山洪监测预警信息获取与共享建设方案探讨

李冬杰，王爱娜，李 暨，李会民

（北京金水信息技术发展有限公司，北京 100053）



山洪监测预警信息获取与共享建设方案探讨

李冬杰，王爱娜，李 暨，李会民

（北京金水信息技术发展有限公司，北京 100053）

摘 要：以中国水利水电科学研究院的全国山洪灾害防治管理平台建设成果为基础，针对武警水电第一总队山洪灾害应急抢险救援信息获取与共享要求，从信息交换网络设计、山洪监测预警信息资源库建设、信息获取与共享系统建设 3 个方面，提出武警水电第一总队山洪监测预警信息获取及利用方案，确保在山洪灾害发生时，做出迅速、科学和有针对性的判断，提高应急救援响应及应急联动能力。通过对武警水电第一总队山洪监测预警信息获取与共享建设方案进行探讨，以期为下阶段山洪灾害相关数据在部门间的共享提供参考。

关键词：山洪灾害；信息交换网络；信息共享；监视预警

0　引言

近年来，国家高度重视山洪灾害防治工作，加大投资，逐步建设完善山洪灾害监测体系，2010年，水利部、财政部启动了山洪灾害防治县级非工程措施项目建设，目前已完成全国 2 058 个县级非工程措施体系［1-2］，并建设国家级、流域机构、省和地市级山洪灾害监测预警信息管理系统，为掌握各地山洪预警系统运行和灾害防御情况发挥了重要作用。

由于山洪灾害数据共享涉及面广，部门较多，信息共享流程复杂，数据格式不统一，系统数据不能共享，各自为政不能实现互联互通，已经成为山洪灾害防治工作急需解决的重要问题之一［3-4］。

水电部队作为现代化应急救援国家队，担负因自然灾害、恐怖袭击和战争等因素导致损毁的水利水电设施（如江河堤防、水库、水电站、变电站、输电线路）的应急排险，抢修，抢建任务。现阶段在应急救援过程中主要依靠人工手段进行灾情数据收集，严重影响了武警水电第一总队（以下简称总队）抢险救援响应能力。为此，部署中国水利水电科学研究院的全国山洪灾害防治管理平台（以下简称管理平台），可汇集全国各省区山洪灾害调查评价成果、监测预警信息。探讨管理平台与总队之间的数据共享交换与服务支持方案，可为下阶段推进山洪灾害相关数据在部门间的共享，推进应急抢险救援各级各部门之间的应急联动提供技术支撑。

1　项目建设目标

本项目拟在原有管理平台的基础上，针对总队山洪灾害监测预警信息获取与共享要求，建设信息交换网络、开发数据和基础应用服务的统一标准接口，使总队可以通过接口服务，方便、快捷地获取管理平台的相关信息，开发武警水电第一总队山洪监测信息获取与共享系统（以下简称系统），实现山洪灾害信息监视预警、预警信息查询功能，辅助总队在山洪灾害发生时，对山洪灾害信息做出迅速、科学和有针对性的判断，提高应急救援响应及联动能力。

2　系统建设内容

总队山洪监测信息获取与共享系统包括信息交换网络设计、山洪监测预警信息获取与共享机制、信息获取与共享系统建设等 3 方面建设内容：

1）提出山洪灾害应急抢险救援信息交换网络设计方案。

2）在全面梳理山洪灾害监测预警各类数据资源的基础上，建立统一的共享信息资源库；通过共享交换平台建设，满足总队与中国水利水电科学研究院信息共享交换的需求。

3）在现有建设成果的基础上，服务于山洪灾害应急抢险救援信息获取与共享的业务需要，建设总队山洪监测信息获取与共享系统。

3　系统架构设计

系统设计使用 B/S 架构，建立在 J2EE 平台上，运用 Oracle 数据库管理系统，将 AJAX 技术与 SSH框架及 Web GIS 相结合，在架构设计方面充分考虑架构的健壮性、可扩展性、可互操作性、稳定性、可移植性和安全性等因素，结合项目的具体建设内容及要求，将系统总体逻辑架构自下而上分为基础环境、山洪灾害数据库、共享交换平台、应用系统，同时应用安全保障和标准规范 2 个体系贯穿整体系统。系统框架结构如图 1 所示。

