黑龙江省防汛指挥决策支持系统集成技术研究.pdf

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1、第卷第期年月中国水利水电科学研究院学报收稿日期作者简介陈煜男北京人高级工程师主要从事计算机网络系统集成和水信息技术等方面的研究文章编号黑龙江省防汛指挥决策支持系统集成技术研究陈煜刘东民王冠华逯波中国水利水电科学研究院信息网络中心北京黑龙江省防汛抗旱指挥部办公室黑龙江 哈尔滨摘要随着计算机应用系统规模的扩大和复杂程度的提高系统集成的重要性与日俱增已经成为影响系统研发建设成败的关键本文结合黑龙江省防汛指挥决策支持系统的研发建设实践介绍了省级防汛指挥决策支持系统的集成方法及其关键技术文章重点阐述了系统集成字模型的原理及其在省级防汛指挥系统建设中的应用并以黑龙江省防汛指挥决策支持系统为例着重介绍了功能

2、集成数据集成界面集成和平台集成的成功经验字模型是在以往系统集成模型基础上经过进一步的研究与提升而产生的系统集成新模型与以往的模型相比字模型具有集成层次结构更加明晰更加便于进行成果质量控制等显著优越性黑龙江省防汛指挥决策支持系统成功采用字模型进行系统集成其理论和实践成果可供同类信息化建设工程参考关键词防洪防汛指挥系统决策支持系统集成字模型中图分类号文献标识码随着计算机技术及其应用需求的不断发展计算机应用系统的规模愈来愈大其复杂程度也愈来愈高系统集成的重要性也因之而与日俱增已经逐渐成为影响系统研发建设成败的关键大型应用软件系统集成目前通常采用自底向上模型自顶向下模型树状层叠模型网状交叉模型和瀑布回

3、流模型等近年来字模型的应用也取得了较好的系统集成成果系统集成模型的理论和实践技术的研究正在不断发展和完善省级防汛指挥决策支持系统是基于多学科成果研发建设的大型专用信息化应用系统其系统的规模之大功能结构之复杂性能要求之严格对系统集成提出了更高和更加全面的技术要求本文结合黑龙江省防汛指挥决策支持系统的研发建设和系统集成实践在字模型的基础上经过进一步的提升和抽象提出了字模型系统集成方法并以黑龙江省防汛指挥决策支持系统为例介绍字模型原理及其在省级防汛指挥系统建设中的应用讨论大型应用软件系统的功能集成数据集成界面集成和平台集成的技术方法黑龙江省防汛指挥决策支持系统概况洪水汛情的突发性历史不重复性相关环境

4、的复杂性及洪水造成灾害的严重性决定了防汛指挥决策是难度大时效性强风险度高的决策防汛指挥决策是否正确是否及时将关系到防汛救灾工作的成败并将直接影响国民经济发展和人民生命财产安全影响国家经济社会的可持续发展我国的防汛指挥系统自上而下由国家七大流域省地市县或重点防洪工程等级体系组成省级防汛指挥系统工程主要由信息采集系统通信系统计算机网络系统和决策支持系统这四大部分组成其中决策支持系统是防汛指挥系统的核心在其他相关系统的设备通信信息网络等资源支持下提供对全省防汛指挥多方位和全过程的决策支持从而提高省级防汛指挥的工作质量和效率省级防汛指挥决策支持系统研发的总目标是根据省级防汛指挥的需要以防洪指挥经验和现

5、代技术为基础充分利用人工智能信息工程系统工程软件工程等技术手段建立面向全省防汛指挥应用的网络化决策支持系统该系统应具有防汛信息的实时接收动态管理综合服务和基于模型与知识的信息加工处理能力支持在全省尺度上实现可视化的实时汛情监视洪水预报灾情评估防洪调度电子会商和防汛抢险救灾指挥管理等专业处理逻辑实时完整地进行防汛信息的收集存储分析和处理快捷灵活的以图文声像一体化的多媒体和超文本方式密切结合本省实际提供雨情水情工情险情灾情等防汛指挥背景资料历史资料动态资料提供汛情动态分析异地会商和指挥决策支持机制从而有效提高洪水预报和险情预报的科学性准确性和及时性改善防洪调度手段支持迁安咨询及时向重点城市和蓄滞洪

