第23卷第1期2013年2月中国防汛抗旱黄河水情会商可视化支持系统建设研究吴德波1朱文杰2沈国庭3（1.黄河水利委员会水文局，郑州450004；2.黄河水利委员会河南水文水资源局，郑州450004；3.黄河水利委员会宁蒙水文水资源局，包头014030）摘要：采用B/S 三层架构体系，利用三维GIS 可视化技术，结合水文数据库和预报模型的输出成果，建设了黄河水情可视化支持系统。

实际应用表明，该系统利用三维可视化技术、仿真技术，实现了水利工程、水文站等水利设施基本情况的查询；结合实时和历史水文资料，实现了洪水演进的动态展示以及水文信息的分析计算。

系统在黄河防汛会商决策过程中得到了应用。

关键词：水情会商；可视化；B/S 三层架构；洪水演进；黄河中图法分类号：TP311.52；TV882.1文献标识码：C 文章编号：1673-9264（2013）01-45-03收稿日期：2012-10-19作者简介：吴德波（1982-），男，工程师，主要从事水文水资源测报研究工作。

水文情报预报是领导指挥、调度和决策的重要依据。

随着信息技术的发展，三维可视化应用越来越广泛[1]。

针对现有的防汛工作管理需求，建设黄河水情会商可视化支持系统，实现黄河流域水利概况和雨水情信息的三维显示，河道断面、静动态图像信息展示和洪水演进动态显示，提供及时有效的历史和实时雨情、水情、水资源等信息，对黄河水文气象预报会商、防汛决策等具有重要的作用。

2.1系统结构设计黄河水情会商可视化支持系统采用B/S 架构体系，集成数据库技术、.Net 技术、三维可视化技术、多媒体技术、系统集成技术等，采取功能控制流和数据流交叉组织的方式，实现三维GIS 管理、分析等功能。

分为基础数据层、应用服务层和表现层3层（见图1）。

基础数据层包括表、视图、存储过程、触发器等数据库对象，以及三维空间数据库的矢量数据对象。

应用服务层是指对用户提交的指令及数据进行校验，再加工后将数据存储到基础数据层，或将基础数据层的数据提取后返回给表示层。

表示层包含用户所见的界面，主要职责是为用户提供信息，以及把用户的指令翻译。

2.2数据库建设系统数据库建设包括水文业务数据库和基础地理信息数据库的建立、数据入库前的检查、数据入库、建立索引、质量检查等步骤[2]。

水文业务数据库主要来源于实时水情数据库、预报专用数据库、MM5暴雨模式预报数据、历史水文数据库等已建的数据库。

基础地理信息数据库包括三维场景数据库、下游河道断面演变数据库、重要测站外景数据库、重要区域或者河段高精度遥感图像数据库等。

三维场景数据库主要包括数字正射影像数据（DOM）、数字高程模型数据（DEM）、数字线化地图数据（DLG）。

下游河道断面演变数据库根据黄委水文局近年来测绘的下游河道断面数据建设。

重要测站外景数据库通过对重要水文站（29个预报节点）实景摄录建立。

重要区域或河段高精度遥感图像数据库采用美国QuickBird 卫星2.44m 彩色/0.61m 黑白分辨率的遥感影像。

在数据库系统构建过程中，始终注意保持整体的协调和一致。

所有数据均依照相应的编码、规范信息进行各种操作，以确保数据能够准确高效流动，在交互过程中不存在差错。

另外，通过将不同类别的要素按层存放，建立索引以及图像与属性关联等方式，对数据库进图1系统总体框架表示层应用系统应用服务层水文信息服务平台基础数据层数据库1引言2系统建设关键技术及方法45中国防汛抗旱第23卷第1期2013年2月行优化。

