水库水情短信预报预警系统设计

□张路杰

2021年10月，水利部发布的《“十四五”智慧水利建设规划》明确，水情预警发布要主动适应社会公众对水情预警精细化服务的需求，拓宽水情预警信息发布渠道，利用微信、广播、电视、网站以及广电部门、通信运营商等，及时向社会公众发布水情预警信息，精准定位预警发布对象，实现影响范围内预警信息全覆盖，解决水情预警“最后一公里”问题。基于此背景，结合当前省内水情测报系统应用现状，进行深入研究设计。

目前，经调查省内已建的水库水情测报系统已实现了系统内的实时水情预报预警功能，对水库的防汛调度决策发挥了至关重要的作用。然而，系统主要在内部进行预报预警，预警目标对象主要为水库下属防汛调度部门工作人员，受众范围相对较小，暂未实现直接向库区周边群众或其他责任群体直接通报的功能，当汛期险情初现时，防汛值班小组第一时间主要通过电话或视频会商，实现上传下达，具有一定优势，但相对比较费时，在紧急或特殊情况下，一定程度上可能影响最终用户获得水情信息的时效性、准确性。短信服务作为一种传统的通信方式，因其时效性强、覆盖面广、精准性高，在天气预报等自然灾害预警领域具有不可或缺的优势。水库水情短信预报预警系统的设计能够利用信息化手段有效补充现有系统的短板，具有较强的现实意义。

1.水情预报预警方案设计

1.1 水位预报预警

水位预报预警可使用《水库淹没实物调查报告》《水库防汛应急预案》等资料作为决策依据制定预警方案，报汛模板要求通俗易懂。例如水库汛限水位115m，征地高程为120m，移民高程为125m，按高程区间1m进行分区，可分为5个区，当遭遇洪水通过上下游调洪仍然超过征地高程时，可根据分区针对不同库区周边淹没实物责任单位或个人精准发布预报预警提醒。

库区周边超限水位短信提醒模板：【__水库防汛指挥部办公室】提醒您：__水库__月__日__时__分，实时水位为__米，预计__小时内即将超过__米，经上级决定为确保人民群众生命财产安全决定以下范围人员立即转移：__。请收到短信的群众相互转告，水库值班电话__。

1.2 流量预报预警

流量预报预警可参考相关历史水文资料和关系曲线模型制定流域内重要河道流量预报预警方案，报汛模板要求通俗易懂。

关键河道水文站短信提醒模板：【__水库防汛指挥部办公室】提醒您：__水库__月__日__时__分，__河道水文站实时水位为__米，流量__立方米/秒，已超限，届时__路段将禁止行人和车辆通过，请相关部门按职责落实防御措施。

1.3 雨量预报预警

雨量预警可依据《河北省暴雨灾害防御办法》制定暴雨预报预警方案，可依据《防汛抢险应急预案》等制定防汛负责人、抢险队、巡查员等群组。

流域内宏观短信提醒模板：【 __水库防汛指挥部办公室】提醒您：从__年__月__日__时至__年__月__日__时，__流域平均雨量__毫米，最大降雨测站：__站（__毫米）超警测站__个，蓝色预警__个，黄色预警__个，橙色预警__个，红色预警__个，请相关部门按职责落实防御措施。

关键雨量站短信提醒模板：【 水库防汛指挥部办公室】提醒您：从__年__月__日__时至__年__月__日__时，__站累计雨量__毫米，最近小时降雨量__毫米（__色预警），请相关部门按职责落实防御措施。

2.水情预报预警系统设计

2.1 功能设计

当前自测报系统采用B/S架构，基于.net开发运行环境，使用Web技术框架ASP.NET、C#编程语言，部署在IIS Web应用服务器，数据库使用SQL Server2008，服务器使用WindowServer2008，本系统以水情自测报系统数据为基础，采用数据集成技术数据库扩展支撑本系统必要的数据库表用于数据存储和数据交换，系统基于J2EE平台，采用主流Web技术框架SpringMVC Mybatis，可独立部署，也可通过统一认证集成到其他应用系统，系统功能结构图见图1所示。

图1 系统功能结构图

2.1.1 目标用户群组管理

目标用户群管理模块的主要功能是维护预警发布对象信息实现预警对象分众管理。第一，支持添加、编辑、删除、查询短信目标用户必要信息，包括用户姓名、手机号码、详细地址、人员类别、备注说明等信息。第二，支持组建、编辑、删除、查询目标用户群组，目标群组组建后可作为短信下行的预警发布对象。发布对象可根据库区淹没高程区间分区管理，另外，按人员类别将相关的运行管理和组织保障人员纳入系统。