6、区发布洪水警报收集反馈信息提供现代化的防洪减灾管理决策手段提高防汛指挥及其相关管理工作的效率质量效益和综合水平黑龙江省防汛指挥决策支持系统由十大专业子系统组成信息接收子系统负责接收来自防汛指挥分中心农业部门工程管理机构等的各类雨情水情工情灾情等信息根据信息的不同类型采用相应方式进行数据预处理再经过分类后将其存入数据库中并将有关信息及时转发给其他应用子系统使用气象产品应用子系统在气象部门提供的卫星云图气象观测资料数值预报产品和雷达测雨资料基础上结合短中长期天气预报信息针对水利行业特点和防汛指挥需要进行局部修正和实时校正等综合加工处理为水文预报提供专题信息同时密切监视天气和雨情发展变化趋势提供及时

7、定量定点专题气象信息查询服务信息服务子系统在数据库支持下提供气象雨情水情工情状况洪水预报防洪调度和灾情评估成果以及各类基本信息的查询并主动向相关用户发布成果信息和提供会商支持汛情监视子系统面向防汛值班人员自动运行于在线模式以实时采集的雨情水情工情信息为依据参照防汛背景资料历史资料经验参数和专业模型自动进行汛情实时监视和汛情预警并提供汛情发展趋势预测成果的查询显示服务洪水预报子系统根据实时水情信息和降雨预报过程进行主要河流重点水库和湖泊的洪水预报并对预报结果进行会商和分析提出综合性的洪水预报成果为防洪调度和防汛部署提供依据防洪调度子系统以河流水库蓄滞洪区等重大防洪工程和重点防洪城市为对象在防洪形

8、势分析的基础上运用数学模型进行洪水仿真模拟计算和防洪调度方案效果的分析比较通过设定或调整防洪工程运用参数生成多个可供选择的调度方案并对各方案进行可行性分析和洪灾损失初步估算提出多种方案的综合评价和比较结果提供会商讨论和指挥决策参考灾情评估子系统包括灾前评估灾中评估灾后评估灾前评估针对不同防洪调度方案预估洪涝灾害的影响范围和损失程度灾中评估在洪涝发生过程中根据预报调度结果和洪水淹没实测资料实时评估洪涝灾害影响和损失程度灾后评估根据实际发生的灾害损失统计情况针对各种防灾减灾方案实施情况进行分析和评估总结经验以提高防灾减灾决策能力防汛会商子系统对各子系统的分析成果进行重组和综合加工为水情分析和洪水量

9、级估计提供水情雨情工情灾情的动态详细资料背景资料和会商信息支持对决策预案的动态修正建立会商条件记录会商过程提供会商支持环境防汛指挥管理子系统针对防汛人员防汛部门抢险队伍防汛文档防汛物资防汛组织防汛经费工程项目和值班日志等指挥管理项目提供信息管理浏览查询文字处理数据统计电报译释报表生成和人力物资经费的分配与实时调度模型等决策支持功能用以提高防汛指挥管理工作效率和质量城市防洪子系统基于嵌入模型技术提供面向重点防洪城市的防洪预案设定洪水仿真模拟城市洪涝灾情评估城市防洪信息服务应急指挥调度城市防洪抢险救灾等城市防汛指挥辅助决策功能个子系统之间的业务流程相对独立平行运行系统内外部以及各子系统之间的数据通

10、过综合数据库和专用数据库进行交换系统的人机交互和信息显示在空间数据库的支持下基于技术实现与省级防汛指挥行政机构的层次结构相对应系统纵向分为省地市县或重点防洪工程级应用平台下级平台是上级平台的功能子集见图黑龙江省防汛指挥决策支持系统集成技术研究陈煜刘东民王冠华逯波图黑龙江省汛指挥决策支持系统逻辑结构考虑到黑龙江省防汛指挥决策支持系统是一个超大规模的复杂信息化应用工程既包含有软件成份又包含有硬件成份并且还涉及气象水文地质测绘网络通讯自动化监控计算机应用遥感遥测数值计算与模拟仿真等专业领域的产品和技术的协调运用为确保如此庞大复杂的系统成果具有先进性和实用性该项目采用国内一流的科研单位重点大学和著名软

