分灾种气象灾害预警发布系统

分灾种气象灾害预警发布系统系统描述1.1开发背景近年来，气象灾害对人民群众的生产和生活影响日益加重，各地频繁发生各类气象灾害对人民群众的生命财产造成了巨大损害。因此，防灾减灾以及灾害防御指导已经成了各级政府和气象部门的重要任务。从国家到地方气象部门都建立了相应的气象灾害预警发布机制及系统平台，这些平台的应用为气象灾害预警的迅速发布取得了重大贡献，使我国防灾减灾水平大幅提高。但目前绝大部分的气象灾害预警发布系统仍以手机短信的发送模式为基础，其他多媒体发布手段不统一，未经融合。灾害预警信息发布机制仍然以人工判断为主，系统响应机制过于缓慢，往往灾情发生了才进行预警信息的发布。预警信息发布的内容主要以灾害的气象属性为主，用户针对性不强，没有行业及人群针对性的灾害防御指导信息。目前我省的预警发布平台主要依靠预警信号制作平台、气象短信通发布平台、96121平台。专业专项服务某些服务中还需要通过人工进行传真、邮件、信件等方式进行。以上这些业务工作及系统平台基本都是独立分散的，形成了一个一个信息孤岛。如何能够将气象灾害预警信息快速、及时地发布到人民群众手中，并且针对行业用户，利用各种各样不同的发布方式和手段，来发布专业的灾害预警信息以及相应的防灾减灾指导信息，是气象部门一直研究的课题。本系统软件的设计思路正是基于以上几点，实现了气象灾害预警的触发、生成、调度、发布等自动化流程，提高了气象灾害预警的发布能力和效率。1.2主要功能特色（1） 灾害预警智能触发与决策系统设置的多种气象信息基础数据源，并建立气象灾害阈值监控数据库。系统监测到有基础气象信息数据达到灾害阈值，智能触发灾害预警响应机制。灾害预警触发基于准实时资料，也可以基于某些精细化预报数据。灾害预警的触发是单条件的，以便在灾害发生的前期预先发现征兆，随机系统进入智能判断与人工判断相结合的决策状态。2）预警信息自动化加工与处理系统的服务器端包括了多种气象数据源信息处理组件以及资料共享接口。系统根据时间序列定时检测源数据信息。当灾害预警的某项条件被触发发生以后，启动相应的灾害因子算法，计算灾害的发生时间、规模、趋势、以及影响程度等信息。（3） 灾害影响智能判别与任务调度系统根据多任务管理机制，实现一个灾害影响层次的连续性、动态化信息发布与管理，突破性的从时空角度，按照灾害影响的先后顺序实现地域覆盖，按照灾前、灾后、灾中实现时间覆盖。例如一次暴雨降水过程，系统可以跟踪降水过程发生的地域，并针对灾害过程的灾前、灾中、灾后过程进行预警信息的发布。系统根据不同的行业和用户群体，设置了相应的灾害影响程度防御指南。系统根据不同的灾害类型和程度，自动匹配相应的防御措施进行下发。用户可获得具有针对性的防御措施。（4）开放式与可定制的灾害防御信息管理用户可以根据自己的需求，编辑和上传自己关心的某一类灾害天气致灾条件，并自己定义提醒手段和接收方法。同时用户可以自己编辑相应的防御信息进行上载，当达到符合条件，系统可为专门的用户进行防御信息的下发。（5）多种发布手段和方式的集成与融合系统连接和集成了多种发布渠道，包括传统的手机短信、语音声讯、邮件、传真，还包括网络推送、微博、智能终端等新技术发布渠道。发布渠道主要采用灵活的接口管理，根据不同的用户需求，有针对性的进行设置和配置。针对微博、智能终端等多媒体发布渠道，系统具备多媒体信息发布的功能。（6）基于WEB-GIS的综合监视与展示平台系统的主控界面采用基于WEB-GIS的监视与展示平台，使得各项灾害信息、预报信息、实时监测信息、用户信息、预警发布状况可以在地理信息环境上一目了然。综合暂时平台可以使得决策人员及时有效的掌握灾害动态、指挥防灾减灾任务。