基于朝陽市防汛指揮系統(tǒng)汛情分析研究

牟 宇

(遼寧省朝陽市龍城區(qū)水利局，遼寧 朝陽 122000)

朝陽市東連工業(yè)城市群，西接京津翼經(jīng)濟圈，南臨渤海之濱，北依內(nèi)蒙腹地，境內(nèi)河網(wǎng)密布，有老哈河、大凌河、小凌河、青龍河4大水系，洪水、高潮、暴雨和臺風(fēng)自然災(zāi)害對城市安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，準(zhǔn)確分析研判汛情、及時掌握汛情發(fā)展趨勢和快速發(fā)布預(yù)警信息，對于朝陽市做好汛情防范應(yīng)對以及防汛調(diào)度決策等極其重要。

從朝陽水務(wù)公共信息平臺投入應(yīng)用以來，通過與地理信息系統(tǒng)配準(zhǔn)復(fù)合、基礎(chǔ)平臺數(shù)據(jù)整合等實現(xiàn)了海量汛情數(shù)據(jù)的快速顯示，對汛情分析研判發(fā)揮了不可替代的作用。近年來，隨著智能化、信息化技術(shù)的快速發(fā)展，全社會對防汛減災(zāi)提出了越來越高的要求，為了有效應(yīng)對日趨嚴(yán)峻防汛形勢，亟需進(jìn)一步提升朝陽市智能化汛情分析水平。

1 汛情分析現(xiàn)狀

1.1 多平臺應(yīng)用尚未深化

在互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術(shù)快速發(fā)展的新形勢下，社會公眾及防汛人員急切需要多平臺防汛模式。雖然在大屏端、移動端公共信息平臺可以提供部分汛情分析功能，如實時雨量、臺風(fēng)路徑、預(yù)警預(yù)報等，但不同操作系統(tǒng)互不兼容的特性極大地阻礙了多平臺應(yīng)用的開發(fā)，多種終端仍難以實現(xiàn)汛情分析功能的全面覆蓋。

1.2 信息覆蓋行業(yè)不廣泛

通過網(wǎng)上快速顯示海量數(shù)據(jù)，公共信息平臺能夠滿足區(qū)、市兩級防汛指揮的基本需求，但數(shù)據(jù)信息覆蓋范圍較窄以水務(wù)行業(yè)數(shù)據(jù)為主，相對于全社會共同防汛的要求還具有很大的差距。近幾年，全市各防汛單位持續(xù)加快各類信息系統(tǒng)和監(jiān)測站點建設(shè)，需要拓寬公共信息平臺的覆蓋范圍，進(jìn)一步梳理數(shù)據(jù)信息。

1.3 信息應(yīng)用程度不夠深

對基本的數(shù)據(jù)查詢屬于公共信息平臺的主要功能，雖然可以在一定程度上發(fā)揮輔助防汛決策的作用，但各行業(yè)數(shù)據(jù)之間存在較低的關(guān)聯(lián)度。在各種場景模擬分析中能夠使用的數(shù)據(jù)較少，預(yù)報預(yù)警的智能化水平偏低，更多的信息只能被用于展示，而無法用于實戰(zhàn)。例如，預(yù)判汛期道路積水情況時需進(jìn)一步提高智能化分析水平。此外，積累了海量暴雨、歷史臺風(fēng)等汛情數(shù)據(jù)的公共信息平臺，未能實現(xiàn)這些信息的充分利用，對于暴雨數(shù)據(jù)查詢、歷史臺風(fēng)之間的對比、關(guān)聯(lián)等功能還有待完善，仍要進(jìn)一步提升災(zāi)害影響程度和汛情發(fā)展趨勢的模擬功能。