4　信息交换网络设计

4.1网络现状

管理平台部署在中国水利水电科学研究院的水利业务专网上，可汇集全国各省区山洪灾害调查评价成果、监测预警信息。

总队应急救援指挥系统均部署在与互联网物理隔离的内网上，不能直接获取互联网或水利专网信息。

4.2设计方案

根据系统建设任务，在 2 个局域网络之间使用信息发布服务器和综合前置机实现信息的共享交换，2 台设备通过 Internet 网络采用 VPN 方式实现系统连接。在山洪灾害预警系统外架设防火墙和 VPN服务器实现网络连接和数据共享交换的安全保障。综合前置机与总队局域网采用人工录入实现信息交换。系统总体拓扑结构如图 2 所示。

图2　信息交换网络示意图

系统中设置信息发布区和综合前置机区。在信息发布区中，山洪灾害预警信息通过发布平台经过防火墙将信息发布到对外信息发布服务器上，发布系统把信息自动推送到综合前置机的信息系统中。信息发布服务器布放在山洪预警发布系统网络的DMZ 区，使用公网 IP 地址对外提供信息服务。

在前置机区，信息获取和收集系统经过 Internet网络连接到 DMZ 区服务器，实现网络的联通。在综合前置机的信息获取和发送平台中设置系统的轮询机制，按照一定的周期定时从信息发布服务器上获得预警信息。预警信息通过人工录入方式进入总队网络系统实现信息的交换，处理后将信息结果通过相同的方式反馈给全国山洪灾害防治管理平台。

5　信息共享资源库建设

5.1数据库规划设计

管理平台山洪监测预警信息共享资源库主要包括山洪灾害监测、预警、调查成果、分析评价、空间库等数据库。根据国家、行业标准及省水利数据中心的技术规范，对已建数据库进行整合、扩充、完善和集成，对未建数据库则新建，并集成到共享资源库。各县级数据库支撑着各类应用，山洪监测预警信息共享数据库的建设原则是，不改变已有的数据库和现有的应用，采取的措施是加强信息共享，进行数据整合，分级管理。数据集中到数据中心存储，各数据节点存储各管辖范围的业务工作必需的数据，同时达到异地备份的目的。

5.1.1山洪灾害监测数据库

1）实时雨水情数据库。山洪灾害实时监测数据库是依托水利部水文局的实时水雨情数据库进行建设的，实时水雨情数据库的设计依据是 SL 323—2011《实时雨水情数据库表结构与标识符》标准。

2）实时气象数据库。主要包括气象雨量站的日雨量数据、天气预报、气象卫星影像（GMS，NOAA 和风云二号等卫星影像）、资源卫星影像（TM，MSS，HRV 和 SAR 等影像）、雷达图、天气图等信息。本次项目将整合、集成已有数据，共享更多的气象产品、实时水文数据等信息，构建气象信息数据库，为自然灾害应急响应提供数据支撑。

5.1.2山洪灾害预警数据库

山洪灾害预警数据库主要是辖区山洪灾害预警及响应类信息，包括预警预案、部门、规则、类型、状态，响应等级、行政区预警规则，预警响应反馈、动态、消息记录、发送记录、响应，以及灾害情况统计、多媒体信息等。

5.1.3山洪灾害调查成果数据库

主要包括：水文气象基本资料，山洪灾害防治区小流域基本信息，各自然村落、集镇、城镇和企事业单位的社会经济数据，历史山洪灾害，水利普查成果，涉水工程等数据，已建山洪灾害防治非工程措施的监测预警设施基本情况数据，工程治理的山洪沟基本情况数据，重点调查区域（重要沿河村落、集镇和城镇）的大断面测量数据，重要及部分重要集镇地形测量，以及社会经济详查数据等。

