水利山洪灾害监测预警系统解决方案

水利山洪灾害监测预警水利山洪灾害监测预警系统系统解决方案解决方案北京北京*科技有限公司科技有限公司20142014 年年 6 6 月月目录目录1.前言 .11.1 背景.11.2 系统概述.22.系统结构和功能 .22.1 数据库及数据组织.32.2 数据库接口.32.3 雨水情监测子系统.32.4 山洪预警系统子系统.32.5 预警管理子系统.32.6 信息传输通信子系统.32.7 监测点管理子系统.32.8信息发布子系统.42.9 决策支持子系统.42.10 系统维护子系统.43.技术说明 .43.1 文档查询.43.2 数据查询.43.2.1条件输入 .43.2.2结果分析 .53.2.3多媒体查询 .53.2.4图表 Chart.53.2.5输出打印 .53.2.6专业地图符号 .53.3 数据采集.53.4 GIS 分析 .63.4.1空间分析 .63.4.2缓冲分析 .63.4.3山洪蔓延扩散分析 .64.数据说明 .64.1 空间数据说明.64.2 业务数据说明.84.2.1水情监测情况 .84.2.2雨情监测情况 .84.2.3工情 .84.2.4水文站水监测断面 .84.2.5水库闸坝情况 .85.技术要求 .85.1 易用性.85.2 可扩充性.85.3 交互性.85.4 智能化.95.5 直观性.96.性能描述 .96.1 数据精确度.96.2 时间特性.96.3 适应性.9水利山洪灾害监测预警系统方案 第 1 页 11.1. 前言前言1.11.1 背景背景水利系统信息化管理工作已经开展多年，据了解，由于各项工作的管理部门不同，各部门基本上都根据本部或某一特定业务编制了相应的软件。在这些软件中有的已应用了数据库技术、网络通信技术、多媒体技术等，但是这些软件还不能完全满足科学、可靠、及时掌握区域洪水实时动态情况，区域水利变化情况，各地水利机构对洪水监控和预警处理能力等水利应急监测工作的需要。而计算机技术应用于管理领域近 40 年来，已发生了翻天覆地的变化，从电算化到办公自动化、信息管理系统，再到支持决策系统，3S（GIS、RS、GPS）技术的日趋成熟更给了计算机在决策支持和信息管理方面广阔的发展空间。使用计算机技术来管理环保信息，提高效率，提高决策科学程度是管理上台阶的必然过程。基于 GIS（Geography Information System）的水利环境信息系统能够使水利管理在办公自动化方面产生质的飞跃，它通过分析信息的空间分布，监测信息的时序变化，比较不同的空间数据集，实现对空间信息及其它各类信息的标准化管理与信息交换，使大量抽象、枯燥的数据变得生动、直观和易于理解，并根据应用目的进行各种形式的专题表图输出。遥感技术 RS（Remote Sense）从本世纪以来开始得到广泛应用，50 年代以来，更是得到突飞猛进的发展。从最初区域视野的航空遥感发展到全球视野的航天遥感，从单一的可见光摄影手段发展到多波段摄影、多波段扫描仪、光谱仪、雷达及辐射计，信息获取的手段、精度与速度都得到了极大提高。成为区域与全球研究的有力手段。RS 可以实时、快速地提供大面积地物及其周边环境的几何与物理信息及各种变化参数，其对地观测的海量波谱信息为目标识别及科学规律的探测提供了精确的定性和定量综合性的数据。RS 信息是 GIS 十分重要的数据源，它有助于 GIS 数据库的及时更新，确保现实性，特别在环境动态监测方面具有其它类型数据所无法代替的优越性。全球定位系统 GPS（Global Position System）是美国在 24 颗卫星导航系统的基础上发展起来的最新一代卫星定位系统。它由三部分组成，即空间部分、地面监测部分和用户部分。GPS 能够实现遥感数据的实时定位，能够对遥感信息和实时动态监测数据进行地学编码，并可直接进入 GIS 进行处理。此举大大提高了遥感和监测数据的精度，减轻了数据处理的难度。GPS 的快速定位为 RS 数据快速进入 GIS 系统提供了可能，保证了 RS 数据及地面同步监测数据获取的动态匹配。同时，GPS 可为 GIS 及时采集、更新或修正空间定位数据，为 GIS 从静态管理扩展到动态实时监测提供了有力的技术支持。将 GIS、GPS 和 RS 技术配合使用，借助模型的建立能很好地用于模拟洪水形成、扩散、蔓延地理空间环境中的运行结果。基于 3S 技术的模型能帮助人们了解不同参数间的相互作用，并能提供对洪水预警决策及灾后评估有意义的依据。