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防汛防旱預警系統的設計與實現

文檔作者：許峰戚榮志文檔來源：河海大學計算機與信息學院		點擊數：	更新時間： 2021年08月09日
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第5期
2012年10月
水利信息化
Water Resources Informatization
N0．5
Oct一2012
防汛防旱預警系統的設計與實現
許峰，戚榮志
(河海大學計算機與信息學院，江蘇南京211100)
摘要：針對水利信息化過程中防汛防旱系統的建設現狀與問題，在防汛指揮系統建設的基礎上，建立靈活、
統一、可擴展的防汛防旱預警系統。系統總體分為數據管理，以及預警分析引擎、管理、發布等4個功能模
塊，對實時雨水情等實時數據進行監測預警。系統密切跟蹤雨量水量等信息，利用PUSH技術向用戶提供文字
圖片形式的水雨情實時信息，通過預警分析引擎對水雨情數據進行分析，實現對汛情、旱情、災情的預警。
關鍵詞：防汛防旱；預警系統；PUSH：預警分析引擎
中圖分類號：TV697 文獻標識碼：A 文章編號：1674—9405(2012)05—0004—05
0 引言
1998年以來，水利信息化建設中完成了多項防
汛防旱系統的建設，逐步建成了集防汛通信、計算
機網絡、信息采集、防汛決策支持系統為一體的防
汛指揮系統。防汛指揮系統的建設，改善了防洪調
度決策手段，增強了防汛決策的科學性、嚴密性和
預見性。但是從目前的建設與使用情況看，各系統
仍存在以下一些問題：
1)由于客觀上存在的信息化和自動化建設的部
門、地區分割，使得規劃的約束性下降，系統不能
適應對不同地區的預警需求，每一個省市都需要重
新建設防汛預警系統，造成資源的浪費；
2)水利部門自建通訊系統，由于各地區通信狀
況不同，通信線路與網絡狀況區別較大，信息有時
無法及時傳遞，造成防汛預警出現延時，難以保障
系統穩定的可靠運行和效益的發揮；
3)由于自動化各相關系統之間存在較突出的性
能、功能的不匹配問題，造成軟硬件環境統一利用
困難，應用分散，不能有效地把防汛防旱預警系統
集成到其他各系統中，對每一個舊有的子系統都需
要重新修改接口，而又沒有統一的標準供新建設的
子系統使用，系統缺乏靈活性；
4)舊有的各種防汛系統，無法滿足新增的預警
擴展需求，若出現新的預警功能，需要重新修改程
序，增加數據資源，進行預警設置等，擴展性較差。
為此需要搭建靈活可擴展的防汛防旱預警系
統，能夠在修改較小的情況下實現與其他防汛系統
的集成與空間的移植，減少開發成本，提高開發效
率，使得防汛收益最大化。
1 系統總體方案
防汛防旱監測預警系統以防汛指揮系統為基
礎，作為防汛防旱監測的延展，對實時雨水情等實
時數據進行監測預警，密切跟蹤雨量水量等信息，
為防汛機構提供重要的防汛防旱即時數據信息，通
過對汛情、旱情、災情、工情的預警，對抗洪搶險
及防旱減災做出科學決策、統一指揮和調度。
根據功能需求，將預警系統分為數據管理， 以
及預警分析引擎、管理、發布等4個功能模塊，將
水情和雨情在內的各種信息以統一、通用的方式發
布，可以在超過預警門檻時進行桌面彈窗提示及報
警音報警，建設成為防汛指揮系統重要的汛情發布
平臺。
收稿日期：2012-09-14
作者簡介：許峰(1975一)，男，陜西榆林人，教授，博士生導師，研究方向：計算機科學與技術、水利信息化。
第5期 許峰等：防汛防旱預警系統的設計與實現 5
2 系統技術路線
防汛防旱監測系統采用．Net Framework，C ，
MVC fModel—View—Controller)，Web Service，Visual
Studio．Net等開發技術與工具軟件提供完整解決方
案，采用B／S與C／S的混合模式，運行在Windows
的IIS服務器上。
2．1 MVC架構
MVC架構滿足那些需要為同樣的數據提供多個
不同視圖的應用需求， 能很好實現數據層與表現層
的分離。MVC作為一種常用的設計模式 ]，通常用
于分布式應用系統的設計中。MVC把交互系統的組
成分解成模型、視圖、控制器3種部件[2】，模型用于
表示數據，視圖用于展現，控制器用于控制請求的
轉發。
在本系統中，由所有業務邏輯代碼片段實現模
型，用控制器提供控制和處理請求的集中入口點，
負責接收、截取并處理用戶請求，將請求委托給分
發者類，根據當前狀態和業務操作的結果決定向用
戶呈現的視圖。本系統MVC架構圖如圖1所示。
圖1 MVC架構
2．2 ． et Fram ework
．Net Framework是用于Windows的新托管代碼
編程模型L3】，用于構建具有視覺上引人注目的用戶體
驗的應用程序，實現跨技術邊界的無縫通信，能支
持各種業務流程。使用C ．Net開發，將防汛防旱監
測預警系統的分析引擎部分包裝為Windows服務，
可以實現服務的安裝、刪除、暫停和重新啟動，而
且不顯示任何用戶界面。這使得服務非常適合在服
務器上使用，保證了穩定性。
2_3 PUSH技術
利用PUSH技術完成對預警信息的推送。PUSH
技術是一種基于客戶服務器機制， 由服務器主動將
信息發往客戶端的技術。
PUSH技術的本質在于讓信息主動尋找用戶，因
此優勢在于信息的主動性和及時性。通過使用該技
術，服務器在獲取客戶端的信息后，當有預警信息
產生時，可以快速地將預警信息推送至所有的客戶
端處，所有工作全部交由服務器完成，降低了客戶
端的運行復雜性， 同時及時的推送也保證了系統的
可靠性。
2．4 Web Service技術
Web Service是目前程序設計領域中的新技術，
