山洪灾害监测预警系统项目方案.doc

山洪灾害监测预警系统项目方案目录第一章 项目概述31.1 项目背景31.2 建设目标41.3 建设原则5第二章 需求描述及分析62.1 概述62.2 需求描述62.2.1. 业务需求6接口需求12性能需求13安全需求132.3 需求分析132.4 系统涉众分析132.5 功能需求分析152.6 水雨情监测系统15第三章 总体设计283.1 总体设计目标283.2 总体设计原则293.3 总体逻辑架构设计293.4 网络系统设计313.5 平台选择323.6 标准规范设计33第四章 详细设计344.1 技术架构设计344.1.1设计思路344.1.2设计原则364.2 设计安全384.3 用户界面设计38第五章 技术支持和服务405.1 技术支持405.2 售后服务41第一章 项目概述1.1 项目背景山洪灾害是山丘区在一定强度或持续的降雨下，因特殊的地形地质条件而发生的自然灾害，它具有突发、破坏性大、防治困难的鲜明特点，山洪及其诱发的泥石流和滑坡，往往对局部地区造成毁灭性灾害。山洪灾害具有突发性强、点多面广、破坏力大等特点，往往导致人员伤亡，房屋、田地、道路、桥梁等被毁，甚至导致水库、塘坝、堤防溃决，给国民经济和人民生命财产造成严重危害。我国是一个多山的国家，山丘区面积约占国土面积的三分之二。据调查，全国2100多个县级行政区中，有1500多个在山区，聚集了全国56的人口。由于山丘区居住的人口数量多、密度大、分布广，以及典型的季风气候导致的降雨时空分布不均和复杂的地形地质因素等，每年汛期，居住在山丘区的广大群众的生命财产安全都面临山洪、泥石流和滑坡的严重威胁，其中7400万人直接受到影响。山洪灾害的防御策略是“以防为主，防重于抢”，防御防治的方法是既要采取工程措施，提高工程防洪标准，也要采取非工程措施，建立综合防洪减灾体系，提高防灾抗风险能力。综上所述，建立山洪灾害监测预警系统，是防治山洪灾害的一项重要的非工程性措施。1.2 建设目标 山洪灾害监测预警系统主要包括水雨情监测系统和预警系统（系统结构见图1.2-1）。为更好地发挥系统的防灾减灾作用，还需建立群测群防的组织体系，加强宣传培训。水雨情监测系统主要包括水雨情监测站网布设、信息采集、信息传输通信组网、设备设施配置等。乡（镇）、村自身预警的监测设施，一般以简易的为主；县级以上可根据经济状况和山洪灾害特点，布置有一定技术含量、实用、先进、自动化程度较高的设施。汇入山洪灾害防治信息汇集及预警平台的水雨情监测信息以县级以上的自动遥测信息为主，群测群防水雨情监测信息以乡（镇）、村简易观测信息为主。根据我国山洪灾害范围广、成因复杂的特点，要加密现有水文气象部门的监测站网，以控制水雨情，及时发布预警信息。 预警系统包括基于平台的山洪灾害防御预警系统和群测群防预警系统。基于平台的山洪灾害防御预警系统主要由信息汇集子系统、信息查询子系统、预报决策子系统和预警子系统组成，在县级以上防汛指挥部门建立，山洪灾害严重的区域应建立该系统，以获取实时水雨情信息，及时制作、发布山洪灾害预报警报；系统一般要求具有水雨情报汛、气象及水雨情信息查询、预报决策、预警、政务文档制作和发布、综合材料生成、值班管理等功能，并预留泥石流、滑坡灾害防治信息接口。群测群防预警系统包括预警发布及程序、预警方式、警报传输和信息反馈通信网、警报器设置等；预警信息、预警方式、预警信号等应根据各地的具体条件，因地制宜地确定，预警方式、预警信号应简便，且易于被老百姓接受。 图 1.2- 1 山洪灾害监测预警系统结构图1.3 建设原则（1）坚持以人为本，以保障人民群众生命安全为首要目标。山丘区暴雨的发生常具突发性，因山高坡陡，洪水汇流快，流速大，加之人口和财产分布在有限的低平地上，往往在洪水过境的短时间内即可造成人员伤亡和财产损失。建设山洪灾害监测预警系统，及时发布预报、警报，保障人民群众生命安全，减少灾害损失。（2）坚持因地制宜、突出重点的原则。各省（自治区、直辖市）自然条件、经济社会状况不同，山洪灾害的成因及特点、防灾设施、工作基础等也有差别，应根据各地山洪灾害的特点，针对目前防御山洪灾害监测预警工作中存在的问题，总结成功的经验，切合实际地设计和建设监测预警系统。要突出重点，兼顾一般，按轻重缓急要求，逐步完善监测预警系统。（3）坚持经济实用、稳定可靠、容易实施、便于操作和推广的原则。考虑本地区的暴雨特点、地形地质条件、经济状况、人员分布、交通及通信条件等实际状况，制定监测预警系统设计方案并组织实施。既要利用遥测、通讯、网络和地理信息系统等先进技术，又要充分考虑山丘区的实际条件，可以采用人工观测简易雨量筒、手摇报警器、无线广播、敲锣打鼓等适合当地条件的监测预警方式方法，扩大系统覆盖面，达到既能有效解决监测、通信及预警问题，又能节约投资的目的。同时要保证系统稳定可靠、经久耐用，尽可能地降低使用运行成本。（4）遵循相关规程、规范。系统设计要以现行的相关水文监测、通信系统组网、软件开发、数据库构建等方面的规程、规范为依据；各种构件优选符合国家标准的型材和通用件，以利于施工的质量控制和系统运行的维护管理。（5）充分利用现有气象、水文及地质灾害监测预警网，系统建设要与相关行业的规划、建设相协调。目前气象预报站网已基本布设到县级，水情预报站网按流域设置，地质灾害监测站在重点地区也设到县级。应充分利用现有的气象、水文、地质灾害监测预警站网，雨量站网建设要与气象发展规划协调，山洪监测预警要与地质灾害的监测预警相结合。（6）充分利用已有资料和成果，并与国家防汛指挥系统相衔接。