2 智能防汛指揮系統(tǒng)設(shè)計理念

2020年朝陽市新建智能防汛指揮系統(tǒng)于汛前上線投入運行，其主要特點是按防汛工作“應(yīng)急處置、智能指揮、縱向到底、橫向到邊”的總體要求和社會化防汛指揮要求，從精度、深度、廣度三方面深化系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)了智能防汛指揮調(diào)度平臺對防汛信息輔助決策平臺的逐步替代，通過網(wǎng)上指揮和網(wǎng)上操作實現(xiàn)了“智能調(diào)度”的防汛指揮，指揮人機互動、資源統(tǒng)一調(diào)配、趨勢智能預(yù)判和態(tài)勢全面掌握，按以下設(shè)計理念達(dá)到汛情分析功能[1]。

2.1 社會化防汛理念

由于防汛工作風(fēng)險大、責(zé)任重，這是一項涉及全社會的公益事業(yè)，需要區(qū)域聯(lián)動、軍民聯(lián)手、全員參與、廣泛動員，所以朝陽防汛要堅持“社會防汛”的理念[2-3]。通過增強災(zāi)后救助、防汛搶險的整體合理和全社會防汛減災(zāi)意識，才能保證防汛工作取得理想成效。朝陽市智能防汛指揮系統(tǒng)建設(shè)就是實現(xiàn)防汛指揮的“智能調(diào)度”，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是對各防汛部門的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速的匯集。

2.2 信息演練與智能調(diào)度

在持續(xù)推進(jìn)智能化、移動化、可視化防汛工作的情況下，更要注重防汛工作中“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)所帶來的機遇。目前，單純的數(shù)據(jù)展示、信息查詢已無法適應(yīng)時代的發(fā)展需求，必須以“管、觀、防”相結(jié)合更加突出實戰(zhàn)功能，逐步轉(zhuǎn)變以“觀”為主的現(xiàn)狀。

2.3 自適應(yīng)、多目標(biāo)、跨平臺

面對日趨多樣化和個性化的智能終端，為了開拓全新的移動防汛模式必須用移動終端、大屏終端等，深化公共服務(wù)和社會管理增強防汛減災(zāi)能力。所以，使用多尺寸智能終端系統(tǒng)或多種移動操作系統(tǒng)逐漸成為現(xiàn)階段技術(shù)攻關(guān)目標(biāo)。通過優(yōu)化完善和擴展移動端、電腦端、大屏端的功能，朝陽市智能防汛指揮系統(tǒng)實現(xiàn)了移動、電腦、大屏等多終端的一體化[4]。

3 智能防汛指揮系統(tǒng)汛情分析

根據(jù)“資源統(tǒng)一調(diào)配、趨勢智能預(yù)判、態(tài)勢全面掌握”的總體要求合理設(shè)計新建智能指揮系統(tǒng)的汛情分析模塊，并且在系統(tǒng)后臺集成防汛相關(guān)功能模塊，實現(xiàn)了按需調(diào)用的目的。一般地，汛情分析功能主要分布于應(yīng)急管理、監(jiān)控監(jiān)測、調(diào)度支撐、預(yù)報預(yù)警4個模塊。

3.1 應(yīng)急管理模塊

應(yīng)急管理模塊包括防汛風(fēng)險圖成果、防汛隱患排查結(jié)果、基礎(chǔ)資料信息庫等汛情分析功能。該模塊可以提供河湖管理、區(qū)域除澇、城鎮(zhèn)排水、千里江堤、千里海塘等工程設(shè)施信息，曾積水點、病險水閘、堤防薄弱段和海塘薄弱段等信息，以及海塘堤防潰口淹水、城區(qū)暴雨積水等防汛風(fēng)險圖成果和隱患排查成果，提供信息支撐更好地分析研判汛情。

