基于WebGIS的“三防”实时综合监视系统的构建

摘要:该文所述“综合监视”就是对“三防”的洪水、降雨、旱情、工程险情、台风等灾险情的同步实时监视。该文中基于“综合监视”实例系统在设计方式上,完全不同于当前“三防”部门通常使用的对各类灾险情各自独立实现监视的信息系统。它使“三防”决策者能够快速、及时、直观、全面地了解当前灾险情的信息及其在空间上的分布,对“三防”工作有着重要的实际意义,能够更好地适应汛期紧要时刻,“三防”部门对汛期各种灾险情的同步监控的需要。

文章介绍的WebGIS系统功能基于当前主流的网络地理信息系统平台ArcIMS实现,并且采用了ArcIMS的Java connector的Java API自主开发实现,技术上具有可扩展性强、实现方式灵活特点。

关键词:综合监视;汛情监视;WebGIS;ArcIMS

中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)07-1720-03

Research on Real-time Integrated Surveillance in Water Conservancy Based on WebGIS

HAN Wei-min1,2, MA Qing-xun3

(1.China University of Geosciences, Beijing 100054, China; 2.Heilongjiang Institute of Geological Survey,Harbin 150036, China; Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China)

Abstract: The "integrated surveillance" here means that such risks and disasters as flood, rainfall, drought, engineering, typhoon, etc can be sy nchronously and real-timely kept under surveillance. The designing style of the case system found on the ‘integrated surveillance' is completely different from the systems which monitor the every sort of the risks and disasters separately. This system makes the user can quickly, duly, directly and thoroughly find out the information of current risks and disasters and also their spatial distribution. So it has pretty practical significances for the water conservancy departments, and is much more adaptable to the requirements of combating flood, drought and typhoon disasters in time of the crucial flood season.

The WebGIS technique of this case system constructed on ArcIMS of the ESRI, the dominating WebGIS platform, utilizing ArcIMS java connector and ArcIMS java API, has characteristics of much more stronger scalability and flexibility.

Key words: integrated surveillance; flood conservancy; WebGIS; ArcIMS

随着社会经济的不断增长与物质文明的进步,防汛、防旱、防风任务越来越繁重,社会和政府对三防机构工作的办事效率和反应速度也提出了更高的要求[1]。当前“三防”部门使用的灾情、险情监视或预警系统由于开发年代、开发平台原因,所采用的技术结构大都各不相同,本身存在一定的使用不便性,不能在同一系统实现对各种灾险情的综合监视,更不必说显示各种灾险情在同一系统的同一界面。而即便是当前阶段正在设计实现的相对综合性的系统,也往往由于传统思路,和水利行业对各种险情灾情实时信息分别建库(如水雨情数据库、工情数据库、台风数据库等)等原因,而对各种险灾情监控往往是在各子系统单独实现。在汛期发生多种险情灾情并发,比如说当既有台风预警,同时又有强降雨、洪水和工程险情发生时,此类系统的设计往往只有分别进入各自的子系统才能进行监控,信息缺乏综合性,尤其是空间关系的直观性,不利于综合性应急方案的制定,从而这类系统也不能很好地满足汛期紧要时刻“三防”监控管理的需要[2]。

在此以某省“三防”决策支持系统的综合监视功能实现为例,介绍一种险情实时综合监视功能的设计实现方式,它能够同步实现对台风、雨情、水情、工险情、旱情及其它类灾险情的综合实时监视。该系统的实现是以WebGIS专题地图空间信息的展示功能为导航,以三防预警“事件”为核心,来实现对实时灾险情监视、水利“事件”预警、相关信息查询获取等功能;同时由于系统功能的实现,采用了以WebGIS地图展示为主的导航方式,使系统界面直观实用,方便用户的操作。

1 综合监视系统构建

1.1 需求抽象

综合监视功能的设置,目的是为防汛部门的值班人员提供对目标范围内各类险情的同步实时监视,并根据汛险情发展趋势,提供“三防事件”的定义,以便对“事件”进行跟踪、预测、进行会商的功能。需要同时进行实时监视对象有台风、雨情、水情、工险情、旱情及其它类(如冰雹等)。

