丹東市防汛抗旱指揮系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)研究

宋黎黎

(丹東市寬甸滿族自治縣水利局，遼寧 寬甸 118200)

0 引 言

近年來，丹東市結(jié)合防汛會(huì)商實(shí)際需求建設(shè)實(shí)施了一系列非工程措施項(xiàng)目，初步形成了現(xiàn)代化防汛減災(zāi)體系，并充分發(fā)揮了工程措施與非工程措施的防洪作用。然而，對(duì)于成果展示、方案應(yīng)用、預(yù)報(bào)調(diào)度、業(yè)務(wù)銜接和信息集成等還存在一些不足，不利于防汛現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)。2015年12月防汛抗旱指揮系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)”)項(xiàng)目批準(zhǔn)實(shí)施，其主要目的是提高防汛會(huì)商水平，并于2017年1月遼寧省驗(yàn)收通過了該項(xiàng)目。系統(tǒng)平臺(tái)有機(jī)結(jié)合了組織保障、防汛會(huì)商、預(yù)報(bào)調(diào)度和信息監(jiān)視等模塊，在會(huì)商現(xiàn)場(chǎng)呈現(xiàn)防汛形勢(shì)的宏觀特征和各類防汛信息，可直觀形象、及時(shí)準(zhǔn)確的向決策人員提供參考依據(jù)，為調(diào)度方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)[1]。

在數(shù)據(jù)開發(fā)、面向?qū)ο蠛凸δ茉O(shè)計(jì)等多個(gè)層面上，前期系統(tǒng)建設(shè)都是以省級(jí)會(huì)商為主，而市級(jí)與省級(jí)防汛工作密不可分，若省里與市縣不能實(shí)現(xiàn)信息共享、互連互通，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)信息孤島，使得防汛會(huì)商的最大效益不能得以充分發(fā)揮。為實(shí)現(xiàn)省、市、縣3級(jí)同步會(huì)商的目標(biāo)要進(jìn)一步加強(qiáng)防汛會(huì)商體系建設(shè)，對(duì)丹東市防汛抗旱系統(tǒng)利用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一平臺(tái)建設(shè)，從而做到信息同步、資源共享。所以，研究應(yīng)用防汛抗旱指揮系統(tǒng)技術(shù)極其重要。

1 研究內(nèi)容

1.1 區(qū)域概況

丹東市是一座沿江、沿海、沿邊的城市，地處東北亞中心地帶，其核心區(qū)位置為E124°23′、N40°07′，總面積1.52萬km2。境內(nèi)水系發(fā)育良好，江河密布，其中流域面積在10-50km2、50-100km2、100-1000km2、1000-5000km2、5000km2以上的河流有342、47、36、6、4條，主要有渾江、大洋河、叆河、鴨綠江、蒲石河等。該區(qū)域?qū)贉嘏瘞啙駶櫦撅L(fēng)氣候，由于地貌形態(tài)差異其氣候環(huán)境變化明顯，北部年平均氣溫6-7℃，南部年平均8-9℃，降水量為648.4-1761.7mm，暴雨集中期為7月至8月中旬，夏季降水占年的2/3左右。地貌形態(tài)以丘陵山地、平原谷地為主，水源涵養(yǎng)能力好，林草覆蓋率61.6%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，丹東地區(qū)的年均徑流深達(dá)到81mm，年均水資源量84.88億m3，地下水補(bǔ)給量16.82億m3，產(chǎn)水模數(shù)57.48萬m3/km2，屬于遼寧省水資源最豐富且降雨量最多的地區(qū)。

1.2 現(xiàn)狀描述

隨著各地水利信息化項(xiàng)目的快速推進(jìn)和全國性重點(diǎn)項(xiàng)目的順利實(shí)施，水利信息存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、通信、采集等初具規(guī)模，水利信息基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展形成了基本支撐水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的能力[2]。現(xiàn)階段，水利業(yè)務(wù)的工作基礎(chǔ)包括：①水利專網(wǎng)：通過兩條4M專線省水利廳和丹東市水務(wù)局實(shí)現(xiàn)聯(lián)接，而丹東市水利局與各區(qū)縣的聯(lián)接則是以一條2M的連通專線實(shí)現(xiàn)，為市防辦與省防辦提供一條信息交互、資源共享的渠道。②雨水情數(shù)據(jù)庫：以國家標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，省水文局與丹東市水文局建設(shè)形成的雨水情數(shù)據(jù)庫，可接受與采集全市的雨水情數(shù)據(jù)。③視頻監(jiān)控點(diǎn)：針對(duì)11處水文站、30座中型水庫和20座大型水庫，省水利信息中心已完成視頻監(jiān)控的采集與傳輸，而對(duì)重點(diǎn)防洪部位丹東市防辦實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)控。④工情信息庫：建立的主要防汛工情信息數(shù)據(jù)庫為丹東市項(xiàng)目建設(shè)提供工情數(shù)據(jù)支撐。⑤業(yè)務(wù)系統(tǒng)：主要包括工情信息、山洪防治和視頻會(huì)商等系統(tǒng)。