11、件研发企业多家联合协同会战的形式开展研发建设工作为确保系统整体的功能性能效率和质量系统各部分在设计和开发的过程中自始至终都需要进行大量的协调沟通和互相配合有关设计思想技术路线开发工具功能结构运行环境和软件成果的界面风格等都必须协调一致各子系统之间的控制流程和信息传递也需要进行统一的规范和管理最终系统各部分的研发成果还必须能够集成在一起形成统一的大系统投入运行因此在研发过程中系统集成技术的运用就成为影响整个系统成败的关键字模型原理系统集成是根据用户需求和现有标准将各组成要素或子系统按照一定的规则组合成一个有机整体从而生成系统的全过程系统集成的内容过程一般包括根据用户需求约定参照当前标准优选各种技

12、术和产品将各个分离子系统及其基本要素连接组合成一个完整可靠经济有效的整体并使之能够彼此协调地运行发挥整体效益实现整体优化以追求达到整体性能最好功能最强成本最低的综合目标现代系统集成技术着重关心解决系统的结构性能成本和开放性可靠性可扩充性等六大问题系统结构指计算机应用系统各组成部分之间的相互关系是包含硬件软件网络算法和语言等的综合性概念即计算机系统的概念结构和功能特性系统结构的设计主要研究计算机的软硬件功能分配和确定人机交互方式目前流行的应用系统体系结构主要有结构结构结构和结构等系统性能是系统集成的最重要因素之一反映其优劣程度的参数主要有个即单位时间内每秒系统处理器群应答用户应用请求的能力网络整

13、体的吞吐能力系统各部件的性能优劣系统整体结构的科学性和合理性以及接口标准化程度和组装技巧等都是影响系统性能的重要因素系统成本经济成本是系统集成的另一个重要因素它要求从系统目标和用户需求出发经过充分论证选择适合的产品及其组合方案以追求最佳的效费比即花更少的钱获取更多的功能和更优的性能系统性能和系统成本是一对矛盾系统集成的主要任务之一就是在这一对矛盾之中寻找合适的平衡开放性它决定了系统的标准性和可移植性是计算机技术发展的必然趋势也是所有计算机产品用户最普遍的要求只有开放性好的系统才是有生命力的系统系统集成过程中的方案设计产品选型平台构建等步骤以及软件开发的全过程均应注重采用国际流行的工业标准以追求

14、更好的系统开放性可靠性是指系统运行要稳黑龙江省防汛指挥决策支持系统集成技术研究陈煜刘东民王冠华逯波定可靠追求尽可能低的系统故障率和尽可能高的故障恢复能力其技术指标是在一段时间内系统可供用户正常使用时间的比率硬件设施的可靠性依赖于关键设备部件的冗余软件系统的可靠性包括程序的正确性系统的稳定性和可维护性以及系统的容错容灾能力和系统的应用集成水平等可扩充性由于应用需求的不断发展网络规模的日益扩大和信息结构的日趋复杂系统应该具有良好的可扩充性能来适应这些发展和变化以满足系统投入运行之后网络节点的增加业务量的增长网络延伸距离的扩大和多媒体应用升级等需求采用标准的接口和协议选择具有良好扩充性的网络设备和网

15、络拓扑结构采用结构化布线等都是提高系统可扩充性的有效措施图字模型系统集成示意黑龙江省防汛指挥决策支持系统研发建设过程中采用字模型进行系统集成该集成模型的核心是采用有计划分步实施的方法进行复杂大系统的分层集成并将各层系统集成的内容及集成目标与系统设计的各阶段约定目标相对应其操作流程形如字母的形状故称其为字模型见图对于功能复杂的大型信息应用系统而言一般可将其自上而下划分成为个实体要素层次即应用系统分系统子系统模块组件每一层实体都是组成其上一层实体的基本要素系统设计过程沿字左侧竖划自顶向下进行经过需求分析总体设计概要设计详细设计等步骤逐步细化最终达到直接指导程序编码或要素制作的程度而系统集成过程则是

16、沿字右侧竖划自底向上进行先后经过功能集成数据集成界面集成平台集成等集成步骤最终完成整个应用系统的集成每一个层次的集成成果与相应阶段的系统设计目标相对应在字模型中其底部的横划自左至右表示软件的编码和调试过程在字下部的左右两个拐点进行程序代码与软件文档的结合也在此进行程序设计和代码功能的确认从而实现软件质量的关键控制字模型比之稍早时期应用的字模型具有集成层次结构更加明晰和更加便于进行成果质量控制的优点系统测试是确保系统集成质量的重要环节在字模型中系统测试与系统集成同步进行沿字右划自底向上进行经过单体测试组装测试集成测试验收测试等步骤而逐步完成系统测试的每一个步骤都证实系统设计相应阶段目标的实现情况