水利山洪灾害监测预警系统方案 第 2 页 21.21.2 系统概述系统概述为了湖南省水利厅加强对重点区域水利监管工作，及时动态掌握重点区域的水利状况，提高监察办对应急事件反应能力，为水利山洪监控、预警处理和指挥、调度工作提供科学准确的决策依据，建立以地理信息系统为基础平台，综合应用 3S（GIS、RS、GPS）技术，利用先进的地理信息系统技术，与高分辨率卫星遥感图像、航空图像和流域大比例尺数字化地图相结合，通过强大的综合信息处理和分析功能，特别通过 GIS 的强大的空间分析能力，监测数据以多媒体形式呈现，分析结果以直观的图表呈现，提供对山洪的动态监测、预警，水利状况的查询和统计，以及对山洪爆发模拟分析和蔓延变化趋势分析为决策者提供有力科学依据。 系统将电子地图基础数据、卫星遥感影像、水利机构数据、厂矿企业居民分布数据、水利监控设施检测点分布数据、动态检测数据、区域社会经济发展数据、气候变化数据等微观和宏观数据以地理坐标为纽带有机整合在一起，以直观、动态和多媒体的方式实现了在电子地图背景下的水利监测、山洪预警和应急事件的指挥调度。2.2. 系统结构和功能系统结构和功能雨水情监测子系统山洪预警子系统预警管理子系统信息传输通信子系统监测点管理子系统信息发布子系统决策支持子系统系统维护子系统地理信息平台数据库接口空间数据库水利专业数据库水利山洪灾害监测预警系统方案 第 3 页 32.12.1 数据库及数据组织数据库及数据组织数据组织包括两方面的内容:空间数据和业务数据。空间数据指基础底图和环境专题图组成，用于图形显示、空间数据查询、分析和统计等。业务数据指与环保监察业务紧密相关的自然环境数据、行政区划数据、环境监测数据、污染源数据、污染物数据、环境标准数据、环境保护政策和法律法规数据、污染事故数据、有关部门和机构通讯录数据。2.22.2 数据库接口数据库接口数据库接口指采用通用稳定高速的数据库引擎在应用系统与数据库系统间建立数据传输通道。2.32.3 雨水情监测雨水情监测子系统子系统雨水情监测是实现对水情、雨情和工情的远程监测。监测点可以是水监测断面、水文站、自动监测站等。监测数据可通过有线或无线网络从各级监测站获得。2.42.4 山洪预警系统山洪预警系统子系统子系统通过现代化的手段实现当有暴雨、溪河洪水与滑坡、泥石流等地质灾害隐患的时候自动发布山洪警报与组织山洪易发区居民躲灾避灾，达到尽最大可能减少人员伤亡的目标。水利监测预警系统与在线监测点网络相连，或者与监测点实时数据库系统相连，每隔一段时间在图上显示当前监测数据超标的监测点分布位置，并且根据监测点与河流、分向等的自然环境关联关系追踪河流水位情况，并可通过调用有关部门和机构通讯录数据向有关部门核实情况，做出判断，可以使用水利山洪信息管理系统将河水水位事件记录备案，提出处理意见并发往相关部门对事故快速处理。2.52.5 预警管理子系统预警管理子系统预警管理系统包括云图气象信息、雨水情查询统计、各类报表生成、工情信息查询、山洪预警决策支持系统。2.62.6 信息传输通信信息传输通信子系统子系统实现雨水情信息的数据传输和预警信息的数据传输；通信方式可以是水利行业内部上下通信，也可以是平行部门的数据交换，实现与气象、国土、水文等系统的数据交换与共享。2.72.7 监测点管理子系统监测点管理子系统监测点是在容易发生洪水地质灾害的地段上建立的常年监测点。对一旦有暴雨、溪河洪水与滑坡、泥石流等地质灾害隐患发生时，能及时传回环境变化信息，包括水位情况、山体变化情况等。监测可根据需求分为固定监测点和流动监测点。水利山洪灾害监测预警系统方案 第 4 页 42.8 信息发布子系统信息发布子系统公众信息网站、政务信息查询、地理信息查询、山洪预警决策支持、系统数据维护、用户权限管理等。2.92.9 决策支持子系统决策支持子系统决策支持系统提供根据监测数据，自然地理环境数据，建立水利环境数据模型和专家预测案，计算水环境容量，模拟各种条件下的水利灾害影响结果。根据区域内的发展规划和状况，结合模拟山洪暴发结果，预测近期内水环境变化趋势，为决策提供依据各种评价模型，分析区域内环境质量变化趋势。系统可提供监测点点位分析，洪水蔓延、扩散模式分析，地形地貌等高线分析等。2.102.10系统维护子系统系统维护子系统系统维护包括数据的录入、修改、删除、备份、恢复，用户管理，网络通信管理，数据层管理，数据结构管理等。3.3. 