分析确定山洪灾害预警指标、制定监测预警方案等，要充分利用已有资料、成果及积累的经验；山洪灾害监测预警系统是国家防汛抗旱指挥系统的补充，山洪灾害监测预警系统的数据库结构要与国家防汛抗旱指挥系统的数据库结构相统一，技术标准要与国家防汛抗旱指挥系统的标准相衔接。第二章 需求描述及分析2.1 概述山洪灾害监测预警系统就是由水雨情监测系统实时监视水雨情状况，查询统计出雨水情信息，之后由数据汇集系统提供实时天气预报、实时雨量信息、实时/历史台风路径、实时卫星云图等气象信息，滑坡、泥石流等隐患点基本信息及监测信息，并结合群测群防监测到的水雨情信息进行汇集统计，预报给决策子系统，决策子系统经过判断后将危险信息传于预警系统，最后预警系统将信息发给防汛人员，之后在传给社会公众，这样山洪灾害的预警就启动了。2.2 需求描述1.2.2.1.2.2.2.2.1. 业务需求1.2.2.1.2.2.2.2.1.2.2.1.1. 水雨情监测系统通过建设实用、可靠的水雨情监测系统，扩大山洪灾害易发区水雨情收集的信息量，提高水雨情信息的收集时效，为山洪灾害的预报预警、做好防灾减灾工作提供准确的基本信息。水雨情监测系统以雨量监测为主，必要时辅以水位监测和流量监测，设计内容主要包含水雨情监测站网布设、信息采集、信息传输通信组网、设备设施配置等。水雨情监测系统监测项目主要包括降雨量、水位。站类主要包括雨量站、水位站。雨量站监测雨量信息，水位站监测的信息主要包括雨量和水位。根据山洪灾害预警的需要和各地的建站条件，考虑山洪灾害易发区地形复杂、降雨分布不均、群众居住分散、地方经济发展不均衡等实际情况，水雨情监测站可建成简易监测站、人工监测站和自动监测站。 （1）简易监测站为扩大水雨情信息的监测覆盖面，在山洪灾害防治区内的村、组设立简易监测站。因地制宜地配置简易的雨量、水位观测设施，采用直观、可行的观测方法进行水雨情信息的监测。利用本地区适用的传播方式进行信息的传输，达到群测群防的目的。简易雨量站采用有雨观测、下大雨加强观测的工作体制，有条件时及时上报；简易水位站在有雨时或接到通知时观测，水位接近成灾水位时加强观测，有条件时及时上报。（2）人工监测站对于无条件建设自动监测站，但拥有公用通信资源（程控电话、移动通信网）的地区，按照人工观测站的技术要求建立相应的水雨情人工监测站。采用人工观测和管理的模式，通过语音或通话报汛进行雨量、水位信息的采集和传输。人工监测站采用定时观测，定时报汛的工作体制，在暴雨天气状态下则加密观测、增加报汛段次。（3）自动监测站根据本地区的通信、经济条件，设立雨量、水位自动监测点。采用有人看管，无人值守的管理模式，配置相应的雨量、水位传感器，以及遥测终端及通信终端设备，实现水雨情信息的自动采集、传输。自动监测站采用定时自报、事件加报和召测兼容的工作体制；对超短波组网的自动监测站，则采用增量随机自报与定时自报兼容的工作体制；人工置数信息应有反馈确认的功能。2.2.1.2. 信息汇集与预警平台根据各地山洪灾害防御工作的特点和山洪灾害预警决策的需求，利用通信、计算机网络、数据库应用等技术手段，建设省级或市级或县级防汛指挥部门山洪灾害防治信息汇集与预警平台，为收集山洪灾害防治区水雨情数据信息以及其它部门的相关信息、信息查询、山洪预报决策、预警等服务。山洪灾害防治信息汇集与预警平台是山洪灾害监测预警系统数据信息处理和服务的核心，主要由计算机网络系统和数据库系统组成。基于平台的山洪灾害预警系统结构见图（2.2-1）。 图2.2-1 基于平台的山洪灾害预警系统结构图计算机网络系统主要为系统数据接收、处理、加工与信息查询、预报决策、预警与信息发布、信息交换等服务提供硬软件平台。数据库系统主要为系统维护管理、信息查询与服务、预报决策与预警提供数据信息。在设计信息汇集与预警平台时，各地应结合本地现有的网络结构、通信信道、网管系统、网络设备状况，按照各自的山洪灾害监测预警系统对网络和通信的实际要求，充分利用现有资源，合理制定设计方案。2.2.1.3. 信息汇集、信息查询子系统信息汇集子系统与信息查询子系统主要包括监测站的实时数据接收处理和其它相关部门的共享与交换信息的处理以及各类信息的查询服务。信息汇集子系统主要完成平台所辖各监测站的水雨情信息的实时接收、处理和入库。对其它相关部门的共享与交换信息经处理后按规定的数据库表结构存入数据库中。信息查询子系统主要为防汛决策部门、系统维护管理等部门提供基于WEB方式的各类数据信息的查询服务。信息汇集子系统主要由数据接收处理单元（硬件设备）和实时数据接收处理软件构成。数据接收处理单元主要由数据接收通信设备、数据接收处理计算机、电源以及设备安装设施和避雷系统组成。各自动监测站点的水雨情信息通过数据传输信道传输到平台后，进入数据接收处理计算机，通过数据接收软件实时完成监测站水雨情数据的实时接收处理，并存入数据库中。人工观测的水雨情信息通过语音电话报汛方式自动存入数据库中，或通过其它的人工报汛方式收集后采用人工录入的方式存入数据库中。对于简易监测站的信息可采用事后整理的形式存入数据库。对于上级部门转发的相关信息经处理后，按照统一的数据格式存入数据库中。预留气象、国土等部门信息接口，通过信息汇集与预警平台与气象、国土等部门进行信息交换，经处理后存入数据库。2.2.1.4. 预报决策子系统.山洪灾害预报决策子系统是基于平台的山洪灾害预警系统的重要组成部分，为各省级、市级或县级山洪灾害防御指挥部门进行山洪灾害预警提供依据。预报决策子系统包括水雨情分析预报、预警信息生成、子系统维护及管理等3个模块。