省级山洪灾害监测预报预警系统构架方案分析

蔺悦霞

(新疆水利厅网络信息中心，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 背景

全国各省已建成省级、市级山洪灾害监测预警信息平台，在山洪灾害监测预警、决策支持、信息支撑等防洪减灾救灾工作中发挥了不可替代的重要作用。但目前的山洪灾害监测预警系统还不能完全满足新形势下水旱灾害防御的实际要求，现有系统没有整合，都是单线连接，针对隐患区、危险区、河流、水库水位流量的综合分析和预报预测不全面。为了贯彻落实水利部办公厅关于印发2020年度山洪灾害防治项目建设工作要求的通知精神，加快山洪灾害监测预报预警信息化水平，现对省级山洪灾害监测预报预警系统构架方案进行分析。

2 需求

根据全国山洪灾害监测预报预警系统应用推广工作部署，需解决以下问题：

2.1 功能需求

2.1.1 信息监控

实时监控省内各类监测站点上传的数据信息，包括成功接收数据信息、入库信息、共享数据信息以及监测设备工况进行监控。

平台自备服务监控功能，对接收服务、解析服务主动监控，服务故障时自动重启及通知提醒。

主要监测RTU是否在线、蓄电池电压报警、设备操作箱是否打开、流量仪表故障、水位仪表故障等。

2.1.2 数据接收

监测数据接收主要是按照水文传输协议接收站点实时采集数据，包括采集的雨量、水位、流量等数据。接收模块对系统注册的站点进行采集数据接收、解析，然后通过配置任务将解析数据存入相对应的数据库表，如实时水雨情数据库。

同时监听多种数据通道，支持网络TCP数据接收、北斗卫星、短信模块等通道的实时接收并支持图片、视频等流媒体的接收。

2.1.3 查询统计

对一段时间内的监测站报送情况进行统计，可通过数据接收统计分析对监测站数据上报、接口服务接收情况进行统计，统计内容包括上报报文条数、准点报文条数、站点上报率、站点及时率等。从而对监测站的建设质量、传输质量、运行状况进行宏观评价。

2.1.4 远程控制

在监测站点运行过程中，平台具有校时、召测、远程参数修改、设备远程自动升级等功能，具备监听多种数据通道。

2.1.5 站点信息管理

有操作权限用户可以对测站的信息进行查看、修改、添加和删除等管理操作。可提供对多类监测终端机厂家的设备接入，对不同厂家的设备可进行分类管理等功能，同时提供服务接口便于运维单位通过平台统一管理或与其他平台软件进行系统对接。

2.2 性能需求

软件系统必须有很强的健壮性，不能因为大量用户并发使用而造成系统崩溃。系统建成后，系统性能不低于以下性能要求：

2.2.1 2000个用户同时在线

简单功能1 s内，复杂功能2 s内，地图分析功能3 s内。

2.2.2 后台业务服务接口响应时间

(1)对于单一简单功能时间小于1 s，复杂业务功能时间小于3 s。

(2)单表简单业务接口服务小于1 s，多表复杂业务接口响应时间小于3 s。

2.2.3 数据处理服务响应时间

(1)数据抽取小于1 s。

(2)数据传输小于2 s。

(3)数据入库小于1 s。

(4)单表检索响应时间小于1 s，多表联合检索响应时间小2 s。

2.3 安全需求

平台建设需要综合考虑软硬件环境、网络、数据与应用软件安全，健全安全管理制度，形成系统性的安全保障体系。在平台运行环境方面，可部署到水利云平台，根据《信息系统安全等级保护基本要求》，达到三级等级保护水平。

3 总体设计

3.1 总体框架

省级山洪灾害监测预报预警平台运用云计算、大数据和移动互联网技术，基于SOA架构，采用B/S模式，建设适应Web和移动终端的山洪灾害监测预报预警信息平台，分为数据层、服务层、业务层和应用层，其中，服务层可采用Web Service架构。Web方式为平台主要应用模式，同时，针对常用功能开发移动终端app，app与Web网页版本应采用统一的数据库和服务接口(见图1)。

图1 总体架构图

3.1.1 数据层

数据资源层主要用于系统数据的存储与管理，数据资源层完成对项目整体数据成果的统一管理。数据层包括基础数据库、空间数据库、实时雨水情数据库、调查评价数据库、预警响应库。

3.1.2 服务层

服务层是山洪平台的核心，开展应用日常支撑服务，包括地图服务、基础数据服务、实时数据服务、数据分析服务、预报分析服务等，进一步推进山洪业务管理成果的更深层次的应用，为业务应用系统建设提供通用接口服务和集成服务。同时将省级监测预警信息共享到中央级平台。