2.1.2 预警短信模板管理

预警短信模板管理主要功能是根据预警类别和预警水文要素预制多种短信提醒模板，支持模板的添加、编辑、删除、查询操作。模板的主要属性包括模板编号、模板名称、模板内容、备注说明等。模板内容包括两部分内容，一部分为已明确的信息，另一部分为标签信息，标签信息最终需在后台引擎组建短信内容时根据实际数据进行替换。

表1 系统业务数据表清单

2.1.3 水情预警规则管理

水情预警规则管理主要功能是为产生预警提供系统所需的内在决策机制，支持规则的添加、编辑、删除、查询操作。预警规则的主要内容包括规则编码、规则名称、预警类别、采用的短信模板、短信发送方式、目标群组、是否启用、启用开始时间、启用结束时间、是否预演状态、预演默认发送群组、产生预警判断条件。判断条件支持通过系统界面进行多种运算符配置，发送方式支持手动和自动发送，自动则直接发送到目标群组，手动则需在短信发送记录管理模块选择后手动下发，手动模式一般为先报备审核后发送。预演状态下产生预警后只发送给预演默认的预警发布对象，预演情况一般为正式发布前进行模拟发送。

2.1.4 短信发送记录管理

短信发送记录管理的主要功能包括3方面：第一，支持查看短信发送记录和状态，编辑处理发送失败、待发送记录，删除无效记录等操作。第二，发送方式采用手动时，支持通过“批量发送”操作通过调用短信服务平台API批量下发到对应群组。第三，可以添加自定义短信内容发送到对应的群组。短信发送记录主要包括记录编码、短信内容、创建时间、创建方式（人工、系统生成）、发送方式、发送时间、发送状态、接收对象、预警类别、是否预演等。

2.1.5 水情调度资料管理

水情调度资料管理的主要功能是支持相关规程、规范文件上传、下载、预览、删除等操作，上传后可供相关工作人员查阅，为系统准确平稳运行提供辅助决策依据。维护人员可将调度规程、调度计划、应急预案、淹没实物调查情况报告、历史水文资料、常用关系曲线模型等文件上传到资料管理模块。

2.1.6 后台预警规则引擎

后台预警规则引擎的主要功能是在预警规则启用的时间区间内，通过规则内在判断逻辑加载、转换、分析、比较自测报数据库表对应监测数据并生成短信预报预警内容，生成预警内容后自动发送状态下可在后台调用短信服务平台API将短信发送到对应的预警发布对象。技术上规则引擎支持根据预警类别、轮询周期启动多个进程进行实时处理。引擎通过Java语言编写，启动后实时运行在系统服务器，支持在国产、Linux、Window等操作系统下平稳运行。

图2 水库网络结构图

2.2 数据库设计

系统业务数据主要包括9张表，分别为目标用户表、目标用户群组表、短信模板表、短信模板标签表、短信预警规则表、预警规则预警条件表、预警条件变量口径表、短信发送记录表、水情调度资料表，重点说明预警规则预警条件表中每行数据中多个条件之间关系为逻辑或，最多支持5个条件，多行之间关系为逻辑与，各数据表字段见表1。

2.3 安全设计

2.3.1 网络安全设计

为了保证网络系统的安全性，降低系统部署实施带来的安全风险，在系统部署过程中按“最小服务原则”配置网络策略，基于图2水库网络结构图，根据系统网络资源需求，要求能够访问互联网短信服务平台，因此部署在水库园区网LAN区域，通过物理隔离网闸将自测报系统服务器IP及数据库访问端口通过代理IP和端口仅赋予给本系统服务器接入权限，另外本系统服务器不开放到互联网仅支持在园区访问。

2.3.2 应用安全设计

应用安全设计方面，首先，通过在服务端底层过滤器编写敏感字符转义代码，实现防XSS攻击、防SQL注入攻击；其次，登录验证设置密码验证次数限制或设置动态验证码防止暴力破解攻击；再次，编写防止通过低权限账号利用cookie、功能Url越权访问到高权限账号的功能模块。

2.3.3 数据安全设计

用户账号按照“岗位需要、权责对等、统一授权”的原则进行分类分级管理，明确用户职责，控制账号权限范围；针对敏感数据信息进行匿名化处理授权访问；制定密码过期策略，定时强制要求更新登录用户密码；制定硬盘备份策略，定时巡检服务器硬盘工作状态，定期进行数据备份。

3.结语

现以《“十四五”智慧水利建设规划》为背景，以完善水库水情预报预警体系为目的，利用水利信息化技术手段，设计实现水库水情短信预报预警系统，系统设计具有良好的通用性，可根据水库运行管理过程中实际场景，制定更丰富的预报预警内容。□