山洪灾害预报决策子系统具有水雨情分析预报、预警信息生成、系统维护和管理以及信息输出等功能。将现代信息技术和传统技术融入山洪预报预警工作中，增强山洪灾害预测预警能力，提高防灾、减灾决策的科学性。预报决策子系统建设内容具体为：（1）水雨情分析预报模块结合实时水雨情、气象预报信息，根据水雨情分析预报模型，对小流域、中小水库水位、流量进行预测，并输出预测结果（文字、表格或图形）。（2）预警信息生成模块根据预报成果及预警指标实时编制预警信息，并及时将预警信息发送至预警平台。（3）系统维护和管理模块该模块可以对整个系统的内容进行添加和删除，具有控制系统权限的功能。本模块为系统维护管理提供工具。2.2.1.5. 预警子系统 预警子系统建设是在监测信息采集及预报分析决策的基础上，根据预警信息危急程度及山洪可能危害范围的不同，通过适宜的预警程序和方式，将预警信息及时、准确地传送到山洪可能危及区域，使接收预警区域人员根据山洪灾害防御预案，及时采取预防措施，最大限度地减少人员伤亡。预警子系统主要包括预警信息的获取和预警信息的发布。根据预警信息的获取渠道不同，预警信息的获取分为从各级建立的基于平台的山洪灾害防御预警系统获取信息和群测群防获取信息两种途径。预警信息的发布主要由各级山洪灾害防御指挥部门或者群测群防监测点上的监测人员通过预警信息传输网络和其它方式完成。预警子系统的组成见图2.2-2。 图2.2-2预警子系统组成图1.2.2.1.2.2.2.2.1.2.2.1.1.2.2.1.2.2.2.1.3.2.2.1.4.2.2.1.5.预警流程（1）基于平台的山洪灾害防御预警流程在建立了基于平台的山洪灾害防御预警系统的地区，预警信息由该系统的预报决策子系统制作。根据平台设立的防汛指挥部门的级别不同，分为平台设立在县级、市级防汛部门两种情况。县级防汛指挥部门获取发布的预警信息，各乡（镇）政府接收县级防汛部门发布或下发的预警信息，传输给村、组、户。紧急情况下县级防汛部门可直接对村、组发布的预警信息。基于平台的预警流程见图（2.2-3） 。 图2.2-3基于平台的预警流程图（2）群测群防预警流程群测群防预警信息的获取来自县、乡（镇）、村或监测点。由监测人员根据山洪灾害防御培训宣传掌握的经验、技术和监测设施观测信息，发布预警信息。县级防汛指挥部门接收群测群防监测点、乡（镇）、村的预警信息，逐级发布。各乡（镇）政府除接收县防汛部门发布或下发的预警信息，还接受群测群防监测点、村和水库、山塘监测点的预警信息。村、组接受上级部门和群测群防监测点、水库、山塘监测点的预警信息。 图2.2-4 群测群防的预警流程图2.2.1.6. 群测群防的组织体系由于山洪灾害突发性强，从降雨到发生灾害之间的时间短，且往往在灾害发生时断电、断路、断信号，因此群测群防尤为重要。群测群防组织体系为建立县、乡（镇）、村、组、户五级山洪灾害防御责任制体系，群测群防组织指挥机构主要在县、乡（镇）、村一级建立。1、县级组织指挥机构的构成在县级设立指挥部，指挥部与县防汛抗旱指挥部合署办公，由县防汛抗旱指挥部统一指挥。指挥部设政委、指挥长、副指挥长。成员由发改委、水利、国土、民政、气象、财政、建设、交通、公安、卫生等相关职能部门的负责人组成。指挥部下设办公室、5个工作组（监测组、信息组、转移组、调度组、保障组）及应急抢险队。2、乡（镇）组织指挥机构的构成在乡（镇）设立山洪灾害防御指挥机构，指挥机构设指挥长、副指挥长，成员由水利、国土、民政、气象、建设、交通、公安、卫生等相关职能部门负责人组成。指挥机构下设监测、信息、转移、调度、保障等5个工作组和应急抢险队。 3、村组织指挥机构的构成各行政村设立以村主任为负责人的山洪灾害防御指挥机构，各村应成立以基干民兵为主体的应急抢险队，确定监测预警员，并造花名册报送乡（镇）、县指挥机构备查。接口需求图形库中基础电子地图、水利要素分布图以及公用数据专题图等GIS数据，是由大量空间对象组成，这些空间数据的存储和管理主要有两种方式，即电子地图文件和关系数据库表。文件形式将不同的电子地图数据以计算机文件的方式存放于计算机中，采用文件目录的方式管理电子地图。在图形数据根目录下分别建立各自的子目录用于存放基础电子地图、水利要素分布图以及公用数据专题图，在各自的子目录下再建立子目录用于存放不同类别的电子地图文件。由于是以文件的方式管理电子地图，其安全性只依赖于计算机操作系统。关系数据库表形式近年来，一些GIS应用系统开始采用大型数据库系统进行空间数据的管理，这样可以充分利用RDBMS已有的数据管理功能实现海量空间数据存贮与管理、事务处理（Transaction）、记录锁定、并发控制和数据仓库等功能，利用扩展的SQL语言对空间与非空间数据进行操作，同时可以方便地实现长事务和版本管理。尤其使空间数据与非空间数据得以集成在统一的数据平台，从而促使GIS应用与一般应用的无缝集成。同时 利用关系数据库管理空间数据的关键在于面向对象的空间数据模型的采用。面向对象的空间数据模型的采用改变了原有GIS中图形与属性分离的概念，反映空间对象的几何图形数据只是作为一个属性字段（如BLOB字段）与其它非空间属性存贮于关系数据表的一行中。这种数据模型可以方便地定义空间对象之间、空间对象与非空间对象之间的关联关系和规则，能更好地对现实世界建模。目前使用此技术的有ESRI ArcSDE和Oracle Spatial，MapInfo SpatialWare、SuperMap SDX+等。性能需求1、对软件系统的各类人机交互操作、信息查询、图形操作等应实时响应；信息查询、操作、输入界面用图形、文字和数据三种方式在计算机上展现，数据表格应具有报表打印功能；系统的操作要求简单易用。