山洪灾害气象监测预警系统的设计与实现

李永花

(青海省气象信息中心，青海西宁 810001)



山洪灾害气象监测预警系统的设计与实现

李永花

(青海省气象信息中心，青海西宁 810001)

摘要针对山洪灾害防治相关的气象监测服务现状和我国不同地域的山洪灾害特点，基于现有的气象水文和山洪灾害防治数据实时共享的基础上，设计并实现了基于气象监测预警预报服务的山洪灾害气象监测预警系统。该系统采用ArcGIS、Spring、PureMVC等技术，实现了基于GIS的气象水文观测数据的采集、存储、分析、发布等功能，为预测山洪灾害的发生、提升山洪灾害预警监测工作的科技水平提供强有力的技术支撑。

关键词山洪灾害；气象监测；预警预报；设计；实现

近年来，受全球整体环境的影响，我国越来越重视山洪灾害防治工作[1]，为了降低山洪灾害所导致的人员伤亡，减少经济损失，从根本改善山洪灾害防治气象监测落后状况，政府的相关部门投资建设了大量的雨量站、河道水文站和水库站，及相应的水文监测自动化系统，进行水文数据的收集、传输和分发，为分析降水、河道和水库信息提供了数据支撑。

目前，许多学者对国内的气象监测预警业务系统进行了分析[2-3]，但由于气象和水文资料分散，台站传输的数据文件格式各不相同，缺乏统一规范的共享数据库和信息发布系统，造成基准站和区域站观测数据无法有效集成，无法为政府、气象和水利部门提供全面准确的实时和历史资料，导致相关部门所做出的决策缺乏了一定的科学性[4]。该研究针对山洪灾害防治相关的气象监测服务现状[2-4]，基于现有的气象水文和山洪灾害防治数据实时共享的基础上，设计并实现了基于气象监测预警预报服务的山洪灾害气象监测预警系统，为预测山洪灾害的发生、提升山洪灾害预警监测工作的科技水平提供强有力的技术支撑。

1系统架构分析

该系统需采用先进的、开放的SOA体系结构，整个系统能体现目前成熟、可靠的信息化设计开发技术。由于该系统的逻辑复杂性及对各种性能的要求，因此需要一个成熟稳健的架构和一些与之兼容的技术，共同来达到该系统的预期目标。为此，该系统选用了标准的平台应用开发过程，按照高内聚、低耦合的原则，从易于控制、易于延展、易于分配资源的角度，可将该系统分为业务逻辑层、应用表现层、应用服务器、Web服务器[5]，系统架构图如图1所示。

图1　系统分层技术架构Fig.1　Framework of system hierarchical technology

1.1Web服务器这部分主要负责通过HTTP协议，接收并处理来自客户端浏览器的请求，并在WEB服务器上根据该请求，查找并返回用户所需要的资源。当如果存在与业务逻辑相关的请求时，WEB服务器会向应用服务器转发该请求，然后应用服务器会以XML、JSON、HTML等方式返回需要的结果。在收到返回的结果后，WEB服务器将得到的内容按照HTTP协议的规范发送给客户端的浏览器，并进行最终的解析和展示。

1.2应用服务器这部分主要负责处理逻辑层的中间层，它主要以组件的方式进行封装，为应用系统提供支持。遵照J2EE 1.7规范提供一组标准的服务组件，集成了相关的服务，以满足应用层的需求。为了保证规则的一致性和统一性，各系统使用这些组件对客户端进行定制，所有业务逻辑、实体类定义均被封装成组件。

1.3应用表现层在应用表现层中，用户发来的请求均指向ControlServlet组件，该组件按照Web.xml中的配置信息，将用户的请求封装成指定的JavaBean对象，并将其传至指定名称的接收器，从而完成相应的文件操作或数据库操作。ControlServlet类作为该架构的核心，在Web.xml中进行配置，并定义了所有页面的导航。此配置文件表明了该系统的架构，对从前期开发、到后期的维护及升级均有很大的帮助。

