Estándares de control de inundaciones urbanas 2017 [Sistema de apoyo a la gestión del control de inundaciones de Shenzhen]
Las inundaciones son uno de los desastres naturales más graves, especialmente en entornos urbanos, donde las consecuencias son particularmente graves debido a las grandes poblaciones y las instalaciones densamente pobladas y costosas. El éxito de la construcción de sistemas de control de inundaciones urbanas está directamente relacionado con el desarrollo económico de la ciudad y la seguridad personal de las personas. Por lo tanto, los gobiernos de todos los niveles otorgan gran importancia a la construcción de sistemas de control de inundaciones. 3S tiene ventajas en el posicionamiento, adquisición, análisis y gestión de información geoespacial en tiempo real y puede desempeñar un papel importante en el control de inundaciones urbanas.
Construcción del sistema de apoyo a la gestión del control de inundaciones de Shenzhen
La ciudad de Shenzhen está ubicada en la costa central de la provincia de Guangdong, limitando al oeste con el estuario del río Perla y el océano Lingding, con la ciudad de Zhongshan y la ciudad de Zhuhai. al sur y el río Shenzhen al sur, limita con la bahía de Daya al este, la península de Pinghai del condado de Huidong y las ciudades de Dongguan y Huiyang al norte. Shenzhen está situada cerca del Mar de China Meridional, una zona propensa a tifones e inundaciones. Las inundaciones en Shenzhen se deben principalmente a las fuertes lluvias. El relieve de la ciudad está dominado por colinas, y el 62% del área tiene una pendiente del terreno superior a 3 grados. Los ríos principales son pequeños, con un área de drenaje de menos de 400 kilómetros cuadrados. Shenzhen es una zona húmeda del sur con gran producción y tráfico. Además, la pendiente media del río es relativamente grande, y es un río de tamaño pequeño y mediano con arroyos de montaña. Esta característica de la cuenca da como resultado un tiempo promedio de confluencia corto, un módulo de flujo máximo grande y un proceso de inundación gradual, que generalmente dura varias horas, manifestándose como un rápido ascenso y descenso de los arroyos de montaña. En la década de 1990, hubo dos inundaciones en Shenzhen, cada una de las cuales causó pérdidas económicas de más de mil millones de yuanes. El sistema de apoyo a la gestión del control de inundaciones urbanas basado en la tecnología 3S integra orgánicamente las medidas de ingeniería de conservación del agua existentes y las medidas no relacionadas con la ingeniería para formar un sistema completo de apoyo a la gestión del control de inundaciones de Shenzhen. (Figura 1)
El sistema tiene las siguientes características:
(1) Integra orgánicamente varios módulos principales: monitoreo automático de las instalaciones de control de inundaciones, pronóstico de inundaciones, despacho de inundaciones, control de inundaciones. servicios de información y consultas sobre control de inundaciones, realizando un sistema de integración de información que satisfaga los procesos comerciales de diferentes grupos de usuarios, como la capa de toma de decisiones de liderazgo, la capa de procesamiento comercial y la capa de mantenimiento técnico.
(2) Se exploraron los modelos de aplicación de bases de datos espaciales, bases de datos integrales, estándares de conversión, estándares de desarrollo tecnológico y estándares de datos involucrados en la construcción de sistemas de información de apoyo a la gestión del control de inundaciones urbanas.
(3) Se exploró el modelo de construcción del sistema de apoyo a la gestión del control de inundaciones para edificios urbanos, áreas residenciales y áreas comerciales intensivas basado en mapas topográficos a gran escala e integrando bases de datos espaciales básicas de imágenes de teledetección de alta resolución. .
(4) Tome en consideración en general muchos factores, como la descarga de embalses, el drenaje de áreas clave de control de inundaciones, la apertura y cierre de compuertas de ríos, los niveles de marea donde los ríos desembocan en el mar, la capacidad de detención de inundaciones de las áreas de detención de inundaciones. , etc., para lograr una gestión visual, interactiva, en tiempo real o precisa del control de inundaciones urbanas.
