李长松 ，崔晓惠

（1.黄河水利委员会信息中心，河南 郑州 450004；2.黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003）

0 引言

凌汛，是冰凌对水流产生阻力而引起的江河水位明显上涨的水文现象。黄河宁蒙河段冬季受西伯利亚和蒙古一带冷空气的影响，天气寒冷，每年河道都要发生流凌、封冻、开河等凌汛事件，时间长达百余天。黄河水利委员会从 2003 年开始利用遥感技术对黄河凌情实施监测。针对黄河凌情时空跨度大、监测时效要求高的特点，采用 MODIS，ETM＋，TM，CBERS 和 RADAR-SAT 等多种卫星遥感资源组合应用的模式进行监测，有效跟踪了主要河段凌情的发生、发展和消退的全过程，准确监测了封、开河期的凌情状况，基本实现了黄河凌情的实时监测，为黄河防凌工作提供了有力的信息支持。

目前，黄河凌情遥感监测解译成果信息主要以传真方式将分析报告和影像地图提供给防汛部门，存在以下问题：信息传递效率较低，用户范围较小；无法实现与其它资料的叠加分析；无法实现与其它应用系统的集成；历史监测成果的存储与管理体制不完善。为此建设了黄河凌情遥感监测信息服务系统，此系统是基于遥感技术、地理信息系统和遥感影像数据库的信息服务系统，可实现凌情遥感监测成果的有效存储、发布、分析及与其它应用系统的集成。

1 系统需求分析

1.1 功能需求分析

1）实时凌情分析，查看最新的凌情信息解译成果，并与 GIS 底图或遥感影像图进行叠加分析；

2）历史凌情查看，查看某个历史时期的凌情信息；

3）凌情对比分析，对比分析多个指定日期的凌情信息；

4）凌情动态跟踪，对一段时间内的凌情动态变化趋势进行分析查看；

5）典型凌情事件，对历史上曾经出现的重大凌情事件的整个过程进行查看。

1.2 数据需求分析

1）卫星遥感影像信息。此信息是进行凌情遥感监测的主要依据，主要指处理后的图像数据，包括：MODIS，RADARSAT，ENVISAT，TM，CBERS，IRS 等卫星遥感影像。

2）凌情遥感解译成果信息。包括封开河、大堤偎水、灾情、冰边缘线等信息，需方便浏览与分析。

3）黄河流域地理信息数据。流域基础地理信息是进行定位、分析的基础。解译成果应该叠加在基础地理信息的基础上进行显示，遥感影像上应该叠加一定的地理图层，以方便影像阅读。基础地理信息包括流域行政区划、地名、居民点、交通线、河流、自然地理、人口等信息。

4）水情信息。主要是重要水文站的流量、水位信息。

2 系统总体设计

2.1 系统架构

黄河凌情遥感监测信息服务系统设计思路遵循“数字黄河”工程的总体规划设计，整个系统都将在数字黄河应用平台支撑下进行建设，以方便与其它应用的集成与信息服务共享。基于以上考虑，本系统整体架构基于 SOA（面向服务架构）进行构建。系统包括数据库层、数据存取层、业务逻辑层、表现层和地图服务 5 部分。数据库层负责系统相关数据的存储，本系统采用 Oracle 数据库；数据存取层将数据的存取操作封装成类，以方便业务逻辑层的调用；业务逻辑层完成系统相关凌情信息的提取及前后台交互，并封装成 Web Services 应用；表现层负责信息的呈现和地图的相关操作；GIS 和影像数据通过 ArcGIS Server 发布为标准的网络地图服务（WMS），同时系统还通过 Web Services 调用水情信息服务。整体系统架构如图 1 所示。

图1 面向服务的系统设计

2.2 系统业务流程设计

首先，由凌情遥感监测值班人员将凌情遥感监测的成果（包括遥感影像、解译成果等）通过ArcGIS 的空间数据引擎 ArcSDE 存储到 Oracle 数据库中；将遥感解译成果转换成 GeoRSS 格式，并通过 Web 应用服务器 IIS 发布。日常监测使用的MODIS 影像，只截取凌情关键点的局部，保存成图片；如果是高清影像，则叠加基础地理数据，使用ArcGIS 制作地图文档并发布为地图服务；应用层基于 ArcGIS Server JavaScript API 进行开发，实现基础底图地理服务与 GeoRSS 的聚合，客户端通过浏览器浏览查询。整个系统流程如图 2 所示。

2.3 系统构成

从功能上分析，系统包括以下内容：

1）实时凌情分析。包括凌情信息查询、地图加载及控制模块、凌情信息加载，其中凌情信息查询包括凌情记录、报告查询，水情、值班信息查询；凌情信息加载包括凌情影像、解译成果加载。

2）凌情对比分析。包括对比数据选取、窗口布局设置、分列对比、叠加对比 4 个模块。

3）凌情动态跟踪。包括对比数据选取、动画设置、操作控制、动画展示 4 个模块。

4）典型凌情事件。包括凌情事件管理、选择、展示。

5）历史凌情查看。查看历史时期的监测影像，与实时凌情分析相同。

整个系统构成如图 3 所示。

3 系统功能实现

黄河凌情遥感监测信息服务系统的主要服务对象是黄河防汛决策的工作人员，因此系统界面要求简洁明了、使用方便。系统主界面为最新的实时凌情分析。

3.1 实时凌情分析

系统主界面主要分 3 块区域，最上端为系统菜单；下边区域的左边为地图显示区域，用于显示凌情示意图和影像图，下边区域的右边栏采用折叠窗口显示凌情报告、水情、监测用影像、值班情况等相关信息，窗体的标题为当前选择监测日期。系统主界面如图 4 所示。

