劉小虎 劉 帥 周 峰

（1.淮河水利委員會(huì)水文局（信息中心）蚌埠 233000 2.安徽淮河水資源科技有限公司 蚌埠 233000）

1 項(xiàng)目概述

隨著淮河流域防汛工作對(duì)移動(dòng)服務(wù)的迫切需求，急需建設(shè)一套針對(duì)整個(gè)淮河流域片的“無線”查詢系統(tǒng)平臺(tái)來彌補(bǔ)有線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的局限性。利用無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)全流域的天氣信息、水雨情信息、旱情信息等進(jìn)行移動(dòng)查詢，實(shí)現(xiàn)防汛調(diào)度人員無論身在何處，都可以及時(shí)準(zhǔn)確地查詢到最新的防汛抗旱信息。淮委防汛通是基于淮委防汛信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊化，接口開放化，為技術(shù)更新與模塊升級(jí)留接口，維護(hù)較為方便，支持移動(dòng)查詢、無線上網(wǎng)，共享各種水情、雨情、天氣、旱情等數(shù)據(jù)。

2 建設(shè)目標(biāo)

該系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)利用新技術(shù)建成穩(wěn)定、可靠、實(shí)用、快速、先進(jìn)的全淮河流域片移動(dòng)查詢系統(tǒng)，保證在淮河汛期發(fā)布的各種防汛信息能以無線方式準(zhǔn)確、及時(shí)地傳遞到各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及防汛人員的終端手機(jī)上，提高防汛信息發(fā)布的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，為淮河防汛的科學(xué)決策提供有力的技術(shù)支撐。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 建設(shè)內(nèi)容

該系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容是在手機(jī)端查詢各種防汛相關(guān)信息，主要包括：實(shí)況降水、墑情、氣象、降水預(yù)報(bào)、汛情摘要、水情預(yù)報(bào)、雨情、水情實(shí)況、工情、告警、防汛文檔、歷史統(tǒng)計(jì)、通訊錄、關(guān)注信息、參數(shù)設(shè)置和發(fā)布網(wǎng)頁等。

3.2 設(shè)計(jì)框架

系統(tǒng)的邏輯框架分為三層體系，即人機(jī)交互層（主界面）、應(yīng)用層和信息支撐層。系統(tǒng)邏輯框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 淮河防汛通邏輯框架結(jié)構(gòu)圖

人機(jī)交互層提供交互式的I/O 通道，針對(duì)使用者的操作，完成對(duì)訪問者的統(tǒng)一管理，同時(shí)還提供便捷的輸出信息展示方式，如圖像、文字、聲音等各種形式展示。系統(tǒng)應(yīng)用層提供模塊支撐，完成應(yīng)用系統(tǒng)的各方面需求。系統(tǒng)信息支撐層提供數(shù)據(jù)庫(kù)支持以及各種提取模塊和算法模塊。

3.3 體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)淮河流域防汛信息移動(dòng)查詢業(yè)務(wù)特點(diǎn)，擬采用C/S 和B/S 相結(jié)合的方式，將系統(tǒng)建成既可以資源共享、又可靈活配置的實(shí)用系統(tǒng)。

系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)端及GIS 部分的交互以C/S 方式實(shí)現(xiàn)，功能展示豐富，同時(shí)避免在客戶端下載的數(shù)據(jù)量較大；實(shí)時(shí)雨、水情信息的發(fā)布通過網(wǎng)頁方式，構(gòu)建的系統(tǒng)以B/S 方式實(shí)現(xiàn)，用戶可通過訪問站點(diǎn)，及時(shí)獲取實(shí)時(shí)雨、水情等信息。系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖2 淮河防汛通體系結(jié)構(gòu)圖

3.4 系統(tǒng)開發(fā)工具和環(huán)境的設(shè)計(jì)

防汛通軟件的運(yùn)行環(huán)境較為寬泛，既要考慮服務(wù)端的多種操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，又要考慮移動(dòng)端不同手機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。因此，在采用開發(fā)工具時(shí)，需要充分考慮系統(tǒng)的跨平臺(tái)運(yùn)行的需要。

3.4.1 開發(fā)工具

手機(jī)開發(fā)，采用混合模式開發(fā)App，介于Web-App 和Native-App 兩者之間的App 客戶端，兼有Native-App 良好用戶交互體驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)及Web-App 跨平臺(tái)開發(fā)優(yōu)勢(shì)。主要采用最新vue3.0 系列框架。

