鄒冰玉，陳瑜彬，秦 昊

（水利部長江水利委員會水文局，430010，武漢）

長江水文預(yù)報服務(wù)平臺設(shè)計與開發(fā)

鄒冰玉，陳瑜彬，秦 昊

（水利部長江水利委員會水文局，430010，武漢）

水文預(yù)報；服務(wù)平臺；設(shè)計與開發(fā)；預(yù)報產(chǎn)品；預(yù)報服務(wù)

水文情報預(yù)報是防汛的 “耳目”和“參謀”，數(shù)十年來為防洪減災(zāi)作出了巨大貢獻(xiàn)。近年水文預(yù)報從以往的單一防汛預(yù)報變?yōu)槌Ｄ觐A(yù)報、防汛抗旱預(yù)報并重，隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，水資源綜合利用、水生態(tài)水環(huán)境保護(hù)、中小河流山洪預(yù)警、城市防洪、水利工程施工以及各種應(yīng)急搶險等都對水文預(yù)報提出了需求。尤其是在“十三五”時期，水文預(yù)報不僅要為專業(yè)技術(shù)、科學(xué)決策提供支撐，還需直接面向社會服務(wù)，讓更多民眾了解水文預(yù)報、使用水文預(yù)報。隨著預(yù)報領(lǐng)域和預(yù)報服務(wù)層次得到拓展，預(yù)報產(chǎn)品類別將更加多樣，精度要求也更高，目前的技術(shù)手段已不能完全滿足需求，需要利用“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化手段，建立集預(yù)報分析計算，預(yù)報產(chǎn)品生成、管理、服務(wù)等于一體的系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)各類預(yù)報服務(wù)，提升預(yù)報服務(wù)能力。

一、總體目標(biāo)

圍繞長江水文預(yù)報服務(wù)需求，開展預(yù)報技術(shù)研究，深化預(yù)報成果產(chǎn)品，拓展預(yù)報服務(wù)項目，在現(xiàn)有長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上，集成各類技術(shù)，打造長江水文預(yù)報服務(wù)平臺，實現(xiàn)水文氣象預(yù)報及各類預(yù)報產(chǎn)品分析制作、加工、服務(wù)發(fā)布及管理的一體化作業(yè)。同時，研究預(yù)報服務(wù)社會化的方法和途徑，嘗試開辟專門通道公布民眾關(guān)注的預(yù)報信息，更好地發(fā)揮預(yù)報的作用。

二、技術(shù)難點

①服務(wù)項目的不確定性，變化環(huán)境下的水文氣象預(yù)報非常復(fù)雜，會有新問題不斷出現(xiàn)，有時難以保證預(yù)報精度。

②服務(wù)需求難以清晰描述，不同服務(wù)對象和主體對預(yù)報的認(rèn)識不同，社會公眾對預(yù)報成果形成正確認(rèn)識有較長過程，只有充分了解水情預(yù)報及其作用時，水情預(yù)報服務(wù)才能較好地被應(yīng)用。

③服務(wù)跟蹤及服務(wù)效果評判較難。

④經(jīng)過多年積累和開發(fā)完善，預(yù)報調(diào)度等系統(tǒng)軟件由最初僅完成作業(yè)計算，發(fā)展到目前的計算與專家交互結(jié)合、預(yù)報調(diào)度會商一體，取得了很大進(jìn)步。但是，預(yù)報發(fā)布值的最后確定、水雨情分析服務(wù)、成果及各類預(yù)報服務(wù)產(chǎn)品的管理等并沒有擺脫傳統(tǒng)手工的最后環(huán)節(jié)。

三、主要技術(shù)路線

①融合各類服務(wù)需求，分析預(yù)報成果、產(chǎn)品、軟件資源、技術(shù)成果顆粒化及歸類方法，抽象歸類，按照信息和產(chǎn)品類別建立目錄樹和檔案庫。

②分析研究預(yù)報技術(shù)和各類預(yù)報產(chǎn)品生成方法和共享途徑，根據(jù)服務(wù)對象，確定服務(wù)方式和手段，建立預(yù)報服務(wù)體系。

③搭建開放式的水文預(yù)報服務(wù)平臺，集成各類技術(shù)，并打造產(chǎn)品加工和服務(wù)中心，分析研究信息融合加工技術(shù)，對水文氣象信息及預(yù)報成果進(jìn)行深加工，形成各類服務(wù)產(chǎn)品，完成服務(wù)發(fā)布，實現(xiàn)水文氣象預(yù)報及各類服務(wù)產(chǎn)品的分析制作、發(fā)布及業(yè)務(wù)管理的一體化作業(yè)，為預(yù)報預(yù)警、調(diào)度決策等各類服務(wù)提供技術(shù)支撐。

