防汛应急方案技术白皮书10.docx
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防汛应急方案技术白皮书10.docx
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防汛应急方案技术白皮书10
1.项目综述
1.1.项目建设背景
洪水灾害是各种自然灾害中最严重的灾害之一。
特别是在城市环境中,由于居住人口众多、设施密集昂贵,使得洪水灾害尤为严重。
一个城市的防洪系统建设的成功与否直接关系着城市的经济发展和人民的人身安全,所以各级政府都非常重视防洪系统的建设。
我国城市防洪设施还比较薄弱,与城市的重要地位不相适应。
为了确保城市的发展和防洪的安全,各地已将城市防洪工作摆上了重要议事日程,并作为近期防洪保安建设的重点和下阶段水利建设的中心任务。
做好城市防洪工作,必须有一个好的城市防洪规划。
随着城市化进程的不断加快和对水环境认识的不断提高,城市治水思路和水利建设重点已经发生了重大变化,城市水利工作正面临着新形势和新任务。
编好城市防洪规划,不仅是防洪和排涝建设的需要,是城市发展和环境改善的需要,也是加强水务统一管理的需要。
国家一直非常重视水利的信息化建设,国家信息化领导小组关于我国电子政务建设指导意见中把"金水"工程列为启动和加快建设的8个业务系统工程之一。
地理信息系统〔GIS是水利信息化建设的重要技术手段。
水利部十五规划中明确指出:
"利用水利信息化推动水利现代化"、"建设水利信息系统时,要以地理信息系统
在水利信息化建设环境下以及在GIS技术和先进的通讯手段的支持下,建设防洪管理决策支持系统,对防洪信息进行有效综合管理、信息服务/洪水预报、抢险调度、灾害损失评估、减灾措施和水利工程效益分析等,并提供避险迁安、抢险和救灾物资输送等决策方案,将防洪系统的高效性、及时性得到提高,大大提升防汛抗洪综合能力,从而进一步减少洪涝灾害带来的损失。
水利部编制的《城市防洪规划编制大纲》〔修订稿自1998年发布施行以来,在城市防洪规划中发挥了重要的指导作用。
城市的发展、社会的进步和水环境的变化以及不断发展的城市防洪建设实践,对城市防洪规划和建设提出了新的更高的要求。
同时,信息化,办公自动化,部门协作一体化等新兴的趋势为防洪工作的开展提供了契机。
防洪设施的管理和合理利用对于整个城市的防洪有效实施起着关键的保障作用。
建设防汛应急系统可以统一有效的管理各种防汛基础设施和防汛应急救援资源,为城市经济发展和人民生命安全提供坚实的保障。
本方案的设计正是基于上述背景和目地,在现有信息化基础设施的基础上,结合3S技术,充分利用国际、国内先进的信息化技术发展成果,建设先进、高效、智能的防汛应急指挥系统。
1.2.项目建设指导思想
根据《国家安全生产应急平台体系建设指导意见》和《XX省安全生产应急平台体系建设指导意见》,本项目的指导思想是:
以邓小平和"三个代表"重要思想为指导,全面落实科学发展观,进一步凸显应急管理是政府职能的主要内容,强化各级政府的社会管理、公共服务功能,牢固树立"以人为本"的观念,依靠信息技术和公共安全科技,充分利用现有资源,构建统一、高效的应急平台体系,为有效预防和妥善应对各类突发公共事件提供先进技术支撑,全面提高应急管理能力。
1.3.建设目标
项目将采用系统工程的方法,分别面向系统维护人员、专业技术人员、业务处理人员、高层管理决策人员等多类用户,以人与计算机、人与数据、人与模型、人与人的协同与综合集成应用为基本原则,吸收先进、成熟的GIS、遥感、GPS、数据库、模型、可视化、系统集成等技术,开展防汛应急平台的建设。
我们将通过"整合、集成、优化、扩展"的建设原则,进行防汛应急平台的设计与开发:
充分利用已有的信息与资源,集成现有应用系统,优化业务处理流程,扩展防汛管理与决策支持功能。
