《牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)》

ICS

CCS

T

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CIXXX-2023

T/CIXXX-2022

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)

InnerMongoliagrasslanddroughtmonitoringandpredictionevaluationsystem

（征求意見稿）

2024-X-X發(fā)布2024-X-X實(shí)施

?中國國際科技促進(jìn)會?發(fā)布

T/CIXXX—2024

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)

1范圍

本文件規(guī)定了牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)相關(guān)術(shù)語和定義、系統(tǒng)原理、技術(shù)原則、

系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)功能和配套裝置。

本文件適用于我國北方內(nèi)蒙古地區(qū)的牧區(qū)旱情監(jiān)測、災(zāi)情預(yù)測預(yù)警、防旱減災(zāi)措施制定

和水資源合理配置等業(yè)務(wù)化工作，適用于災(zāi)害學(xué)、氣象學(xué)、水利工程、遙感技術(shù)、生態(tài)學(xué)和

農(nóng)牧業(yè)科學(xué)等領(lǐng)域的科研和技術(shù)人員開展機(jī)理研究。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改單）適用于本文件。

GB/T34817農(nóng)業(yè)干旱預(yù)警等級

GB/T20481氣象干旱等級

GB/T29366北方牧區(qū)草原干旱等級

GB/T32135區(qū)域旱情等級

GB/T32136農(nóng)業(yè)干旱等級

SL663干旱災(zāi)害等級標(biāo)準(zhǔn)

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

牧區(qū)草原Pastoralgrassland

以利用天然草原為主業(yè)，以畜牧業(yè)生產(chǎn)為主的地區(qū)。

3.2

草原旱情Grasslanddrought

長時期降水偏少，造成空氣干燥、土壤缺水，使牧草水分發(fā)生虧缺，影響牧草正常返青、

生長發(fā)育而導(dǎo)致的草地地上生物量減少的情況。

3.3

干旱監(jiān)測Droughtmonitor

利用氣象、水文、衛(wèi)星遙感等信息對干旱發(fā)生、持續(xù)、緩和及解除等實(shí)況進(jìn)行監(jiān)測和分

析。

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3.4

干旱預(yù)測droughtprediction

一種基于歷史和現(xiàn)有數(shù)據(jù)，通過運(yùn)用各種數(shù)學(xué)、統(tǒng)計和機(jī)器學(xué)習(xí)等方法來預(yù)測未來特定

地區(qū)可能發(fā)生的干旱狀況的過程。

3.5

旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)Evaluationsystem

旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)是集計算機(jī)容錯技術(shù)和RAID等技術(shù)，基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù)信息采集、

數(shù)據(jù)信息分析、衛(wèi)星遙感干旱監(jiān)測圖提取、干旱分析評估和預(yù)測預(yù)警等功能于一體的綜合性

平臺。

4.系統(tǒng)原理

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)原理旨在為了滿足內(nèi)蒙古牧區(qū)抗旱減災(zāi)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，

采用B/S的框架研制開發(fā)，集基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù)信息采集、數(shù)據(jù)信息分析、衛(wèi)星遙感干旱監(jiān)測圖

提取、干旱分析評估和預(yù)測預(yù)警等功能于一體，綜合多種分析方法，為抗旱減災(zāi)工作提供及

時可靠的技術(shù)支持。該系統(tǒng)綜合性干旱監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)平臺，包括數(shù)據(jù)接入、旱情監(jiān)視、

旱情監(jiān)測、旱情預(yù)測、旱情評估、抗旱能力綜合評價、旱災(zāi)評估、成果輸出、數(shù)據(jù)與系統(tǒng)管

理共9大分系統(tǒng)(如圖1所示)。

圖1系統(tǒng)構(gòu)成

5.技術(shù)原則

5.1旱情信息精確提取

在牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)中，旱情信息精準(zhǔn)提取是至關(guān)重要的考慮因素。在減

災(zāi)模型的建立中，應(yīng)將遙感信息與地面數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)耦合，保障模型的準(zhǔn)確和適用性。

5.2海量實(shí)時數(shù)據(jù)的高并發(fā)處理

在牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中，海量實(shí)時數(shù)據(jù)的高并發(fā)處理是指通過采用支持并行計

算、異步響應(yīng)的高并發(fā)處理架構(gòu)，及時有效的將現(xiàn)場信息報送到各分系統(tǒng)中，為災(zāi)害發(fā)生時

的應(yīng)急指揮提供有效支撐的能力。

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5.3影像存儲與智能管理

在牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中，影像存儲與智能管理需要高效的存儲體系架構(gòu)、科學(xué)