1.3主要技术特点具备空间地理分析功能利用GIS的空间分析功能，实现地理对象的位置和形态的空间数据分析技术。系统具备空间信息量算、空间信息分类、缓冲区分析、叠加分析、网络分析、空间统计分析等基本分析方法。对于灾害的空间位置、空间分布、空间形态、空间距离、空间关系等主要内容进行分析。利用以上功能，可以对灾害的发生及其演变过程进行有效的分析和跟踪。基于RIA+WebGIS的展示方式RIA是指将桌面应用程序的交互用户体验与传统的Web应用结合起来，提供具有多媒体通信能力，实时快捷的新一代网络应用程序。RIA的底层函数库具备数据库操作、双向实时数据通信，并支持图形、图像、音频、视频等多媒体功能的使用，其开发工具能够提供强大的Web界面开发功能。RIA的底层函数库具备数据库操作、双向实时数据通信，并支持图形、图像、音频、视频等多媒体功能的使用，其开发工具能够提供强大的Web界面开发功能。RIA具备表现力丰富、负担均衡、跨平台性、异步通信等技术特色。使用RIA技术可以弥补传统WebGIS系统的缺陷，并能丰富了气象地理信息系统建设内容和方案，实现RIA与WebGIS的结合。在传统的三层开发模型上，增加一个RIA层，自上而下分为表示层、RIA层、业务逻辑层、数据层。数据库按照逻辑可划分为业务数据库和空间数据库。业务数据用于存储业务基本数据，空间数据库存储与GIS相关的地图数据、符号数据等。RIA层介于表示层和业务逻辑层的中间，其通过RIA客户端引擎，进行数据的获取与查询。基于气象灾害因子的数据挖掘算法通过数据挖掘技术，从存放在数据库，数据仓库或其他信息库中的大量的数据中获取有效的、新颖的、潜在有用的、最终可理解的模式的非平凡过程。数据挖掘的主要功能有估计(Estimation)、预测(Prediction)、相关性分组或关联规则(Affinitygroupingorassociationrules)、聚类(Clustering)、描述和可视化(DescriptionandVisualization)、复杂数据类型挖掘(Text,Web图形图像，视频，音频等)。利用数据挖掘技术，可以建立发掘导致气象灾害发生的各种关联因子及其权重。为整个系统的灾害机制智能触发和信息关联处理提供算法支持。4)基于云架构的服务型平台架构本系统的物理和业务逻辑架构采用了云计算服务的思路，充分发挥系统的可移植性、虚拟化等特点，实现基础气象信息的海量存储、各类灾害相关信息的共享，通过云计算平台的建设，将各类气象信息数据集中化管理，因此更需注意数据分类、整合、管理机制上的合理化，以提高使用效率。通过此种架构的设计，提高了系统的整体安全性、稳定性，同时也降低了系统建设的重复开销。系统设计2.1开发平台和语言软件架构：采用B/S软件构架、A+sliverlight开发平台：采用Microsoft.NETFramework4.0平台编程语言：MicrosoftVisualC#数据库：MicrosoftSQLServer2008地理信息平台：ESRIArcGIS9.32.2系统物理结构本系统依托气象综合探测网络和预报预测系统，并与之进行联网及数据共享。通过分析处理各类实时气象资料和预报预测数据，将可至灾条件入库进行分析并产生相应的灾害预警信息和灾害防御信息。系统的组织构架建立在现有的探测系统和预报预测系统之上，形成了一个灾害信息系统云计算架构。决策用户可以通过电脑终端及大屏幕显示的方式，观察到灾害发生的整个过程，以及灾害信息下发的状态。系统利用各种网络通信技术，将灾害信息通过不同的手段发布出去。系统的网络拓扑图如下图所示：

