江蘇防汛搶險應(yīng)急管理建設(shè)規(guī)劃研究

朱澤宇， 陳四海， 張成中， 王晶晶

(1.揚州大學廣陵學院， 江蘇 揚州 225000； 2.阜寧縣自來水有限公司信息中心， 江蘇 鹽城 224400)

經(jīng)過多年的建設(shè)發(fā)展，江蘇省防汛抗旱服務(wù)組織在數(shù)量、規(guī)模、能力等方面取得了一定的進展，并成功抗御了洪澇、干旱等各類突發(fā)災(zāi)害[1]。但是隨著城市化進程的加快，不透水的硬質(zhì)化地面不斷增加，原有的產(chǎn)匯流模式發(fā)生了變化，地表徑流大幅增加，雨水管網(wǎng)、河道的匯水速率及匯水量都有所增加，城市防汛壓力加大。公眾對城市內(nèi)澇的敏感度與關(guān)注度逐年提升，這也對防汛搶險應(yīng)急管理工作提出了新的挑戰(zhàn)[2]。面對新的防汛抗旱形勢和復(fù)雜的水旱災(zāi)害，加快推進全省防汛防旱應(yīng)急能力建設(shè)，提高水旱災(zāi)害應(yīng)對能力，顯得十分必要和迫切[3]。

各地為應(yīng)對汛期突發(fā)狀況積極籌備，南京市開展應(yīng)急演練，采用無人機和無人船巡堤，以增加防汛巡堤預(yù)警的能力。無錫市研究水陸兩棲車，為消防救援隊伍的防汛工作提供強有力的保障?；窗彩薪ㄔO(shè)智慧化管理系統(tǒng)，科學提升應(yīng)急防汛能力。

總的來說，目前江蘇對防汛救援的研究已經(jīng)取得了一定的成果。本文針對長江汛情監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急處置救援問題，運用深度學習技術(shù)，提高災(zāi)害預(yù)測的進度，研究動態(tài)多變的環(huán)境下防汛救災(zāi)任務(wù)分配，提高應(yīng)急救援效率?；谡Z義數(shù)據(jù)管理的長江汛情監(jiān)測預(yù)警與智能應(yīng)急救援平臺研發(fā)，有利于有效提升基層綜合減災(zāi)能力。

1 需求分析

1.1 問題分析

江蘇省獨特的地理環(huán)境使得汛情類型十分復(fù)雜，長江河勢變化可能導(dǎo)致的坍江，京杭大運河在南水北調(diào)高水位情況下的堤防滲流破壞、水庫大壩的滲流破壞，里下河圩區(qū)圩堤坍塌，超歷史暴雨情況下的城市內(nèi)澇，薄弱工程的安全隱患等。加之地處南北氣候的過渡地帶，流域性、區(qū)域性、局部性洪水頻發(fā)，且多為突發(fā)性、災(zāi)害性的暴雨洪水，沿海地區(qū)還要面對風暴潮的威脅[4]。極端天氣頻率的增加，也使得江蘇省的防汛防旱任務(wù)繁重，對防汛防旱搶險能力提出了更高的要求。因此，要做好水旱災(zāi)害突發(fā)事件防范與處置工作，提高全省防汛防旱能力，保證防汛防旱工作依法、規(guī)范、有序地進行，最大限度地減少災(zāi)害損失，保障經(jīng)濟社會全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

1.2 功能需求

汛情監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急救援平臺，利用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)防患點的監(jiān)測、預(yù)警和災(zāi)害應(yīng)急救援方案生成等目標。

(1)防患點的監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析：防患點數(shù)據(jù)的接入、傳輸與分析，數(shù)據(jù)的高度集成。

(2)險情預(yù)測與自動預(yù)警：挖掘歷史汛情的隱含價值，為預(yù)測算法提供基礎(chǔ)，提高汛情在動態(tài)環(huán)境下的預(yù)測能力。

(3)汛情應(yīng)急處置救援指揮方案生成：綜合考慮安全風險和時間花費最小的最優(yōu)救援路線生成，以救援及時、物資供給公平為目標，應(yīng)急救援資源(救援人員及設(shè)備)調(diào)配方案生成。

1.3 功能要求

1.3.1 精確度要求

精確度要求詳見表1。

表1 精確度要求

1.3.2 時間特殊性要求

平臺對于隱患點的監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集，需要每隔5 min記錄一次，氣象信息連續(xù)顯示一周并按天記錄。