(5) Utilizando GIS como línea principal, combinado con tecnologías relacionadas como posicionamiento GPS, comunicación inalámbrica PDA, transmisión de video inalámbrica, control remoto de automatización, etc., el tiempo real, la seguridad y la practicidad de el sistema está mejorado.
Diseño general
El sistema de apoyo a la gestión del control de inundaciones es un proyecto de sistema complejo que incluye tecnología de la información y la comunicación, gestión y toma de decisiones de control de inundaciones y socorro en casos de desastre, pronóstico de inundaciones y despacho científico. que involucran proyectos de conservación y control de inundaciones, elementos como sistemas de comunicación y monitoreo en tiempo real, sistemas de información geográfica, sistemas de detección remota, sistemas de procesamiento de información distribuidos en red, grandes bases de datos, modelos profesionales, análisis computacional, simulación visual, medios de apoyo a la toma de decisiones y medio ambiente.
Según la estructura jerárquica, el sistema se divide en capa de toma de decisiones, capa de negocio, capa de gestión y mantenimiento y capa de soporte técnico (Figura 3), correspondiente a la estructura de tres capas (B/A /S) en el entorno de red, directamente En respuesta a las necesidades de diferentes grupos de usuarios del sistema, se implementan funciones como el procesamiento comercial de control de inundaciones y la toma de decisiones de gestión.
Figura 2 Interfaces relacionadas del sistema de soporte de gestión de control de inundaciones de Shenzhen
Figura 3 Idea general del diseño del sistema
En la construcción del soporte de gestión de control de inundaciones sistema, la "base de datos + La estructura de tres capas de "capa de gestión y mantenimiento/capa técnica/capa empresarial + capa de toma de decisiones" es el marco básico, con el sistema de información geográfica como plataforma central, para llevar a cabo el diseño y construcción de bases de datos integrales y bases de datos espaciales, integración de sistemas de aplicaciones y consultoría de sistemas de soporte a decisiones.
Diseño de la estructura del sistema
1. Diseño de la estructura funcional
Se trata de un sistema de información geográfica complejo y profesional, respaldado por el entorno externo, la gestión de prevención de inundaciones y los datos. almacén, consta de una plataforma de gestión de tecnología del sistema y un sistema de aplicación. Entre ellos, el sistema de aplicación consta de dos módulos funcionales, el bloque de funciones de gestión empresarial de control de inundaciones y el bloque de funciones de soporte de decisiones de control de inundaciones, que están orientados respectivamente a los operadores de empresas de control de inundaciones y a los usuarios de consulta y toma de decisiones de control de inundaciones.
●El entorno externo incluye sistemas de redes informáticas (compuestos por redes dedicadas de control de inundaciones, redes de oficinas de agua y redes sociales públicas) e infraestructura de comunicaciones (compuesta por comunicaciones por cable, comunicaciones móviles/inalámbricas y comunicaciones por satélite).
●El almacén de datos de apoyo a la gestión del control de inundaciones incluye una base de datos de imágenes de sensores remotos, una base de datos geográfica básica, una base de datos socioeconómica y una base de datos integral de control de inundaciones.
●La plataforma de gestión técnica del sistema está dirigida principalmente al personal técnico que mantiene y desarrolla las operaciones del sistema. Consiste en gestión de bases de datos, gestión de sistemas, gestión de interfaz de modelo de aplicación de conservación de agua, gestión de interfaz con red y comunicación, herramientas de modelado tridimensional, herramientas de recopilación de información y conversión de datos, correspondientes a la capa de soporte técnico y la capa de gestión de mantenimiento del sistema.
●El módulo de función de gestión empresarial de control de inundaciones es principalmente para el procesamiento comercial diario de control de inundaciones, e incluye principalmente: subsistema de servicio de información, subsistema de monitoreo en tiempo real, subsistema de oficina en línea de asuntos diarios, subsistema de monitoreo centralizado remoto y control de inundaciones. Subsistema de seguimiento y despacho de vehículos.
●El bloque de funciones de soporte a la decisión de control de inundaciones está dirigido a usuarios avanzados en la toma de decisiones e incluye principalmente pronóstico de inundaciones, simulación de evolución de inundaciones, despacho de inundaciones, análisis de redes de tuberías, transmisión de planes, implementación de control de inundaciones, evaluación de desastres, etc.