3.1.3 业务层

业务应用层是原有系统功能(监视、雨水情、预警响应、基础信息、灾害快报、气象、平台使用监视、设备运行监视、数据维护、系统管理)的应用，和新建系统(预报预警、运维平台、省级功能完善、移动端、社会化服务)等的应用。业务应用系统作为用户访问山洪管理成果的主要交互界面，通过与后台服务的集成与调用，为山洪用户提供基于GIS地理系统的交互式查询和分析处理服务能力，提供对山洪灾害监测预报预警平台管理的统一入口。

3.1.4 应用层

主要包括省级山洪灾害监测预报预警平台Web端和App端。

3.1.5 用户

应用交互层主要指系统使用对象，包括系统使用用户、各种终端设备，用户包括省级用户、市级用户、县级用户及社会公众，项目为不同级别用户提供不同角色、权限的管理，满足各级用户应用交互需求。

3.2 技术路线

省级山洪监测预报预警平台建设需要综合考虑山洪灾害监测预警软件、移动端功能、平台运维、社会化服务提升、环境支撑体系提升、会商环境和等级保护测评等内容，所以技术路线的选择由其重要，现从以下四个方面进行阐述。

3.2.1 应用软件开发技术路线

应用系统软件体系结构总体采用B/S与C/S相结合的架构。软件采用多层体系架构，软件建立在主流的软件开发技术之上，软件中数据资源管理类软件、应用支撑类软件、应用类软件相互独立，互不影响。

系统总体建设在技术路线上，采用统一标准规范、统一API接口方式实现，在技术框架上分为数据层、缓存层、服务层、API层、应用层和用户层共六层。

3.2.2 前端微应用

微应用是借鉴后端微服务的概念来应用在前端上，将每一个大的前端功能模块拆分成一个个具有独立业务逻辑的小组件，这些小组件具备独立开发、独立逻辑处理、可移植等能力，但需借助布局界面(运行容器)才能运行，并可通过不同的布局界面快速组成一个个个性化应用(即微应用)或业务专题。

3.2.3 服务式地理信息系统技术

服务式地理信息系统技术是一种基于面向服务软件工程方法的GIS技术体系，它支持按照一定规范把GIS的全部功能以服务的方式发布出来，可以跨平台、跨网络、跨语言地被多种客户端调用，并具备服务聚合能力以集成来自其他服务器发布的GIS服务。

Service GIS可以提供开放的、易于定制和扩充的、可复用和聚合的地理空间信息服务，具备很强的兼容性、适应性和业务敏捷性，能为山洪成果查询及服务系统的建设提供一个理想的架构体系。

ArcGIS是ESRI发布的提供面向Web 空间数据服务的一个企业级GIS服务软件平台，提供创建和配置GIS应用程序和服务的框架，可以满足不同客户的各种需求。本次项目中GIS服务平台将继续使用原有建设项目中采购的ArcGIS产品线，发布各种GIS服务、专题图，用于支撑水旱灾害防御业务需求以及向外部提供相关GIS服务。

3.2.4 云运维平台建设

针对省内一些测站数据无管理、机房设备无监控、运维能力弱、运维工作效率低下、运维经费不足等问题，云运维平台建设实现预先、主动、及时发现运行过程中的站点和平台的异常问题，指导运维人员及时处理故障、恢复故障。

云运维平台以创新桌面应用与移动应用无缝衔接的应用模式，实现从前端监测感知设备、传输网络，到机房设备(含网络接入、服务器等硬件)、监测预警平台(含基础支撑软件、应用等)运行状态的实时监控管理，构建监测预警平台建设单位、管理单位协同工作的新生态，及时发现、处置监测预警平台运行各环节中存在的故障及风险隐患，解决县级力量薄弱，人少事杂，身兼数职，信息化意识和水平比较弱等实际问题，大幅度降低了基层单位运行维护压力，同时增加了考核评价，根据运维数据自动进行考核、排名。各级用户实时监控省内的站点、平台、机房、异常故障、工单、考核评价等信息；县级实时查看本区域的监控信息，当县防办当发现测站故障时，可直接看到负责此测站的承建商信息，包括单位、姓名、联系方式等，也可修改承建商的信息。

4 结语

针对省级山洪灾害业务需求，在充分利用先进的云计算、大数据设计基础上，结合实际，从技术线路、关键技术、平台设计3个方面，对省级山洪灾害监测预报预警系统构架方案的实现进行了设计探讨和论述，得出省级山洪灾害监测预报预警系统构架方案基本满足业务需求，完全可以实施，为同类项目建设提供了参考。