在具体建设过程中,依托GIS技术,整合、梳理现有数据,建立应急专题数据库和基础地理数据库,并结合水利专业数学模型,以统一、人性化的操作界面实现基于网络〔B/A/S的信息采集、信息服务、水利工程自动化监控、办公自动化、洪水预报、水情会商、防洪调度决策、灾情评估等防汛管理业务功能的实用化决策支持信息平台。
通过该信息化平台的建设,使各级用户能够方便快捷的使用现有信息系统,获取日常所需的各类业务信息;通过统一的功能体系,极大的简化了系统使用方式和管理人员的管理方式;此外,基于B/S架构还大大的减低了系统维护的成本和难度。
同时,引入GIS技术的信息化平台为信息的查询与检索方面提供了更便捷的操作方式、更丰富的表达界面、更高的运行效率以及更深层次的数据分析。
1.4.建设依据
●国家《金水工程"十五"计划及到20XX规划纲要》
"金水工程"是从"九五"期间开始实施的、覆盖水利信息化全性的重大工程,"十五"期间要加快建设步伐,今后一定时期内还要继续向纵深发展。
金水工程的近期目标是:
从现在起用五年左右的时间,基本建成覆盖全国水利系统的水利信息网络,全面开发水利信息资源,建设和完善一批水利基础数据库,健全信息化管理体制,形成法规、标准规范和安全体系框架,全面提供准确、及时、有效的信息服务。
重点建成国家防汛指挥系统、全国水利政务信息系统、国家水质监测和评价信息系统、国家水资源管理决策支持系统、全国水土保持监测与管理信息系统等,并部署实施其它应用系统的建设。
建立水利信息化教育培训体系,培养和造就一批水利信息化技术和管理人才。
在七大流域机构、经济发达省份、国家重点工程、大城市率先实现水利信息化。
到20XX,全面完成水利信息公用平台的建设,建成全国水利信息网络,全面完成国家防汛指挥系统、全国水利政务系统、国家水资源管理决策支持系统、国家水质监测和评价信息系统、全国水土保持监测与管理信息系统、全国水利工程管理信息系统、水利信息公众服务系统、全国水利规划设计管理信息系统、水利数字化图书馆等9个应用系统和安全体系的建设并投入运行,在水利系统基本实现信息化。
●SL213—98《水利工程基础信息代码编制规定》
根据水利部1997年水利水电技术标准制定计划和水利行业的特点及防汛、抗旱等部门建设信息系统的需要,编制《水利工程基础信息代码编制规定》。
《水利工程基础信息代码编制规定》主要包括以下内容:
——陈述了主题内容与适用范围;
——定义了所涉及的主要概念和术语;
——给出了分类、编码原则和编码方法;
——规定了19种水利工程及相关设施的编码,并作了说明;
——列表了工程的分类码、一级流域和二级流域<水系>的分类码。
●国家水利信息化数据库建设规范标准体系
●国家信息化领导小组关于我国电子政务建设指导意见
"十五"期间,我国电子政务建设的指导思想是:
以邓小平理论和"三个代表"重要思想为指导,适应改革开放和现代化建设对政务工作的要求,转变政府职能,提高工作效率和监管的有效性,更好地服务人民群众;以需求为导向,以应用促发展,通过积极推广和应用信息技术,增强政府工作的科学性、协调性和民主性,全面提高依法行政能力,加快建设廉洁、勤政、务实、高效的政府,促进国民经济持续快速健康发展和社会全面进步。
●国家关于水利信息化建设的相关标准、规范和指导意见等
主要依据为《水利部信息化建设管理暂行办法》。
它是水利部为加强信息化建设管理,规范水利部信息化建设程序,有效整合水利信息资源,克服重建轻管、资源浪费、低水平重复建设与开发等不合理现象,推进水利信息化建设有序发展而特别制定的规章条例。
1.5.建设原则
1.5.1.利用现有,整合资源
根据自身实际情况和部门职责,本着节约的原则,突出建设重点,注重高效实用,充分利用已有基础,防止推倒重来、重复建设。
整合各类现有资源,做到资源与信息共享。
1.5.2.注重实用,讲求实效
既要重视应急平台,更要重视应用开发和信息资源建设,保证平台的实用性;既要立足应急响应,又要满足平时应用,防止重建设、轻应用;既要能够发挥专业应急平台的作用,又要提高应急资源整合效益和应急平台的实用性。
1.5.3.技术先进,安全可靠