1.4业务逻辑层它是由Java Web服务配合中间层服务所组成。服务器端主要用于接收客户端请求，对用户提交的需求进行收集和分析，并从数据源中对数据进行检索和运算，最终将结果数据组织成HTML网页的形式，返回给客户端浏览器，并在页面上进行解析和显示[6]。

2系统功能简介

该系统致力于从气象数据的角度，为山洪灾害进行监测和预警。根据对我国山洪灾害在不同地域特点的总结，该系统重点从气象水文数据集成及信息共享、监测预警分析、监测预警系统管理进行需求的划分，具体的功能结构如图2所示。

图 2　系统功能结构Fig.2　Structure of system function

2.1气象水文数据集成该部分功能主要用来建立供山洪灾害防治气象监测的共享数据库，包括对水文数据的采集和集成两部分。水文数据的采集先要将气象自动站数据文件解码入库，包括基本站和区域站的数据文件，基本站的报文到达1次/h，区域站的报文到达1次/10min[7]。水文数据的集成是将采集到的报文从中解析出水文相关的数据，并将水文数据文件解码入库或从其他系统数据库转换导入，然后按照一定的格式和数据结构进行入库。

2.2气象水文信息共享该模块主要实现气象水文信息的共享、气象自动站信息查询统计，基于GIS的数据分析、水文信息查询与统计、天气预报等功能，具体表现为：气象自动站常规观测要素实时数据呈现；常用要素查询和变化趋势图；要素按降水、温度、湿度、风场和地温分组进行查询；常用要素按日、旬、月、季度和年统计；要素按降水、温度、湿度、风场和地温分组进行统计；水文信息包括雨情、河道和水库的查询与统计；GIS填图、等值线和等值面；天气预报包括精细化预报、短时临近、预警信息；查询和统计结果表格下载和统计图形本地保存。

2.3监测预警分析该功能主要实现实时监测气象数据和雨情、水库和河道相关的实时数据，若实时数据超过预警阈值，则报警并要求业务员处理，并在平台上显示报警信息，提供处理入口。此外，通过在GIS地图上用弹出消息框标识出有报警信息提供预警提醒功能，并提供短信分发报警信息方式通知相关责任人。

2.4监测预警系统管理该模块负责管理整个系统的后台数据，能为系统提供安全控制机制，实现用户权限管理，完成系统内各种基础数据的设置以及各种系统编码和报警阈值的设置。该系统管理根据业务要求，具有以下功能：基于角色实现用户权限管理和基于地区实现用户数据访问控制、完成系统内各种基础数据的设置、提供要素报警阈值设置和预警分类设置。

3系统关键技术

为了保障该系统的顺利实施和稳定运行，系统在设计与实现过程中使用了以下关键技术。

3.1ArcGIS for Flex该系统将ArcGIS for Flex技术应用于基于地图图层的水文数据查询、灾害天气查看、监测数据显示等功能，通过Flex客户端对该系统的各项数据和指标进行查看，采用的集成定位技术确保了数据采集的高效性和准确性，同时结合ArcGIS Server或ArcGIS Desktop的强大GIS功能，能够将移动应用与企业内GIS系统集成，进行数据展示、空间分析等，为用户提供良好的应用体验。

3.2Spring该系统的应用服务器端主要应用了Spring技术，对平台上的所有对象元素的生命周期和调用逻辑进行管理。Spring作为一个开源的Java开发框架，其核心思想主要包括控制反转和面向切面编程两部分，致力于降低企业级开发的复杂性。在该系统中，Spring根据其分层的思想对该系统进行了层次的划分，分层架构允许使用者使用不同的组件同时为J2EE应用程序开发提供集成的框架。Spring容器使用JavaBean来完成相应的功能，从一定程度上提高了该系统的开发效率。