2、采用WebGIS方式执行GIS的分析任务。通过标准的浏览器（如 IE）来访问地图服务，对于水雨情监测、预警响应的相关处理，均要求能在GIS上进行可视化处理查询，并能实现无级缩放，具备等雨量线、等雨量面等绘制功能。推荐采用1:50000的电子地图，如果没有条件，也可采用1:250000的电子地图；3、速度要求：WEBGIS响应速度：5秒；复杂报表响应速度：5秒；一般查询响应速度：8760小时，出现故障应能及时报警，软件系统应具备自动或手动恢复措施，自动恢复时间15分钟，手工恢复时间12小时，以便在发生错误时能够快速地恢复正常运行，软件系统要防止消耗过多的系统资源而使系统崩溃；2.3 需求分析2.4 系统涉众分析1 简易观测站：需观测员用透明盛水器皿进行雨量观测，河边需有观测员用水尺桩对水位进行观测。2 人工观测站：观测员根据水位观测尺按照报讯的要求，以语音、短信或通话方式进行报讯。中心站工作人员记录后将信息录入计算机。3 自动监测站：无人使用，有人看管，系统自动采集数据。4 根据地势的不同，采用卫星，超短波，短信，gprs，pstn进行数据传输。5 信息汇集与预警平台：防汛决策部门、系统维护管理部门的工作人员将通过浏览器对信息汇集子系统，信息查询子系统，预报决策子系统，预警子系统进行增加、删除、修改、查询的操作。6 预报决策子系统：工作人员将得到的信息打印成表格，进行人工报警或自动报警；系统维护模块分三个权限，系统管理员、预报分析用户、信息查询用户。系统管理员掌握预报决策系统的管理权限，并可以对整个系统的内容进行修改、添加和删除，管理员可以通过此模块控制系统的发布权、删除权、表现权等所有事项；预报分析用户可查询、调用相关数据，实现水雨情分析预报，写入预警信息；信息查询用户只能查询其中内容，不能向数据库中更新、删除、写入数据。7 预警子系统：预警信息的发布主要由各级山洪灾害防御指挥部门或者群测群防监测点上的监测人员通过预警信息传输网络和其它方式完成。根据预警信息获取途径不同，预警发布权限归属不同的防汛负责人（或防汛部门）。建立了基于平台的山洪灾害防御预警系统的地方，预警发布权限归属其对应的防汛负责人（或防汛部门），即：平台建立在县级，预警发布权限归县防汛负责人（或防汛部门）。依靠群测群防进行预警的地区，预警发布权限归属县级、乡（镇）、村的防汛负责人（或防汛部门）和监测员。8 群防群测组织体系：（1）在县级设立指挥部，指挥部与县防汛抗旱指挥部合署办公，由县防汛抗旱指挥部统一指挥。指挥部设政委、指挥长、副指挥长。成员由发改委、水利、国土、民政、气象、财政、建设、交通、公安、卫生等相关职能部门的负责人组成。指挥部下设办公室、5个工作组（监测组、信息组、转移组、调度组、保障组）及应急抢险队。（2）在乡（镇）设立山洪灾害防御指挥机构，指挥机构设指挥长、副指挥长，成员由水利、国土、民政、气象、建设、交通、公安、卫生等相关职能部门负责人组成。指挥机构下设监测、信息、转移、调度、保障等5个工作组和应急抢险队（3）各行政村设立以村主任为负责人的山洪灾害防御指挥机构，各村应成立以基干民兵为主体的应急抢险队，确定监测预警员，并造花名册报送乡（镇）、县指挥机构备查。2.5 功能需求分析2.6 水雨情监测系统2.2.1.1.1.2.2.2.2.2.3.2.3.2.3.1.2.3.2.2.3.2.1.2.3.2.1.1. 简易监测站为扩大水雨情信息的监测覆盖面，在山洪灾害防治区内的村、组设立简易监测站。因地制宜地配置简易的雨量、水位观测设施，采用直观、可行的观测方法进行水雨情信息的监测。雨量、水位的观测：(1)雨量观测 ：为便于观测员能直观和方便地观测雨量，承水器皿可设计为透明的装置，并根据区域内雨情的临界值或降雨强度，在承水器皿外进行划分或标注明显的预警标志。（2）水位观测：在岸边修建简易的水尺桩，水尺桩可设计为木桩式或石柱型；对于无条件建桩的观测站，可选择离河边较近的固定建筑物或岩石上标注水位刻度；水位观测尺的刻度以方便观测员直接读数为设置原则，各地应根据当地的实际情况，以现场标注致灾的临界水位值的方法，作为预警的标准。通信方式：简易监测站的设站目的是群测群防。当降雨将可能达到临界雨量值或水位将可能达到临界水位值时，观测员可采用人工传递或采用对讲机报告给乡（镇）、村防灾负责人，有条件的可采用电话或手机逐级报送到县级防御指挥部；紧急情况时，可直接向村、组、户发出预警。有条件的地方可给观测员配置对讲机、移动电话等。2.3.2.1.2. 人工监测站对于无条件建设自动监测站，但拥有公用通信资源（程控电话、移动通信网）的地区，按照人工观测站的技术要求建立相应的水雨情人工监测站。采用人工观测和管理的模式，通过语音或通话报汛进行雨量、水位信息的采集和传输。人工监测站采用定时观测，定时报汛的工作体制，在暴雨天气状态下则加密观测、增加报汛段次。雨量、水位观测： (1)雨量观测：应配置虹吸式雨量观测设备；确定设备的安装方式，设计必要的安装设施；观测员按照报汛的要求，以语音或通话方式进行数据传输。(2)水位观测：对于新建的水位站需修建水位观测尺和观测道路；观测员按照报汛的要求，以语音、短信或通话方式进行报汛。通信方式：人工监测站通常采用语音报汛进行数据传输，测站需要配备电话线路和电话机，中心站配置语音卡和计算机，实现报汛信息的自动接收、处理和入库；对不具备电话通信条件但已被移动通信所覆盖的地区，测站可配置手机采用移动电话报汛，中心站人工记录校核后录入到计算机。