要依靠科技,借鉴国内外先进经验开展建设工作,注重系统设备的可靠性和先进性,采用符合当前发展趋势的先进技术,并充分考虑技术的成熟性。
加强核心技术的自主研发和应用,建立安全防护和容灾备份机制,保障应急平台安全平稳运行。
1.5.4.立足当前,着眼长远
平台建设工作要以需求为向导,以应用促发展,把当前和长远结合起来,既要满足当前工作需要,又要适应未来技术的应用和发展,不断提升应急平台技术应用水平。
1.6.关键技术
1.6.1.基于J2EE应用体系架构
实现基于J2EE应用体系规范,XML技术,Portlet门户开发技术以及WebService构建一套分布式应用系统
软件系统将采用企业Java组件
J2EE平台包含有一整套的服务、应用编程接口
它定义了一套标准化、模块化的组件规范;并为这些组件提供了一整套完整的服务、以及自动处理应用行为的许多细节---例如安全和多线程。
由于J2EE构建在Java2平台标准版本上
面向对象、跨平台等。
随着越来越多的第三方对Java2平台企业版
WebService规范了应用程序组件的包装、接口标准,应用系统之间可以通过SOAP协议进行访问,通过XML来交换数据,这为分布式应用之间提供了简单、开放、标准的耦合新途径,已经得到越来越多业界的支持。
1.6.2.3S技术
卫星定位系统GPS和遥感系统RS是防汛应急指挥中重要的数据采集和监测手段,地理信息系统GIS是数据存储、管理、维护和应用的平台。
地理信息系统
地理信息系统萌芽于20世纪60年代的加拿大和美国,1972年世界上第一个运行型的地理信息系统—加拿大地理信息系统
地理信息系统是一种决策支持系统,它与其他信息系统的主要区别是其存储和处理的信息是经过地理编码的,地理位置及与位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。
一个完整的地理信息系统主要由计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据<或空间数据>、系统操作人员4个部分组成。
计算机硬件系统是计算机系统中实际物理设备的总称,包括计算机机、输入设备<如数字化仪、扫描仪、解析测图仪、数字摄影测量仪器、遥感图像处理系统、机助制图系统、图形处理系统等>、输出设备<如图形终端显示设备、绘图仪、打印机等>等。
计算机软件系统包括计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支持软件、应用分析程序。
地理数据<或空间数据>是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据,可以是图形、图像、文字、表格、数字等,通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机等设备输入地理信息系统中,是地理信息系统的操作对象和管理内容。
全球定位系统〔GlobalPositionSystem,GPS是本世纪70年代由美国国防部批准,陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是:
为陆、海、空三大领域,提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,是美国独霸全球战略重要组成。
经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座已经布设完成。
经过20余年的实践证明,GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。
GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的高新技术国际性产业。
现在,除了美国的全球定位系统GPS之外,具有GPS同类功能的卫星系统还有俄罗斯的全球卫星导航系统,以及正在发展中的欧洲导航定位卫星系统,日本的多功能卫星增强系统。