在不同系統平臺之間具有互操作性，實現不同應用
程序之間的遠程過程調用 。
配合Web Service完成數據的中轉與傳輸，Web
服務使用基于XML的消息處理作為基本的數據通訊
方式，使得預警消息數據能夠消除使用不同組件模
型、操作系統的系統之間存在的差異，在不同的平
臺之間通過統一協議與接口進行傳輸。
3 系統設計
3．1 建設目標
1)系統應具有很高的靈活性，用戶可以方便地
設置各種預警參數；
2)預警分析引擎應具有較高的通用性，可以無
縫集成到已有的及新開發的系統當中；
3)系統根據實際需求將混合使用C／S和B／S架
構進行數據預警，可保證預警的及時性與準確性；
4)系統應具有較高的數據適應性；
5)系統應具有較好的可擴展性。系統應為以
后功能的擴展預留一些接口，將來如需要對墑情、
工險情等進行預警，可以很容易地加入到預警系統
中，而不需要修改已有系統。
3．2 整體架構
本系統的數據采集自原有防汛抗旱指揮系統，
在數據存儲與傳輸上需要充分運用原有的數據庫服
務器與網絡設備， 由于系統主要運行在內網，因此
不需要特別的網絡安全設備。系統的主要硬件架構
如圖2所示。
根據本系統功能需求，在不同的功能段分別使
用B／S與C／S結構。數據、預警與預警發布這3個
交互性強的管理模塊采用B／S結構，基于ASENet的
MVC的設計模式框架，將用戶顯示(視圖)從動作
(控制器)中分離出來，提高了代碼的重用性。將
數據(模型)從對其操作的動作(控制器)分離出
6 水利信息化 2012(5)
本地服務器 遠程服務器
預警
分析引擎
圖2 系統硬件架構
來，可以設計一個與后臺存儲數據無關的系統。
引擎運算與預警發布模塊部分只需要在服務器
與客戶端間進行數據傳遞，而不需要進行復雜的用
戶設置， 因此使用c／s架構更為便捷，減少了系
統的可變性，增加了可控性。服務器端接收到數據
后，進行運算并分析是否符合預警要求，同時編制
預警信息，通過協議發送到客戶端，完成信息推
送。系統的軟件架構如圖3所示。
預警分
析引擎 圓圈圈圜
圖3 系統軟件架構
3_3 功能設計
3．3．1 數據管理
數據管理模塊是系統的數據管理部分，封裝了
預警數據管理類，對防汛預警過程中涉及到的所有
數據進行存取管理，包括水情、雨情、旱情基礎數
據的讀??；各種實時監測數據的獲取；用戶相關的
各種信息，如用戶的用戶名、密碼及日志等等。
數據管理模塊作為后臺服務運行在服務器端，
通過對遠程服務器(防汛抗旱指揮系統等前期系
統)進行連接，根據預設的時間對遠程數據庫進行
掃描，獲取預警時間段內從各子系統傳輸的數據，
并保存至本地服務器，以供預警分析引擎進行數據
處理。數據管理類結構圖如圖4所示。
圖4 數據管理類結構
系統提供對遠程數據的自動監視，并根據預警
與信息管理等設置好的信息，對數據進行篩選式的
掃描。此模塊可以實現對遠程數據庫的連接，因此
是通用模塊，通過對連接數據庫的設置，可以集成
在各預警子系統中，用以支持后續系統的開發。
3-3-2 預警分析引擎
預警分析引擎是防汛防旱監測預警系統的核心模
塊，本模塊在建設初期制定預警規則并集成預警規則
庫，在運行時通過對獲取的數據進行分析，與預警規
則進行比較，以判定數據的可靠性及數據是否需要預
警，依據模型的特殊要求，從基礎數據中提取模型分
析所需的信息。同時對需要預警的數據進行消息制
第5期 許峰等：防汛防旱預警系統的設計與實現 7
定，提交給預警發布模塊進行消息推送。
分析引擎包括各種預警參數的設定和管理， 以
及預警規則的建立。水情預警根據水位的預警條
件，進行水位超警判別，如果當前收集到的水位超
過警戒值，利用聲音報警，推送報警到用戶桌面，
給用戶發短消息等方式，對超出警戒范圍的水位要
素進行預警。雨情預警根據降雨量的預警條件，對
雨量的預警門檻進行推理，根據不同時段、情況的
降雨量進行超警判別，采用和水位預警相同的方式
對超出警戒范圍的雨量要素進行預警。
對于雨量、水位、流量等預警， 由于功能相
似，因此預警引擎只需要判斷需要進行的是何種預
警，從而進行類似的流程。以雨量預警為例，預警
分析流程圖如圖5所示。
隔斷掃描(5min)
圖5 雨量預警分析流程圖
3-3_3 預警管理
預警管理是系統的后臺管理模塊，采用B／S架
構，該模塊支持管理員對預警系統進行配置，以適
應不同地區、測站、時段的需求。功能包括：系統
登錄、用戶信息管理、預警參數設定、后臺日志管
理、基礎數據管理等。
通過預警管理模塊，管理員可以對系統內的用
戶、測站、預警等各種信息進行詳細設置，從而修
改數據管理與分析引擎的建模和分析策略模型，對
預警系統進行控制。同時，本模塊對預警產生的各
項日志信息進行了記錄，以供管理員與用戶查詢，
相關人員隨時了解實時信息， 為監視、分析、決
策、指揮提供靈活方便的信息獲取手段。
3．3．4 預警發布
預警發布模塊的主要功能是發布預警信息。
有以下2種方式可以實現實時報警功能：1)利用
PUSH 技術，將信息推送到用戶桌面和智能終端。
預警發布模塊將預警消息按照固定格式制作成通信
包進行推送。2)提供與其他子應用程序的接口，通
過固定格式協議，將預警數據與消息存放于數據庫
中，供其他應用程序調用。
預警發布模塊包括自動和人工預警2個子功能
模塊。預警發布模塊的主要預警要素是水情遙測站
的短歷時暴雨量和超控制水位值，以及系統運行狀
況和相關運行環境等變量。當有關要素或變量達到
預警標準時， 自動啟動報警功能。
預警發布模塊通過Socket通信實時獲取引擎分
析結果，并及時推送到客戶的桌面上完成預警。用
戶可通過客戶端修改密碼及預警設置，如聲音、離
線預警等；同時，也可通過瀏覽器獲取預警日志。
4 結語
防汛防旱預警系統應用軟件是一個復雜的軟件
系統，能夠為防汛抗旱部門及時地提供各類防汛抗