对于没有公共通信可利用的地区，可根据测站距中心站的距离、地形条件，采用短波通信或超短波通信方式报汛。采用短波通信，测站和中心站均需配置短波电台、天馈线及电源。采用超短波通信测站和中心站均需配置超短波电台、天馈线及电源，距离较远或有阻挡时，需建设中继站进行接力。2.3.2.1.3. 自动监测站根据本地区的通信、经济条件，设立雨量、水位自动监测点。采用有人看管，无人值守的管理模式，配置相应的雨量、水位传感器，以及遥测终端及通信终端设备，实现水雨情信息的自动采集、传输。自动监测站采用定时自报、事件加报和召测兼容的工作体制；对超短波组网的自动监测站，则采用增量随机自报与定时自报兼容的工作体制；人工置数信息应有反馈确认的功能。雨量、水量观测：(1)雨量观测：A雨量观测场地雨量监测站原则上不新建雨量观测场，已建有雨量观测场的站，将雨量传感器放置在雨量观测场内；未建雨量观测场的站，则利用屋顶平台予以观测，但安装时应注意与建筑物、树木等障碍物的水平距离为障碍物高度的两倍。B雨量传感器 承雨口口径：2000.6mm； 分辨力：当测站为基本雨量站时，年平均降雨量800mm的测站采用0.5mm的雨量传感器，年平均降雨量800mm的测站采用0.2mm的雨量传感器；对于非基本雨量站，南方湿润地区可选用1.0mm的雨量传感器，北方干旱或半干旱地区可选用0.5mm的雨量传感器； 测量误差（准确度）：较大降雨量的误差采用实测降雨量与其自身排水量相比较的相对误差检验；较小降雨量采用绝对误差检验。不同分辨力的雨量传感器量测精度详见表2.4-1环境条件：工作温度050，工作湿度95%（40）；可靠性指标：在满足仪器正常维护条件下，MTBF25000小时。（2）水位观测：A水位传感器选用各省（自治区、直辖市）可根据实际情况选用浮子水位计、压力水位计和超声水位计进行水位观测。对已建有水位自记井且可利用的监测站选用浮子式水位传感器；未建井或不能建井的测站，视河流及水情特点配备压力式（压阻式、气泡式）或超声式水位传感器，主要技术指标应满足：分辨率：水位传感器的分辨率为1cm。测量误差：95%测点的允许误差2cm，99%测点的允许误差3cm。环境条件：工作温度-3050，工作湿度 95%（40）。可靠性指标：在满足仪器正常维护条件下，MTBF25000小时。B水位自记观测井建设要求适宜新建水位自记观测井的测站，应以建设简易水位自记井为原则。井筒可采用直立式或斜井式，一般可选用水泥管、钢管、铸铁管或PE管；井口直径应根据所采用的浮子式水位计及有关水位观测技术标准进行设计，同时需考虑防淤积的措施。 C气泡压力式水位计安装要求气泡压力式水位计应放置在位于基本水尺断面处的仪器房内，其传感器感应探头需设置在水面以下。管道敷设时应沿河岸护坡顺坡而下，不能出现负坡，以免感压管内结露，形成水栓。为解决大变幅水位观测问题，可结合各站实际情况，分多级敷设压力感压气管或至中水处敷设感应探头。通信方式：自动监测站的数据传输通信，各省（自治区、直辖市）应根据当地的通信资源及地形条件因地制宜地选用超短波、GSM短信、GPRS、北斗卫星、PSTN通信方式组网。（1）北斗卫星通信系统北斗卫星通信系统由卫星及网管中心、监测站、中心站组成，其通信网络结构示意见图2.3-1。在北斗卫星通信网络中，监测站和中心站需配置北斗卫星通信终端及天馈线等主要通信设备。 图2.3-1北斗卫星通信系统网络结构示意图（2）GPRS通信系统GPRS通信数据传输网络结构示意见图2.3-2。GPRS接入方式主要有Internet接入、专线接入，可根据需求选用。采用GPRS通信组网，监测站需配置GSM/GPRS通信终端，中心站则根据接入方式不同，需配置接入Internet的固定IP或专线。 图2.3-2 GPRS通信组网结构示意图（3）程控电话（PSTN）通信在程控电话（PSTN）通信网中，监测站和中心站均需申请一门程控电话，并配置有线MODEM和电话避雷器等主要通信及避雷设备。PSTN通信网设备配置见图2.3-3。 图2.3-3程控电话（PSTN）通信设备配置示意图（4）超短波通信在超短波通信网中，测站、中继站、中心站所必需的主要通信设备为超短波电台及天馈线、同轴避雷器，其典型的设备配置示意见图2.3-4。 图2.3-4超短波通信设备配置示意图（5）短信通信利用短信通信实现数据传输，各地可根据需求采用点对点通信或申请特服号专线连接。用短信通信方式组成数据传输网，在测站需配置短信通信终端及天线、 SIM卡，中心站则根据选用的组网方式不同配置短信通信终端及天线、SIM卡或者配置短信专用服务器及专线等，组网结构见图2.3-5。 图2.3-5 GSM通信组网结构示意图对于有公网覆盖的地区，一般应选用公网进行组网；对于公网未能覆盖的丘陵和低山地区，一般宜选用超短波通信方式进行组网；对于既无公网，又无条件建超短波的地区，则选用卫星通信方式；对于重要监测站且有条件的地区尽量选用两种不同通信方式予以组网，实现互为备份，自动切换的功能，确保信息传输信道的畅通。2.2.3.1. 信息汇集与预警平台信息汇集与预警平台数据库系统是在选择一个合适的数据库管理平台的基础上建立包括实时水雨情数据库、预报预警成果以及气象数据库、工情数据库、管理数据库和超文本数据库等，以实现数据信息与服务共享的要求。建立在省或市、县等不同行政区的山洪灾害信息汇集与预警平台对数据库系统的要求不尽相同，因此，可按照各地的具体情况选择合适的数据库操作系统。数据库操作系统的选型应与当地所建的国家防汛抗旱指挥系统水情分中心的数据库选型相一致。