基于GIS的气象防灾减灾平台的设计与实现

张悦 周丽丽通讯作者）

大连市气象信息中心 辽宁 大连 116001

引言

随着政府部门防灾减灾体制的不断完善，逐渐形成了以政府主导为中心、部门联动为牵引、社会参与为动力的服务保障模式。据气象部门统计，近年来由于全球气候变暖等因素影响，暴雨、洪涝、台风等气象灾害是困扰我国人民生活和社会发展的重要自然灾害，并且呈现逐年递增的趋势比较明显。大连市位于我国东北部辽东半岛，三面环海，气象、地质等自然灾害多发。大连市气象信息中心围绕基层气象防灾减灾“六个一”做了大量的基础性工作，特别是近年来综合数据库和大连市气象局业务内网平台等系统的建设，为大连市基层气象防灾减灾标准化建设打下了较好的基础。

1 项目方案

项目主要是完成市内五区（中山区、沙河口区、西岗区、甘井子区、高新园区）气象防灾减灾标准化建设，按建设任务可分为6个部分，分别是健全市内五区气象防灾减灾数据集（前期基层防灾减灾建设部分数据收集未包括市内五区）、绘制市内五区气象防灾减灾地图、升级气象防灾减灾业务支撑平台、部署气象防灾减灾业务支撑平台安全防护、健全基层气象防灾减灾队伍、完善气象预警信息发布“一张网”。每项内容中包括多个分项内容。

1.1 健全市内五区气象防灾减灾数据集

健全气象防灾减灾数据集就是收集、分类、整理、存储气象防灾减灾数据，并提供数据的应用方式。与“一本账”进行对照检查，健全本单位气象防灾减灾数据集，主要需收集气象灾情数据、气象防灾减灾重点单位数据、气象防灾减灾设施数据和人员数据，并需完成气象防灾减灾数据多种形式存储、应用[1]。

数据收集是指基于收集策略实时地收集市内五区（中山区、沙河口区、西岗区、甘井子区、高新园区）气象防灾减灾数据，数据收集功能包括历史数据整理、实时收集、缺测记录、人工录入和收集日志整理等内容；数据存储即将收集到的数据进行合理分割，按合理字段存入综合数据库的相关数据表中，并可进行更新和追加；数据库服务方面通过存取气象防灾减灾数据库表，维护管理一系列的Rest API或WebService接口服务[2]。

本次主要包括收集市内五区（中山区、沙河口区、西岗区、甘井子区、高新园区）中小学校、重大危险源、山洪沟、应急负责人、避难所、防汛单位、应急物资等防灾减灾基础数据，并形成EXCEL表和ORACLE数据库表，提供数据库访问应用。数据收集流程示意图如图1所示。

图1 数据收集流程示意图

1.2 绘制市内五区气象防灾减灾地图

市内五区气象防灾减灾数据（中小学校、重大危险源、山洪沟、应急负责人、避难所、防汛单位、应急物资等信息），依托地理信息系统，绘制气象防灾减灾地图。基于地理信息系统（GIS）为业务人员提供专业的可视化、图形化工作平台。支持多图层叠加，通过图层控制面板，可以自由设置各图层的显示与隐藏，浏览防灾减灾数据专题要素的空间分布和相关属性信息。

图2 防灾减灾地图流程示意图

2 关键技术

在进行系统规划时，在考虑气象大数据平台的稳定性、可扩展性，满足数据高效存储分析、业务及时服务等业务需求，同时满足气象局现有业务模式，兼顾平台未来发展需要的考虑，统一遵循以下设计原则[3]：一是可靠性原则；二是高可用性原则；三是可扩展原则。

色斑图生成技术[4]：采用supermap和openlayers相结合的解决方案，根据openlayers的feature点要素和面要素，确定参与运算的监测站的位置信息、雨量和要进行插值的空间范围。在supermap iserver中发布空间分析服务中，调用克里金插值算法，根据未知点与已知监测站的距离和能够对其产生影响的监测站的数量等信息，对未知点的业务信息进行插值估计，从而得到面状栅格图。这种计算方法得到的栅格图中的未知点业务属性是连续不可分割的，需要调用空间分析服务的表面分析算法，提取特定阈值的等值面矢量数据。最后通过调用裁剪服务，将矢量数据和不同地区的行政区划面数据进行裁剪，得到最终的色斑图结果，并通过openlayers的layer图层展示出来。

后台架构技术：采用微服务架构，更够满足并发多，数据响应快，业务逻辑及数据流转性能高等特点，并能够进行功能独立开发和独立部署，降低了模块间的松耦度，易于开发人员的修改和维护。

3 开发与平台实现

平台开发过程包括气象防灾减灾数据收集和地图绘制两大部分。下面做详细介绍。

数据收集。收集、分类、整理气象防灾减灾数据，建立健全大连市内五区气象防灾减灾数据集。主要包括收集市内五区中小学校、重大危险源、山洪沟、应急负责人、避难所、防汛单位、应急物资等防灾减灾基础数据，并形成Excel表和Oracle数据库表，提供数据库访问应用。

地图绘制。基于GIS绘制边界清晰的市内五区气象防灾减灾地图。应用高分辨率卫星遥感影像图为底图制作遥感影像图，能分辨地形地貌、河流水系、植被分布、村庄、道路、街区、建筑设施等[5]。遥感图像上标记，包括大连市内五区（中山区、沙河口区、西岗区、甘井子区、高新园区）气象防灾减灾数据（中小学校、重大危险源、山洪沟、应急负责人、避难所、防汛单位、应急物资等信息）；实现大连市内五区（中山区、沙河口区、西岗区、甘井子区、高新园区）气象防灾减灾信息的分区域GIS叠加显示、应用。

防灾减灾主题模块为本次升级改造的重点模块，主要功能包括：实时监测、基础数据、灾情统计、三区联防、联动报警、预警信号、森林防火、防汛单位、应急物资。如图3所示。

图3 暴雨区划成果展示

3 结束语

项目通过开展专项建设加强市内五区气象防灾减灾能力建设，市内五区气象防灾减灾相关数据实时更新获取，有效解决市内五区防灾减灾相关数据显示与应用问题。平台的开发应用有效促进了气象与水文水情及国土资源数据融合。利用气象雨量、雨情与智能网格预报数据，结合各水库、河流实时水位、水库库容、汛限水位等制作河流水库超警戒报警，联合水务局，研究气象水文致灾临界指标。