服務(wù)端采用跨平臺(tái)、可移植的Java 語言作為后端編程語言。使用目前比較流行的Java 框架spring boot 來搭建后臺(tái)服務(wù)。

3.4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境

根據(jù)App 系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的要求，選用國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)或SQL Server、Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。

3.4.3 Gis 環(huán)境

該系統(tǒng)提供地圖查詢的功能。因此，需要配置Gis 開發(fā)環(huán)境。從淮河的防汛需求出發(fā)，選用百度地圖發(fā)布的API 系列軟件產(chǎn)品作為地圖瀏覽工具，百度地圖API 是專為移動(dòng)GIS 及野外制圖應(yīng)用設(shè)計(jì)的。通過移動(dòng)手機(jī)和手持設(shè)備為野外工作者提供制圖、GIS 及GPS 集成功能。數(shù)據(jù)展示方便而快捷，提高了野外數(shù)據(jù)的可利用性。百度地圖提供了以下功能：地圖導(dǎo)航，包括漫游、放大、縮放及確定當(dāng)前GPS 的中心位置；為識(shí)別屬性進(jìn)行的數(shù)據(jù)查詢，超級(jí)鏈接以及屬性定位；地圖距離、面積、方向量測(cè)；GPS 導(dǎo)航；GIS 野外作業(yè)的應(yīng)用開發(fā)。

3.5 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境設(shè)計(jì)

3.5.1 手機(jī)終端設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：4G/5G；主屏尺寸：5.5 英寸以上；主屏分辨率：2560×1440 像素；后置攝像頭：1600萬像素；前置攝像頭：500 萬像素；電池容量：2550mAh；CPU：四核；內(nèi)存：≥3GB；操作系統(tǒng)：安卓、蘋果。

3.5.2 服務(wù)端設(shè)備

CPU4 核，主頻3GHz 以上；硬盤：800GB 以上；內(nèi)存：4GB 以上。

3.5.3 軟件環(huán)境

Web 服務(wù)器操作系統(tǒng)：Windows Server2008/2012、國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器操作系統(tǒng)：Windows Server2008/2012、國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)；手機(jī)端系統(tǒng)：安卓系統(tǒng)、蘋果系統(tǒng)。

3.6 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的可靠和安全是貫穿于系統(tǒng)建設(shè)過程的中心環(huán)節(jié)之一。從軟件的設(shè)計(jì)、調(diào)試到系統(tǒng)最終的上網(wǎng)運(yùn)行，高度的可靠性和安全機(jī)制是最應(yīng)該關(guān)心的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。指定授權(quán)訪問，確定用戶的身份種類，統(tǒng)一用戶身份的鑒別機(jī)制、登錄機(jī)制，授權(quán)訪問系統(tǒng)的內(nèi)容由鑒別服務(wù)、密碼服務(wù)、授權(quán)服務(wù)及完整性服務(wù)組成。

3.6.1 鑒別服務(wù)

驗(yàn)證依據(jù)：由用戶名和口令組成。

安全要求：在對(duì)用戶身份驗(yàn)證過程時(shí)，口令不能以明文方式傳輸，要加密；口令不能以明文方式存放，要加密存放；用戶輸入明文口令，在內(nèi)存保留的時(shí)間要盡量的短，用后銷毀；一次身份驗(yàn)證只限于當(dāng)次登錄，其壽命和會(huì)話長(zhǎng)度相等；另外，網(wǎng)絡(luò)中的求他驗(yàn)證過程對(duì)于用戶是透明的，驗(yàn)證技術(shù)核心是口令，口令內(nèi)容需要符合規(guī)定，不少于6 個(gè)字符；口令加密算法采用MD5。

3.6.2 授權(quán)服務(wù)

用戶經(jīng)鑒別進(jìn)入系統(tǒng)后，授權(quán)服務(wù)賦予用戶對(duì)資源訪問權(quán)限。訪問權(quán)限規(guī)定何種用戶對(duì)于何種資源有何種操作權(quán)力。