17、从而确认系统集成相应层次步骤的完成质量字模型系统集成实践黑龙江省防汛指挥决策支持系统是一个超大规模的复杂信息化应用工程采用多家联合协同会战的形式开展设计开发工作这种以分散式的子系统或子系统集合为单位独立研发的模式不可避免会存在各种问题影响系统整体的功能发挥性能保障和运行稳定也影响系统投入运行之后的管理维护和应用推广经过用户调研该系统在集成之前的分散式运行状况主要存在个方面的问题数据冗余运行效率低维护成本高可靠性差安全性弱界面风格差异大使用操作不够方便因此系统集成的工作目标经研究确定为根据用户需求和现有标准将以往分别进行详细设计和研究开发的个应用子系统以及商品软件和运行平台等系统要素按照集成方案

18、拟定的规则组合形成一个完整可靠安全有效的有机整体并使其各部分能够彼此协调地运行发挥整体效益具体应能达到项技术指标统一构建系统运行平台建立协调一致的数据通路建立应用服务器后备机制统一设计总控界面统一管理各类空间数据统一属性数据交换的接口对系统功能进行分层集成系统集成的实践过程遵循确保功能原则高性能原则高可靠性原则经济原则和灵活性原则统筹确定技术路线科学选择技术方法认真进行集成操作确保功能原则是指在系统集成过程中不允许以减少或降低运行平台和各子系统成果的原有功能为代价采用相应的技术和手段进行系统集成处理时应保障集成后的统一平台功能不会比集成之前的多个分散式平台的总和功能弱黑龙江省防汛指挥决策支持系

19、统集成技术研究陈煜刘东民王冠华逯波同样也应保障集成后的软件系统功能也不会比集成之前在多个平台上分别运行的软件功能总和差系统功能包括平台功能和应用功能两个方面平台功能是指系统运行平台集成之后的总体处理能力应用功能是指与防汛指挥业务密切相关的各个应用子系统的实用功能任何情况下都不能以牺牲或限制系统平台和应用功能为代价进行系统的组装和整合高性能原则是指在系统集成过程中应尽可能采用技术手段提高而不是降低系统的性能指标集成后的整体系统性能应该不低于集成之前分散运行的各子系统的平均性能如果在集成过程中遇到需要牺牲系统性能的处理时应该慎重考虑高可靠性原则是指在系统集成过程中应尽可能采取技术手段提高而不是降低

20、系统的可靠性经济性原则是指在系统集成过程中应尽可能采用技术手段降低而不是提高系统的开发建设和运行维护成本灵活性原则是指在系统集成过程中应尽可能采用灵活的技术手段来实现系统集成的目标而具体运用何种方法和技术并没有一成不变的约束规则系统集成的灵活性原则还允许随着运行环境的变更灵活机动的调整和修正系统集成的方案以提高系统集成方案的适用性另外也允许在不违背其它系统集成原则的基础上最大限度的优化集成过程和简化集成技术以降低系统集成本身的成本黑龙江省防汛指挥决策支持系统的集成过程按照图所示分为功能集成数据集成界面集成平台集成等个基本阶段的工作流程实施图系统集成主要工作内容的实施流程通过功能集成将分散运行的

21、若干应用子系统整合成为一个完整系统提高系统的内聚度降低系统运行平台和设备现场升级的难度简化应用软件升级更新过程降低系统日常维护的成本提高系统应用推广的可行性从而有效提高系统的综合性能和可维护性通过数据集成将空间数据进行整合同尺度数据使用统一数据源所有属性数据也都采用统一数据源不再另外保存副本从而彻底解决数据一致性问题消除由此造成的系统应用隐患确保系统应用功能正确实现并有效提高系统数据的使用效率通过界面集成将各子系统的人机交互接口整合在一个统一系统界面下进行管理有效统一了系统操作界面风格整合并简化了系统各部分的控制流程强化了系统异常处理能力进一步完善了系统在线帮助体系从而有效提高了系统的易用性和

