城市内涝监测预警系统建设方案.docx

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城市内涝监测预警系统建设方案

城市内涝监测预警系统建设方案

1.建设依据

Ø政策依据

1.《国务院关于XX市城市总体规划的批复》

2.《广东省XX市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》3.《广东省粤东沿海诸河综合规划修编报告》（报批稿）

4.《XX市城市总体规划（2002-2020年）（2017年修订）》5.《XX市气象事业十三五规划》

6.《XX市新型城镇化规划（2016-2020年）》

7.《国务院关于进一步加强气象灾害防御工作的意见》（国发〔2007〕49号）;8.《国务院办公厅关于加强气象灾害监测预警及信息发布工作的意见》（国办发〔2011〕

33号）;

9.《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》（国办发〔2013〕23号）;

10.《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》（国发〔2013〕36号）;

11.《住房城乡建设部办公厅中国气象局办公室关于加强城市内涝信息共享和预警信息发布工作的通知》（建办城函〔2015〕527号）;

12.《住房城乡建设部中国气象局关于做好暴雨强度公式修订有关工作的通知》（建城〔2014〕66号）-《城市暴雨强度公式和设计暴雨雨型确定技术导则》;

13.《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》（国办发〔2015〕75号）;14.《加强城市防洪规划工作的指导意见》（国家防汛抗旱总指挥部，2012年）;15.《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》（国发〔2013〕36号）;16.《国务院办公厅关于做好城市排水排涝设施建设工作的通知》（国办发〔2013〕23号）;17.《城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲》（住房与城乡建设部，2013年）;

18.《住房城乡建设部办公厅中国气象局办公室关于加强城市内涝信息共享和警信息发布工作的通知》（建办城函〔2015〕527号）;

19.《住房城乡建设部中国气象局关于做好暴雨强度公式修订有关工作的通知》（建城〔2014〕66号）-《城市暴雨强度公式和设计暴雨雨型确定技术导则》;

20.《关于进一步加强政务部门信息共享建设管理的指导意见》（发改高技〔2013〕733号）;

21.《全国水利信息化“十三五”规划》（国家水利部，2016年4月）;

22.《中共中央国务院关于推进防灾减灾救灾体制机制改革的意见》（2016年12月19日）;

23.《XX市人民政府印发<关于重塑营商环境优势加快构建开放型经济新体制的意见>的通知》（汕府〔2018〕40号）;

24.《XX市“百河千沟万渠大整治”行动方案》

25.《中共XX市委、XX市人民政府关于加快水利改革发展的实施意见》

26.《关于印发XX市防汛抗旱应急预案的通知》（汕府办〔2011〕118号）;

27.《XX市中心城区扩容提质建设规划》;

28.《XX市气象事业发展“十三五”规划》（2016年9月22日）;

29.《XX市气象灾害应急预案》（2017）;

Ø设计技术依据

（1）《信息安全技术网络安全等级保护安全设计技术要求》（GB/T25070-2019）;

（2）《信息安全技术网络安全等级保护定级指南》（GA/T1389-2017）

（3）《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》（GB/T22239-2019）（4）《信息安全技术网络安全等级保护测评要求》（GB/T28448-2019）

（5）《信息安全技术网络安全等级保护实施指南》（GBT25058-2019）

（6）《信息安全技术信息系统安全等级保护实施指南》（GB/T25058-2010）

2.建设原则

根据项目特点和要求，项目必须具备“先进性、实用性、标准化、开放性、兼容性、整体性、共享性、安全性、保密性、可靠性、经济性、可扩展性、可维护性”等十三个方面提出原则性要求如下:

（1）先进性

本项目是在以往信息化建设的实践经验上进行的，是在对信息化技术日新月异的认识基础上进行的，要想保持其相对长久的生命力，就必须尽可能地采用国际先进的软件体系结构，先进的技术标准，保证系统的生命力。