④通過網(wǎng)站、微信、APP等工具，公布預(yù)報產(chǎn)品目錄，提供產(chǎn)品定制通道，并按產(chǎn)品信息類別、信息量大小、信息用途等設(shè)置免費或付費等服務(wù)方式。

⑤社會化服務(wù)按技術(shù)成熟程度分階段實施，在現(xiàn)階段向社會公眾主要發(fā)布強(qiáng)降雨及洪水預(yù)報信息，告知預(yù)報站未來水位變化范圍、危險程度、影響區(qū)域等。

⑥研究大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，跟蹤服務(wù)需求,做到主動服務(wù)、“貼心”服務(wù)。

四、平臺設(shè)計與開發(fā)

1.平臺設(shè)計理念

①開放式的框架結(jié)構(gòu)，功能菜單、數(shù)據(jù)源、預(yù)報產(chǎn)品生成體系等均設(shè)計為開放式。

②成果產(chǎn)品化，軟件“零件化”，功能模塊化。在整合現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開發(fā)完善預(yù)報調(diào)度模型庫、調(diào)度規(guī)則庫。

③軟件開發(fā)盡量通用、開放，形成軟件“資源庫”，方便升級維護(hù)和功能組裝。

④建立預(yù)報產(chǎn)品“加工廠”，負(fù)責(zé)各類產(chǎn)品的生成和深加工。

⑤配置產(chǎn)品“管理中心”，負(fù)責(zé)產(chǎn)品信息的維護(hù)管理、產(chǎn)品的維護(hù)管理和分發(fā)。

2.預(yù)報產(chǎn)品設(shè)計

預(yù)報服務(wù)產(chǎn)品按服務(wù)領(lǐng)域進(jìn)行分類，分別建立目錄樹、分支和節(jié)點分類索引。預(yù)報產(chǎn)品目錄樹通過配置納入平臺，可通過配置的維護(hù)管理功能進(jìn)行增刪改。

（1）預(yù)報內(nèi)容

水文預(yù)報可提供的預(yù)報信息主要包括水位/流量洪峰、過程、最低/最小值、次洪水量、年月旬日平均水量等，其中水資源預(yù)報主要注重水量，生態(tài)調(diào)度還需關(guān)注流速，對于水庫調(diào)度、水資源綜合利用、水生態(tài)等還包括預(yù)報調(diào)度方案。

居住地臨近水域的居民容易受到洪水威脅，因此需要預(yù)報洪水的發(fā)生、持續(xù)時間及峰高等。中小河流及山洪預(yù)警還需通過暴雨預(yù)報發(fā)布預(yù)警。

（2）水雨情報告

對各預(yù)報成果進(jìn)行必要的對比分析，如與歷史比較、與前期比較等，形成各類預(yù)報產(chǎn)品。

（3）預(yù)報服務(wù)類別

①防汛預(yù)報，包括短期、中期、長期、延伸期預(yù)報，水雨情分析產(chǎn)品，預(yù)報預(yù)警信息等。

②旱情預(yù)報，包括面（行政區(qū)劃）持續(xù)無雨日數(shù)、最低水位、最小流量、時段內(nèi)變化趨勢、旱警信息等。

③水資源預(yù)報，包括來水量（日旬月季年）預(yù)報、需用水預(yù)報等。

④社會公眾預(yù)報服務(wù)，包括點面（行政區(qū)劃）強(qiáng)降雨、持續(xù)無雨日、最高/最低水位、最大/最小流量、時段內(nèi)變化趨勢、超警信息等。

（4）服務(wù)方式和手段

根據(jù)對象不同，預(yù)報服務(wù)按產(chǎn)品信息公布和專項服務(wù)兩種模式實現(xiàn)?？蓪㈤_發(fā)產(chǎn)品宣傳頁置入具有影響力的門戶網(wǎng)站等，或通過網(wǎng)站、微信、APP等工具，公布預(yù)報產(chǎn)品目錄，提供產(chǎn)品定制通道，并按產(chǎn)品信息類別、信息量大小、信息用途等設(shè)置免費、付費等服務(wù)方式。同時，可以借鑒互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)營理念。

3.長江水文預(yù)報服務(wù)平臺設(shè)計開發(fā)