按照上述需求目标,可以将综合监视业务逻辑抽象为灾险情“报警”与灾险情“事件”两个层次的对象。“报警”是客观地反映当前的险情信息,采用客观数据反映险情,如某行政区或流域强降雨、江河洪水、台风等;“事件”是对当前和预测信息的综合,是对“报警”信息的延伸,“报警”信息是其来源。如“某流域二十年一遇洪水”等,其信息首先来在于该流域水情“报警”信息。对“事件”要求有跟踪其发展变化的功能。“报警”与“事件” 两个层次的抽象有利于区分灾险情的轻重,区分其重要程度。

“报警”的依据是雨情、水情、工险情等各种险情的客观数据,这些数据的主要原始来源是来自分布于各地的各种水文观测站。即当某类险情达到报警条件时,系统提供报警信息的提示,如根据某地区雨量站的平均降雨判断达到暴雨时,系统提示该地区降暴雨;根据某江河的控制站超警戒水位,系统实时提供该江超警戒水位的报警功能。

“事件”的来源是“报警”,其生成方式可以是系统根据业务规则自动生成,如某河流水位超过历史最高,系统自动生成“某某江超历史最高”的“事件”;也可以是人为定义,当“三防”值班人员(和专家)通过对“报警”信息的综合分析,认为有必要将报警“升级”定义为“三防事件”进行跟踪时,需要系统提供“事件”的定义功能,如通过水系的支流水情预警、流域雨情、天气预报、历史洪水等信息的综合分析,可以在系统定义该流域“二十年一遇”事件。

定义完“事件”描述后,系统自动或者人工根据事件类型,生成该事件的相关信息,如当前灾情、当前投入、损失情况、上游降雨等,并且可以随着汛情的发展对事件进行更改,如定义为“某流域五十年一遇”。这样,当“事件”需要进行会商时,操作员可以将“事件”提交会商。

1.2 功能界面设计

在该综合监视系统中,功能界面的设计,如图1所示,总体采用左右框架形式。左框架是“事件”列表显示区和系统功能菜单区;右边框架是WebGIS地图区和信息区。综合监视功能界面是整个决策支持系统的确省登陆显示界面。

在系统确省状态,“报警”信息以地图和列表两种方式表现在系统界面。在地图上采用点、线、面空间对象,结合标注的方式实现报警显示功能,对报警信息的进一步查询通过地图的空间对象GIS操作来实现;列表方式是指在下部的信息区分类别显示当前报警信息的一张列表,列出当前所有“报警”。

定义的“事件”信息以列表的方式显示在左侧框架中,对“事件”的进一步跟踪功能,是通过点击列表中的“事件”,在右侧功能区采用专题地图与列表相结合的方式显示该事件的相关信息。

WebGIS地图除了显示“报警”信息之外,可以以色斑图显示行政区降雨量分布,旱情分布,观测站的实时水雨情数据(地图放大后)等信息.

1.3 功能实现

该子系统采用了基于J2EE的MVC模式的strust架构,后台数据库选用Oracle9i,地理信息系统产品选用了ESRI的网络系统ArcIMS和数据库引擎ArcSDE。地图网络采用了ArcIMS的java connector的java API进行开发。

功能实现可以概括为两个步骤:后台数据的准备与前端信息显示(地图与列表显示)。

1.3.1 后台数据准备

按照当前水利行业的统数据库设计标准,“三防”系统数据库按照综合数据库、水雨情数据库、工情数据库、台风数据库、旱情数据库等来设计数据库的逻辑实现,其原始数据来自分布于省内外的水文观测站的遥测或者人工报汛的数据,以及相关部门(如气象部门)的数据库。

这样,就需要在这些数据库中提取出各类超警戒信息,来进行报警。并且,需要设计新的数据库表来保存和管理报警信息,以及由报警信息定义的“事件”信息。数据准备功能的设计流程如图2所示。