1.3 存在問題

目前，對(duì)集成商依賴性大、投資開發(fā)重復(fù)、系統(tǒng)可擴(kuò)展性與可延續(xù)性差、難以形成統(tǒng)一完整的系統(tǒng)整體、系統(tǒng)獨(dú)立形成信息孤島與豎井、現(xiàn)有防汛信息連續(xù)性與統(tǒng)一性缺乏、防汛信息資源無法共享等為丹東市信息化建設(shè)亟待解決的問題[3]?？紤]到丹東市亟待解決的問題及其信息化建設(shè)的特點(diǎn)，從防汛抗旱業(yè)務(wù)實(shí)際特點(diǎn)出發(fā)遵循指揮系統(tǒng)“兩臺(tái)一庫”的設(shè)計(jì)理念，以服務(wù)資源化管理為基礎(chǔ)的服務(wù)總線，構(gòu)建面向服務(wù)SOA架構(gòu)的集成應(yīng)用防汛服務(wù)支撐平臺(tái)，保證數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)與服務(wù)、服務(wù)與服務(wù)之間的松耦合狀態(tài)[4]。在此平臺(tái)上應(yīng)用集成開發(fā)、實(shí)施，以一個(gè)有機(jī)的整體實(shí)現(xiàn)防汛抗旱業(yè)務(wù)應(yīng)用的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)日志管理、服務(wù)管理、安全管理、系統(tǒng)監(jiān)控、智能消息路由、消息轉(zhuǎn)換和服務(wù)間的互聯(lián)等，以信息化技術(shù)支撐丹東市防汛抗旱工作。

1.4 研究內(nèi)容

根據(jù)丹東市防汛工作實(shí)際需求確定主要研究內(nèi)容：①對(duì)上游可控河流及丹東市內(nèi)的雨水情、預(yù)警、視頻、氣象等信息利用GIS、圖表等多種形式綜合監(jiān)視，對(duì)有關(guān)動(dòng)、靜態(tài)防汛信息全面掌握。②對(duì)上游河流及丹東市內(nèi)的重點(diǎn)潮位站、水文站、大中型水庫進(jìn)行調(diào)度與洪水預(yù)報(bào)。③從各個(gè)環(huán)節(jié)向防汛會(huì)商提供技術(shù)支撐，通過規(guī)范業(yè)務(wù)流程、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)會(huì)商辦公提升會(huì)商效率。④全面整合現(xiàn)有視頻、氣象、雨水情等防汛業(yè)務(wù)系統(tǒng)，搭建完整性、連續(xù)性、統(tǒng)一性的指揮系統(tǒng)。⑤視頻傳輸與監(jiān)控主要防汛部位。

2 防汛抗旱指揮系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 設(shè)計(jì)思路

對(duì)事關(guān)全局的防汛抗旱指揮系統(tǒng)問題，按照水利信息化頂層設(shè)計(jì)理念提出總的處理方案，依據(jù)已建設(shè)實(shí)施的非工程防汛措施構(gòu)建服務(wù)支撐平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)防汛抗旱服務(wù)資源化管理及指揮系統(tǒng)統(tǒng)一管理，搭建防汛決策安全、高效、科學(xué)的支撐體系[5]，總體設(shè)計(jì)思路如圖1。

圖1 平臺(tái)設(shè)計(jì)思路

2.1.2 技術(shù)路線

以“一套框架、一個(gè)平臺(tái)、一張地圖”為宗旨，結(jié)合已建的各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)和“一站式服務(wù)”的建設(shè)思想，考慮信息化建設(shè)亟待解決的問題建立一套防汛抗旱指揮系統(tǒng)，通過整合、封裝、服務(wù)解析已建的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)包括知識(shí)交流、決策支持、分析預(yù)警以及數(shù)據(jù)整合的智能決策支持體系[6]。

