省級山洪災害防治智慧型系統規劃體系研究

樊 冰，張聯洲，杜文貞，張保祥

（山東省水利科學研究院，250014，濟南）

省級山洪災害防治智慧型系統是全國山洪災害防治建設的重要內容，也是國家防汛抗旱指揮系統的組成部分。通過系統建設，實現中央、省、市、縣信息共享和部門之間的信息共享。根據山洪災害防御管理職責，省、市、縣級山洪災害防治系統功能各有側重，與其他防汛抗旱業務系統互為支撐、互為補充。

一、規劃內容探索

根據“統籌規劃、統一標準、聯合建設、互聯互通、資源共享”的指導方針,結合省內山洪災害防治建設現狀及實際情況，以需求為導向，以應用促發展，完善擴展現有架構系統，積極應用和推廣智慧型信息技術，構建一個數據集中、管理統一、安全可靠、節能高效、業務連續的智慧型山洪災害防治體系，建立服務于省級山洪災害預報、水情查詢、站網管理、綜合業務管理、預警預報服務、空間服務的信息化作業平臺和決策會商支撐環境，確保發生山洪災害時能及時預警，提高山洪預報精度，延長預見期，提升系統的服務能力和服務水平，實現省、市、縣不同業務部門之間的數據共享，實現全省流域水文、水動力及工程調度實時三維模擬，并能根據地形、工程承載等因素，對各類防災對象進行智能災害評估，啟動災害預警響應，調度防汛物資，啟動防汛預案，本次研究屬于省級頂層體系規劃研究。

二、總體架構探索

省級山洪災害防治智慧型系統應制定一個科學合理、切實可行的高效、穩定、節能、環保的系統建設目標，建立統一的技術基礎平臺和規范的山洪災害防治系統建設業務應用流程。按照統一制定的規劃和有關業務應用、技術標準，做到省級山洪災害防治系統建設一盤棋，避免重復建設及資源浪費，完成“一個平臺，兩級交互，三處覆蓋，多個系統，全面智能”的體系建設。

“一個平臺”是指建立一個基于虛擬化云技術的包含網絡硬件和基礎軟件的統一技術基礎平臺，通過內網、外網、公網三個層面的應用，形成一體化管理體系。該一體化管理體系能對終端信息采集設備進行統一遠程維護，降低原有分散終端運維的難度，從而使省級山洪災害防治系統建設從硬件層、數據層、網絡層和應用層多個層次實現一體化管理。

“兩級交互”是指依托完善、高效的信息化平臺，逐步實現與山洪災害相關的信息系統在數據中心進行集中加工處理，與上級防汛系統及下屬節點形成信息交互、集中處理的模式，既保證了信息的及時處理反饋，也保證了數據的集中存放以及安全備份。

“三處覆蓋”是指山洪災害防治智慧型系統建設通過數據庫標準接口及數據同化技術，橫向到邊、縱向到底，全面覆蓋氣象、水文、國土、歷史等數據；全面覆蓋省市縣、大中小流域等各級監控信息；全面覆蓋各級山洪災害防治監控預警系統及山洪數據采集和處理的所有工作環節。

“多個系統”是指通過虛擬化云技術實現對原有業務系統的重構優化、硬件設備的整合規范和信息管理程序的規范，逐步形成一個包括內部業務應用、外部信息交互、綜合數據處理及決策、與防汛中心信息系統互通等多個系統為主要內容的山洪災害防治綜合信息化系統體系，并實現“工作自動化、數據集中化、信息處理高效化、管理便捷化、設備應用節能化”的應用目標。

“全面智能”是指傳輸網絡智能化、采集終端物聯網化、基礎信息數字化、分析判斷專家智能化模型化、預警演示三維化。通過引進最新的研究成果，研發關鍵技術，構建水文預報、山洪預警、智能調控模擬、流域仿真、災情評估等一系列模型，為流域山洪災害防治及管理提供專業決策支持和信息服務。

三、關鍵技術及解決方案

1.大規模感知設備共享和綜合服務平臺

現有感知設備存在多部分重復建設的現象，例如，可能在非常近的地方，既有氣象部門的雨量計，也有水文部門的雨量計。因此，如何充分有效地利用已有的大規模感知設備，避免重復建設，以及如何提高監控網絡的共享與感知效率，是智慧山洪建設不得不面臨的問題。大規模感知設備共享和綜合服務平臺的建設目標在于：充分有效地利用已有的大規模感知設備，突破大規模感知信息的關聯分析、融合利用等關鍵技術，實現對防治區目標的多維全面感知，提升智慧山洪服務水平與應急能力。