22、可维护性确保系统稳定运行并获得良好效益使系统便于在更大范围进行推广应用在总控界面管理下进行系统的各类操作有效提高了系统易用性同时避免了越权操作和超限维护等操作级的安全性问题用户授权也可统一管理提高了系统操作的可靠性和安全性通过平台集成将应用服务器进行整合系统总控和各子系统的应用功能集中在同一台应用服务器上运行信息交互和控制转移均无需通过网络而在应用服务器本地内部实现使系统内部的信息交换摆脱了网络资源的局限从而有效提高系统运行效率集成后的系统仅保留一台服务器以往多台服务器相互干扰造成的各种弊端也就迎刃而解待条件成熟时还可以集中资金进行中心服务器的硬件升级进一步提高系统整体的运行效率将应用系统整合

23、到一起集中安装使之统一运行于一个平台上从而降低了系统运行平台的建设成本同黑龙江省防汛指挥决策支持系统集成技术研究陈煜刘东民王冠华逯波时确保系统成果向地市级移植推广的可行性将多个应用服务器整合在一起不但常规的系统备份与恢复处理流程可以大大简化仅需考虑对服务器进行集中式的定时备份还可以利用节省下来的服务器设备建立联机冷备份或双机热备机制有效提高系统整体运行的可靠性见图图平台集成拓扑黑龙江省防汛指挥决策支持系统于年汛前完成系统集成并投入试运行在汛期防汛指挥工作中发挥了重要作用该系统集成的成果目前已经在黑龙江省防办和哈尔滨大庆齐齐哈尔佳木斯等个市防办以及依兰县等松嫩干沿江重点防洪县市联网运行并将逐步推

24、广至全省范围应用结束语系统集成模型的选择是影响集成效果的决定性因素目前流行的自底向上模型自顶向下模型树状层叠模型网状交叉模型瀑布回流模型字模型等都因存在各种各样的问题而不同程度的影响着系统集成的质量和效益字模型是在上述流行的系统集成模型基础上经过进一步的研究和提升而产生的系统集成新模型与以往的模型相比字模型具有集成层次结构更加明晰和更加便于进行成果质量控制等显著优越性黑龙江省防汛指挥决策支持系统采用字模型进行系统集成取得了良好的成果其理论和实践成果可在我国各级防汛指挥系统建设中推广应用其成功经验亦可供其他大型水利信息化应用系统建设参考参考文献闫继军徐泽平等省级防汛指挥决策支持系统的建设与管理中

25、国水利水电科学研究院学报朱星明闫继军等水利信息化建设中的专业支撑软件研发进展水利规划与设计黑龙江省防汛指挥决策支持系统集成技术研究陈煜刘东民王冠华逯波张闻波朱星明等太子河流域水资源实时监控管理系统集成技术研究中国水利水电科学研究院学报闫继军陈煜刘东民等黑龙江省防汛指挥决策支持系统集成报告北京中国水利水电科学研究院责任编辑王成丽黄河水沙过程变异及河道的复杂响应简介由胡春宏等著科学出版社年月出版发行的黄河水沙过程变异及河道的复杂响应一书系根据国家重点基础研究发展规划项目项目之黄河水沙过程变异及河道的复杂响应课题的研究成果系统总结而成全书以水循环与水资源演化规律为基础以自然因素和人类活动双重作用下流

26、域水沙过程变异与河道萎缩为切入点揭示了水沙过程变异条件下河道产生小水大灾的机理并提出了黄河下游治理的调控措施主要研究成果包括三个模型的建立流域植被侵蚀动力学模型黄河中下游多系统互动泥沙数学模型萎缩性河道实体模型四项理论研究进展黄河下游河道的萎缩机理水沙过程变异规律与流域泥沙侵蚀搬运沉积机理黄河下游河道动力平衡临界阈值与调控机理黄河口水沙过程变异与演变响应四项应用研究进展大型水利枢纽联合运用对下游河道减淤的作用三门峡水库不同运用方式与降低潼关高程萎缩性河道的治理方向与调控措施黄河口的治理方向与调控措施本书可供从事泥沙运动力学河床演变与河道整治水土保持防洪减灾水沙资源优化配置与利用黄河治理等方面研究的科技人员及高等院校有关专业的师生参考全书万字定价元有购书者请与中国水利水电科学研究院泥沙所吉祖稳联系联系地址北京市车公庄西路号邮编联系电话黑龙江省防汛指挥决策支持系统集成技术研究陈煜刘东民王冠华逯波