2.1.3 數(shù)據(jù)資源

防汛抗旱指揮平臺(tái)數(shù)據(jù)資源建設(shè)為各業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)挖掘、備份、存儲(chǔ)、訪問等各項(xiàng)數(shù)據(jù)管理服務(wù)，涵蓋元數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)、專題類和基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)庫建設(shè)。將數(shù)據(jù)庫資源按業(yè)務(wù)屬性和數(shù)據(jù)屬性，可以分為元數(shù)據(jù)庫、專題類和基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)庫，其中元數(shù)據(jù)庫包括屬性數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)；專題類數(shù)據(jù)庫包括山洪災(zāi)害、水利普查、水土保持、水質(zhì)、地下水、圖形、旱情、洪澇災(zāi)害、防洪工程、歷史洪災(zāi)、熱帶氣旋、歷史大洪水、實(shí)時(shí)水雨情等13個(gè)子數(shù)據(jù)庫，而建設(shè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)庫為后8個(gè)子數(shù)據(jù)庫；基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)庫包括政策法規(guī)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、行政管理基礎(chǔ)、水利空間地理、基礎(chǔ)地理信息等5個(gè)子數(shù)據(jù)庫。

2.1.4 防汛流程

一般地，防汛會(huì)商工作由各級(jí)政府、規(guī)劃設(shè)計(jì)、通信、調(diào)度、氣象、水文、防辦等多部門組成，構(gòu)成統(tǒng)一的工程管理、物質(zhì)保障、搶險(xiǎn)救災(zāi)、調(diào)度運(yùn)行、決策支持和防汛指揮等工作體系，其系統(tǒng)性強(qiáng)、涉及面廣且規(guī)模龐大，工作流程如圖2。

圖2 防汛工作流程

階段一：實(shí)時(shí)采集。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是防洪調(diào)度方案科學(xué)制定的基礎(chǔ)，也是正確決策與分析防洪形式的依據(jù)，為防汛工作提供數(shù)據(jù)支持。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全省災(zāi)情、險(xiǎn)情、工情、雨水情、山洪和水文氣象等信息，采用GIS技術(shù)和數(shù)據(jù)庫在省中心展示與管理信息，正確分析防汛形式并綜合預(yù)警其發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于可能發(fā)生的災(zāi)害性汛情做出洪水過程的進(jìn)一步預(yù)報(bào)。

階段二：水庫預(yù)報(bào)。必須對(duì)防洪措施、防洪工程等在洪水到來之前做出合理安排，因此防洪工作中洪水預(yù)報(bào)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。一般情況下，在汛前準(zhǔn)備期完成洪水預(yù)報(bào)工作，并隨著汛情的發(fā)生發(fā)展繼續(xù)預(yù)測(cè)和分析其變化趨勢(shì)，從而為決策者制定相應(yīng)的防災(zāi)措施提供指導(dǎo)，經(jīng)水文局的洪水預(yù)報(bào)確定水庫上游來水。

階段三：水庫調(diào)度。根據(jù)調(diào)度規(guī)則，結(jié)合現(xiàn)有洪水預(yù)報(bào)信息、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息和防洪工程情況等制定多套水庫防洪調(diào)度方案，經(jīng)過調(diào)洪演算與下游河道洪水演進(jìn)獲取水庫出庫信息及其防洪形式，并依據(jù)河道行洪能力成果下達(dá)指揮搶險(xiǎn)和防洪調(diào)度的命令，對(duì)命令的執(zhí)行效果、情況進(jìn)行監(jiān)督，通過供水局的水庫調(diào)度確定省直管水庫放水。

階段四：河道預(yù)報(bào)。考慮河道排水、區(qū)間入流、水庫放水和區(qū)間產(chǎn)水流等條件，省水文局組合預(yù)報(bào)水文站，在此基礎(chǔ)上計(jì)算控制站預(yù)報(bào)洪水。此外，通過維護(hù)、校正預(yù)報(bào)調(diào)度成果實(shí)現(xiàn)信息的管理。

階段五：方案分析。從專業(yè)的角度深入分析預(yù)報(bào)調(diào)度成果，科學(xué)判斷場(chǎng)次洪水的災(zāi)害損失及危險(xiǎn)程度，并結(jié)合河道行洪能力確定預(yù)警指標(biāo)、劃分預(yù)警等級(jí)、構(gòu)建預(yù)警模型，準(zhǔn)確判斷預(yù)警水平；根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)圖編制成果分析防洪風(fēng)險(xiǎn)，精準(zhǔn)計(jì)算洪水特征值及其淹沒范圍，統(tǒng)計(jì)淹沒范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)損失[8]；然后運(yùn)用三維仿真技術(shù)和洪水預(yù)報(bào)調(diào)度成果，對(duì)洪水演進(jìn)的整個(gè)過程再現(xiàn)，決策者給出正確決策的依據(jù)是直觀的成果展示效果。