1.3.3 靈活性要求

(1)多發(fā)汛情下人員物資分配的博弈機制應(yīng)滿足實際情況，避免兩處以上險情的防汛方案中共用同一資源時，由于資源競爭出現(xiàn)的匱乏問題。

(2)隱患點采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，及時提示。

(3)搶險方案生成后由專家指導(dǎo)，經(jīng)過人工干預(yù)后形成最優(yōu)方案。

1.3.4 可靠性需求

系統(tǒng)服務(wù)器的CPU為4核，內(nèi)存為8 G，磁盤500 GB～1 T，帶寬10 MB，系統(tǒng)實時24 h進行數(shù)據(jù)解析，監(jiān)測可控，并且具有運行出錯處理機制，例如網(wǎng)絡(luò)異常導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸失敗處理機制，數(shù)據(jù)庫連接失敗處理機制等。

2 總體設(shè)計

總體框架由6個主要部分組成，包括汛情監(jiān)測設(shè)備、指揮控制中心、數(shù)據(jù)中心、預(yù)警決策系統(tǒng)、應(yīng)急救援系統(tǒng)和接受用戶。系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)開發(fā)，可連接多種類型數(shù)據(jù)庫，總體框架如圖1所示。

圖1 汛情監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急救援框架

汛情監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急救援平臺的具體實現(xiàn)如下。

(1)長江沿線的汛情監(jiān)測設(shè)備收集防患點的精確數(shù)據(jù)，并實時傳送到指揮控制中心。

(2)指揮控制中心將實時數(shù)據(jù)上傳到云端，并建立數(shù)據(jù)中心。

(3)數(shù)據(jù)中心將汛情數(shù)據(jù)交給預(yù)警決策系統(tǒng)處理，當出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的時候，預(yù)警決策系統(tǒng)會及時向控制指揮中心發(fā)出預(yù)警。

(4)指揮控制中心收到預(yù)警后，將預(yù)警決策系統(tǒng)生成的預(yù)測情況及數(shù)據(jù)發(fā)送給應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)，由其生成合理的救援方案并發(fā)送給控制指揮中心。

(5)在收到應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)的方案后，指揮控制中心將救援方案與預(yù)計情況進行合理通告，以方便救援與疏散。

3 系統(tǒng)功能

本文提出的防汛搶險應(yīng)急管理系統(tǒng)分為4個模塊，分別為用戶管理模塊、險情管理模塊、物資儲備管理模塊、搶險方案生成管理模塊。如圖2所示。

圖2 防汛搶險應(yīng)急管理系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)

3.1 用戶信息管理

3.1.1 角色管理

系統(tǒng)中的用戶有不同的角色，對應(yīng)不同的權(quán)限展示不同的用戶界面，該模塊提供增加角色、修改角色、刪除角色和分配角色。

3.1.2 用戶管理

根據(jù)用戶的角色不同有不同的權(quán)限，管理員擁有系統(tǒng)的最高權(quán)限，可以對所有用戶進行信息管理，主要包括添加系統(tǒng)用戶信息，刪除無用系統(tǒng)用戶信息，修改系統(tǒng)用戶的個人信息。普通用戶僅可以對自己的個人用戶信息進行管理。

3.2 險情管理

險情管理模塊主要負責對隱患點監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息進行處理、存儲及分析，讓用戶能夠通過直觀的數(shù)據(jù)對隱患點的情況進一步了解并分析評估險情狀況。該模塊包含以下3個功能模塊。

3.2.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及存儲

通過傳感器、攝像頭等隱患點采集數(shù)據(jù)，進行處理加工后，將格式轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)庫存儲類型，并錄入數(shù)據(jù)庫。

3.2.2 地圖及天氣信息顯示

獲取高德地圖收集來的隱患點地理位置信息及天氣情況，并錄入數(shù)據(jù)庫。在平臺上連續(xù)顯示一周的氣象信息，為險情分析提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2.3 險情分析

將采集來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，用圖表的形式展示，實時且直觀反映隱患點的情況。系統(tǒng)自動分析隱患點情況，并給出相關(guān)的險情評估情況描述，供用戶參考。