2.3三维平台建设三维平台建设包括三维空间地理信息平台建设、数据访问服务组件和水文业务服务组件。

三维空间地理信息平台采用美国Skyline 公司的Terra Suite 系列软件产品[3]，利用高分辨率卫星影像以及航空像片，通过对影像的平面、高程、结构、色彩等的数字化处理，按照统一坐标无缝拼接迅速建立三维数字影像，叠加空间矢量数据、水文属性数据以及三维模型数据形成三维数字流域，更加直观地基于三维地理展示山川、河流、洪水演进、水文设施分布以及水文要素，为洪水会商以及基于三维的地理的信息服务提供技术支撑。

数据访问服务组件屏蔽了应用系统界面与底层数据库的直接联系，应用系统以服务调用的方式获取原始数据或经加工过的数据。

数据服务组件提供数据查询，数据添加、修改和删除，数据分析等服务。

水文业务服务组件把通用和常用的水文业务服务逻辑与应用系统分离，达到软件复用的目的，增加系统的可靠性和可维护性，提供模型、制表、制图、水量（含沙量）分析等服务。

三维平台建设流程见图2。

2.4系统集成开发系统集成开发是该系统建设的重点和难点，需要对专用数据库、GIS 模块、地物三维实体模型、防洪调度系统、洪水预报系统等不同的开发模块、模型、子技术等进行系统集成，通过总控程序构筑黄河水情会商可视化支持系统的软件运行环境，实现模型与系统的紧密集成，辅以友好的人机交互界面，完成系统的各项功能。

与水文业务系统的集成开发是关键，主要从以下几方面考虑：（1）模型组件化设计，使程序运行与用户界面分离，不在运行过程中进行人机对话；（2）规范和标准化模型的输入和输出文件，建立专用模型库；（3）模型参数、计算结果等数据信息采用通用格式存储到数据库，与模型程序分离[4]。

相关的业务模型提供功能包括：中尺度暴雨数值预报系统和黄河洪水预报系统提供数值预报数据，黄河下游二维水沙数学模型所计算的黄河下游洪水水深、流速、流场分布、冲淤分布等可以三维仿真的模式在本系统的大场景下动态模拟，黄河下游三维视景系统部分基础数据和三维模型可用于本系统。

本系统的三维地理显示与水文分析功能为洪水预报系统的模型参数再率定、预报成果的实时调整提供全面参考，洪水演进与漫滩分析功能为黄河防洪调度系统提供在线的调度方案辅助分析，极大提高防洪指挥调度的决策效率。

2.5洪水演进动态显示洪水演进动态显示分俯瞰和横断面显示两种方式。

洪水在河道中演进采用俯瞰方式，在三维场景上用线条表示，按洪峰流量的大小分级决定线条的粗细或颜色，起涨、洪峰处加特殊标志，根据洪水特性、河道地理高差、预报传播时间等计算洪水演进速度，显示洪水在河道中的动态演进，并能通过改变时间步长来观察洪水演进的动态效果。

洪水演进到水文站或有资料的水位站，可结合断面资料、水位表现等在三维场景上采用横断面方式显示洪水，观察洪水在横断面上的表现，包括水位涨落、有无漫滩、漫滩情况如何等。

同时可通过改变时间步长、观察角度等参数来观察洪水演进的动态效果[5]。

3.1雨情信息展示系统可查询日雨量、时段雨量、多日雨量、旬雨量、暴雨加报信息，产生日报、旬报、月报信息，查看整个流域或所选区间的不同时段的点雨量或面雨量信息。

可绘制不同的时间、时间间隔、不同的区间降雨的等值线、面，套绘并显示于地图上。

3.2水情信息展示系统能够快速查询河道实时水情、水库实时水情、闸坝实时水情，并以标签形式标注在三维场景中，点击测站可以定位查看。

3.3洪水演进系统可以在三维场景上叠加河道的洪水演进过程，按一定的时间步长播放，使工作人员能够对洪水演进现象进行观察和分析，并可通过改变时间步长、观察角度等参数来观察洪水演进的动态效果，实现流域地形地貌和洪水动态演进相结合的动态展示效果，对水情会商具有十分重要的作用。