階段六：會(huì)商決策。歷史相似洪水以及場(chǎng)次洪水歷史排位的確定可以通過洪水分析實(shí)現(xiàn)，考慮防洪風(fēng)險(xiǎn)分析成果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，在認(rèn)清防洪形式的情況下遵循局部服從大局的原則，以最小洪水損失為約束條件，通過會(huì)商分析調(diào)整與補(bǔ)充方案，在保證工程安全的基礎(chǔ)上優(yōu)選出滿意的方案，付諸實(shí)施以實(shí)現(xiàn)防洪效益的最大化，以最優(yōu)調(diào)度方案盡量降低洪災(zāi)損失。

階段七：方案執(zhí)行。防洪形勢(shì)瞬息萬變且防洪問題極為復(fù)雜，應(yīng)注意反饋信息的收集以及決策的落實(shí)實(shí)施，將決策方案按照發(fā)展變化的情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和修正。所以，應(yīng)圍繞洪水發(fā)生發(fā)展過程開展前幾個(gè)階段的防汛工作。

2.2 功能設(shè)計(jì)

2.2.1 PC端開發(fā)

模塊1：支撐平臺(tái)。應(yīng)用支撐平臺(tái)是穩(wěn)定高效運(yùn)行各項(xiàng)功能的核心，也是防汛抗旱指揮平臺(tái)構(gòu)建的基礎(chǔ)，利用統(tǒng)一集成平臺(tái)為各功能模塊提供支撐?；贐/S模式開發(fā)的平臺(tái)運(yùn)行工具為Web瀏覽器，以“一套框架、一個(gè)平臺(tái)、一張地圖”的開發(fā)思路實(shí)現(xiàn)服務(wù)資源化管理及各項(xiàng)業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理，為后續(xù)的防汛調(diào)度、水雨情會(huì)商等模塊提供可擴(kuò)展平臺(tái)。

模塊2：地理信息。創(chuàng)建各項(xiàng)地圖空間操作及丹東市地圖發(fā)布服務(wù)，采用Web GIS形式實(shí)現(xiàn)工情、水情、雨情等所有信息在整個(gè)會(huì)商平臺(tái)中的綜合展示，實(shí)現(xiàn)地圖漫游空間操作、圖層控制和地圖切換等功能。

模塊3：雨情信息。實(shí)現(xiàn)上游河流降雨信息及市內(nèi)174處雨量站點(diǎn)的交互查詢，包括超警控制、降雨面圖、降雨點(diǎn)圖、降雨閾值控制、降雨查詢、查詢區(qū)域選擇、監(jiān)測(cè)類型選擇和交互查詢等，其中降雨查詢有包括降雨強(qiáng)度、時(shí)段、小時(shí)、場(chǎng)次和日降雨。

模塊4：水情信息。實(shí)現(xiàn)河道水情、上游河流水庫、7處河道水文站和12座大中型水庫信息的交互查詢，包括水情點(diǎn)圖查詢、超警控制、水情數(shù)據(jù)查詢、查詢區(qū)域選擇、河道類型選擇、水庫和交互查詢等[10]。對(duì)丹東市內(nèi)主要江河、險(xiǎn)工險(xiǎn)段、42處水電站、14處水文站、53座小型等信息查詢、顯示、定位和管理。

模塊6：城市防洪。查詢與管理防洪相關(guān)信息，包括市內(nèi)22處低洼澇區(qū)、13座排澇泵站和47座交通門等信息，查詢方式較多通常用圖表交互方式。

模塊7：綜合告警。實(shí)行預(yù)警機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨、河道、水庫信息的綜合告警。

模塊8：搶險(xiǎn)救災(zāi)。查詢與管理全市防汛抗旱搶險(xiǎn)隊(duì)伍、搶險(xiǎn)物資、物資倉庫，交互查詢采用報(bào)表及地圖的形式實(shí)現(xiàn)。