（1）主要功能及平臺界面

考慮長江水文信息化建設(shè)的統(tǒng)一思路和框架，在繼續(xù)完善已完成的長江防洪預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)基礎(chǔ)上，搭建開放式的長江水文預(yù)報服務(wù)平臺，實現(xiàn)洪水預(yù)報、水資源預(yù)報、旱情預(yù)報等各類水文氣象預(yù)報、水量分配調(diào)度、聯(lián)合預(yù)報調(diào)度等預(yù)報調(diào)度一體化，以及信息監(jiān)控預(yù)警、信息服務(wù)、管理等功能。

（2）平臺開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

平臺采用三層架構(gòu)，應(yīng)用基于HTML5的富客戶端技術(shù)，由應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系及信息安全體系構(gòu)成。建立數(shù)據(jù)加工廠，對原始數(shù)據(jù)加工后存儲使用；建立產(chǎn)品加工中心，完成各類產(chǎn)品的生成；考慮現(xiàn)有資源的集成和利用，創(chuàng)建基于 WCF （WindowsCommunication Foundation，微軟數(shù)據(jù)通信框架）的預(yù)報調(diào)度服務(wù)框架體系。平臺的數(shù)據(jù)訪問采用封裝技術(shù)，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口。應(yīng)用層用于實現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯，直接面向用戶提供應(yīng)用功能。服務(wù)層采用SOA架構(gòu)，把平臺所需各項業(yè)務(wù)功能，通過服務(wù)的方式發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，供應(yīng)用層以及其他系統(tǒng)調(diào)用。這種方式實現(xiàn)了前端界面展示與后臺業(yè)務(wù)處理完全分離，確保了預(yù)報等各類計算的一致性和通用性。此外，通過對業(yè)務(wù)邏輯的梳理和拆分，降低了系統(tǒng)的耦合性，提高了擴(kuò)展性和可控性。

（3）總體部署方案

平臺具體部署時采用服務(wù)模式分布式部署，除了利用服務(wù)機(jī)制實現(xiàn)通用計算和業(yè)務(wù)分離，還使用分布式計算框架，將所有計算服務(wù)均部署在分布式計算節(jié)點上，提高計算速度和處理效率，利用集群進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過負(fù)載均衡機(jī)制，保證用戶的請求可以得到實時響應(yīng)。

（4）安全保障體系

從物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全及安全管理等多方面保障系統(tǒng)的安全性。平臺采用授權(quán)訪問模式，權(quán)限的粒度精確到各個模塊，所有的上傳、下載、修改都有完整的審計功能，保證信息服務(wù)的可追溯性。為了保障計算數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸安全，所有計算服務(wù)接口都采用訪問控制措施，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。對數(shù)據(jù)的操作都是通過服務(wù)的方式進(jìn)行，無法直接訪問數(shù)據(jù)庫，防止對底層數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改。

五、結(jié) 語

①借助先進(jìn)技術(shù)，采用分布式架構(gòu)，打造長江水文預(yù)報技術(shù)和服務(wù)平臺，實現(xiàn)水文氣象預(yù)報及各類預(yù)報產(chǎn)品的分析制作、加工、發(fā)布及管理的一體化作業(yè)，為高效、便捷的預(yù)報服務(wù)提供良好的技術(shù)支撐。

②服務(wù)與需求是一個不斷磨合的過程，不同服務(wù)對象和主體對預(yù)報的認(rèn)識不同，社會公眾對預(yù)報成果形成正確認(rèn)識有較長過程，只有充分互動、相互調(diào)整適應(yīng)，水情預(yù)報才能被較好地應(yīng)用，搭建服務(wù)平臺將有助于促進(jìn)雙方溝通交流和互動，加速預(yù)報服務(wù)社會化進(jìn)程，發(fā)揮預(yù)報作用。

③圍繞長江水文預(yù)報需求，打造預(yù)報技術(shù)與管理相結(jié)合的長江水文預(yù)報服務(wù)平臺是一項長期的任務(wù)，需要持續(xù)跟蹤關(guān)注，不斷強(qiáng)化預(yù)報技術(shù)研究，構(gòu)建預(yù)報服務(wù)體系，實現(xiàn)預(yù)報產(chǎn)品制作、會商決策等產(chǎn)品服務(wù)，發(fā)揮預(yù)報技術(shù)支撐作用。

P33+TP393

B

1000-1123（2017）19-0013-02

2017-09-26

鄒冰玉，教授級高級工程師，主要從事水文預(yù)報技術(shù)研究及管理工作。

責(zé)任編輯 董明銳