技术说明技术说明3.13.1 文档查询文档查询系统的文档包括区域的基本社会、经济、人文情况、大型工程项目介绍、环境监测报告、相关法律法规、环境标准等，全部以超文本（HTML）格式存放。HTML 是全球广域网上描述网页内容和外观的标准。用户只需轻击鼠标，便可以方便地浏览用户需要选择的数据或资料，还可以添加例如音频、视频、动画等多媒体元素，灵活多变，使文档内容丰富、效果栩栩如生。3.23.2 数据查询数据查询3.2.13.2.1条件输入条件输入数据是决策分析的基础，面对查询要求的不尽相同，系统为用户提供了多种的查询方式：快速查询、高级查询、空间分析等。高级查询其实就是快速查询的扩展，而空间分析使用户在地图上更清楚地看到了数据沿程的变化。地图上的数据其实就是数据查询的一个重要条件，系统采用了地图选择与条件输入同步的方法，如在水质监测数据查询中，用户在地图窗口/条件窗口中选择某个断面，条件窗口/地图窗口中同时选择某个断面，使用户无论从哪个方面进行查询，都可以在另一方面看到相应的变化。水利山洪灾害监测预警系统方案 第 5 页 53.2.23.2.2结果分析结果分析用户可对数据查询的结果进行排序、统计最大值、最小值、平均值、汇总值等分析处理。用户可把查询结果按照任何一列的从大到小或者从小到大的顺序排列，而对查询结果中任何一项数字列都可以统计最大值、最小值、平均值和汇总值。3.2.33.2.3多媒体查询多媒体查询在查询水文站、水库、闸坝、监测断面等的自然环境数据时，可以查阅重点的水库、闸坝的现场的照片和录像资料，结合全球眼系统，甚至可以随时看到现场摄像资料。当用户需要查询现场的照片和录像时，系统会弹出一个多媒体窗口用于显示相应的图片和视频。3.2.43.2.4图表图表 ChartChart生成不同的图表制作项目供用户选择。为方便用户能更清楚、正确地利用图表，可采用了实时显示图表信息的方法，当用户的鼠标在图表上移动，同时显示当前鼠标所在位置的结果数据。3.2.53.2.5输出打印输出打印用户对查询的结果数据根据自己的需要将结果数据直接打印或输出到 Excel 报表以及当前地图窗口的打印。用户既可以将结果数据全部打印，也可以在结果数据中选择自己需要的项目进行打印。用户可以对输出的 Excel 文件进行打印、编辑或者传递到其他 Office 应用程序中作进一步的加工。用户也可利用地图打印功能将地图窗口中地图打印到用户的打印机上。3.2.63.2.6专业地图符号专业地图符号在地图专题信息的体现上，采用了丰富的表达方式。例如：水利环境专题信息，包括监测断面、水文站等要素，系统将提供专业的图标用于标注专业数据要素。3.33.3 数据采集数据采集对一些需要精确定位的监测点或其他地理要素可利用 Gps 定好经纬度坐标，再将新采集的要素建立在相应的数据层中。水利山洪灾害监测预警系统方案 第 6 页 63.43.4 GISGIS 分析分析分析是 GIS 应用中的主要功能，灵活地运用 Gis 开发平台提供的各项分析技术，可在一定程度上实现分析功能。3.4.13.4.1空间分析空间分析灵活地使用 GIS 系统显示对象，在使用直方图或者圆饼图等方式表示地理要素的各项指标，可以在地图上以直观的方式显示某些指标在空间上的分布情况，使用户能一目了然的了解这些指标的空间变化。3.4.23.4.2缓冲分析缓冲分析缓冲区分析在 GIS 系统中是一种常用的分析方法，GIS 系统中各种地理元素或地理元素集合可以计算出对象的缓冲区，例如可以求出某段河流周围 1000 米以内有多少家民居、企业、学校等。3.4.33.4.3山洪蔓延扩散分析山洪蔓延扩散分析利用缓冲区分析技术和网络拓扑关系，分析山洪在某段时间后将会扩散到某地，特别是在洪水顺着河流、湖泊向下游向低洼地带扩散，分析统计出影响的流域面积、流域人口数，流经政区等信息。4.4. 数据说明数据说明4.14.1 空间数据说明空间数据说明使用不同比例尺基础地图数据建立各图层数据，行政区划 1：250 000 比例尺，水系 1：250 000 比例尺，城市数据 1：10 000 比例尺，道路交通 1：50 000，城市商业点 1：100 000。