全球定位系统或GPS仅是这类系统的代名词。
遥感,顾名思义,就是遥远地感知。
传说中的"千里眼"、"顺风耳"就具有这样的能力。
人类通过大量的实践,发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量,其中有一种人类已经认识到的形式-电磁波,并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。
遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波,从而提取这些物体的信息,完成远距离识别物体。
遥感是当今空间信息获取和更新的一个非常重要的手段和工具,用遥感技术获取信息有范围广、速度快、信息广的特点,且遥感信息中有地理信息系统所需的空间信息和属性信息,故遥感与GIS相结合是必然的。
又由于遥感应用中地面采样、导向、定位是以GPS作为有力工具的,遥感和GIS的发展,在导航和其它动态定位及数据采集系统的应用中,GPS扮演着重要的角色。
据不完全统计,迄今为止,美、俄、法、中、印度、加、日、德、意等国的人造卫星总数已超过2000颗,其中遥感卫星超过500颗,全球大型地面遥感卫星接收站超过100个。
在下一世纪的头十年将有超过30颗的地球观测卫星发射。
光谱分辨率高达纳米级,商品化遥感影象地面分辨率高达米级,雷达图像实现了多波段、多极化,遥感采集的数据极为丰富,仅地球行星计划一天的数据量就达1015字节。
我国已经发射了68颗卫星,其中科学技术卫星10颗,气象卫星5颗,1颗资源卫星,17颗返回式遥感卫星,获取了高分辨率的全景摄影图像,建立了多个遥感卫星地面接收站,能够接收和处理LandsatTM、SPOT和RADARSAT等卫星图像数据;建立了许多气象卫星接收台站,接收和处理NOAA及静止气象卫星等数据;建立了中、低空高效机载对地观测组合平台和大量的地面观测台站。
以地理信息系统为核心的3S技术的集成,构成了对空间数据实时进行采集、更新、处理、分析及为各种实际应用提供科学的决策咨询的强大技术体系。
三种技术的结合根据实际需要而定,具体有以下三种结合方式:
⒈地理信息系统与全球定位系统的结合。
利用地理信息系统中的电子地图和GPS接收机的实时差分定位技术,组成GPS+GIS的各种电子导航系统,用于交通、警车定位,车船自动驾驶等。
⒉地理信息系统和遥感的结合。
对于各种地理信息系统,遥感是重要的信息源和数据更新的重要手段,同时地理信息系统可以提供遥感图象处理所需的一些辅助数据,以提高遥感图象的信息量和分辨率,从而提高遥感图象处理和解译的精度。
⒊3S技术的整体结合。
集遥感、地理信息系统和全球定位系统技术的功能于一体,构成高度自动化、实时化和智能化的地理信息系统,是空间信息适时采集、处理、更新及动态地理过程的现势性分析与提供决策辅助信息的有力手段。
1.6.3.数据交换技术
九十年代以来,IT技术进入了前所未有的飞速发展时期。
互联网通过IP寻址和路由技术使计算机、局域网实现了跨地区、跨系统、跨网站的联接,使跨地区、跨系统、跨网站的数据交换有了实现的可能。
Internet为用户提供了资源共享和信息交互的方便快捷的平台。
随之,数据描述语言的支持成为实现数据交换和资源共享的关键。
HTML作为描述Internet上信息的一种语言,简单易用,有力地促进了Internet的发展。
但是,HTML难以扩展、交互性差、语义性差,单向超链接,这些缺点使其在电子数据交换、数据库与搜索引擎等领域的应用呈现巨大障碍。
20XX,W3C将XML1.0提升到正式标准的地位,确保XML文档所表示的信息在不同的XML处理器上无差别。
XML不仅被用作自然语言表达的文档,而且被用于描述各种各样的信息,用于所有的信息交换。
这对于电子政务应急系统特别重要。
数据交换的关键是数据格式的转换,一个应用系统的不同格式的信息首先转换为统一的XML格式,然后再将其转换为另外一个应用系统的能接受的信息。