系统的建设应以“高起点、高标准”严格要求，在系统设计上，首先应当具有前瞻性。

（2）实用性

结合实际的社会保险业务处理流程以及业务管理工作流程，通过对实际业务流程以及需求的分析，设计结构合理、功能实用、符合实际业务需要的系统。

系统的设计在运行环境、使用操作等方面以实用为主，以方便使用和维护为出发点。

（3）标准化

系统建设采用的软件平台、数据标准、开发技术应符合公认的标准，符合国家、地方的有关标准与规范。

采用标准的数据描述语言以及标准的通信协议，适应以后的数据交换标准以及系统间互连的标准协议等。

（4）开放性软件体系结构上，应充分考虑系统的开放性。

以模块化设计和基于组件的多层结构体系保证系统的开放性和灵活性。

（5）兼容性

在本次项目建设过程中，应继承当前系统的信息数据、业务流程和人员操作习惯并针对系统中存在的问题，充分利用已有的网络、硬件环境和最新的技术手段，采用整合与新建并进的方式进行实施。

（6）整体性

在现有规范、制度的基础上，进行整体的规划完善，通过科学的分布实施，建立全面覆盖业务，符合要求的系统。

系统建设具有整体性，即内容上全包括、数据上全部共享、流程上相互衔接、管理上协调统一。

（7）共享性系统通过搭建共享平台接口进行数据共享，同时，系统提取和分析的信息库也能以标

准的数据接口开放给其他部门使用，打破部门壁垒、信息孤岛，为业务管理提供有力的依

（8）安全性

安全性对于分布式系统来说很重要，从身份验证到资源授权访问再到数据的安全性。

系统应能提供网络层和应用层的安全手段，防止系统外部成员的非法侵入以及操作人员的越级操作，从多个角度、环节考虑，确保系统和数据的安全。

（9）保密性

系统访问的数据都是重要数据，因此在权限功能规划上要考虑全责明晰，建立合理的可分配权限，使内容、功能管理有效、有序，减少人为的操作风险。

系统的各个访问和操作具备可回溯性，操作人员进行了哪些操作都有记录可查。

（10）可靠性

本系统为分布式系统，需要通过网络访问分布在各个部门的数据库，需要从身份验证、资源授权访问、数据的安全性等方面全面考虑整个系统运行的可靠性。

（11）经济性

系统在规划和实施过程中，必须立足于现状，着眼于未来，遵循“统筹规划、分布实施、整合资源”的原则，避免系统的重复建设以及资源浪费。

（12）可扩展性

系统可以根据实际情况进行灵活的配置和组合，能方便地进行功能的调整以及系统的升级、扩展，以适应业务的不断发展和更新。

（13）可维护性

将应用与技术分离，建设方维护人员可自行维护本系统，如人员岗位的调整、工作流程的变化等，不需要对软件本身进行任何重新编码，通过维护模块的调整即可实现。

3.建设目标

本项目建设总目标是全面提升XX市面对强降水、台风引起的内涝灾害监测预警能力，为政府和公众争取应对和防御内涝灾害的时间，减少内涝灾害造成的人员伤亡和经济损失。

（1）总体目标

1）通过气象监测预警发布等能力的增强，提前预报灾害的发生发展，为交通管理部门的应急管理和调度提供重要的基础数据，避免出现重大灾害，造成生命和财产损失。

2） 通过加强气象科普宣传，提高人民群众防灾意识，增强人们避害能力，大大减少受灾人口、人员伤亡和财产损失。

3） 通过本项目建设从而建立高效监测预警服务机制，通过多部门协作联动，提高对强降水和城市内涝的监测能力，形成灾前预警防范，灾中应急抢险，灾后完善改进的良性循环，能够产生良好的社会效益。

一方面，通过提高内涝点的监测力为市委市政府、三防、应急等相关部门提供实时的内涝险情信息，为防灾减灾提供决策信息;另一方面，提高内涝预警的传播效率可以缩减政府各联动单位应对灾害反应时间、提高应对效率，内涝预警信息更快地发送至目标用户有助于为防灾减灾争分夺秒。

4） XX市城市内涝监测预警服务体系建设是实现XX市气象发展“十三五”规划的重要拼图，项目建设促进XX市率先实现具有广东省内先进水平的气象现代化目标;