的交換模型，實(shí)現(xiàn)在廣泛分析現(xiàn)有理論技術(shù)和實(shí)踐方法的基礎(chǔ)上，解決數(shù)據(jù)組織、索引機(jī)制、

交換方法和檢索機(jī)制等理論問題和實(shí)現(xiàn)技術(shù)難題的能力。

5.4自動化處理

自動化處理為牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)提供了對遙感影像進(jìn)行高性能處理技術(shù)和自

動化處理加工技術(shù)，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)在軟件中能夠正常運(yùn)行，并使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中對影像數(shù)

據(jù)進(jìn)行切片劃分、任務(wù)分配、資源調(diào)度的功能。

5.5基于面向服務(wù)架構(gòu)的信息同步

在牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)中，基于面向服務(wù)架構(gòu)的信息同步是指系統(tǒng)面向旱情

監(jiān)視、旱情遙感監(jiān)測、旱情預(yù)測、旱情評估、旱災(zāi)評估和抗旱能力綜合評價等業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)

現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與信息同步機(jī)制的能力。

5.6高效性

在牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)中，高效性是指系統(tǒng)充分集成計算機(jī)容錯技術(shù)和

RAID等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源和信息共享，提高設(shè)備利用率，降低能耗；系統(tǒng)采用組件式開發(fā)技

術(shù)，有助于保證業(yè)務(wù)應(yīng)用組件的升級、更新和維護(hù)。

5.7安全性

在牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)中，用戶可以通過瀏覽器隨時隨地訪問系統(tǒng)信息，通

過網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。

5.8實(shí)用性

在牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)中，實(shí)用性是指系統(tǒng)充分發(fā)揮WebGIS在整體業(yè)務(wù)應(yīng)

用開發(fā)中的作用，利用ArcGIS提供的Python算法接口及ArcGISServer功能，提供覆蓋內(nèi)

蒙牧區(qū)和林區(qū)的17種干旱指標(biāo)的計算與結(jié)果展示，充分利用圖形和表格等可視化手段，滿

足抗旱業(yè)務(wù)的需求的功能。

5.9可管理性

在牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)中，采用集中式管理加分布式實(shí)施的可管理性平臺，

滿足一個平臺，省、盟（市）、旗（縣）三級同時共用，用戶角色與權(quán)限設(shè)置交互授權(quán)管理。

5.10開放性與兼容性

在牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)中，系統(tǒng)平臺具有開放，兼容和可互聯(lián)環(huán)境，在硬件

支撐能力滿足要求的前提下，服務(wù)器端能夠保證瀏覽查詢、匯總統(tǒng)計的速度不大于5秒。

6.系統(tǒng)架構(gòu)

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計包括技術(shù)架構(gòu)和開發(fā)架構(gòu)。其中技術(shù)架構(gòu)包

含多個層次，從基礎(chǔ)設(shè)施層到用戶層，每一個層次都有特定的功能和責(zé)任（如圖2所示）。

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)應(yīng)包括（但不限于）如下組成部分：

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6.1基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層包括兩個部分，為系統(tǒng)提供各類軟、硬件的基礎(chǔ)設(shè)施支撐。

6.2數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要實(shí)現(xiàn)對遙感影像數(shù)據(jù)庫、抗旱綜合數(shù)據(jù)庫、社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫以及其他數(shù)據(jù)的

統(tǒng)一存儲管理，是為系統(tǒng)提供信息服務(wù)的各類旱災(zāi)評估信息的集合，包括專用地圖、歷史旱

災(zāi)數(shù)據(jù)、算法模型信息等。

6.3服務(wù)層

服務(wù)層是將應(yīng)用層中的各個應(yīng)用系統(tǒng)的與業(yè)務(wù)邏輯無關(guān)的通用支撐功能分離出來，構(gòu)成

可以被不同系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用的構(gòu)件集、服務(wù)集，實(shí)現(xiàn)對功能的重用。

6.4應(yīng)用層

應(yīng)用層主要包含系統(tǒng)的前臺和后臺的不同軟件功能單元，采用前端綜合顯示與業(yè)務(wù)受理

以及后臺綜合管理兩個方面來劃分應(yīng)用。同時以靈活、松散耦合的方式，根據(jù)完整、明細(xì)的

數(shù)據(jù)架構(gòu)，建立數(shù)據(jù)的集中存儲與訪問策略、制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，來完成各系統(tǒng)間的

數(shù)據(jù)集成。

6.5用戶層

用戶層是本平臺統(tǒng)一信息服務(wù)的窗口，其它用戶或者系統(tǒng)通過用戶層實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)和服務(wù)