具体功能实现如下：

1）凌情记录查询。实现对凌情记录表的查询功能，返回符合条件的凌情记录编号。

图2 黄河凌情遥感监测信息服务业务流程

图3 黄河凌情遥感监测信息服务系统系统构成

2）凌情报告查询展示。实现对凌情报告的查询功能，返回符合条件的凌情报告。提供 2 种形式的返回结果，一种是包含有 HTML（文字标记语言）标签的凌情报告，用于实现图文联动；另一种是不包含HTML 标签的凌情报告，用于一般的浏览阅读。

3）水情信息查询展示。实现对重要水文站的水位、流量信息的查询。

4）值班信息查询展示。实现对凌情监测值班人员、带班领导相关信息的查询，包括姓名、电话、手机、邮件地址等。

5）地理底图的加载显示。根据需要加载适合的地理底图，地理底图包括示意图底图和影像图地标。系统默认加载示意图底图，当用户切换时，可转到影像图地标，并保持与示意图的同步。

6）相关的地图操作。地图的相关操作包括地图放大、缩小、全屏等操作，控制使用鼠标滑轮。底层调用Openlayers 类库的相关函数实现。

7）凌情信息加载。将凌情信息查询模块查询出的结果（与当前选择凌情日期匹配的结果），通过地图操作，加载到当前地图窗口，并进行符号化显示。

3.2 凌情对比分析

界面分 3 个区，左边为主显示区，用于显示分列的多个窗口或叠加显示的单窗口；右上为设置区，设定以示意图或影像图显示对比的数据、天数、方式（叠加或是分列）；右下为操作区，控制图层的透明度变换或窗口数据内容。系统可实现 2，4，6 图排列对比显示，同一窗口，不同透明度的对比显示。对比分析界面设计如图 5 所示。

1）对比数据选取。选择要参与对比的凌情监测数据。

图4 黄河凌情遥感监测信息服务系统主界面设计

图5 凌情对比分析界面设计

2）窗口布局设置。设置是以示意图为基准，还是以影像图为基准进行对比，缺省为影像图；设置地理底图是否显示；设置被对比的图幅数；设置排列方式。

3）分列对比。是指每次凌情监测数据占据 1 个窗口，窗口按布局设置进行排列。其中左上角的窗口（第 1 个窗口）为主窗口，对主窗口的操作会同时应用到其它窗口，对其它窗口的操作只应用到自身。

4）叠加对比。是将 2 次监测的数据叠加到一起，通过调节其中某次监测数据的透明度达到对比的效果。

3.3 凌情动态跟踪

首先从列表中选择要参与凌情动态跟踪显示的监测数据（系统默认为最近 6 次监测），设置时间间隔，以示意图或影像图展示、显示的范围，点击开始后在地图显示区域动画展示凌情的动态演进。界面分为 2 个区，左区为动画显示区，右区为设置区，控制区内容悬浮在动画显示区上方。界面效果如图 6 所示。

1）对比数据选取。数据选取的结果加入待选列表，用户还可以在待选列表中进行二次筛选，也可以直接提交选取结果。

2）动画设置。设置以示意图还是影像图为基准；设置是否显示地标；设置间隔秒数，即帧与帧之间的时间间隔，同时可以设置顺序或逆序播放；设置范围与比例尺。

3）操作控制。包括开始、停止、退出、重放；其中开始、停止为 1 个按钮，点击开始后，按钮变为停止；点击停止后，按钮变为开始。

图6 凌情动态跟踪界面设计

4）动画展示。按照设定的各项参数，在地图显示区域动态展示选取监测日期的凌情信息。

3.4 典型凌情事件

对于历史上曾经发生的该区域内的重要凌情事件进行信息整理、归纳，以便对该事件有个全面的了解。

事件的整理，信息内容不能只限于遥感内容，应是以遥感监测为主线，紧紧围绕凌情事件组织文字和影像，并对发生、发展过程用动画形式给出。例如：2008年3 月奎素决口，记录的内容包括决口时间、处理的现场照片、防汛抗旱指挥部办公室下发的指令、淹没情况及救灾情况等。事件的整理力求完整、系统、专业。本系统可实现以下任务：

1）凌情事件管理，对凌情事件进行编辑、整理、效果设计；

2）凌情事件查询，查询数据库中存储的凌情事件；

3）凌情事件展示，以地图、影像、报告等多种方式对凌情事件进行全方位描述。

3.5 历史凌情查看

历史凌情是以以往的监测影像为主，再现监测过程，包括示意图或影像图。用户选择要加载的凌情日期，如果数据库中有对应的监测记录，则查找相关参数，并返回凌情记录编号；利用实时凌情分析功能加载相关数据。

4 结语

利用多源遥感数据，结合地面水文观测，对黄河凌情进行立体监测，并将监测用影像和解译的凌情信息通过 GIS平台发布，提高了黄河凌情监测的准确性和监测成果的发布效率。系统采用将黄河凌情遥感监测解译成果以 GeoRSS格式发布的方式，是一种很好的发布轻量级公众 GIS 信息的方式，用户可既可以通过本系统浏览发布的信息服务查看最新的凌情信息，也可以将解译成果在公共的地图信息服务系统（如：Google Earth、Bing 3D 等）中加载，具有简单、灵活、高效的特点。这一方法现已应用于黄河河势遥感监测、防洪监测等成果的发布上，效果良好。

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