对数据库操作系统的其它要求可根据各省、市、县的实际需求并结合以下几个方面予以考虑：（1）依照实用的原则和处理的数据量大小以及对分布式应用的支持要求，来选择适当的数据库系统。（2）为实现数据库数据的实时共享，数据库系统应具有并发控制功能。（3）在选择专业数据库时必须考虑数据库设计的难易程度。是否便于系统的维护、开发、移植；是否有面向用户的易用的开发工具，先进的数据库开发工具将大大减少系统开发和运行维护的工作量。（4）数据库系统对数据库管理和维护的支持程度，也是选择数据库系统的一个重要的参考指标。主要是指数据库系统的用户管理、权限管理、数据库备份、数据传递等功能，这些功能将对系统运行的稳定性和安全性有很大的影响。（5）选择数据库系统是否有比较配套的开发工具支持。（6）数据库系统的升级能力。数据库设计要求：（1）数据库设计内容信息汇集与预警平台数据库从内容上可划分为属性数据库和图层空间数据库。属性数据库主要包括：水雨情信息数据库、气象信息数据库、工情信息数据库、经济社会信息库、灾情数据库、单位机构信息数据库、图形图像数据库和超文本数据库等。空间数据库主要包括各省、市或县区域图、行政区划图、流域水系图、水库山塘分布图、报汛站点分布图、防洪工程布置图、交通设施图、安全区和危险区分布图等。（2）数据库表结构数据库表结构应按照国家防汛指挥系统工程对实时雨水情数据库表结构、防洪工程数据库表结构等进行设计；其它各类数据库应结合各地的灾害特点、实际需要和资料情况，进行合理设计。2.2.3.2. 信息汇集、信息查询子系统1.2.2.1.2.2.2.3.2.3.1.2.3.2.2.3.2.1.2.3.2.2.2.3.2.3.2.3.2.2.2.3.2.3.1、信息汇集子系统信息汇集子系统与信息查询子系统主要包括监测站的实时数据接收处理和其它相关部门的共享与交换信息的处理以及各类信息的查询服务。根据平台接收的数据信息特点，数据接收处理软件总体结构设计应满足如下要求：（1）能实时接收自动监测站的水雨情数据和工况信息；（2）具有对自动监测站进行远程控制功能；（3）能实时处理接收的数据信息，并分类存入数据库中；（4）具有数据查询与维护功能；（5）具有人工数据的录入功能；（6） 软件运行环境支持中文Win2000/中文WinXP等操作系统。2、信息查询子系统 为了实现对山洪灾害监测信息的访问、查询和比较，需要开发与之配套的查询系统。针对山洪灾害防御的实际需求和信息的查询方便，结合现代信息处理技术、网络技术和GIS技术，在水雨情信息、气象信息、工情信息、灾情信息、山洪灾害防治预案、规章制度等多种信息一体化集成基础上，提供对数据库水雨情、气象基础数据、工情、灾情的查询、检索及分析对比功能。系统开发要求：（1）以数据库为接口，进行数据查询软件的设计和开发，查询结果应采用表格、图形等方式进行展示。（2）信息查询软件具有通用性，信息的范围、内容能够实现自定义。（3）具有强大的信息输出和表现功能。除具备基础信息、水情信息、雨情信息、统计信息和分析信息数据表现外，还具备图形化查询功能，如：过程线、柱状图等多种方式展示，展示方式可由用户选择。（4）对整编信息能分时段查询，如：可以进行年、月、旬、日等时段的查询和统计值的查询。（5）丰富的系统页面可以对数据进行分析、比较，具有生成各项统计报表的功能和打印功能。（6）软件可采用B/S和C/S两种结构相结合的模式开发，为了获得较好的系统运行效率，有条件的建议采用B/S方式来组织软件体系，同时充分利用C/S结构的优点，系统的部分辅助性的功能使用C/S结构实现。没有条件的可采用C/S体系结构。设计内容和功能要求：2.2.3.3. 预报决策子系统2.2.3.3.1. 水雨情分析预测模块对于有水文资料的流域，可以利用已有水文资料采用常规的方法编制预报方案。但对于大部分小流域而言，水文站点稀少，水文资料缺乏，因此可以采用以下几种预报方法：（1）降雨径流预报方法产流根据各地实际情况可采用折减系数（径流系数）、降雨径流关系、初损后损等方法计算。汇流根据山洪沟的实际情况，可采用单位线（经验单位线、瞬时单位线、综合单位线）、汇流系数（曲线）等方法计算。有条件时可利用DEM和GIS提取的山洪灾害防治区小流域的特征，建立分布式洪水预报模型。（2）上下游水位（流量）相关法对于上、下游有水位（文）站的河流，则可运用历史水位、流量资料，建立上游水位、流量和下游水位、流量相关关系。对于上游有水位（文）站，下游（或灾害点上游）没有水位（文）站的河流，但下游可以调查到较大洪水的洪峰水位，则可利用上游的实测水文资料和下游的调查资料，建立上下游水位相关关系，编制水位相关预报方案。（3）雨量水位（流量）相关法对于流域面积小、汇流时间短的山洪沟，根据实测或调查的降雨量和灾害点上游实测或调查的水位（流量）资料建立流域降雨与灾害点上游的水位（流量）相关关系，编制预报方案。（4）比拟法对于无水文资料的山洪沟，可借用临近水文气象和地理条件相似流域的预报方案，必要时对相关参数进行适当调整。在收集到水文气象资料以后，修订相关参数或重新编制预报方案。以上编制的预报方案，在有实测资料或有新的调查资料后应及时进行修编和重新编制。2.3.2.3.1. 预警信息生成模块1、预警指标发的预警指标是指触发山洪灾害的雨、水情临界值。山洪灾害预警条件、预警时间以是否接近、达到、超过临界雨量和成灾水位（流量）为主要的依据。预警指标的确定，需要分析利用现有历史灾害、雨量、水位（流量）资料，通过分析计算得到，缺乏资料的山洪灾害地区可以采用内插法、比拟法、山洪灾害实例调查法、灾害与降雨频率分析法等方法确定本地区的临界雨量、成灾水位（流量）。