吕梁市雨情墒情自动测报系统设计

2010-08-15李新华孙大智

山西水利 2010年4期

李新华，孙大智

1 概况

吕梁市全境属东部季风气候区，大陆性季风气候显著，四季分明。由于其特定的气候特征、地形条件和地理因素，吕梁市的水旱灾害十分频繁，“十年九旱、局部洪灾”是吕梁气候的主要特点。因此，防汛抗旱成为全市防灾减灾的主要任务。

当前，吕梁市防汛抗旱存在的主要问题有：一是雨量站和墒情站分布不平衡，特别是水库上游大部分不设站点，远不能满足防汛抗旱指挥的需要；二是这些站大部分为人工操作、人工报汛，受气候影响较大，遇到大暴雨，信息传输得不到保障，达不到及时、准确的要求；三是这些站的仪器设备大部分带病运行，老化严重，且精度不高，难以保证信息的可靠性；四是这些站的信息按部门逐级上报，防汛抗旱指挥部不能直接、及时得到，严重影响了防汛信息的时效性。

2 系统设计目标

第一，根据吕梁市的自然地理特征、耕地地类情况和人口分布密度特点，在受洪水威胁的县城及乡镇、水库、水电站、大型企业，通过科学选比、充分论证，建设布局合理并具有代表性的雨量、墒情自动监测站网。

第二，采用结构简单、技术先进、性能可靠、维护方便的定型设备，建设无人值守、全天候工作的野外监测站。

第三，建立经济合理、安全可靠、保障传输的通信信道，确保在发生暴雨洪水的条件下，监测信息有效传输。

第四，在吕梁市防汛办设立中心站和雨量、墒情接收处理系统，为实时监测、整合处理、预测预报、资料整编提供条件。

第五，系统研发的最终目标是要实现雨量、墒情自动提取，雨量、墒情等值线、等值面自动分析，图形报表自动打印功能，以及面雨量计算、雨情特征值统计等功能，满足防汛抗旱的日常业务需要，提高雨量、墒情分析的自动化水平。

3 系统设计过程

3.1 设计内容

根据吕梁市洪水、旱情的发生和传播规律，考虑到系统布设原则和布设依据，确定每县的雨量站不少于3个，墒情监测站不少于2个。为有效利用监测站的设备资源，确定墒情站的同时配置雨量站，在已完成的一期项目中25个点雨量和墒情站合一。具体研发内容为:

自动数据提取:自动从数据库提取数据，减少数据提取的中间环节，自动保存已提取的一些数据，减少重复提取，提高系统运行的稳定性。

自动雨量、墒情分析:自动客观分析，包括等值线分析和等值面分析两种情况。

人工修订结果：在出现明显的分析缺陷（概率很小）或出现机器无法判别的错报情况下，设置人工调整和美化功能，满足使用要求。

雨量、墒情图打印:满足水文部门上报雨量图的要求，图形既可以打印在白纸上，也可以打印在事先指定的地区底图上。

根据鼠标随机选定区域范围，自动完成区域内面平均雨量墒情的分析计算。

3.2 系统结构

根据业务需求的分析，确定该系统的体系结构由采集层、通信层、网络层、数据层、应用层5部分组成。

采集层：该系统的信息采集遵照先进、实用，经济、可靠，充分利用邮电公网的原则，根据分中心测站分布和通信资源状况，全部采用数据自动采集、固态存储、数字化自动传输技术，以提高观测精度和时效。

通讯层：选择全球移动通信系统为报汛通信网的主信道，选择公共电话交换网为备信道，实现有线无线双保险，力求为信息的传输提供可靠保证。

网络层：是中心的计算机网络，是业务应用软件系统运行的基础环境。该系统可以在局域网或广域网环境下运行，并配置有网络数据库系统，需要有基本信息数据库和实时水情数据库支持，数据库结构要符合水利部下发的实时雨水情数据库标准。

数据层：是整个吕梁市雨情墒情自动测报系统业务综合数据的平台，是业务应用软件系统运行的基础，由多个相对独立又互有关系的数据库组成。主要包括基础信息数据库、实时墒情数据库、实时雨情数据库、遥测数据库、历史数据库、运行分析结果数据库、空间地理信息数据库、方法模型库等。数据库系统是利用计算机网络技术和开放性数据库管理方法，为防汛决策提供可靠的数据支持，是整个决策支持服务系统的数据支撑层。

运用层：是吕梁市雨情墒情自动测报系统的核心，主要进行雨情墒情信息的接收、处理、存储、分析、统计、查询等。吕梁市雨情墒情综合分析系统的总体结构是：以强大的雨情、墒情数据库、地图信息库、站网信息库、水系信息库、分区信息库、方法模块库作为基础支撑层，通过建立先进的物理模型和客观的插值方法，实现数据提取分析、雨量、墒情等值线、等值面、特征值计算、图形显示自动化、出图、打印等功能。在B/S结构中，客户在浏览器中对需要查询信息进行选择，并向服务器端发出请求，该请求通过http协议传送到服务器端。当服务器端收到请求信息后，就去访问相关的数据库，并把从数据库中检索到的数据转换成相应的XML格式、SVG格式和HTML格式的文件，返回到客户端。这样客户端就可以对其进行交互式访问，并且不需要频繁地向服务器发送请求，极大地减少了网络数据传输量和服务器的负担。

3.3 主要应用技术

SVG（ScalableVectorGraphics）是一种基于 XML的用来描述二维矢量图形和矢量/点阵混合图形的置标语言，是一种全新的矢量图形规范。SVG的绘图可以通过动态和交互式方式进行，在实际操作中，以嵌入方式或脚本方式实现。SVG实现了图形、图象和文字的有机统一。

SVG采用基于XML的DOM文档管理结构，很方便实现层次管理，其对象的样式属性具有继承性，如果下一级没有某样式属性，则直接使用其上一级属性，以此类推，直到顶级为止。

SVG图形数据本身只包含用来实现矢量图形显示的信息，如坐标点、变换矩阵、显示样式等信息，不能满足GIS系统的需要。但由于SVG是基于XML格式的，除了使用其内置的属性外，还可对其属性进行任意扩充，以实现自定义功能。在SVG图形中，对象的属性ID是用来标志唯一对象的编号。WebGIS采用ID号作为图形内在的标示，而自定义其他的属性如名称、提示信息等来存储其GIS属性。

该系统使用面向对象的软件工程方法，利用JZEE（Java2PlatformEnterpriseEdition）开发平台，采用SVG技术，实现了以地图信息形式绘制雨量、土壤墒情等值线或等值面，将数据库数据的提取、分析、显示、绘制图和线、网页发布浏览、浏览器直接生成等值线图等功能融为一体，做到了准确性、真实性、美观性与实用性的有机结合，实现了雨情、土壤墒情信息综合分析服务的自动化和软硬件系统藕合及整个系统的一体化管理和运用。