3.2 監(jiān)控監(jiān)測模塊

監(jiān)控監(jiān)測模塊包括積水監(jiān)測、視頻資源、市政泵站、除澇泵閘、流量監(jiān)控、實時水位、實時雨量、風(fēng)向風(fēng)速、衛(wèi)星雷達(dá)、臺風(fēng)路徑以及綜合汛情等汛情分析功能。通過對數(shù)據(jù)源的不斷拓展，運用公共信息平臺為汛情研判提供支持。該模塊主要有災(zāi)情、工情、雨情、水情、氣象等實時監(jiān)測信息，每五分鐘一次的頻率更新數(shù)據(jù)。其中，災(zāi)情信息匯集了全市所有的下立交積水監(jiān)測信息，積水監(jiān)測功能可以實現(xiàn)城市節(jié)水情況的實時掌握；工情信息匯集了全市所有泵閘實時監(jiān)測信息，除澇泵閘功能可以實現(xiàn)水泵、閘門、泵閘的外河及內(nèi)河水位情況的實時監(jiān)測；雨情信息匯集了所有雨量站的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時雨量功能可以對全市雨量分布情況進(jìn)行動態(tài)展示；水情信息匯集了全市4大水系及所有水位站監(jiān)測信息，實時水位功能可對近海、全市及4大水系實時水位信息進(jìn)行直觀的顯示；氣象信息匯集了全市衛(wèi)星云圖、雷達(dá)云圖信息和所有風(fēng)向風(fēng)速監(jiān)測站信息，風(fēng)速風(fēng)向功能和衛(wèi)星雷達(dá)可以對全市氣溫、氣壓、風(fēng)向和風(fēng)速等信息直觀地展示。此外，臺風(fēng)路徑功能建立了詳實的臺風(fēng)數(shù)據(jù)庫，基于Web GIS實現(xiàn)了10級與7級風(fēng)圈影響分析、相關(guān)信息綜合查詢、動態(tài)告警、臺風(fēng)路徑自動生成以及相似路徑智能查找等[5]。

3.3 調(diào)度支撐模塊

調(diào)度支撐模塊包括汛情回溯、積水發(fā)現(xiàn)2項汛情分析功能。其中，新建的積水發(fā)現(xiàn)功能主要是通過系統(tǒng)建設(shè)及時掌握道路積水情況，為避險交通管制、道路積水風(fēng)險預(yù)警以及防汛決策指揮及時提供數(shù)據(jù)支持。將300多路視頻接入該系統(tǒng)以實現(xiàn)圖像智能識別，同步疊加30個小區(qū)、325條道路、416處下立交熱線報災(zāi)和在線監(jiān)測，以及210處窨井液位預(yù)警、內(nèi)澇數(shù)模預(yù)測等方面信息，在暴雨來臨時實現(xiàn)對易積水的居住小區(qū)、重要路段和下立交的積水信息動態(tài)罷工、及時發(fā)現(xiàn)。

新建的汛情回溯模塊收集、整理了歷史上對朝陽造成較大影響的臺風(fēng)數(shù)據(jù)，對近20a影響朝陽的暴雨、臺風(fēng)等主要災(zāi)害事件及其關(guān)聯(lián)的災(zāi)情、水情、雨情、氣象等要素重點分析，從而搭建智能回溯歷史汛情數(shù)據(jù)集。防汛指揮期間可以智能化比對分析歷史數(shù)據(jù)與實時汛情信息，對洪澇災(zāi)害影響程度以及汛情可能發(fā)展趨勢進(jìn)行模式，為防汛決策提供支持。