5） 城市内涝灾害不仅对当地基础设施造成毁灭性破坏，而且对人民群众的生命安全构成极大的损害和威胁，是广东省防灾减灾中的突出问题，是我省经济社会可持续发展的重要制约因素之一，严重影响粤东地区向粤港澳大湾区靠拢、平衡协调发展的步伐。

通过本项目的建设，全面提高XX市气象预报能力、预警应急水平，为XX市的经济繁荣保驾护航;

6） 项目建设成果将与三防、城管、水务、公安、交通等部门充分共享，促进部门间联动互动，并为各级人民政府指导抗灾提供科学依据。

本项目实施后，对我局内涝灾害监测预警达到以下指标要求:

1）大范围内涝灾害监测预警提前量3小时以上，准确率达到70%以上;

2）局地内涝灾害监测预警提前量半小时以上，准确率达到70%以上。

4.建设内容

项目建设包括如下内容:

1、前端内涝监测点

全市第一批119个前端内涝监测点租赁，监测点组成包括含水文遥测终端机、雷达水位计、雨量计、太阳能电池板、智能球型摄像机、预警喇叭、声光警报灯、电源防雷模块、蓄电池、立杆等。

2、内涝监测预警平台软件建设

包括城市内涝模型构建、城市内涝大数据平台建设、城市内涝监测预警与风险评估系统建设、城市内涝预警智慧发布系统建设和城市内涝辅助决策支撑系统建设等。

（1）城市内涝模型构建

构建XX市城市内涝模型，采用阈值模型、XX城市内涝水文动力模型、深度学习统计模型等并行运行。

其中阈值模型包括:

积水与累计雨量和降水强度特征分析、城市内涝临界雨量分析计算方法、无资料城市内涝灾害区域临界雨强分析方法;XX城市内涝模型包括:

降雨模块、地表产流模型、地表汇流模型、排水出流模型、叠加风暴潮影响的排水出流模型;人工智能深度学习统计模型。

（2）城市内涝大数据平台建设城市内涝大数据平台，推进数据的共享和综合开发利用，实现与上下级部门、相关部门、内部单位等交换节点进行数据共享互换，并全程监控管理。

本平台包含数据基础平台建设、信息资源规划和数据库设计、应用支撑工具库、数据共享服务四个方面的功能。

（3）城市内涝监测预警与风险评估系统城市内涝监测预警与风险评估系统主要开展XX市城市内涝监测预警和风险评估服务，包括城市内涝监测预警、风险评估和城市内涝灾害风险评估显示两个子系统。

（4）城市内涝预警智慧发布系统

内涝预警智慧发布系统作为XX市统一的对公众发布内涝预警信息的平台，实现内涝预警任务创建、审核、发布、效果分析，一套完整的内涝预警发布平台，以及内涝影响群众实时统计、画像分析、热力图分布等决策辅助数据支撑服务。

（5）城市内涝辅助决策支撑系统基于城市内涝大数据平台的数据能力，建设城市内涝辅助决策支撑子系统，为城市内涝预警、抗灾救灾指挥决策、群众避灾提供数据支撑服务、信息共享服务。

3、云平台及传输链路搭建

租用气象云平台，包括应用服务器、数据库服务器、公网服务器、前置机服务器以及三级等保安全服务等，并租用119条APN网络和两条100M网络专线。

4、安全保障体系

根据《信息安全等级保护管理办法》和《信息安全技术信息系统安全等级保护定级指南》，本项目信息安全定级为信息安全三级保护。

根据信息安全等级评定要求，本项目需要考虑统一身份认证系统，WEB安全保护措施，系统及数据安全审计系统建设，区域边界访问控制策略和区域边界入侵防范等工作，确保实现项目中系统及数据的安全建设要求。

5、预案管理体系

应急预案，是政府为了提高保障公共安全和处置突发事件的能力，最大限度地预防和减少突发事件及其造成的损害，保障公众的生命财产安全，维护国家安全和社会稳定，促进经济社会全面、协调、可持续发展，依据宪法及有关法律、法规，制定突发事件应对的原则性方案。

