城市防洪标准2017[深圳市防洪管理支持系统]
洪涝灾害是最严重的自然灾害之一，尤其是在城市环境中，由于人口众多，设施密集昂贵，洪涝灾害的后果尤为严重。城市防洪体系建设的成功与否直接关系到城市的经济发展和人民的人身安全，因此各级政府都非常重视防洪体系的建设。3S在地理空间信息的实时定位、获取、分析和管理方面具有优势，可以在城市防洪中发挥重要作用。
深圳市防洪管理支持系统建设
深圳市位于广东省中部沿海，西与珠江口伶仃洋接壤，南与中山市、珠海市相望，南临深圳河，东临大亚湾，惠东县平海半岛，北与东莞市、惠阳市接壤。深圳靠近南海，这是一个容易发生台风和洪水的地区。深圳的洪水主要是由暴雨引起的。全市地貌以丘陵为主，地面坡度大于3度的面积占62%，主要河流较小，流域面积不足400平方公里。深圳是南方潮湿地区，产量和流量都很大。另外，河流的平均坡度比较大，属于有山溪的中小河流。流域的这种特性使得流域平均汇流时间较短，洪峰流量模数较大，洪水过程尖细，一般为几个小时，表现为山溪的急涨急落。上世纪90年代，深圳发生过两次洪灾，每次都造成了十几亿元的经济损失。基于3S技术的城市防洪管理支持系统将现有的水利工程措施和非工程措施有机地整合在一起，形成了完整的深圳市防洪管理支持系统。(图1)
该系统具有以下特点:
(1)将防洪设施自动监测、洪水预报、洪水调度、防洪信息服务、防洪咨询几大模块有机集成，实现了满足领导决策层、业务处理层、技术维护层等不同用户群体业务流程的信息集成系统。
(2)探索了城市防洪管理支持信息系统建设中涉及的空间数据库、综合数据库、转换标准、技术开发标准和数据标准的应用模式。
(3)探索了以大比例尺地形图为基础，集成高分辨率遥感影像基础空间数据库的城市建筑、居民区和商业密集区防洪管理支持系统建设模式。
(4)统筹考虑水库下泄、重点防洪区排水、河道水闸启闭、河流入海处潮位、滞洪区滞洪能力等诸多因素，实现城市防洪管理的可视化、交互式实时或准实时决策能力。
(5)以GIS为主线，结合GPS定位、PDA无线通信、无线视频传输、远程自动化控制等相关技术，增强了系统的实时性、安全性和实用性。
总体设计
防洪管理支持系统是一项包括通信与信息技术、防洪救灾管理与决策、洪水预报和科学调度的复杂系统工程，涉及防洪水利工程、实时监控与通信系统、地理信息系统、遥感系统、网络分布式信息处理系统、大型数据库、专业模型、计算分析、可视化仿真、决策支持媒体和环境等要素。
按照分层结构，系统分为决策层、业务层、管理维护层和技术支持层(图3)，对应网络环境下的三层结构(B/A/S)，直接面对不同用户群体对系统的需求，实现防汛业务处理和管理决策等功能。
图2深圳市防洪管理支持系统相关界面
图3系统设计的总体思路
在防汛管理支持系统建设中，以“数据库+管理维护层/技术层/业务层+决策层”三层结构为基本框架，以地理信息系统为核心平台，开展综合数据库和空间数据库、应用系统集成和咨询决策支持系统的设计与建设。
系统结构设计
1.功能结构设计
这是一个复杂而专业的地理信息系统，由外部环境、防汛管理支撑数据仓库、系统技术管理平台和应用系统组成。其中，应用系统由防洪业务管理功能块和防洪决策支持功能块两大功能模块组成，分别面向防洪业务经营者和防洪咨询决策用户。
●外部环境包括计算机网络系统(由专用防洪网、水务局网和社会公网组成)和通信基础设施(由有线通信、移动/无线通信和卫星通信组成)。
●防洪管理支持数据仓库包括遥感影像数据库、基础地理数据库、社会经济数据库和综合防洪数据库。
●系统的技术管理平台主要针对维护和开发系统运行的技术人员。由数据库管理、系统管理、水利应用模型界面管理、与网络和通信的界面管理、三维建模工具、信息采集和数据转换工具组成，对应系统的技术支撑层和管理维护层。
●防汛业务管理功能模块主要面向日常防汛业务处理，主要包括:信息服务子系统、实时监控子系统、日常事务在线办公子系统、远程集中监控子系统和防汛车辆监控调度子系统。
●防洪决策支持功能块面向较高决策用户，主要包括洪水预报、洪水演进模拟、洪水调度、管网分析、预案广播、防洪部署、灾情评估等。
2.软件体系结构
城市防洪管理支持系统是一个综合应用系统，它不仅满足一般的防洪管理信息服务，而且支持防洪咨询和决策。既有简单数据的提取，也有水利行业模型的运行；既有台式电脑的应用，也有移动设备的应用。因此，在架构的设计上，需要保证各层之间的相对独立性和接口的标准化，以便最大限度地享受核心服务模块。