3.4 預(yù)報預(yù)警模塊

預(yù)報預(yù)警模塊包括道路積水預(yù)報、分片水情預(yù)報、潮位預(yù)報、氣象預(yù)報等4項汛情分析功能。其中，構(gòu)建能夠準(zhǔn)確、快速、實時、動態(tài)預(yù)測分析城市道路積水系統(tǒng)，這是有效應(yīng)對洪澇災(zāi)害、提升決策科學(xué)性以及增加預(yù)警準(zhǔn)備時間的重要手段。通過對道路積水預(yù)測結(jié)果的自動讀取，系統(tǒng)新增的道路積水預(yù)報模塊實現(xiàn)道路積水信息的實時發(fā)布。該預(yù)報系統(tǒng)是采用專報自動生成技術(shù)、離散網(wǎng)格化洪水風(fēng)險數(shù)據(jù)挖掘以及與氣象精細(xì)化降雨預(yù)報的耦合技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，充分運用城市水文-水動力暴雨洪水分析模型和水雨情監(jiān)測預(yù)報大數(shù)據(jù)，并結(jié)合防洪排澇工程運行數(shù)據(jù)、河網(wǎng)潮(水)位數(shù)據(jù)、降雨實測與預(yù)報數(shù)據(jù)、下墊面數(shù)據(jù)等，在暴雨來臨前對降雨可能會造成的最大與平均積水深度、積水道路路段進(jìn)行預(yù)報，在此基礎(chǔ)上給予防御提示。目前，該系統(tǒng)覆蓋范圍達(dá)到2615km2，涉及龍城區(qū)、雙塔區(qū)、朝陽水利控制片等，現(xiàn)已成為朝陽市防汛應(yīng)急和洪澇災(zāi)害防御中應(yīng)用常態(tài)化的工具。

其中，新增水利控制片水情預(yù)報主要是提高全市水情預(yù)報的精準(zhǔn)度，在暴雨來臨前及時預(yù)報各水利控制片和流域重要站點的最高水位及其出現(xiàn)時間。近年來，朝陽市低洼地區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，由于臺風(fēng)降雨、泵站工程運行、上游洪水等多種因素同時對水利控制片區(qū)內(nèi)水位產(chǎn)生作用，該復(fù)雜的水流過程機理明顯增大了防汛預(yù)報的工作難度。所以，新增水利控制片水情預(yù)報項目對提高水位預(yù)報精度、預(yù)報控制性站點水位等非常必要。水利控制片水情預(yù)報項目共建立了平原區(qū)水文產(chǎn)匯流模型、河網(wǎng)水動力模型、水利工程調(diào)度模型和區(qū)域邊界預(yù)報模型4個模型。其中，通過構(gòu)建建設(shè)用地、旱地、水田、平原區(qū)河網(wǎng)區(qū)水面4種下墊面產(chǎn)流模型可以模擬本地降雨產(chǎn)匯流過程；河網(wǎng)水動力模型可用于任意河網(wǎng)斷面流量過程及水位的模擬；水利工程調(diào)度模型可數(shù)值求解泵、閘、堰的流量過程，模擬各類水利工程調(diào)度預(yù)案；區(qū)域邊界預(yù)測模型模擬預(yù)報上游水位的主要手段是相關(guān)統(tǒng)計模型。目前，該功能可明顯提高防汛預(yù)報精度以及水利部門的應(yīng)急搶險能力，及時準(zhǔn)確的預(yù)報朝陽市水利控制片20個站點的水位。

4 智能指揮系統(tǒng)的應(yīng)用與效果分析

4.1 朝陽市智能防汛指揮系統(tǒng)應(yīng)用

在2020年朝陽市臺風(fēng)防御實戰(zhàn)中，新建智能指揮系統(tǒng)直觀反映了“洪水、高潮、暴雨、臺風(fēng)”四大致災(zāi)因子是否有預(yù)警及其變化特征，并以點、面、特征值3個層面呈現(xiàn)，可直觀、實時感知洪水、高潮、暴雨、臺風(fēng)等汛情變化。