5.1.4山洪灾害分析评价数据库

山洪灾害分析评价是在前期基础工作、山洪灾害调查的基础上，深入分析山洪灾害防治区暴雨特性、小流域特征和社会经济情况，研究历史山洪灾害情况，分析小流域洪水规律，采用各地设计暴雨洪水和水文、水动力学模型等分析计算方法，综合分析评价重要沿河村落、集镇和城镇的防洪现状，划分山洪灾害危险区，确定预警指标和阈值，编制山洪灾害防治区划等。

山洪灾害分析评价数据内容主要包括：省级山洪灾害防治区四级区分布，防治区设计暴雨洪水分析，重点防治区防洪现状分析，防治区山洪灾害危险区分布、预警指标和阈值等成果。

5.1.5山洪灾害空间数据库

山洪灾害空间数据库主要包括：

1）基础数据。包括 1∶50 000 DLG、小流域、2.5 m 分辨率数字影像等数据，以及 1∶100 000 土壤图、1∶1 000 000 土地利用图、1∶1 000 000 植被覆盖图。

2）小流域数据。包括全国山洪灾害防治区小流域划分及基础属性数据。

3）调查标绘数据。包括行政区划单位、涉水工程、山洪威胁区、历史山洪灾害、各类监测站点等的数据。

4）重点山洪灾害防治区数据。包括重要和部分重要集镇受山洪灾害威胁区域（历史最高洪水位以下的区域）的复杂河道断面、居民户沿河分布、河道三维地形等矢量数据。

最终形成以小流域为基本单元、空间特征与属性特征松耦合组织的空间数据库。

5.2信息共享交换设计

目前管理平台的数据通过数据同步软件 Golden Gate，实现管理平台与水利部水文局、国家防汛抗旱总指挥部之间的数据交换和共享，与总队直接的数据共享也同样采用 Golden Gate 实现。Golden Gate 是一款实时访问、基于日志的变化数据复制及获取软件，通过解析或扫描数据库的在线或归档事务日志文件捕获数据的增加、删除、修改变化，再将这些变化通过 TCP/IP 协议传输至目标端并应用到目标数据库中，从而完成变化数据的捕获［5］。工作原理也较为简单，Golden Gate 通过监控源数据库日志文件，将变化的数据写入本地的跟踪文件 Trail File（可以想象成 1 个 TXT 文件），然后将记录加密、压缩后路由到目的端的跟踪文件 Trail File，最后在目标端用 SQL 写入目标数据库。

6　信息获取与共享系统建设

信息获取与共享系统主要包括信息共享管理、信息监视预警、山洪预警信息查询等 3 个系统。

6.1信息共享管理系统

建立山洪灾害监测预警信息共享管理系统，实现山洪监测预警信息同步、查询、管理、导入、预警监视功能，具体如下：

1）支持实时捕捉源数据库增量的数据变化，启动数据共享同步程序，完成源数据库与目标数据库的数据同步，数据同步采用 Oracle 数据同步软件Golden Gate 实现。

2）支持模糊、属性、分类、关联、高级、地图点选等多种查询方式，查询水利部共享的山洪灾害数据信息。

3）支持对共享数据的管理，包括增加、删除、修改、查询功能。

4）支持数据的批量导入、导出功能。

5）支持数据质量自动检查及运行情况自动监视功能。

6.2信息监视预警系统

信息监视包括实时水情、雨情、气象、预警信息的监视，同时可设置各监测点的告警临界值，触发告警临界值则调用预警发布功能，通过告警点不停闪烁、声音提示、窗口弹出、手机短信等方式提示工作人员。最终形成基于一张图、一站式的综合监视体系，实现工情、工况、水情、雨情、气象、突发水事件等信息的监视和预警功能，为山洪灾害抢险救援提供参考。主要功能包括：对共享过来的山洪灾害水雨情实时监测数据进行监视；对超标超限项目进行及时预警；对共享过来的山洪灾害预警信息进行监视，对符合预警发布规则设定的，给予预警；支持预警发布流程设定、阈值设置等功能。