3.3PureMVC该系统根据其具体需求的复杂度采用了B/S(Browser/Server)结构。其中，在浏览器上使用了富媒体客户端，即Rich Client技术。为了减少应用和视图之间的依赖，从而降低整个系统的耦合程度，在该客户端上使用PureMVC框架进行设计和实现。服务器端使用了Spring和Mybatis技术进行调用和管理；浏览器上的富媒体客户端与服务器端通过BlazeDS和HttpService方式进行数据通信。PureMVC框架是在基于模型、视图和控制器MVC模式建立的一个轻量级的应用框架，目前支持标准和多核这2个版本框架。其中，标准版提供了一种简单的编码分离的方法，按照基本的MVC理念设计而成。此外，该系统所使用的多核版本允许多个PureMVC应用运行在同一个虚拟机中[8]。

3.4基于BlazeDS的数据通信该系统在应用服务器上使用了BlazeDS技术，该技术是一个基于服务器的Java远程调

用和Web消息传递技术，主要用于将该系统的后台Java应用程序和运行在浏览器上的Flex应用程序进行相互通信，实现服务器与Flex客户端的数据传输，其通信方式主要包括HTTPService、WebService、RemoteObject，当位于客户端的RPC控件调用远程服务时，该控件就会将服务端返回的数据保存在一个ActionScript对象中，这样在程序中就能够很轻松地获取想要的数据。此外，该系统还将这个技术应用在客户端认证、服务器端日志、本地化支持、RPC Services服务集中化管理等方面[9]，极大地提高了该系统的完整性。

4总结

该研究针对山洪灾害防治相关的气象监测服务现状和我国不同地域的山洪灾害特点，基于现有的气象水文和山洪灾害防治数据实时共享的基础上，设计并实现了基于气象监测预警预报服务的山洪灾害气象监测预警系统。该系统采用ArcGIS、Spring、PureMVC等技术，实现了基于GIS的气象水文观测数据的采集、存储、分析、发布等功能，为第三方系统与该系统的联动提供统一的应用接口，实现了气象水文监测预警信息的高度集成共享，为基于山洪地质灾害防治的气象水文监测预警提供了高效稳定的业务保障能力。该系统的应用为预测山洪灾害的发生、提升山洪灾害预警监测工作的科技水平提供强有力的技术支撑，有效减少人员伤亡和财产损失，避免过去由于天气及降雨观测手段落后、信息传输较慢，从而造成不能为抗洪避险及时地发布预报和警报[10]。

参考文献

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[4] 黄飞龙,何艳丽,黄卫东.亚运会比赛现场气象监测系统[J].广东气象,2010,32(4):64-66.

[5] 何秉顺,杨玉喜,常清睿,等.流动人口集中区域山洪灾害防治对策[J].中国防汛抗旱,2013(1):32-34.

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[10] 徐贵,卜继勘,易桂兴.湖南省山洪灾害防治对策与措施[J].东北水利水电,2004(1):13-14.

Design and Implementation of Meteorological Monitoring and Early Warning System of Mountain Torrent Disasters

LI Yong-hua

(Meteorological Information Center of Qinghai Province,Xining,Qinghai 810001)

AbstractAccording to the current status of meteorological monitoring service related to mountain torrent disasters and the characteristics of mountain torrent disasters in different areas,meteorological monitoring and early warning system of mountain torrent disasters based on meteorological monitoring and early warning service was designed and implemented on the base of current real-time sharing of the meteorology and hydrology and the control data of mountain torrent disasters.ArcGIS,Spring,PureMVC and other technologies were used to realize the collection,storage,analysis and release of hydrologic meteorological observation data based on GIS,which provided strong technical support for the forecasting of mountain torrent disasters and the enhancement of scientific and technological level for monitoring and early warning work of mountain torrent disasters.

Key wordsMountain torrent disasters; Meteorological monitoring; Early warning; Design; Implementation

作者简介李永花(1970- )，女，土族，青海互助人，高级工程师，从事气象信息技术应用研究。

收稿日期2016-02-26

中图分类号S 429

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)08-241-02