旱預警信息。
該系統實現了靈活的系統中間層，使得在減少
系統修改量的前提下可以對系統進行各平臺問的插
入與移植，在此基礎上進行擴展，增加軟件代碼的
重用性，減少開發成本，提高工作效率。
實踐表明，防汛防旱預警系統作為防汛防旱指
揮系統的重要組成部分， 為防汛抗旱部門及時、準
確、方便地提供各類重要的防汛抗旱預警信息，極
8 水利信息化 2012(5)
大方便了防汛防旱信息查詢和各種數據的分析處
理，提高了防汛防旱工作效率，取得了很大的社會
經濟效益。
本系統目前存在的問題，在于如何提高系統的
容錯性。由于系統接收預警數據時，為了保證系統
運行的延續性，僅僅是接收數據而未對數據進行有
效性甄別，因此當出現虛假或錯誤數據時，系統仍
然會進行預警計算，但不會對錯誤數據進行排除。
在今后的研究工作中，將把重點放在提高預警效
率，以及在保證系統正常運作情況下，提高對數據
的鑒別能力，進一步加強系統的可靠性。
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(College ofComputer and Information coordination development，HoHai University,Nanjing 211100，China)
AbBtract：For the situation and problems of flood control and protection against drought system during the process
of water resources inform ation construction，a flexible，unity and extensible system is developed based on the flood
control and comm and system ．The whole system is divided into four modules that are data management，early—warning
analysis engine，early warn ing management and waming display．This system can monitoring the real-tim e rainwater
condition．It sends the real—time inform ation to users with word or picture form．And it analyses the rainwater data with
the early·warning analysis engine to realize early warn ing for flood，draught and disaster．
Key words：flood control and protection against drought；early-warning system；PUSH；early—warning analysis
engine
(_E4~ 3頁)
Analysis about Coordination Development Pattern ofHydroinformatics
AI Ping 1．
Ⅵ NG Shasha 2，M U Ping
(1．College ofHydrology andWaterResources，HohaiUniversity,Nanjing 210098，China；
2．College ofComputer and Information，Hohai University,Nanjing 211100，China：
3．Guangdong Research Institute ofWater Resources and Hydropower,Guangzhou 510635，China)
臣ct：In the viewpoint of raising the standard of the water resource inform ation development and application，
this paper discusses the relationship of hydroinform atics and water resource inform ation development，based on the
example of the water inform ation satisfaction measur ement and organization and its use，and expoun ds the main line
and the mode1 of the collaborative development of hydroinformatics and water resource info rm atization．It provides
basic reference model to promote water inform atics research and water resources inform ation common development．
K words：hydroinform atics；water resources informatization；satisfaction；information organization

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