形式：采用訪問控制列表（ACL），必須由網(wǎng)絡(luò)管理員、用戶設(shè)定。

用戶權(quán)限：按用戶身份種類劃分，用戶的身份種類按密級(jí)及分工劃分。

密級(jí)：內(nèi)部、敏感、普通。

取不同凍藏時(shí)間的冷凍面團(tuán)，利用FID試驗(yàn)調(diào)節(jié)共振中心頻率，CPMG脈沖序列測(cè)量樣品的自旋弛豫時(shí)間(T2)，稱取面團(tuán)(3.0±0.01) g放入試管中，置于永久磁場(chǎng)中心位置射頻線圈的中心，進(jìn)行CPMG脈沖序列的掃描試驗(yàn)。CPMG試驗(yàn)參數(shù)：主頻=21（MHz）,偏移頻率=99315.9（MHz），采樣點(diǎn)數(shù)TD=156492，重復(fù)掃描次數(shù)NS=64，重復(fù)時(shí)間TR=1500 ms，半回波時(shí)間τ=7 μs，溫度=32 ℃。利用T2反演擬合軟件對(duì)CPMG弛豫衰減曲線進(jìn)行反演得到弛豫圖譜和T2[10]。

分工：系統(tǒng)開發(fā)人員、系統(tǒng)管理員、項(xiàng)目管理員、操作員、用戶（一般用戶、特殊用戶）。

目錄和權(quán)限：定義用戶對(duì)文件的讀、寫、修改、執(zhí)行的權(quán)力。

控制類型：采用C2 級(jí)（受控保護(hù)），自主訪問控制，安全登錄，用戶及數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)，個(gè)體審計(jì)。

3.6.3 密碼服務(wù)

為用戶登錄、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)傳輸提供加密機(jī)制。

方式：口令加密、數(shù)字簽名、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)完整性鑒別。

加密算法：采用DES、RSA 及MD5 等算法。

3.6.4 完整性服務(wù)

為保證數(shù)據(jù)的完整性，提供檢測(cè)、預(yù)防、恢復(fù)等手段。

通信數(shù)據(jù)的完整性：包括數(shù)據(jù)單元完整性和數(shù)據(jù)單元序列完整性，采用數(shù)字簽名、CRC 校驗(yàn)和報(bào)文認(rèn)證技術(shù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)完整性：保證增、刪、改操作時(shí)，不因故障造成數(shù)據(jù)不一致。

4 功能描述

4.1 主模塊

在安裝后第一次運(yùn)行軟件時(shí)，需要注冊(cè)及登錄。注冊(cè)成功后需管理員后臺(tái)確認(rèn)信息開通使用權(quán)限，才能通過登錄界面輸入正確的賬號(hào)、密碼使用本系統(tǒng)。

4.2 實(shí)況降水

對(duì)全流域近3 天的實(shí)況降水制作和查詢。包括今日降水、昨日降水、前日降水、近三天降水累計(jì)。展示降雨分布圖和區(qū)域面雨量及水量。

4.3 墑情信息

展示全流域當(dāng)前時(shí)間的墑情站點(diǎn)信息：以報(bào)表的方式顯示10cm、20cm、40cm 深度的墑情；點(diǎn)擊查詢按鈕可根據(jù)站名、時(shí)間查詢。

4.4 水情信息

對(duì)淮河流域所有水情信息查詢，顯示測(cè)站水位過程線。對(duì)每個(gè)類型都生成相應(yīng)的報(bào)表及水位流量過程線，報(bào)表展示測(cè)站名稱、時(shí)間、水位、變化情況等信息。具體功能：測(cè)站按站類分類，以報(bào)表方式展示，包括河道閘壩、水庫(kù)、湖泊；測(cè)站按重要性排序，如超警的站點(diǎn)，放在最前；選擇某測(cè)站后，可以顯示的詳細(xì)信息，包括水位過程線、地圖位置及基本信息；可以對(duì)關(guān)心的測(cè)站關(guān)注，關(guān)注后該測(cè)站信息可以在關(guān)注功能里打開；在報(bào)表的最下方，有對(duì)超警站點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)。

4.5 云圖雷達(dá)

以圖片的方式展示近6 天的衛(wèi)星云圖、全國(guó)雷達(dá)、流域雷達(dá)。

4.6 降水預(yù)報(bào)

展示區(qū)域內(nèi)未來一段時(shí)間的數(shù)值降雨預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)以圖片的方式展示。

4.7 汛情摘要

以圖文的方式展示全流域水雨情及天氣的摘要信息：展示最近6 天的汛情摘要，摘要信息由后臺(tái)軟件生成并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中；摘要內(nèi)容包括雨情、河道閘壩水情、水庫(kù)湖泊水情。