以汛期某場次暴雨為例，第1階段：系統(tǒng)結(jié)合窨井液位監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和降水預(yù)報，利用內(nèi)澇數(shù)據(jù)模型預(yù)測未來6h內(nèi)可能發(fā)生積水的小區(qū)、道路等，并將積水預(yù)報信息在第一時間群發(fā)給有關(guān)排水單位，以實現(xiàn)早部署、早準(zhǔn)備的目的。第2階段：暴雨開始后首頁顯示“預(yù)警信號、最大值和雨型”特征指標(biāo)，點擊后可以直觀地顯示雨量分布特征。局部地區(qū)有特大暴雨，個別站點降雨量達(dá)到187.2mm，全市范圍內(nèi)普降暴雨，點擊某一雨量站點可以詳細(xì)顯示降雨過程和降雨強度，并與周邊視頻相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了“點”上雨情的直觀精準(zhǔn)展示。第3階段：系統(tǒng)通過1.2萬個小區(qū)物業(yè)經(jīng)理的客戶端剝蒜、基層上千人工作人員現(xiàn)場量防水、40個易積水點視頻監(jiān)控以及700多處在線監(jiān)測設(shè)備，網(wǎng)格化管理人員和大量基層巡查人員信息報送等方式，快速準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)積水事件?？傮w而言，通過上述3個階段為汛情實時預(yù)判和應(yīng)急處置提供了支持。

4.2 汛情分析功能效果分析

1)實戰(zhàn)應(yīng)用明顯增強。新建智能指揮系統(tǒng)將原先分散在各個模塊的信息集合在“一張圖”上，通過臺風(fēng)防御、暴雨防御等場景將各類防汛數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，從而實現(xiàn)了“觀看”向“實戰(zhàn)”的轉(zhuǎn)變。例如，致災(zāi)因子是否有預(yù)警及其變化特征直觀的反映在首頁上，暴雨處置場景中向防汛工作人員推送預(yù)警信息，暴雨過程中提供積水、水位、水量等實時信息，同時還提供歷史暴雨、臺風(fēng)數(shù)據(jù)對比和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢。各類防汛信息的也可在手機端同步查看，從而實現(xiàn)了“移動防汛”。

2)趨勢分析更全面。在原有大江大河潮位預(yù)報和風(fēng)暴潮預(yù)報的情況下，新建智能指揮系統(tǒng)新增了內(nèi)河水位預(yù)報和道路積水預(yù)報，預(yù)測預(yù)報范圍進(jìn)一步的擴大。采用了更加智能的信息發(fā)現(xiàn)手段和現(xiàn)代化大數(shù)據(jù)分析的預(yù)報方式，如以視頻圖像智能識別替代了原儀器監(jiān)測，以大數(shù)據(jù)分析替代數(shù)據(jù)模擬等。新建智能指揮系統(tǒng)明顯提高了預(yù)報預(yù)警的智能化水平和汛情趨勢的分析研判水平，為主動部署防御工作、提前預(yù)判災(zāi)情等提供更加科學(xué)的決策依據(jù)。

3)智能感知更全面。從服務(wù)全社會、全社會參與的角度，新建智能指揮系統(tǒng)將與防汛關(guān)聯(lián)的處置信息、雨情、災(zāi)情、汛情全部整合，包括政務(wù)微信、航空影響、地圖、地下空間、在建工地、道路小區(qū)積水、氣象、工情、雨情、水情等60多類數(shù)據(jù)內(nèi)容，共涉及區(qū)級單位、有關(guān)專業(yè)單位、朝陽委辦局、流域等30余家單位，形成5281個神經(jīng)元，基本實現(xiàn)了全行業(yè)數(shù)據(jù)的全覆蓋。

5 結(jié) 論

在朝陽市汛情研判分析時利用新建智能指揮系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了資源統(tǒng)一調(diào)配、趨勢智能預(yù)判和態(tài)勢全面掌握。隨著科技的發(fā)展，在數(shù)字化防汛基礎(chǔ)設(shè)施和已匯聚的自動感知點情況下，未來將進(jìn)一步推進(jìn)向系統(tǒng)接入神經(jīng)元的工作，不斷強化更新機制、加強數(shù)據(jù)對接和優(yōu)化指標(biāo)體系。系統(tǒng)應(yīng)用時，要加快街(鎮(zhèn))、區(qū)兩級指揮系統(tǒng)定制開發(fā)和城運中心的部署，加快實現(xiàn)系統(tǒng)汛情分析的全覆蓋。