2.GIS三維平臺

GIS三維平臺由數據倉庫、功能倉庫和搭建平臺組成。數據倉庫集成分布、多源、異構、多時段的基礎地理數據和三維建模數據、影像數據、矢量數據等各類數據，同時通過目錄配置工具實現對各種數據分門別類的組織和管理。功能倉庫集成了GIS通用基本功能和三維數據存儲、管理、顯示、分析等功能，同時在目錄系統上實現對各種功能資源的倉庫式管理，提供相關的調用、查詢與檢索機制。搭建平臺提供可視化的搭建配置管理工具，實現搭建式、插件式、配置式二次開發模式，用于靈活搭建C/S、B/S結構的面向各種主題的GIS三維應用系統。

3.數據驅動的水情模擬云計算平臺

構建水情模擬云計算平臺是山洪災害防治智慧系統的重要組成部分。在各類監測數據融合分析的基礎上，基于云設施，構建全省水情實時連續模擬服務，從而獲得各河段、水庫的水情預報信息，為各業務系統功能和防汛決策提供不同情景的模擬結果。構建水情模擬云計算平臺的關鍵技術包括以下三個方面：①構建多模型自耦合的水情模擬框架；②構建基于HPC高性能集群為核心的云計算基礎設施平臺及任務調度系統；③構建模型參數自動率定修正系統，基于云計算提供的資源，采用并行計算程序，根據每年動態更新的雨水情數據，動態率定及修正模型參數，提高模型計算精度。

4.基于移動智能終端的會商及災情服務平臺

建設基于移動智能終端的視頻會商平臺，實現隨時、隨地、隨身的防汛管理及視頻會議，真正做到能夠實時了解，即知即曉。同時建立以會商準備信息匯集、會商會議支持和會商成果處理功能為主，會商知識庫、相關系統鏈接為輔的災情服務平臺，通過直接調用山洪災害預警預報系統相關子系統，實現在對相關業務應用系統的信息查詢、分析基礎上，輔以系統本身建設的會商知識庫，對各類信息按照會商主題的要求集成化后進行可視化顯示，同時具備即時提問的應答能力，能夠對會上的時間、地點、參會人員、會上成果進行系統管理，對所提出的多種方案進行討論評估。

5.“互聯網+”技術

2015年3月5日十二屆全國人大三次會議上，李克強總理在政府工作報告中提出“互聯網+”行動計劃，正式將 “互聯網+”納入國家頂層設計，提升至國家戰略層面。通過“互聯網+”計劃，山洪災害防治智慧型系統能夠更透徹地感應和度量世界的本質和變化。其中的物聯網是“互聯網+”的底層技術，就通過各種通信網絡實現互聯互通、應用大集成，全面采集山洪災害防治相關狀態，形成山洪災害防治智慧型系統的泛在信息源。

6.異構數據集成技術

對于異構、異質的不同平臺的空間數據，系統應提供中間件技術，可克服無法對數據進行混合分析的問題。該技術規定內部數據的讀/寫接口，通過驅動程序完成對不同來源數據的處理，從而實現多格式數據直接訪問、格式無關數據集成、位置無關數據集成和多源數據復合分析，完成多源異構數據的無縫集成。對于自定義的數據類型和其他格式的數據，系統應提供一套標準的支持擴展的接口，可以在此基礎上開發驅動，從而實現對其他數據類型的集中操作和管理。

7.智慧型洪水預報技術

智慧型洪水預報技術應以雨水情、歷史洪水、地理空間、氣象等信息資源為基礎，建立可共享的洪水預報模型庫，并能方便靈活地調用模型庫中的模型，能夠對流域數據、模型參數、運行條件等進行配置，并且可以改變預報斷面和預報方案。預報系統應建立與洪水、氣象等數據庫交換的接口，定制預報成果比選交互和洪水預報發布，支持人工試錯、自動優選以及兩者耦合的率定方法，對任何預報模型單值參數和組合參數進行率定，以完成系統建模工作。系統可基于建立的預報方案，選用一定時期的連續歷史資料進行模擬計算，將計算結果與實測結果進行比較，求出誤差，再調整參數值，比較其結果和誤差，直到最后誤差為最小，完成模型參數率定。

四、結 語

智慧系統核心思想就是通過全面感知及計算機的強大模擬分析和展示能力，提供比以往系統更為及時、準確、優化的各類信息，促進社會、經濟、自然的良性循環。通過構建山洪災害防治智慧型系統，將改變傳統工作模式，大幅度提升防汛減災服務水平，促進水利信息化的發展，也是體現水利現代化水平的重要標志，更是實現防汛現代化的重要手段和目標。

[1]孫加龍.省級山洪災害預警監測系統的開發[J].中國防汛抗旱，2012（1）.

[2]鄭燦堂，王慶華，張洪芳.淺談“智慧水利”[J].山東水利，2012（7）.