水利山洪灾害监测预警系统方案 水利山洪灾害监测预警系统联网方 案 1. 前言 1.1 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。 第1页 1 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。 1.2 系统概述 水利工程为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。 第2页 2 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. 系统结构和功能 第3页 3 雨 山 预 信 监 信 决 系 水情监测子系统 洪预警子系统 警管理子系统 息传输通信子系统 测点管理子系统 息发布子系统 策支持子系统 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 2.1 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。 第4页 4 2.2 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。 2.3 雨水情监测子系统 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。 2.4 山洪预警系统子系统 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。 2.5 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。 2.6 信息传输通信子系统 第5页 5 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 第6页 5 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。 2.7 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。 2.8 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。 2.9 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。 2.10 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。 第6页 6 3. 技术说明 3.1 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。 3.2 数据查询 3.2.1 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。 3.2.2 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。 第7页 7 3.2.3 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。 3.2.4 图表 Chart 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。 3.2.5 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。 3.2.6 专业地图符号 第8页 8 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。 第9页 8 3.3 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。 3.4 GIS 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。 3.4.1 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。 3.4.2 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