3.4水情综合分析系统可以开展气象、雨情、水情联合（下转第68页）图2三维平台建设流程图3系统的主要功能46中国防汛抗旱第23卷第1期2013年2月建于2006年，已经运行了6年时间。

另一部分是ECP 视频系统，始建于2010年4月，应用于区与各街道（镇）、村三级视频对话，是前一套系统的辅助系统。

2.3物资储备升级防汛物资的储备是江北区防汛工作的前提，按照随用随补的方式，江北区每年都会投入一定的资金购买相应数量物资。

结合新时期抢险救灾需要，区防办特别购置了橡皮船2只，冲锋舟6只，另外，储备了编织袋、麻袋11.5万只，以及其他一些铁铲、钢管、铅丝、水泵等一大批防汛物资。

随着全球气候变暖，极端性天气气候事件增多，防汛防台抗旱任务十分艰巨。

为此，江北区三防工作在硬件基础建设的同时，全面加强防汛体系及防汛信息建设等防汛减灾有关的软设施工作。

3.1加强组织领导，落实各项防汛措施江北区防汛指挥部以分管副区长任总指挥，区府办主任及农水局局长任副指挥，各街道、镇主要行政领导为指挥部成员，区下属单位成立三防领导班子。

江北区历年来认真落实以防汛防台抗旱行政首长责任制为核心的各项责任制，同时规范工作程序，明确职责和任务，促进责任到位、领导到位、工作到位、措施到位四项工作。

3.2注重宣传与演练，提升抗洪救灾能力通过宣传册、宣传栏等多种形式宣传防灾避灾知识，特别加强外来务工人员的宣传。

在重要水利工程、险工险段、安置点、转移路线等设置防汛警示标志牌，制作人员转移安置示意图，向应转移人员发放明白卡，明确责任人、联系电话等。

推进防汛防台抗旱宣传“进村入户”，提高全民防灾意识和自防自救能力。

为保证防汛抢险工作的顺利开展，江北区着力抓好防汛抢险队伍的组建与训练。

2008年组建23支小队共373人，2009年组建28支小队共352人，2010年组建11支大队308人，2011年组建11支大队共291人。

队伍成立之后，每年6月至7月，由区防指与人武部安排组织演练。

3.3强化基层防汛体系建设，完善公众防灾机制全区逐步建立了到村、到户的防汛体系结构。

村民防汛防台意识明显增强，“抗台自救”能力大大提高。

基层防汛体系建设从无到有完成了零的突破。

全区涉农街道、镇全部都成立了三防指挥部，建立了防办。

除拆迁村外，84个村（社区）都建立了防汛领导小组，镇、村二级防汛组成人员得到重新调整和充实，并落实了专门的办公场所进行挂牌办公。

以行政首长负责制为核心的各级防汛责任制进一步得到落实。

各类防汛责任落实到岗到人，重点明确了危房、低洼地区和山塘水库的巡查、监测和预警责任人员。

体系建设切实加强了江北区防汛工作能力，初步达到了组织机构常态化、责任考核数字化、预报预警自动化、预案演练制度化、保障宣传专业化，使全区防汛防旱防台的能力有了很大提高。

[1]李鹏春，王显勤，林扬.浙江台州市基层防汛体系建设及应用案例简析[J].中国防汛抗旱，2011，21（3）：32-34.[2]陆卫东，项云.浙江安吉县基层防汛防台体系建设经验[J].中国防汛抗旱，2010，20（6）：61-62.3防汛防台软设施逐年完善参考文献（上接第46页）分析，还可以根据具体条件，对多个区间不同时间段多个水文站的水位，流量，含沙量，径流量等信息以报表的形式或过程线图的形式进行对比分析，为防汛提供有力的帮助。

3.5汇报材料生成系统可以通过执行用户自定义的动作，通过图片快照方式，抓拍查询或分析的图片或文字资料，并自动添加到防汛会商用的水情汇报多媒体中，自动生成汇报材料。