XML定义应用间传递数据的结构,这种描述不是基于二进制的,是只能由程序去判读的代码,是一种简单的、能够用任何编辑器读取的文本。
利用这种机制,程序员可以制订底层数据交换的规范,然后在此基础上开发整个系统的各个模块,各模块之间传输的数据将是规范的符合既定规则的数据。
另外,XML还允许为特定的应用制定特殊的数据格式,非常适合于在计算机与计算机之间传送结构化数据。
在XML语言之前,已经有一种用来描述数据的标记语言--SGML〔StandardGeneralizedMarkupLanguage>。
它能够对各种各样类型的数据进行描述。
SGML在Internet出现以前就已经有了。
随着Internet的出现,人们开始把SGML的运用转移到Web上来。
但是SGML是一个十分庞大复杂的语言格式,用这种格式描述的数据不利于在网上传输。
XML是SGML的简化版,它略去了SGML中繁杂和不常用的内容,从而使得编程简化,易于理解,易于在Web上的传输和交互。
但是它仍然是SGML,XML文件也象其他的SGML文件一样可以被解释和验证其有效性。
XML语法是固定的,词汇是开放的,是一个特别强有力的工具,能够完成惊人的任务。
XML由一系列规范组成,常用"XMLSchema"对数据类型进行描述,"XMLSchema"遵循XML的语法格式。
XML使用元素和属性来描述数据。
在数据传送过程中,XML始终保留诸如父/子关系这样的数据结构。
几个应用程序可以共享和解析同一个XML文件,不必使用传统的字符串解析或拆解过程。
相反,普通文件不对每个数据段做描述<除了在头文件中>,不保留数据关系结构。
使用XML做数据交换可以使应用程序更具有弹性,可以用位置<与普通文件一样>或用元素名<从数据库>来存取XML数据。
XML也成为Web服务、内容管理和Web集成的基础。
固然,对于数据交换而然,最重要的是进行数据交换的双方对数据的格式达成统一的认识。
只有采用统一的数据格式,才能实现数据的自动流转、处理等功能。
所以,目前各行业都积极制定本行业的XML数据的规范。
1.6.4.空间信息的可视化技术
空间信息的可视化反映基于时空及具有数学投影基础的对象属性特征的可视化表现。
空间信息可视化是将可见或不可见的基于空间分布或时态变化的对象信息属性通过符号系统或各种多维可视化模型表现出来,更为高级的是空间信息可视化虚拟现实。
空间信息可视化还包括对空间分布的地物属性信息的图形可视化。
1.6.5.开放的数据结构设计
数据结构设计的开放性,使系统可以不断适应各种标准的变化发展。
我们需要在现有的国家标准、行业标准和地方标准的基础上,制定出符合实际需要的城市管理相关数据结构的标准体系。
但是标准编码体系同样存在可持续发展问题,而系统的可持续发展又与标准编码的可持续发展息息相关,为了能够保证实际实施的标准可以不断适应国标、行标的发展变化,系统通过开放的数据结构设计,提供数据结构和数据字典的编辑、扩充工具,使系统使用的数据结构体系可以通过非常简洁的方式不断修订、不断扩充、不断升级,适应各种标准的发展变化。
〔1可以对标准编码体系进行定义,并通过标准编码的导入导出实现系统使用的标准编码数据库与相关文档〔如Excel格式文件间信息同步。
〔2同时可以定义各类地图的数据结构,保证地图数据的快速关联应用,并不断适应各类基础和专业地图数据的结构变化和扩展要求。
1.6.6.WebService
WebService技术的使用是对Java技术的有效补充,利用WebService面向服务的特性,便于水利信息系统将来业务的扩展和升级。
Web Service是建立在开放和标准的规格之上,允许异质的客户端调用以使用其发布的服务。
各种异质的客户端必须使用同一种共通的标准和协议才能够顺利的和由各种不同技术编写的Web Service互通。
简单的说,WebService是用户通过互联网向服务器发送一条XML消息,然后收到一条XML响应消息的过程。