模塊9：氣象信息。通過對(duì)氣象信息的發(fā)布，顯示與接入各類氣象信息和衛(wèi)星云圖等數(shù)據(jù)。

模塊10：視頻監(jiān)控。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)建成的情況下，采用統(tǒng)一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)接入監(jiān)視、綜合展示流域內(nèi)重點(diǎn)防洪部位的各路視頻監(jiān)控信號(hào)。

模塊11：防汛會(huì)商。為提高防汛會(huì)商效率對(duì)其提供歷史會(huì)商、會(huì)商會(huì)議、資料準(zhǔn)備、會(huì)議安排等信息化支撐。

模塊12：成果預(yù)報(bào)。實(shí)現(xiàn)查詢與管理控制站洪水預(yù)報(bào)成果，如成果展示、管理和上報(bào)等，對(duì)成果進(jìn)行校正的同時(shí)預(yù)留水文局成果上報(bào)接口。

模塊13：組織保障。實(shí)現(xiàn)查詢與管理丹東市防汛預(yù)案、搶險(xiǎn)隊(duì)伍、物資倉庫、責(zé)任人等相關(guān)信息。

模塊14：實(shí)現(xiàn)查詢工情、水庫、河道、降雨等詳細(xì)信息，并對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和防汛矢量圖集成。

模塊15：系統(tǒng)管理。實(shí)現(xiàn)維護(hù)與管理基礎(chǔ)信息、訪問日志和用戶權(quán)限，如日志、權(quán)限及數(shù)據(jù)管理。

模塊16：監(jiān)理數(shù)據(jù)庫。根據(jù)相關(guān)要求建立數(shù)據(jù)庫，規(guī)范化管理與維護(hù)所有靜態(tài)及動(dòng)態(tài)信息，如數(shù)據(jù)校核、入庫、預(yù)處理和庫表構(gòu)建等。

2.2.2 手機(jī)客戶端開發(fā)

模塊1：實(shí)施汛情。統(tǒng)計(jì)市內(nèi)水情、雨情信息，實(shí)現(xiàn)河道、水庫和降雨告警。

模塊2：氣象信息。將中央氣象臺(tái)或省氣象局的氣象成果進(jìn)行匯集展示，包括臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)、天氣圖、累計(jì)降水、降水量預(yù)報(bào)、雷達(dá)拼圖及衛(wèi)星云圖等。

模塊3：雨情信息。對(duì)上游相關(guān)流域及丹東市內(nèi)的雨量信息利用柱狀圖、數(shù)據(jù)表、地理信息等多種形式，實(shí)現(xiàn)交互查詢以及雨強(qiáng)信息查詢。

模塊4：水情信息。對(duì)上游相關(guān)流域及丹東市內(nèi)的河道水文站及水庫水情信息利用過程線、數(shù)據(jù)表、地理信息等多種形式實(shí)現(xiàn)交互查詢。

模塊5：工情信息。實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)、水閘、堤防、河流、水庫等所有防汛相關(guān)工情信息的交互查詢，對(duì)查詢結(jié)果按規(guī)模、流域、行政區(qū)過濾，以列表形式展示以及實(shí)現(xiàn)詳細(xì)信息的查看。

模塊6：通信管理。統(tǒng)一查詢與管理省、市、縣防汛相關(guān)通信人員信息，可直接以短信發(fā)送與電話通信的方式及時(shí)了解相關(guān)人員通信信息。

3 結(jié) 論

文章從防汛工作流程、數(shù)據(jù)資源、技術(shù)路線及設(shè)計(jì)思路的角度詳細(xì)闡述了丹東市防汛抗旱指揮系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，明確了系統(tǒng)建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)符合防汛抗旱指揮系統(tǒng)建設(shè)要求。經(jīng)過調(diào)查分析防汛工作現(xiàn)狀，對(duì)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)開展PC端和手機(jī)客戶端兩個(gè)層面的功能設(shè)計(jì)，符合區(qū)域防汛要求。根據(jù)丹東市及遼寧省網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，充分論證了集成方案的可實(shí)現(xiàn)性，在詳細(xì)分析兩種集成方案優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上制定最優(yōu)的部署方案。從數(shù)據(jù)、應(yīng)用、主矩、網(wǎng)絡(luò)和物理安全等方面，加強(qiáng)系統(tǒng)安全設(shè)置以保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)踐檢驗(yàn)顯示，經(jīng)長期運(yùn)行系統(tǒng)取得良好的效果，并且運(yùn)行穩(wěn)定，為丹東市現(xiàn)代化防汛發(fā)展和重點(diǎn)防汛工作部署提供了技術(shù)支撐。