和发展,接受处理的技术水平决定着系统的总体效率,特别是在网络多用户环境下。
应用软件可以使一个好的演员、明星,而信息接受处理则是她的舞台、环境和剧本。
进入省防汛网络的信息有每小时的卫星云图、实时水情电报、定时气象预报和雷达测雨回波图,分别来自自建接收系统、省水文局和气象局。
信息接收处理系统自动完成接收全省各地发来的雨水情电报、卫星发送的云图信号、省气象局通过网络送来的气象雷达信息的接收、译电、实时上网、分类存储、图形加工、数据入库、故障恢复、实时监控、报文分检、远程传输、归档建档等任务,同时完成防汛业务报表的远程自动建库、传送和汇总打印任务。
(1)雨水情信息接收处理系统:
水情电报是一组五位数的密码电报,有分布在全省各地的雨水情报汛站用密码方式从当地邮电部门发出,因此必须经过译电处理才能得到各地的降雨水位流量等水情信息,他是本系统最重要的信息来源。
水情电报的接收处理,有网络上的一台工作站负责处理,有如下几种方式:
·对于译电的发现的错误或经电话送来的水情电报,可用改报方式送入内存,在进入译电入库处理。
·对各地市水文局收到的水情电报,经网络送到省防汛网络服务器上,收报机自动从网络上调取并行译电,再送入网络服务器入库。
·邻省网络送来的水情电报,也由送入收报机调取并译电送入网络服务器入库。
水情电报的处理流程如图8
市电错
电话报
信来补
局报报
转
入译电
收入库
报地市送来的报
机
邻省送来的报
省防汛网络
图8水情电报处理流程图
为了实现网络下的信息共享及水情收报系统相对独立,便于网络环境下的水情库管理机软件开发,应用人员不直接对库文件进行操作。
为此,设计建立一套在网络下运行的水情信息检索函数库。
基本方法为:
在原有的收报译电处理基础上,开发译电信息自动上网、自动检索网络库文件工作情况
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