6.3山洪预警信息查询系统

山洪预警信息查询系统主要实现山洪灾害监视、告警、基础等信息的查询及空间展示功能，提供相关信息的统计分析及报表功能。

综合信息查询与分析是以电子地图或遥感影像图为背景，通过多种查询和数据展示方式，向用户全面、综合、直观、形象地展示水情，雨情，工情，灾情等基础数据，以及统计分析数据建设成果。

信息查询系统提供基于资源目录、地图、关联查询等查询方法，实现多个维度及度量的交叉组合，实现数据的交叉分析；提供不同维度的信息展现和查看模式，允许用户自定义查询和展现条件。

信息查询系统实现对基础、多维数据的统计分析和数据挖掘建模服务，支持用户快速、精准地对海量数据进行统计分析和数据挖掘需要，支持用户对分析成果进行图表制作，支持用户结合专业应用要求，对各类数据进行分析建模。

7　结语

在《全国山洪灾害防治项目实施方案大纲（2016—2020年）》中，明确提出“对前端监测数据及后台分析成果数据进行集约化和专业化处理，实现省、地市、县三级各类数据同步及共享，实现与相关部门（水文、气象、国土等）应用数据的交互”的建设要求。本研究从武警水电第一总队山洪灾害应急抢险救援信息获取与共享需求入手，从信息交换网络设计、山洪监测预警信息资源库建设、信息获取与共享系统建设 3 个方面提出总队山洪监测预警信息获取及利用方案，目前方案已经分别通过中国水利水电科学研究院和中国人民武装警察部队水电指挥部组织的专家评审，确定该方案实用、可行，系统的建设将确实发挥国家山洪监测预警信息的效益，提高总队对山洪灾害的应急响应能力。

参考文献：

［1］ 涂勇，何秉顺，李青，等. 山洪灾害数据共享问题初探［J］. 中国防汛抗旱，2014 （4）: 1-2.

［2］ 何秉顺，黄先龙，郭良. 我国山洪灾害防治路线与核心建设内容［J］. 山洪灾害防治，2012 （5）: 19-22.

［3］ 马建明，刘昌东，程先云，等. 山洪灾害监测预警系统标准化综述［J］. 中国防汛抗旱，2013 （6）: 9-11.

［4］ 樊冰，张联洲，杜文贞，等. 省级山洪灾害防治智慧型系统规划体系研究［J］. 中国水利，2015 （13）: 24-25.

［5］ 戴冠平. Golden Gate 企业级运维实战［M］. 北京：清华大学出版社，2012: 30-35.

Discuss on Construction Scheme for Data Acquisition and Sharing of Mountain Torrent Disaster Monitoring Information

LI Dongjie，WANG Aina，LI Ji，LI Huimin
（Beijing Golden-water Info-tech.Ltd.，Beijing 100053，China）

Abstract:Based on the national mountain torrent disaster prevention platform construction achievements of China Institute of Water Resources and Hydropower Research，aiming at the data acquisition and sharing requirements of mountain torrent disaster monitoring information for the first troops of Armed Police Hydropower，the article proposes mountain torrent disaster monitoring and early warning information acquisition and utilization scheme for the first troops of Armed Police Hydropower. The scheme consists of three aspects: information exchange network design，mountain torrent disaster monitoring information database construction，information acquisition and sharing system. In this way，when the flood disasters occured，it can make rapid and targeted scientific judgment to improve emergency rescue response and emergency joint response capabilities. It discusses the scheme to provide a reference for mountain torrent disaster monitoring data sharing between departments.

Key words:mountain torrent disaster；message switching network；information sharing；monitoring and early warning

中图分类号：TV122

文献标识码：A

文章编号：1674-9405（2016）03-0056-05

DOI:10.19364/j.1674-9405.2016.03.013

收稿日期：2016-04-15

作者简介：李冬杰 （1978-） 吉林辽源人，工程师，主要从事信息化系统设计工作。