所以按照(B/A/S)架构设计，一般分为三层，分别是表示层、应用层和数据层(图4)。
图4城市防洪管理支持系统的三层结构
浏览器是系统的人机界面，运行在微软Windows IE上。人机界面的主要元素有图标、按钮、表格、工艺线等。对于复杂的人机界面和人机交互过程，如绘制过程线、绘制防汛指挥调度方案、专题地图等。在网页中嵌入Java applet，基于浏览器实现系统业务层和决策层的流程。
Web服务器用于接收浏览器发送的请求，将请求发送给应用服务器进行处理，然后将结果返回给浏览器。
应用服务器扮演处理调度和负载平衡的角色。web服务器收到的所有请求首先被发送到应用服务器进行任务分配。根据不同的请求类型，应用服务器将实际的信息读取、信息处理和模型计算分发给不同的信息服务和模型运行服务器进行处理，应用服务器实现业务层和技术层的主要功能。
信息服务和模型运行服务器是系统技术支撑层的核心处理部分。它是一个逻辑概念，可以在物理上表示为多个服务器，也可以部署在同一个服务器上。运行在逻辑服务器上的模型操作包括:洪水预报模型、洪水调度模型、洪水演进模型、GIS空间分析模型和基于空间叠加分析模型的洪水淹没损失评估模型。信息服务主要是从综合数据库中提取实时雨量、工程数据、历史数据、防汛业务数据并在网络上发布。同时从空间数据库中读取GIS数据，与综合数据组合成地理图或专题图提供给应用服务器，再通过应用服务器发布到浏览器。
综合数据库存储所有非空间数据，如水文遥测数据、洪水预报数据、防洪调度决策支持数据、泵站自动化数据、办公自动化数据、基础水利工程数据、防洪业务数据和社会经济数据等。综合数据库存储在关系数据库SQL Server中。上层服务器通过数据库连接池访问数据库。数据库连接池是存储数据库连接对象的缓冲区，可以增强数据库访问的速度和效率，因为创建数据库连接需要时间，频繁的创建和销毁数据库连接会占用大量的计算机资源。空间数据库是存储数字地形图、数字地面模型DEM和流域三维模型的数据库。空间数据与其他数据的区别在于，它既包含属性数据，又包含几何数据，如点、线、面、几何体等。传统的空间数据存储方式是基于文件的，在多用户并发访问、数据更新和数据访问效率等方面存在缺陷。为了使用成熟的关系数据库管理系统(如ORACLE和SQL SERVER)，空间数据库引擎(SDE)技术将空间数据存储在关系数据库中，可以像普通数据一样使用SQL语句查询、删除和修改数据。
XML用于应用层中逻辑服务器之间的数据交换和通信。XML是一种可扩展的标记语言，具有良好的结构和易于解析的优点。通过定义其结构，制定各种数据接口标准，使双方遵循相同的语法，从而实现互联互通。
考虑到防洪管理是一项复杂的系统工程，不仅要依靠现代先进的网络技术、计算机技术和GIS技术，还要依靠GPS、无线通信、个人数字助理(PDA)等技术，拓宽信息沟通渠道，提高应急指挥能力。所以在应用层增加了通信服务器和语音服务器，在表现层增加了对手机、PDA等移动终端的支持。
通信服务器用于处理手机、PDA、GPS等移动终端发送的请求或返回的信息。，如防汛现场信息、防汛指挥车位置等。这些请求或返回通常按照一定的格式进行编码，通信服务器解码后转发给应用服务器进行处理。通信服务器还负责从命令中心向所有移动终端无线发送各种指令或信息。通信服务器和移动终端之间的通信通过GSM的短消息或GPRS的数据服务进行。
语音服务器用于处理通过电话查询信息的请求。通过将语音卡与计算机集成，建立呼叫中心来实现。
GPS车载终端是安装在防汛指挥和运输车辆上的车载设备。它由GPS模块、GSM/GPRS无线通信模块、GPS天线和带单片机的集成处理模块组成。用户可以实时报告车辆的准确位置和其他状态信息，如交通状况、满载和空载等。配备的液晶屏还可以显示指挥中心的指挥调度信息。GPS车载终端的应用，可以实现对防汛车辆的实时监控和指挥调度，让指挥人员尽可能掌握防汛动态。
(迟天河，张欣，罗，:中国科学院遥感应用研究所；胡凯:深圳市防洪设施管理处)
作者简介
张欣:中国科学院遥感应用研究所，博士后，主要从事数字城市、电子政务、区域重大防灾减灾信息服务系统、数字海洋等相关领域的理论和技术研究。他发表了30多篇论文。