（1）临界雨量分析计算一般情况下，南方湿润地区年降雨量大的地区，临界雨量较大，北方干旱地区年降雨量小的地区，临界雨量较小。但各灾害点因地质、地形、气候等条件不同临界雨量差异较大，各地区应根据当地降雨特点，利用现有资料分析计算确定各灾害点的临界雨量。随着资料的积累及灾害的发生，临界雨量应不断进行校核与修订。（2）成灾水位（流量）分析计算对于已布设水位站或水文站的灾害点，只需要将历史上发生的所有山洪灾害对应的水位（流量）进行统计，其最小值就是成灾水位（流量）初值，根据灾害点的地形资料确定成灾水位（流量）。对于过去未设但拟布设水位或水文站，站址对应灾害点的成灾水位（流量）可由灾害点的成灾水位（流量）换算得到。换算方法一般可采用水面比降法、河道比降法等。设站以后，根据水文观测资料对成灾水位（流量）进行校核与修订。2、预警信息编制根据实时水雨情、水文气象预报信息及预警指标，决定是否编制预警信息。山洪灾害预警等级一般分为三级。具体内容如下：（1）级警报当预报有强降雨发生，降雨可能接近或达到临界雨量，或者预报水位（流量）可能接近或达到成灾水位（流量），将可能发生山洪灾害时，编制级预警信息。（2）级警报当已有强降雨发生，预报降雨可能达到临界雨量，降雨还将持续，或者预报水位（流量）可能达到成灾水位（流量），山洪灾害即将发生时，编制级预警信息。（3）级警报 当已有强降雨发生，实测降雨接近或达到临界雨量，且前期降雨量接近山洪形成区土壤饱和含水量，预报降雨将持续，实测水位（流量）接近或达到成灾水位（流量），水位（流量）仍在上涨，将发生严重山洪灾害时，编制级预警信息。3、系统维护和管理针对现有的水雨情数据、预报方案、灾情数据、预警指标等进行系统维护和管理，对数据进行编辑、录入及各类参数设定等。（1）水雨情数据维护山洪灾害防治区实时雨量监测信息，各中小流域、中小型水库水位、流量实时监测信息，是系统的数据支撑和运行基础，建立水雨情数据的维护模块以对这些信息进行简单的录入、数据的编辑及对数据的检查和分析，能有效的保证数据的正确性和合理性。（2）预报方案管理为不同的地区指定相应的预报方案并存入方案库，同时为各预报方案设定初始的模型计算参数，建立预报方案管理维护模块和模型参数维护模块，方便不同地区之间的预报方案管理。（3）预警指标设置设置预警指标，对触发山洪灾害的雨、水情临界值进行维护和管理，制定各地区的临界雨量表、成灾水位（流量）表。建立预警指标数据库，随着资料的补充和系列的延长，对预警指标进行补充、更新等。（4）权限管理系统对用户名和密码等资料可进行添加、删除和维护，并对不同用户实行分级管理。具有系统管理员身份才能对系统进行维护管理。预报决策子系统用户分三级进行管理：系统管理员、预报分析用户和信息查询用户。山洪灾害监测预警系统平台所在地（省、市、县）设置系统管理员权限和预报分析用户；其他用户为信息查询用户。为保证系统运行安全，系统管理员掌握预报决策系统的管理权限，并可以对整个系统的内容进行修改、添加和删除，管理员可以通过此模块控制系统的发布权、删除权、表现权等所有事项；预报分析用户可查询、调用相关数据，实现水雨情分析预报，写入预警信息；信息查询用户只能查询其中内容，不能向数据库中更新、删除、写入数据。2.2.3.4. 预警子系统1、预警信息发布（1）预警发布权限根据预警信息获取途径不同，预警发布权限归属不同的防汛负责人（或防汛部门）。建立了基于平台的山洪灾害防御预警系统的地方，预警发布权限归属其对应的防汛负责人（或防汛部门），即：平台建立在县级，预警发布权限归县防汛负责人（或防汛部门）。依靠群测群防进行预警的地区，预警发布权限归属县级、乡（镇）、村的防汛负责人（或防汛部门）和监测员。（2）预警发布内容预警发布内容包括：暴雨洪水预报信息，暴雨洪水监测信息，水库及山塘水位监测信息，降雨、洪水位是否达到临界值，流量监测信息预警信息等级等。（3）预警信息发布对象预警信息发布对象为可能受山洪威胁的城镇、乡村、居民点、学校、工矿企业等。根据预警等级确定不同的发布对象。（4）预警发布方式预警发布方式分为通信网络畅通下的预警发布方式和无通信网络（或通信网络中断）下的预警发布方式两种情况。建立短信预警发布平台和电话传真预警发布平台，在规定的条件下自动发送山洪灾害预警信息。通信网络畅通时，预警信息发布单位或责任人利用internet公网、语音电话、手机通话、手机短信、传真、有线电视、广播等及时向下发布预警信息，各级根据接收的预警信息，按照预案采取相应的措施。在无通信网络（或通信网络中断）时，根据当地预警设备配置情况和山洪灾害危险情况，按照预案中事先确定的报警信号，利用发送信号弹、鸣锣、启动报警器和无线广播、高音喇叭喊话等方式，向灾害可能威胁区域发送警报。短信预警发布平台提供短信群发功能，能向列表中的各级主管领导、责任人自动发送山洪灾害预警短信。电话传真预警发布平台能自动向列表中的各个单位传送山洪灾害预警信息或调度指示文件等，克服人工拨号打电话、发传真，费时易出差错的问题。（5）预警信息发布软件开发预警信息发布软件主要完成预警信息的处理和发布。为了获得较好的系统运行效率和方便使用，有条件的地区建议采用B/S体系结构、并充分利用C/S结构的优点进行开发，没有条件的地区可采用C/S体系结构开发。预警信息发布软件开发要求如下： 能提供电话、短信、广播通知自动发布功能，可实现预警信息自动传真群发布、短信发送和广播通知等。 软件开发应基于省、市、县山洪灾害数据汇集及预警平台，利用山洪灾害预警平台统一设计的数据库结构。 系统要求做到界面清晰，接口标准，操作简单。