3.3 物資儲備管理

防汛物資儲備管理模塊對防汛所用的物資及救災(zāi)人員儲備進行管理，反饋物資出入情況及救災(zāi)人員分配情況，對資源調(diào)度進行管控。該模塊主要包括防汛物資管理和防汛人員管理。

3.3.1 防汛物資管理

防汛物資管理主要負責記錄防汛物資的出入庫日志，便于系統(tǒng)用戶了解庫存情況，對于儲備不足的儲備點及時增補物資。主要包括3個子功能模塊。

(1)防汛物資入庫功能：記錄物資增補的信息，便于后續(xù)分析統(tǒng)計物資情況。

(2)防汛物資出庫功能：記錄物資出庫的信息，便于后續(xù)分析統(tǒng)計物資情況。

(3)防汛物資查詢功能：用于檢索庫存中的物資情況，便于用戶了解實際儲備情況。

3.3.2 防汛人員管理

防汛人員管理主要負責管理防汛人員的分配，便于人員調(diào)用及后續(xù)人員分配情況分析，具體包括4個子功能模塊。

(1)防汛人員納入功能：對招納的防汛人員進行記錄，便于后續(xù)數(shù)據(jù)查詢及人員分配使用。

(2)防汛人員修改功能：對招納的防汛人員信息進行修改維護。

(3)防汛人員派遣功能：險情發(fā)生或者制定方案時，對防汛人員的派遣工作進行處理。

(4)防汛人員查詢功能：查詢防汛人員的信息及其狀態(tài)，便于工作人員了解防汛人員動態(tài)，進行分配及其他防汛工作。

3.4 搶險方案生成管理

搶險方案生成模塊主要負責在險情發(fā)生時，制定防汛資源調(diào)配方案，記錄歷史方案并根據(jù)歷史方案進行資源分配的分析處理，主要包含防汛資源標準方案和防汛資源動態(tài)分配。

3.4.1 防汛資源標準方案

防汛資源標準方案功能主要是記錄險情發(fā)生的最低資源分配標準，為搶險方案的動態(tài)生成提供依據(jù)。該模塊提供對數(shù)據(jù)庫中記錄的防汛資源標準進行修改維護、刪除操作。

3.4.2 防汛資源動態(tài)分配

防汛資源動態(tài)分配主要是根據(jù)防汛標準及實際情況生成防汛救災(zāi)的方案，以及根據(jù)歷史采用方案實現(xiàn)資源儲備的動態(tài)分配方案。

搶險方案擬定及評估：根據(jù)險情的評估情況，檢索對應(yīng)的防汛資源分配標準，結(jié)合實際的資源儲備情況及地理位置，制定出高效的救災(zāi)方案集，并給出每種方案的分析情況，供用戶決策，實現(xiàn)人工干預(yù)。

資源優(yōu)化儲備分析：根據(jù)歷史防汛方案，分析資源儲備點調(diào)用情況，生成資源儲備方案，便于生成更加高效的防汛方案。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

通過建立防汛搶險應(yīng)急管理平臺，實現(xiàn)本文提出的防汛搶險應(yīng)急管理建設(shè)規(guī)劃。平臺主要通過汛期監(jiān)測設(shè)備采集數(shù)據(jù)并通過數(shù)據(jù)中心分析，得出相對應(yīng)的預(yù)警等級，并生成相應(yīng)的決策方案。監(jiān)控圖可由GIS地圖動態(tài)顯示各個隱患點及物資儲備點的地理位置信息和氣象信息。

本文已經(jīng)在汛情本體構(gòu)建和應(yīng)急處置方案兩方面進行的初探性研究，初探研究結(jié)果預(yù)示所提出的防汛搶險應(yīng)急管理平臺研究可以達到預(yù)期的目標和成果要求。

5 結(jié) 語

本文提出一種自動推理與智能決策技術(shù)為防汛搶險應(yīng)急管理提供了技術(shù)支撐，設(shè)計了一種面向救援質(zhì)量與效率的救援物資分配機制，綜合考慮救援路徑規(guī)劃和資源分配的效用，滿足應(yīng)急救援的整體效益最優(yōu)目標。整個研究基于國內(nèi)應(yīng)急管理體系的特色和優(yōu)勢，同時又借鑒了國外應(yīng)急管理有益做法，是一個高效的、智能的現(xiàn)代化應(yīng)急管理體系。