的統(tǒng)一訪問。用戶層主要面向業(yè)務(wù)使用人員和系統(tǒng)維護(hù)人員，提供一個旱情監(jiān)測預(yù)測評估系

統(tǒng)的統(tǒng)一入口，從而為不同類型的用戶提供一站式的數(shù)據(jù)服務(wù)。

圖2牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)架構(gòu)

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系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)總體采用C/S+B/S的混合框架。主要包含數(shù)據(jù)接入分系統(tǒng)、旱情監(jiān)視分系

統(tǒng)、旱情監(jiān)測分系統(tǒng)、旱情預(yù)測分系統(tǒng)、旱情評估分系統(tǒng)、抗旱能力綜合評價分系統(tǒng)、旱災(zāi)

評估分系統(tǒng)、成果輸出分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)與系統(tǒng)管理分系統(tǒng)等模塊，不同系統(tǒng)模塊需要較多的人

機(jī)交互或模型分析的功能（見圖3）。

圖3系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)

7.系統(tǒng)功能

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)的功能旨在實(shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古牧區(qū)旱情的實(shí)時動態(tài)監(jiān)測預(yù)測

和評估，該系統(tǒng)由首頁、監(jiān)測、預(yù)測、評估、參數(shù)率定、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理7個功能模塊

組成（見圖4），以提高自治區(qū)牧區(qū)草原旱情監(jiān)測、預(yù)警信息化水平，強(qiáng)化自治區(qū)牧區(qū)草原

旱情信息分析處理的能力和信息保證能力，實(shí)現(xiàn)牧區(qū)抗旱工作的業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

7.1系統(tǒng)首頁

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)的首頁功能要求應(yīng)包含以下內(nèi)容：

（a）提供菜單區(qū)；該區(qū)域顯示系統(tǒng)名稱，系統(tǒng)模塊名稱以及用戶區(qū)設(shè)置。使用戶可以

在用戶區(qū)設(shè)置修改密碼或者點(diǎn)擊“登錄”或“退出”系統(tǒng)。

（b）提供左側(cè)功能區(qū)；該區(qū)域包括4個圖標(biāo)信息，即“區(qū)域類型”能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于內(nèi)蒙

古全區(qū)、牧區(qū)、林區(qū)的切換。“歷史旱情”能夠?qū)崿F(xiàn)歷史旱情的查詢與展示功能。

“圖層管理”能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)圖層、業(yè)務(wù)圖層、站點(diǎn)圖層的顯示與隱藏功能。“地圖

標(biāo)繪”能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)、線、面的測量功能。

（c）提供視圖區(qū)；該區(qū)域能夠展示內(nèi)蒙全區(qū)的行政區(qū)劃、最新一期的干旱分布等涉及

空間信息的數(shù)據(jù)。

（d）提供右側(cè)信息區(qū)：該區(qū)域能夠展示最新一期系統(tǒng)公告、旱情預(yù)警等級、上報的受

災(zāi)情況（人口、牲畜以及草場受旱面積）、各等級旱情面積統(tǒng)計及各等級旱情面積

的變化情況（顯示當(dāng)前一期往前推7期的面積變化）。

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7.2監(jiān)測

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)的監(jiān)測功能要求應(yīng)包含以下內(nèi)容：

（a）提供地面旱情監(jiān)測指標(biāo)計算；該模塊能夠提供對全區(qū)、牧區(qū)、林區(qū)基于站點(diǎn)數(shù)據(jù)

的干旱指標(biāo)的計算與結(jié)果展示。包括6種氣象干旱指標(biāo)（PA/SPI/SPEI/MI/PDSI/

MCI）、4種水文干旱指標(biāo)（RA/RSVA/DGRW/RZ）、2種牧業(yè)干旱指標(biāo)（DNP/RSM）、2

種林業(yè)干旱指標(biāo)（SPI/SPEI）、1種社會經(jīng)濟(jì)干旱指標(biāo)（區(qū)域供需差值）。

（b）提供遙感旱情監(jiān)測指標(biāo)計算；該模塊能夠提供對全區(qū)、牧區(qū)以及林區(qū)的遙感干旱

指標(biāo)的查詢與展示功能。包括（VCI/TVDI/VSWI）3種遙感干旱指標(biāo)。

（c）提供監(jiān)測指標(biāo)對比，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對同一區(qū)域、不同干旱指標(biāo)、不同尺度、不

同時間的對比。

7.3預(yù)測

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)的預(yù)測功能要求應(yīng)包含以下內(nèi)容：