气象综合观测网络数值预报小型机对用户透明的云计算结构◎多种接收对象及设备预报预测系统F多部门决策支持气象综合观测网络数值预报小型机对用户透明的云计算结构◎多种接收对象及设备预报预测系统F多部门决策支持2.3系统架构设计系统采用三层模型结构模型，即显示层、业务层、和数据层。主体程序使用B/S结构，数据层为整个系统提供数据支持，是系统的支撑。业务层是系统的核心，运行各项业务程序，对数据进行加工分析处理。显示层采用基于ArcServer为平台的WebGIS展现方式，以及基于sliverlight的RIA技术。本系统基于ArcGIS平台，以C#等语言进行二次开发，采用ESRI公司的SDE(SpatialDataEngine)作为空间数据引擎，因系统数据涉及到多种类型矢量图形、栅格图形、多媒体格式以及各种类型的GIS数据文件，需要一个功能强大的数据库管理平台，经过比较对比，数据管理平台采用SQLServer2008，利用SQLServer2008数据库本身的数据安全管理方式和质量控制体系严格管理，确保系统数据库的安全。系统体系结构见图。

2.4数据库设计分灾种预警发布系统数据类型复杂多样，来源不一，涉及范围极为广泛，因此数据库设计的优劣直接决定着系统使用的效率。目前对预报类数据管理大多数是基于文件和关系数据库来存储管理，即将影像预报类采用文件方式管理，文件名及属性采用关系数据库存储。这种管理方式常因文件的删除、移动等操作而无法有效管理数据，更不能根据空间范围（如行政区域等）等条件查询检索数据，因而已无法适应、满足系统建设的需要。根据本系统的特点，采用数据库、服务器、应用端3层体系结构和集中式管理的存储方案，并从逻辑上建立综合探测数据、预报预测数据、发布对象数据、灾害管理数据、灾害指导数据、空间数据等6大数据库，有效管理本系统各类基础数据，采用当前流行的数据仓库管理技术，将空间数据和属性数据一体化存储，多源数据无缝拼接集成。将空间数据和静态属性数据合二为一，全部存储在一个记录集中，进行统一管理，而动态信息则通过地理编码或关联字与空间信息进行关联显示。这种方式消除了图幅的概念，方便用户加载、查看、修改信息，大大提高了系统对数据检索的响应速度。（1） 综合探测数据库综合探测数据库主要存储各类气象探测数据，主要包括地面气象实时资料、探空资料、雷达资料、卫星云图资料等。探测数据因为实时性较高，又包括各种多媒体数据，因此库结果复杂，数据量大。本系统设计时，采用分布式数据库对各项探测数据进行存储和管理。（2）预报预测数据库预报预测数据库主要存储各类预报预测产品，根据灾害天气的需求，将一些关键性预报进行定量解析。此外，还需要存储各种数值模式预报内容及其同化结果。预报预测信息的存储有助于提高灾害发生的预防能力。（3）发布对象数据库发布对象库主要存储灾害信息发布对象的基本信息。记录数据主要为用户信息、行业信息等。数据库对各种发布对象进行分类存储和管理。（4）灾害管理数据库灾害信息库主要存放灾害触发所需的气象要素条件、灾害种类以及历史灾害记录信息。记录预警发布控制参数，主要记录预警设置单位、发布通道参数、用户信息库参数、发布显示系统所需的地理信息数据等。（5）灾害指导数据库灾害指导库是根据各行各业对气象灾害的致灾条件，及其影响的防灾减灾知识库。数据库建立了以农业、电力、交通、环保、水利、能源、卫生等行业的气象灾害影响信息及防御手册。（6）空间数据库空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。本系统建立的空间数据库存储了与气象灾害有关的地理信息数据及要素。通过空间数据库可以为系统更好地支持地理信息计算与展示服务。2.5子系统功能设计分灾种气象灾害预警发布系统软件主要由7大子系统构成：灾害预警智能触发系统、气象灾害信息处理系统、行业用户信息管理子系统、防灾减灾管理子系统、灾害信息展示与决策子系统、预警调度与发布子系统、系统管理与配置子系统。