系统设计了一个定时运行的后台java进程来完成报警数据准备功能。它定时访问各种数据库的相关实时数据,判断数据记录是否达到报警条件,按照一定的算法提取数据。比如该进程在水雨情数据库的降雨量表中提取各雨量站的降雨量信息,如果某观测站的降雨量记录达到或超过系统定义的报警条件(如日降雨超过100毫米)时,则提取该雨量站的信息保存到报警表。

报警信息表的设计如表1。

有另外一个定时的java 后台进程,完成把实时数据(各个观测站的雨量、水位,通过计算获得的行政区平均降雨量,连续无降雨日等)插入相应的空间数据库对象的属性表中,用于对对当前地图对象水文数据的标注,反映出实时的水雨情、旱情信息。

数据的提取工作也可以由数据库的存储过程和触发器程序设计实现,考虑到对数据库性能的影响和实现效率等因素,系统采用上述方式实现。

1.3.2 前端功能实现

1)专题地图与“报警”列表功能:

专题地图“报警”与“报警”列表的内容是相对应的,即“报警”列表中的所有报警项目在地图上均有相应的特殊标注显示。

对于雨情、水情、工险情及其它类的监视对象,当出现超限信息时,以观测站点的位置和“报警”内容直接显示在综合监视界面,据此可以对该类对象作进一步查询分析功能。专题地图设置有单独的报警站点层(一个ArcIMS的Acetate层),来标注各类站点的报警信息,以及台风预警。

对于雨情、水情“报警”列表信息的组织,总体原则遵循“由大到小”的顺序(该省的7个流域中每个都比21个行政区面积都大),即:首先按流域判断,是否符合流域预警条件符合则全流域报警,流域名称添加到“报警”列表;其次判断行政区,符合条件则全行政区报警(地市级),行政区名称添加到“报警”列表;最后是雨情、水情超过“警戒”的观测站的站名添加到“报警”列表。

专题地图设置“降雨分布”图层(polygon layer),用于标注行政区降雨量。行政区polygon对象按照计算的全区观测站降雨量平均值的大小用不同的颜色标注:用深蓝色至浅蓝色,表示降雨量由大到小。行政区旱情分布地图表示方式类似于降雨量表示,在地图上用“旱情分布”图层来表示。

2)“报警”列表与地图关联:

“报警”列表中的“报警”项目,对应于地图上“报警”显示。列表信息在地图上的定位响应是通过向WebGIS系统传递参数,由WebGIS系统响应来实现。传递的参数对于观测站之类的点对象来讲是坐标值,对于河、流堤防之类线对象及水库、行政区、流域之类的面对象,只要传递该对象的空间ID值即可。这样,对“报警”项目的空间操作即可以实现,从而,用户可以进一步获取相关信息。

3)WebGIS实现的功能:

由于采用的技术是ArcIMS的java connector的java API,许多功能需要自行开发,截至目前实现的功能有放大、缩小、平移、点选、框选、测距、空间查询、以及属性与要素互查、缓冲区分析、图层控制、动态图例、鹰眼导航、等值线加载、遥感数据加载等功能,并且结合java网络技术实现了客户端地图的任意截取功能,用户通过框选范围截取所需要的地图,保存到本地。

图3是行政区(茂名市)放大后的结果界面。

2 结束语(Conclusion)

从需求角度讲,由于该综合监视功能将“三防”监视业务抽象为“报警”和“事件”两个层次,既保证了报警信息的客观性,又可以充分发挥水利专家的人为定义“事件”、跟踪“事件”的参与能动性,使“三防”值班人员和领导对当前的险情“心中有数”。

从技术层面来讲,由于该综合监视功能的设计与实现,采用了java后台进程的报警数据准备与前台WebGIS展示各自单独实现,这样可以简化程序算法,方便WebGIS的实现,提高了系统效率;对于ArcIMS的java connector的java API的深层开发应用,使系统具有有可扩展性强、实现方式灵活特点。

参考文献:

[1] 王战友,梁裕明.一站式三防信息管理系统[J].广东水利水电,2004,23(1):68-70

[2] 梁裕明,王战友.广东省三防预警信息系统开发简介[J].人江,2003,9(5):101-104

[3] 程丽丽.基于WebGIS的地籍管理信息系统开发研究[D].长春:东北师范大学,2007.