（a）提供氣象要素預(yù)報；該模塊能夠?qū)崟r接入氣象部門關(guān)于降雨、氣溫的預(yù)報數(shù)據(jù)，

提供對應(yīng)預(yù)報時段數(shù)據(jù)的展示、全自治區(qū)各區(qū)域的預(yù)報平均值的計算與查詢。

（b）提供干旱指標(biāo)預(yù)測查詢；該模塊能夠?qū)CI、SPI、SPEI指數(shù)繼續(xù)計算和查詢功能，

并在右側(cè)展示所選區(qū)域的各等級旱情的面積統(tǒng)計值。

7.4評估

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)的評估功能要求應(yīng)包含以下內(nèi)容：

（a）提供旱情強(qiáng)度評估；該模塊能夠?qū)PI、SPEI、MCI、PDSI等多種干旱指標(biāo)的強(qiáng)度

進(jìn)行評估。

（b）提供旱情頻率分析；該模塊包括“頻率分析”與“站次比分析”兩部分，能夠?qū)?/p>

現(xiàn)某一地區(qū)在統(tǒng)計時段內(nèi)各等級旱情在春季、夏季、秋季、冬季以及全年的頻率

分布的展示與計算。

（c）提供旱災(zāi)評估；該模塊能夠通過各地的旱災(zāi)上報數(shù)據(jù)，以表格、地圖形式展示用

戶所選區(qū)域的牧區(qū)受旱面積、人畜受災(zāi)情況、水利工程蓄水情況及其它旱情。

（d）提供抗旱能力評價；該模塊能夠以表格、地圖形式展示用戶所選區(qū)域的抗旱能力

評價結(jié)果。使用戶能夠通過輸入時間、區(qū)域、指標(biāo)，查詢所選區(qū)域的背景條件評

價、水利工程條件評價、經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件評價、科技發(fā)展條件評價、抗旱服務(wù)管理

水平評價及抗旱能力綜合評價結(jié)果。

7.5參數(shù)率定

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)的參數(shù)率定功能包含以下內(nèi)容：

（a）提供干旱等級閾值率定；該模塊基于干旱的實(shí)測數(shù)據(jù)或者歷史旱情資料，能夠?qū)?/p>

月（季節(jié)或年）尺度的各等級旱情發(fā)生的頻數(shù)（頻率）進(jìn)行統(tǒng)計。改變干旱指標(biāo)

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的等級閾值，進(jìn)行重新統(tǒng)計，對比實(shí)測數(shù)據(jù)的頻數(shù)與干旱指標(biāo)的頻數(shù)，將卡方檢

驗結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)，對該指標(biāo)的干旱等級閾值進(jìn)行率定。

（b）提供抗旱能力評價計算；該模塊能夠?qū)^(qū)域的抗旱能力進(jìn)行綜合的評價，并將評

價結(jié)果進(jìn)行展示。

7.6數(shù)據(jù)管理

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理功能要求應(yīng)包含以下內(nèi)容：

（a）提供數(shù)據(jù)上傳；該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)“社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)”、“災(zāi)情數(shù)據(jù)”和“抗旱能力評

價數(shù)據(jù)”的上傳功能，用戶可以在數(shù)據(jù)上傳頁面上查看上傳記錄和信息。

（b）提供數(shù)據(jù)檢索；該模塊能夠?qū)ο到y(tǒng)的主要數(shù)據(jù)庫進(jìn)行前端的展示、數(shù)據(jù)的檢索查

詢。

（c）提供專題圖輸出；該模塊能夠支持專題圖的檢索、查詢與下載功能。

7.7系統(tǒng)管理

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)的系統(tǒng)管理功能要求應(yīng)包含以下內(nèi)容：

（a）提供用戶管理；該模塊能夠允許管理員對登錄系統(tǒng)賬號進(jìn)行管理，包括賬號的增、

刪、改、查等功能。

（b）提供角色管理；該模塊能夠允許管理員對登錄系統(tǒng)的角色以及每個角色所擁有的

權(quán)限進(jìn)行設(shè)置與分配。

（c）提供菜單管理；該模塊使管理員可以查詢到系統(tǒng)各菜單的名稱、存放路徑以及對

菜單的描述。

（d）提供日志管理；該模塊使管理員可以查看/刪除用戶登錄系統(tǒng)的IP、以及相關(guān)的

操作、操作時間等信息。

（e）提供系統(tǒng)公告；該模塊使管理員可以定期發(fā)布信息。

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圖4系統(tǒng)功能組成圖

8.配套裝置

牧區(qū)草原旱情監(jiān)測預(yù)測評估系統(tǒng)的配套裝置通常涵蓋硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以支

持系統(tǒng)的正常運(yùn)行和性能提升，應(yīng)包含以下配置要素：

（a）服務(wù)器和存儲設(shè)備：提供高性能WEB服務(wù)器資源，并構(gòu)建高效的存儲體系架構(gòu)，

能