当灾害发生时，如果达到应急响应的级别，政府相关部门需启动相应的应急预案。

而以往一般预案的启动是各个部门之间相互独立，资源信息缺少共享，不能发挥最大应急能力。

为增强灾害应对能力，推进社会经济平稳发展，搭建应急预案发管理体系，实现部门联动作战。

5.建设方案

5.1.前端内涝监测点建设

监测点组成包括含水文遥测终端机（RTU）、雷达水位计、雨量计、太阳能电池板、智能球型摄像机、预警喇叭、声光警报灯、电源防雷模块、蓄电池、立杆等。

内涝监测站需利用先进的测量、通信与控制技术，实现内涝点雨量、积水水深的自动采集、上传及自动控制数据。

在数据采集发送、显示和过滤方面还应具有以下功能与特点:

（1）数据采集控制与发送

1）为节约耗电、节省自记内存，并又能及时采集到积水水深数据，系统采用雨量信号触发水位采集的策略。

如无降雨时，测站只需要发送平安报。

当有降雨时，测站按照预设采集周期采集水位/水深数据，并将数据利用移动物联网发送至中心。

2）为监测内涝积水深度的整个变化过程，数据采集控制终端具有自动加密测量功能。

当监测到水深值超越预设警戒值时，RTU控制雷达式水位计加大测量频度，以更短的周期采集水深数据。

3）为了消除水位参数的波动特性，可对多次采集的数据进行平滑滤波，有数字滤波功能，具备消浪处理能力。

4）具有防堵塞功能。

针对易涝点监测站使用过程中容易出现进水孔堵死导致水位/水深信息数据异常的情况，监测站主体架杆的底部和进水孔的位置分别加装隔离网。

（2）监测数据智能过滤功能

水文遥测终端机需具有智能数据过滤程序，对于采集错误数据或不合理数据自动过滤，对于过滤后的数据进行上传及本地显示，以最大程度避免因测量误差或设备故障导致的数据异常报警及显示。

（2）监测设备总体要求

Ø自动雨量观测站、水位监测站应选用通过国家、行业认证的设备和产品。

Ø实时视频监控系统应选用通过国家、行业认证的设备和产品，应具备高清晰度、云台控制、夜视、透雾等功能特性。

Ø 统一编码规则，方便组网。

Ø 设备安装在易涝点。

要求安装牢固，无安全隐患。

周边无影响雨量、水位测量精度和遮挡视频监控的障碍物。

Ø 为节省空间，有条件尽可能一体化安装。

Ø 前端监测点设备应易安装、易维护、易拆卸。

Ø 采用市电备电结合供电。

以太阳能结合蓄电池供电为主，市电供电为辅，避免因灾害导致市电停电造成监测中断。

蓄电池理论后备时间不低于100小时。

（3）数据上报与共享需求

设备监测数据上报要求支持通过http/mqtt/tcp/udp等协议和云服务端进行连接，数据将被归集到城市内涝大数据平台，并通过数据共享服务向外部门提供数据共享。

5.2.城市内涝模型构建

为达到满足XX城市内涝风险监测预警时效性和准确度的要求，要求采用多套模型并行运行。

1、输入数据要求

模型输入包括静态数据和动态数据两类。

动态数据包括:

XX市雨量监测、雨量预报数据、水位数据;静态数据包括:

基础地理信息数据、警戒水位、承灾体数据及其他构建模型所需数据。

雨量监测、预报数据要求对接广东省气象局数据接口平台获取，经降尺度处理后应满足以下要求:

输入数据

时间分辨率（分钟）

空间分辨率要求（米）

QPE、QPF

6

50

EC

720

1000

GIFT

60

1000

雨量观测数据

5

1000

2、系统功能需求

XX市内涝模型的构建应包括阈值模型、城市内涝模型、深度学习统计模型等。

1）阀值模型:

需要进行城市内涝临界雨量分析，研究面雨量和城市内涝的关系，确定表征城市内涝致涝临界雨量指标。

2）XX内涝模型:

需要模拟雨水从大气层到达地表后，沿地表形成径流，最后经由排水管网输送到受纳水体的全过程，需建立降雨模块、产流模块、地表汇流模块和排水出流模块等，考虑到XX受台风极大的影响，要求叠加风暴潮影响的排水出流模型。

3）深度学习统计模型:

要求利用深度学习算法对城市内涝淹没深度做预测。

4）内涝监测预警准确率分析:

要求对内涝监测准确率进行分析、对内涝预警准确率进行分析，通过准确率的分析经过多次参数调校和模型优化之后使本项目内涝模型达到理想效果。

3、模型计算效率要求

模型中内涝风险监测及预警响应时间≤1分钟;

模拟及风险评估时间≤3分钟（雨情资料进入模型后）。

5.3.城市内涝大数据平台建设

建设城市内涝大数据平台是为了推进数据的共享和综合开发利用，实现与上下级部门、相关部门、内部单位等交换节点进行数据共享互换，并可以全程进行监控管理。

城市内涝大数据平台包含数据基础平台建设、信息资源规划和数据库设计、应用支撑工具库、数据共享服务四个方面的功能。

Ø总体功能

（1）数据基础平台建设

数据基础平台建设包括大数据基础平台建设和标准数据库平台建设。

大数据基础平台包括基于内存/SSD的列式存储、大规模智能搜索引擎、深度学习交互式探索平台、大数据多租户安全管控工具、大数据开发工具。

标准数据库平台需要满足数据量大、处理速度快、能处理繁多类型的数据要求。

（2）信息资源规划和数据库设计

针对各类数据的信息特点，要求进行合理规划、分类、管理，坚持简单、简洁的接口规则，建立适应的数据存储物理、逻辑结构。

存储规划按照“离散属性数据、格点场数据、非结构化文件”三大类进行合理分类规划及储存。

（3）应用支撑工具库

应用支撑工具库提供统一的技术架构和运行环境，实现一个统一的、强大的、可扩展的业务运行环境，实现业务的高效协同、技术平台的无缝迁移、应用系统的灵活调整，从而使信息化的投入成本和风险大幅度降低、发展速率稳步提升。

要求提供统一用户管理、数据分析统计组件、配置管理组件等工具。

（4）数据共享服务

提供多种数据源接口及数据共享接口，需实现各种数据源的灵活配置，以便与各个相关应用系统进行衔接，并能与各个基础信息数据库进行快速、可靠的数据交换与共享，提供统一、标准、丰富的数据访问服务和应用编程接口。

大数据基础平台作为大数据应用开发平台的存储层、计算层、资源管理层，应当采用当前业内主流的Hadoop版本，可以为Hadoop社区发行版或厂商自有的大数据软件产品。

平台的技术组件包括但不限于:

HDFS、HBase、MapReduce、YARN、Hive、Impala、Storm、Spark、Sqoop、Kerberos、Flume等（或与以上组件主要技术、功能相同的组件）。

随着大数据技术的发展，平台层要可以兼容现有组件版本的升级，以及新技术组件的并入。

平台层要提供集群管理、资源管理、版本升级、用户角色管理、日常运维与监控、故障管理、生产审计、日志查看、运行健康检查等功能。

总体技术架构的优化设计要求包括但不局限于如下方面:

1）要求兼顾大数据批量处理和小样本数据精确查询统计的性能;

系统应该在全量数据并行处理和小样本数据快速过滤两种场景表现出同样的高性能，同时能并发处理尽量多的小样本数据计算需求。

2）要求有效合理利用资源;

减少多层数据复制引发的内存膨胀，尽量避免出现JavaGC引发的性能抖动，减少跨网节点的大量数据广播，避免不必要的重复计算。

3）要求计算资源有效管控，避免出现系统负荷过载;

产品适用于精确查询和数据统计分析并存的混合应用场景，通过有效的资源管控，确保应用的稳定低延时响应，确保在业务峰值系统负荷不因过载导致停止响应甚至停机。

4）要求在API设计和开发工具软件支持等方面减少系统迁移和新项目开发成本;