2. Arquitectura de software
El sistema de soporte a la gestión del control de inundaciones urbanas es un sistema de aplicación integral que no solo cumple con los servicios generales de información de gestión del control de inundaciones, sino que también respalda las consultas y decisiones sobre el control de inundaciones. haciendo. Existen modelos de operación de la industria de conservación de agua y extracción de datos simples; existen aplicaciones para computadoras de escritorio y aplicaciones para dispositivos móviles; Por lo tanto, en el diseño de la arquitectura, es necesario asegurar la relativa independencia entre cada capa y la estandarización de las interfaces para maximizar el disfrute de los módulos de servicios principales.
Entonces, según el diseño de la arquitectura (B/A/S), generalmente se divide en tres capas, a saber, la capa de presentación, la capa de aplicación y la capa de datos (Figura 4).
Figura 4 La estructura de tres capas del sistema de soporte de gestión de control de inundaciones urbanas
El navegador es la interfaz hombre-máquina del sistema y se ejecuta en Microsoft Windows IE. Los elementos principales de la interfaz hombre-máquina incluyen iconos, botones, tablas, líneas de proceso, etc. Para procesos complejos de interfaz persona-computadora y de interacción persona-computadora, como dibujar líneas de proceso, dibujar planes de comando y despacho de control de inundaciones, mapas temáticos, etc. Incruste subprogramas de Java en páginas web para implementar la capa empresarial del sistema y los procesos de la capa de toma de decisiones basados en el navegador.
El servidor web se utiliza para recibir solicitudes enviadas por el navegador, enviar las solicitudes al servidor de aplicaciones para su procesamiento y luego devolver los resultados al navegador.
El servidor de aplicaciones desempeña el papel de gestionar la programación y el equilibrio de carga. Todas las solicitudes recibidas por el servidor web se envían primero al servidor de aplicaciones para la distribución de tareas. Según los diferentes tipos de solicitudes, el servidor de aplicaciones distribuye la lectura de información real, el procesamiento de información y el cálculo del modelo a diferentes servicios de información y servidores de ejecución de modelos para su procesamiento. El servidor de aplicaciones implementa las funciones principales de la capa empresarial y la capa técnica.
El servicio de información y el servidor de operación del modelo son las partes centrales de procesamiento de la capa de soporte técnico del sistema. Es un concepto lógico que puede representarse físicamente como varios servidores o implementarse en el mismo servidor. Las operaciones del modelo que se ejecutan en el servidor lógico incluyen: modelo de pronóstico de inundaciones, modelo de despacho de inundaciones, modelo de evolución de inundaciones, modelo de análisis espacial SIG y modelo de evaluación de pérdidas por inundaciones basado en un modelo de análisis de superposición espacial. El servicio de información extrae principalmente precipitaciones en tiempo real, datos de ingeniería, datos históricos y datos comerciales de control de inundaciones de una base de datos integral y los publica en Internet. Al mismo tiempo, los datos SIG se leen de la base de datos espacial, se combinan con datos completos para formar un mapa geográfico o un mapa temático, se proporcionan al servidor de aplicaciones y luego se publican en el navegador a través del servidor de aplicaciones.
La base de datos integral almacena todos los datos no espaciales, como datos de telemetría hidrológica, datos de pronóstico de inundaciones, datos de apoyo a las decisiones de despacho de control de inundaciones, datos de automatización de estaciones de bombeo, datos de automatización de oficinas, datos básicos de ingeniería de conservación de agua, información sobre inundaciones. controlar datos empresariales y datos de economía social, etc. La base de datos completa se almacena en la base de datos relacional SQL Server. El servidor de capa superior accede a la base de datos a través del grupo de conexiones de la base de datos.