2、预警信息通信方式根据山洪灾害的特点，可用于预警信息传输的通信方式有电视、广播、Internet网络、电话、传真、移动通信、短信、报警器、锣鼓号等，各地可根据当地经济状况、现有通信资源条件以及各种通信方式的适用性，并考虑山洪灾害预警信息传输的时效性和紧急程度，选用适宜的通信方式组建山洪灾害预警信息传输通信网。为保障预警信息能及时发布到乡（镇）、村、组、户，有条件的县与乡（镇）应尽可能建立双信道的通信网络，以保证一种信道通信中断时预警信息能够顺利传递。（1）固定时间发布的预警信息，接收的对象主要是公众，应充分考虑通信覆盖面，综合选择多种方式同时发布，可选择电视、广播、短信、自动传真等与群众生活联系紧密的通信平台。（2）不定时的山洪灾害警报信息，时效性要求比较强，通过电话、移动电话等直通方式进行通信。对于特别紧急的情况，警报传输通信必须各种方式并用。当公共通信（固定电话、移动电话）均遭山洪破坏而失效时，有条件的地区可采用卫星通信方式进行应急通信。（3）对于公共通信条件较好、且运行维护费用有保障的地区可综合运用固定电话、移动通信通话和短信、传真、internet网络、有线电视和广播警报系统的多种方式。（4）山高、地形复杂、人口密度低、缺乏电力供应的山丘区，电话、传真、internet网络等发布方式都难以实现，或者山洪灾害造成这些信息发布方式都中断时，可采用短波通信或超短波通信进行预警信息传输。（5）对于没有公共通信条件，人口居住比较分散的偏僻山村，可以通过广播、喇叭、锣鼓、报警器、烟火、人力等根据已设定的预警信号发布预警信息。 第三章 总体设计3.1 总体设计目标山洪灾害监测预警系统主要包括水雨情监测系统和预警系统。为更好地发挥系统的防灾减灾作用，还需建立群测群防的组织体系，加强宣传培训。水雨情监测系统主要包括水雨情监测站网布设、信息采集、信息传输通信组网、设备设施配置等。乡（镇）、村自身预警的监测设施，一般以简易的为主；县级以上可根据经济状况和山洪灾害特点，布置有一定技术含量、实用、先进、自动化程度较高的设施。汇入山洪灾害防治信息汇集及预警平台的水雨情监测信息以县级以上的自动遥测信息为主，群测群防水雨情监测信息以乡（镇）、村简易观测信息为主。根据我国山洪灾害范围广、成因复杂的特点，要加密现有水文气象部门的监测站网，以控制水雨情，及时发布预警信息。山洪灾害预警系统由基于平台的山洪灾害防御预警系统和山洪灾害群测群防预警系统组成。基于平台的山洪灾害防御预警系统中的山洪灾害防治信息汇集及预警平台是该预警系统数据信息处理和服务的核心，主要由信息汇集子系统、信息查询子系统、计算机网络子系统和数据库子系统组成；基于平台的山洪灾害防御预警系统主要由信息汇集子系统、信息查询子系统、预报决策子系统和预警子系统组成，在县级以上防汛指挥部门建立，山洪灾害严重的区域应建立该系统，以获取实时水雨情信息，及时制作、发布山洪灾害预报警报；系统一般要求具有水雨情报汛、气象及水雨情信息查询、预报决策、预警、政务文档制作和发布、综合材料生成、值班管理等功能，并预留泥石流、滑坡灾害防治信息接口。群测群防预警系统包括预警发布及程序、预警方式、警报传输和信息反馈通信网、警报器设置等；预警信息、预警方式、预警信号等应根据各地的具体条件，因地制宜地确定，预警方式、预警信号应简便，且易于被老百姓接受。群测群防的组织体系主要包括建立县、乡（镇）、村、组、户五级山洪灾害防御责任制体系，明确县、乡（镇）、村、组防御山洪灾害的组织机构、人员设置、职责等。通过建立群测群防责任制组织体系，保障县、乡（镇）、村、组、户防灾信息上传下达畅通，监测、预警、避灾措施落实。宣传培训包括防灾知识的普及，防灾准备，监测、警报设施的维护和操作，预案的宣传、演练等。3.2 总体设计原则(1)可靠性：系统应保证长期安全地运行。系统中的硬软件及信息资源应满足可靠性设计要求。(2)安全性：系统应具有必要的安全保护和保密措施，有很强的应对计算机犯罪和病毒的防范能力。 (3)容错性：系统应具有较高的容错能力，有较强的抗干扰性。对各类用户的误操作应有提示或自动消除的能力。 (4)适应性：系统应对不断发展和完善的统计核算方法、调查方法和指标体系具有广泛的适应性。(5)可扩充性：系统的硬软件应具有扩充升级的余地，不可因硬软件扩充、升级或改型而使原有系统失去作用。(6)实用性：注重采用成熟而实用的技术，使系统建设的投入产出比最高，能产生良好的社会效益和经济效益。(7)先进性：在实用的前提下，应尽可能跟踪国内外最先进的计算机硬软件技术、信息技术及网络通信技术，使系统具有较高的性能指标。(8)易操作性：贯彻面向最终用户的原则，建立友好的用户界面，使用户操作简单直观，易于学习掌握。 3.3 总体逻辑架构设计由于山洪预见期短、致灾快，因此为有效防御山洪灾害，需特别加强县级以下行政区的防灾工作。根据我国目前县级以下行政区的经济社会发展状况、技术水平、防灾特点以及各级防汛部门在防灾中的作用，提出以下三种监测预警系统建设基本模式：模式一：在县级行政区建立基于平台的山洪灾害预警系统，省、市、县、乡（镇）、村等各方面的山洪灾害防治相关信息汇集于平台，县级防汛部门根据系统信息，及时发布预报、警报。同时县、乡（镇）、村、组建立群测群防的组织体系，开展监测、预警工作。 这种模式适宜于山洪灾害严重，县级防汛部门有能力建立山洪灾害防治信息汇集及预警平台，省、市、县信息实现共享，县级防汛部门能制作山洪灾害预报警报的县级行政区。模式二：县、乡（镇）、村、组建立群测群防的组织体系，依靠县、乡（镇）、村、组的监测设施，结合省级、市级防汛部门的信息、