5）要求友好的运维监控界面，提供外部集成接口;

6）要求支持在线扩容，良好的备份与恢复机制。

Ø系统功能

（1）数据库能力

产品应具备与传统数据库相近的接口以及开发方式，以减少系统迁移和新应用开发成本。

✓接口驱动要求

提供标准JDBC（包括JDBCtype4driver）、ODBC驱动，ODBC驱动至少兼容linux、windows（32位或64位）。

✓SQL语法支持

支持SQL2003以上版本语法，支持标准的SQL形式访问数据。

✓服务器自动切换

出现故障时，数据库服务器能够自动切换至其它服务器，保障数据服务不中断。

✓半结构化与非结构化数据支持

支持半结构化（JSON/BSON形式存储）和非结构化数据的高效存取，其中半结构化数据内容管理，实现文字等非结构化数据的提取和处理，可以实时搜索到新增数据。

✓表分区功能

为了提升海量数据查询性能，提供表分区功能，至少提供日期、区间等分区能力。

✓表压缩

兼顾CPU和IO开销，提供多种压缩算法，支持对表按照压缩比例进行及时透明压缩，不能事后压缩，数据压缩后支持查询、修改、插入、删除，此过程中无需解压。

l生命周期管理

为了减少大数据场景下对数据管理代价，应该提供基于特定时间类型字段的表生命周期设置，并进行归档。

✓数据导入导出

保证数据的正确性的基础上，必须能够实现将MySQL、Oracle、DB2、SQLServer等主流关系型数据库的数据导入到大数据平台的分布式文件系统或分布式数据库中，支持全量/增量以及实时和准实时的方式和时效，也可以将分布式文件系统或分布式数据库的数据导入到关系型数据库中。

支持同时在多个节点上进行数据导入。

支持同步以及异步形式将文件批量导入数据表中，并反馈导入结果情况，如果出现错误应该反馈出错信息。

支持SQL查询结果导出为文本文件，可以设定文件的格式（分隔符等）、大小、命名。

为了保障导出效率，系统内所有节点并行导出，导出结果在每个节点内。

✓多存储层级支持

根据数据的使用频度和性能要求，能够将应用表建立在不同IO读写速度的不同介质上，包括磁盘、SSD固态硬盘、高速闪存卡和内存，其中建立的非易失存储上的数据表在整个系统重启后能保证数据不丢失。

✓数据稽核支持

提供数据稽核能力，数据入库时自动将不符合表结构定义的脏数据写入指定的脏数据表，并记录脏数据对应信息以及剔除原因。

（2）集群管理

以Web图形界面实现Hadoop大数据平台数据节点批量自动集群部署，完成相应存储和节点的集群部署，实现分布式计算、分布式存储功能;提供节点的动态添加、删除接口，当数据容量或者计算资源不足时，支持通过横向添加同等配置的X86服务器的方式，为系统进行在线扩容。

以Web图形界面实现Hadoop大数据平台集群性能监控。

存储资源监控、包括获取存储量、剩余存储量以及存储系统整体情况信息;运算资源监控，包括监控工作负载、CPU、内存资源、性能等情况;提供全局日志和任务级日志;在故障发生时提供告警功能。

以Web图形界面实现Hadoop大数据平台资源管理，计算任务管理和作业管理，包括作业的上传、配置、启动、停止、删除和状态查看功能;存储资源管理浏览数据、更改回收存储资源;作业动态调整，支持对任务系统资源占用进行实时调配，改变作业调度优先级等操作;支持多租户Web图形界面管理。

（3）数据分析与数据挖掘

实现多編程语言的支持，实现各种业务场景的准实时数据挖掘任务;

提供广泛的R接口包，支持标准的SQL语言查询接口（JDBC和ODBC），支持Hadoop计算环境作业任务调度和输入输出交互;提供自然语言理解与语义分析工具包支持文本挖掘应用。

（4）资源管理能力

支