通过提供简单和普遍适用的标准,Web Service可以成为信息系统集成及系统间自动化信息交换的基础。
同时,Web Service提供了全新的面向服务的架构,构建在Web服务之上的新型应用将充分利用现有系统,通过让用户访问一个单一优化的信息系统而简化了所有用户的日常工作,并提高了工作效率。
WebService的主要目标是跨平台的可互操作性。
为了达到这一目标,WebService完全基于XML、XSD〔XMLSchema等独立于平台、独立于软件供应商的标准和软件构件,是创建可互操作的、分布式应用程序的新平台。
其具有以下一些技术特点:
用服务描述语言来描述;
在服务注册处发布;
通过标准的机制,在运行或设计时被发现;
通过声明API调用,通常跨网络;
与其他服务组合。
2.总体设计
2.1.设计要求
防汛应急平台的建设内容主要包括
1.数据库建设
数据库建设包括基础地理数据库建设、应急专题数据库建设两方面。
2.应用系统建设
应用系统包括信息综合服务系统、实时监控系统、网上办公系统、防汛车辆监控调度系统、水利地理信息系统、决策支持系统。
3.基础支撑系统建设
基础支撑系统包括:
计算机网络系统、视频监控系统等。
4.互联互通
考虑与省水利厅及其他市级专业部门的互连,做到信息与资源的共享。
2.2.设计原则
2.2.1.实用性和先进性原则
系统设计应考虑目前现状、充分利用现有的设备和资源,按照"整合、集成、优化、扩展"建设原则,充分整合现有资源,集成现有系统,优化软件体系结构,扩展防汛业务与决策功能。
减少浪费、避免不必要的重复投资,提供一个实用的系统设计和整合方案。
在保证系统实用性的基础上,必须考虑网络技术和软件开发技术等方面的先进性,满足和适应将来业务的发展。
2.2.2.可维护性原则
系统设计中充分考虑系统的维护工作需求,系统开发过程中严格执行软件开发规范,实行软件过程控制,文档完整,程序清晰可读,使开发的系统容易维护。
同时,系统在设计上,充分考虑系统的管理和维护要求,设计了系统管理和维护层,专门面向系统维护人员。
2.2.3.易用性原则
系统遵照标准的用户界面设计规范,提供人性化的系统操作,界面友好,用户易于掌握和操作,重要功能或操作提供导航和帮助功能,可以使了解与不了解计算机的用户迅速学会并熟练使用软件系统。
在系统设计上,采用B/S结构,充分考虑防汛业务人员与管理决策人员对操作习惯,通过人性化界面提供业务处理和防洪决策平台。
2.2.4.可扩展性原则
系统设计规模应该是在系统建设的不同阶段都会有不同定位的产品来对应,并为用户将来研发新的应用系统预留接口,以满足各部门不同阶段、不同应用的需求。
在设计上,定义组件化模型和其它分析服务器接口,便于系统的扩展。
2.3.系统总体架构
系统总体架构图如下图所示:
防汛应急平台,是一个包括通信与信息技术、洪水预报与科学调度专业原理与方法、防洪救灾管理与决策等的复杂性系统工程,涉及防洪水利工程、实时监控通信系统、地理信息系统、遥感系统、全球定位系统、网络分布式信息处理系统、大型数据库、专业模型、计算分析、可视化模拟、决策支持媒介与环境等复杂性要素。
面对这样一个包括计算机、网络、数据、信息、知识、人等要素及其相互作用的复杂性防洪救灾管理决策支持系统,本项目将采用系统工程方法,遵循"以人为本"的理念,从用户的需求出发,开展系统的总体设计。
整个系统分为4个层次,包括基础支撑层、信息资源层、应用支撑层、综合业务层。
●基础支撑层
硬件支撑平台,包括计算机网络系统、容灾备份系统、视频监控系统、安全支撑系统等。
●信息资源层
信息资源层包括基础地理数据库和防汛应急专题数据库,其中基础地理数据库包括基础地形库、数字影像库、高程模型库等;防汛应急专题数据库包括水雨情库、工情库、水文库、预案库等。
●应用支撑层
应用支撑层主要提供GIS服务、GPS服务、水利专业模型服
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