El grupo de conexiones de bases de datos es un búfer que almacena objetos de conexión de bases de datos. Puede mejorar la velocidad y la eficiencia del acceso a la base de datos, porque lleva tiempo crear una conexión de base de datos y la creación y destrucción frecuentes de conexiones de base de datos ocuparán muchos recursos de la computadora. La base de datos espacial es una base de datos que almacena mapas digitales del terreno, modelos digitales del terreno (DEM) y modelos tridimensionales de cuencas hidrográficas. La diferencia entre datos espaciales y otros datos es que contienen tanto datos de atributos como datos geométricos, como puntos, líneas, superficies, geometría, etc. El método tradicional de almacenamiento de datos espaciales se basa en archivos y tiene deficiencias en aspectos como el acceso simultáneo de múltiples usuarios, las actualizaciones de datos y la eficiencia del acceso a los datos. Para utilizar sistemas maduros de administración de bases de datos relacionales (como ORACLE y SQL SERVER), la tecnología del motor de base de datos espacial (SDE) almacena datos espaciales en una base de datos relacional, y los datos se pueden consultar, eliminar y modificar utilizando declaraciones SQL como datos ordinarios. .
XML se utiliza para el intercambio de datos y la comunicación entre servidores lógicos en la capa de aplicación. XML es un lenguaje de marcado extensible que tiene las ventajas de una buena estructura y un análisis sencillo. Al definir su estructura y formular varios estándares de interfaz de datos, ambas partes pueden seguir la misma sintaxis para lograr la interconexión y la interoperabilidad.
Teniendo en cuenta que la gestión del control de inundaciones es un proyecto de sistema complejo, no solo se basa en tecnología de red avanzada y moderna, tecnología informática y tecnología GIS, sino que también se basa en GPS, comunicación inalámbrica, asistente digital personal (PDA) y otras tecnologías, ampliar los canales de comunicación de información y mejorar las capacidades de mando de emergencia. Por lo tanto, se agregaron un servidor de comunicaciones y un servidor de voz a la capa de aplicación, y se agregó soporte para terminales móviles como teléfonos móviles y PDA a la capa de presentación.
El servidor de comunicaciones se utiliza para procesar solicitudes o información devuelta enviada por terminales móviles como teléfonos móviles, PDA y GPS. , como información del sitio de control de inundaciones, ubicación del vehículo de comando de control de inundaciones, etc. Estas solicitudes o devoluciones suelen estar codificadas en un formato determinado, decodificadas por el servidor de comunicaciones y reenviadas al servidor de aplicaciones para su procesamiento. El servidor de comunicaciones también se encarga de enviar de forma inalámbrica diversas instrucciones o información desde el centro de mando a todos los terminales móviles. La comunicación entre el servidor de comunicaciones y el terminal móvil se realiza mediante mensajes cortos GSM o servicio de datos GPRS.
El servidor de voz se utiliza para gestionar solicitudes de información por teléfono. Esto se logra integrando la tarjeta de voz con la computadora y estableciendo un centro de llamadas.
El terminal GPS montado en vehículos es un dispositivo montado en vehículos instalado en vehículos de comando y transporte de control de inundaciones. Consta de un módulo GPS, un módulo de comunicación inalámbrica GSM/GPRS, una antena GPS y un módulo de procesamiento integrado con microcontrolador. Los usuarios pueden informar la ubicación exacta del vehículo y otra información de estado en tiempo real, como condiciones del tráfico, lleno y vacío, etc. La pantalla LCD equipada también puede mostrar información de comando y despacho desde el centro de comando. La aplicación de terminales GPS montadas en vehículos puede realizar monitoreo, comando y despacho en tiempo real de vehículos de control de inundaciones, lo que permite a los comandantes comprender la dinámica del control de inundaciones tanto como sea posible.
(Chi Tianhe, Zhang Xin, Luo: Instituto de Aplicaciones de Teledetección, Academia de Ciencias de China; Hu Kai: Oficina de Gestión de Instalaciones de Control de Inundaciones de Shenzhen)
Acerca de los autores
Zhang Xin: Instituto de Aplicaciones de la Teledetección, Academia de Ciencias de China, becario postdoctoral, dedicado principalmente a la investigación teórica y técnica en ciudades digitales, gobierno electrónico, sistemas regionales de servicios de información para la prevención y reducción de grandes desastres, océanos digitales y otros. campos relacionados. Ha publicado más de 30 artículos.