各图层数据说明如下:一层二层三层空间类型文件名说明基础信息基础信息行政单位省行政区划polygongovrgns地市行政区划polygongovrgnm政府驻地省政府驻地pointgovprv地市政府驻地pointgovmnc县政府驻地pointgovcounty镇政府驻地pointgovtown环保机构pointenvprtdep水系主要水域polygonmajorwater主要河流polylinemajorriver水利山洪灾害监测预警系统方案 第 7 页 7次要水域polygonminorwater次要河流polylineminorriver交通信息交通信息主要线道路polylinemajorroadl次要线道路polylineminorroadl主要面道路polygonmajorroadp次要面道路polygonminorroadp专业信息专业信息工业污染源pointpollution污水处理厂pointsewage水监测断面pointwatersect入河排放口pointletport闸坝pointgatedam水域功能区划分土地利用polygonsoiluse其他信息其他信息标志点pointunitpoint公安局学校商场医院工商、税务其它村委会桥梁polylinebridge居民地polygonresident企业pointenterprise注记注记行政区划注记行政区划polygontxtgovrgns地区行政区划polygontxtgovrgnm省级政府机关pointtxtgovprv地市级政府机关pointtxtgovmnc县级政府机关pointtxtgovcounty镇级政府机关pointtxtgovtown交通注记主要面道路polygontxtmajorroadp次要面道路polygontxtminorroadp主要线道路polylinetxtmajorroadl次要线道路polylinetxtminorroadl水系注记河流polylinetxtriver水利山洪灾害监测预警系统方案 第 8 页 8湖泊水库polygontxtwater其他信息注记标志点pointtxtunitpoint桥梁polylinetxtbridge企业pointtxtenterprise4.24.2 业务数据说明业务数据说明4.2.14.2.1水情监测情况水情监测情况4.2.24.2.2雨情监测情况雨情监测情况4.2.34.2.3工情工情4.2.44.2.4水文站水监测断面水文站水监测断面4.2.54.2.5水库闸坝情况水库闸坝情况。 。 。 。 。 。5.5. 技术要求技术要求5.15.1 易用性易用性使用多种方式提高用户界面的易用性：可定制的菜单和工具栏。用户可以根据自己的需要和习惯定制菜单和工具栏。绝大部分的功能都可以通过右键菜单方便的调用。用户输入的查询条件可以重复使用，无需重新输入。5.25.2 可扩充性可扩充性为了适应监测数据项目增减的实际需要，对监测数据的储存方法要做重要的改革。在传统的数据设计中，监测数据中的监测项目是固定不变的，当监测项目有所增减时，例如不再监测水温而改为监测水的流速，这样就必须对数据库结构和程序都进行更改。为了解决这些问题，采用可扩充的数据存储结构，即当监测项目有增减时，不需对数据库结构和程序作任何的更改，只需设定某些属性就可以适应新的实际需要。新的数据结构主要使用多个表来储存监测数据，把项目与数据分开存放。使用这种可扩充性的数据结构存储监测数据，可以很容易地增减监测项目而不需更改数据结构和程序，而只需改变项目表的就行了。水利山洪灾害监测预警系统方案 第 9 页 95.35.3 交互性交互性为满足用户更方便对查询结果进行分析，在查询结果图表的使用中，系统采用了交互的方法使用户既可以在整个图表上看到数据变化的情况，同时能得到图表上任意位置的具体数据情况。5.45.4 智能化智能化为方便用户能在几年甚至几十年的复杂数据中查询自己需要的数据，在数据查询的条件选取方面系统采用了智能化的方法，为用户提供了多种多样的条件选取方式，并使用条件保存方法，为用户减少了复杂烦琐的操作。5.55.5 直观性直观性在查询与分析中，所有结果不仅可以数字表格显示，还可以根据不同需要将结果用直方图、折线图、圆饼图或者分色符号等手段表现，表现既可以按照时间或者空间顺序表现在结果窗中，还可以表现在地图上的相应位置。直观地表达所得到的信息是系统一大要求。6.6. 性能描述性能描述6.16.1 数据精确度数据精确度数据内部显示精度，外部显示精度6.26.2 时间特性时间特性系统响应时间、界面更新处理时间、数据转换与传输时间等6.36.3 适应性适应性在操作方式、运行环境、与其他软件的接口以及开发计划等发生变化时，应具有的适应能力。