其中灾害预警智能触发系统和气象灾害信息处理系统为服务器端程序。系统的总框架图如下：分灾种气象灾害预警发布系统\系统的工作流程如图所示，系统首先监控底层气象基础数据，达到致灾条件即进行灾害灾害信息展示与决策系统系统管理与配置子系统气象灾害信息处理系统行业用户信息管理系统防灾减灾管理子系统灾害预警智能触发系统预警调度与发布子系统系统的工作流程如图所示，系统首先监控底层气象基础数据，达到致灾条件即进行灾害灾害信息展示与决策系统系统管理与配置子系统气象灾害信息处理系统行业用户信息管理系统防灾减灾管理子系统灾害预警智能触发系统预警调度与发布子系统影响的分析。根据灾害影响生成防御信息，并调度发布对象进行信息发布。

2.5.1灾害预警智能触发系统灾害预警智能触发系统是系统的最前端。系统具有一个气象灾害数据监测控制服务，此项服务可以最先发现灾害数据信息的苗头，并对该气象要素进行跟踪和处理。如系统发现某项要素的指标值超标，系统将该项数据纳入监控范围，并对此要素可能引起的气象灾害种类进行预先提示。预报员及决策人员，可以通过前端显示程序看到超出阈值的要素。2.5.2气象灾害信息处理系统气象灾害信息处理系统是基于气象要素的深加工，通过数据挖掘和神经网络算法，可以将相关的灾害因子计算出来，将相关的需要纳入监控范围的数据进行综合评判。按照各类气象要素的属性，定时进行同步与处理工作，将处理好的值，存入气象信息监测表。系统通过设定的灾害指标阈值，与监测表中的内容进行比较。子系统还包括重大气象灾害报警功能，当系统监测到当前的数据值超过历史值，则进行相应级别的报警，提醒值班人员进行分析处理。2.5.3行业用户信息管理子系统用户信息管理子系统负责对用户信息进行添加、修改、删除等操作。并且对用户信息进行分类统计。系统记录了用户定制业务的开通情况，记录开通时间或者取消时间。进行预警发布时，使用用户信息管理模块进行用户信息的获取和加载。2.5.4防灾减灾管理子系统防灾减灾管理模块可以对各类气象灾害进行分类和量化，记录各类气象灾害的名称、类别，所引起灾害的条件和天气条件阈值。灾害管理模块可以对历次灾害发生的情况进行统计，并根据统计结果自动进行绘制图表等工作。灾害管理模块对不同的用户行业进行了分类，存储了不同行业的防灾减灾指导信息，当预警条件出发时，自动给相应的行业用户发布专业的指导信息。系统将灾害分为灾前、灾中、灾后三大基础部分，分别应对不同的指导信息。专业专项用户可以登录到系统，对灾害标准和防灾减灾的信息进行编辑和补充。2.5.5灾害信息展示与决策子系统灾害信息展示部分利用WebGIS技术，将灾害信息以及相应的天气形势、实况信息显示在地理信息系统上。用户可以通过展示系统看到灾害天气的影响过程和范围。同时，系统还显示各类行业参考数据，进行防灾减灾手段的提示，以便决策人员进行防灾减灾决策。2.5.6预警调度与发布子系统预警调度与发布子系统由气象灾害处理系统进行触发。当有一定的监测阈值达到了所设定的值，则触发了调度模块。调度模块根据灾害的种类，查询到此类灾害的应对条件，所使用行业，并根据用户群组中的群组号码，进行号码的加载。同时，该模块还对系统预警发布状况进行监控和调度。2.5.5系统管理与配置子系统系统管理与配置子系统包括2大主要功能，一是系统配置，二是系统监控。系统配置部分主要功能为对系统的数据层访问、各接口参数、发布通道、发布手段、系统用户权限等功能进行配置与设置。系统监控主要对系统模块的运行状况、数据库运行情况进行记录，设置统一的系统日志功能。系统应用本系统是面向气象、农业、航空、水利、交通、地震、能源、卫生等防灾减灾服务为主的政府部