4.8 氣象信息

提供衛(wèi)星云圖、降雨雷達(dá)圖及臺(tái)風(fēng)路徑、天氣圖的查詢及放大、縮小、動(dòng)畫等功能。系統(tǒng)通過服務(wù)端的云圖、雷達(dá)信息、臺(tái)風(fēng)采集模塊自動(dòng)按設(shè)定的數(shù)據(jù)源進(jìn)行采集、更新和優(yōu)化，供App 用戶訪問。具體功能：云圖展示風(fēng)云4 號(hào)全國(guó)范圍圖，雷達(dá)顯示華東區(qū)雷達(dá)；展示最近一段時(shí)間的圖像；手動(dòng)滑動(dòng)或點(diǎn)擊左右箭頭，可以向前、向后播放；手動(dòng)點(diǎn)擊圖像，可以彈出該圖，用手勢(shì)可以放大顯示；點(diǎn)擊下面的自動(dòng)播放，可以自動(dòng)播放圖像；臺(tái)風(fēng)以地圖的方式展示路徑。

4.9 預(yù)報(bào)信息

顯示流域片實(shí)時(shí)水情預(yù)報(bào)和當(dāng)?shù)貧庀箢A(yù)報(bào)，包括每日天氣預(yù)報(bào)，洪水期間的水情預(yù)報(bào)等。具體功能：文檔為后臺(tái)處理并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)；界面提供旋轉(zhuǎn)和放大功能。

4.10 雨情信息

提供最近7 天的流域降雨分布圖和面雨量信息，展示最近3 天的區(qū)域降雨分布圖；通過手勢(shì)滑動(dòng)，可以查詢各日雨量；報(bào)表展示當(dāng)日的區(qū)域面雨量和水量；報(bào)表展示各站點(diǎn)雨量，并按大小排序；點(diǎn)擊查詢站點(diǎn)各時(shí)次降雨柱狀圖、站點(diǎn)位置和基本信息；可以查詢一個(gè)站點(diǎn)的雨量；展示最近24 小時(shí)的降雨動(dòng)畫。

4.11 工情信息

該模塊展示區(qū)域內(nèi)各水利工程的信息，包括水庫(kù)閘壩的開啟、下泄流量等。具體功能：以報(bào)表方式顯示水庫(kù)、閘壩的信息，包括開啟孔數(shù)、開啟高度、流量等；點(diǎn)擊某工程，可以顯示該工程的水情信息，包括過程線、基本信息、地理位置。

4.12 告警信息

該模塊展示區(qū)域內(nèi)當(dāng)前時(shí)間的超警站點(diǎn)信息。具體功能：所有超警信息在地圖上閃爍展示，并可以手勢(shì)放大；報(bào)表展示所有超警信息；在圖上或報(bào)表中選擇某測(cè)站，可以顯示該測(cè)站的詳細(xì)信息。

4.13 防汛文檔

該模塊可以查詢各種防汛文檔：文檔以pdf 或word 的方式從后臺(tái)發(fā)布到數(shù)據(jù)庫(kù)，在App 界面打開文檔展示，界面提供旋轉(zhuǎn)、放大縮小等功能。

4.14 歷史統(tǒng)計(jì)

可以查詢各種歷史統(tǒng)計(jì)文檔：文檔以pdf 或word 的方式從后臺(tái)發(fā)布到數(shù)據(jù)庫(kù)，在App 界面打開文檔展示，界面提供旋轉(zhuǎn)、放大縮小等功能。

4.15 通訊錄

本模塊提供防汛通訊錄，保存防汛相關(guān)人員聯(lián)系方式，內(nèi)容包括姓名、手機(jī)號(hào)碼、住宅電話及地址等?？芍苯釉谕ㄓ嶄洆艹鎏?hào)碼，并按單位、姓名提供分類功能。同時(shí)，通訊錄可從服務(wù)器端進(jìn)行信息更新。

5 結(jié)語

該系統(tǒng)于2017年正式發(fā)布?；次姥聪嚓P(guān)部門及各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)都在各自的手機(jī)上安裝了該系統(tǒng)。其在2018—2022年的汛期防汛中發(fā)揮了重要作用。隨著普及應(yīng)用，該系統(tǒng)在全國(guó)水利系統(tǒng)防汛部門產(chǎn)生了較大影響。江蘇水利廳、山東水利廳、湖北水利廳及一些地市防汛部門先后引進(jìn)了該系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)成為淮河流域防汛的重要技術(shù)支撐，協(xié)助各級(jí)防汛部門時(shí)刻監(jiān)視著全流域的汛情變化情況。在應(yīng)用中，該系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際需求，不斷完善，逐步求精，提升技術(shù)含量和應(yīng)用水平，為淮河水利信息化事業(yè)做出重要的貢獻(xiàn)■