基層黃河防汛指揮決策支持系統研發與應用

王昊 邢天明 邢棟 董棟 張磊

摘要：針對現階段黃河基層河務部門缺乏信息化防汛指揮決策手段的問題，利用“互聯網十”理念，開展了集互動式電子防洪預案、圖形化河勢信息、實時工情水情災情為一體的基層黃河防汛指揮決策支持系統的研發。推廣應用情況表明，該系統實現了數據采集系統、監控系統、報險系統、防洪預案、視頻會商系統、物資管理系統的高度融合，可實現遠程搶險指揮，提高決策會商的現代化水平以及決策指揮的科學性、準確性和及時性。

關鍵詞：圖形化界面；互動式預案；系統研發；決策支持；防汛指揮；基層；黃河

中圖分類號：TV871.3；TV882.1 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.01.006

1 概述

工情、水情、災情是防汛決策和搶險指揮的主要信息。目前，此類信息采集多以人工采集為主，基層黃河河務部門尚無信息化防汛指揮決策手段。由于缺乏實時監測手段，因此需要工程班人員徒步到工程現場進行觀測和記錄，通過個人手機或工程班電話上報到縣級河務局，然后通過電話逐級上報。由于所有信息都是由工程班人員通過電話轉訴，因此縣局及以上防辦難以保證信息的準確性和及時性。一旦重要工情、水情、災情不能及時準確上報，往往會影響防洪決策，貽誤搶險戰機，造成被動局面。為改變“巡查靠人眼、決策靠電話”的防汛工作現狀，使決策層能在較短時間內全面了解和掌握基層防汛的實際問題和實時情況，急需在工程現場、縣級及市級河務局設立不同規模的防汛指揮部，研發集工情、水情、災情、物資等信息為一體的基層黃河防汛指揮決策支持系統。

2016年3月，焦作黃河河務局成立項目組，以大玉蘭控導工程、溫縣黃河河務局和焦作黃河河務局為試點，開始調研、資料收集和程序設計，6月初步研發成功了集工情、水情、災情、物資等信息為一體的基層黃河防汛指揮決策支持系統并開始試運行。本項研究所解決的具體問題為開發基層黃河防汛指揮決策支持系統和實現基層各級指揮中心遠程視頻會商。

2 研發與實施

2.1 基層黃河防汛指揮決策支持系統的研發

該項目軟件開發遵循的國家標準和規范[1-5]有：《計算機軟件開發規范》（GB/T 8566-2007）、《計算機軟件文檔編制規范》（GB/T 8567-2006）、《計算機軟件需求規格說明規范》（GB/T 9385-2008）、《計算機軟件測試文檔編制規范》（GB/T 9386-2008）、《信息技術軟件生存周期過程》（GB/T 8566-2007）等。

2.1.1 系統分級

系統分為市局、縣局、現場3個層級，以真實地理位置為依據，圖形化顯示責任劃分、工情、水情、物資、機械、人員等信息，決策層可迅速、全面地掌握現場情況，制定科學的指揮調度方案，縮短搶險時間，實現險情的“早發現、早報告、早搶護”。

（1）市局界面。該界面主要顯示市級防洪工程基本情況、責任區域劃分等信息，如：焦作市防洪工程簡介、防守責任人，以及所轄各縣防洪情況簡介等，見圖1。

（2）縣局界面。縣局界面分為3類信息：第一類為防洪工程簡介，顯示轄區內防洪工程類別、位置、數量、交通及防守責任人等信息；第二類為防汛隊伍組織，顯示轄區內黃河防汛專業隊伍、群眾防汛隊伍等信息；第三類為防汛物資儲備，顯示國家儲備物資、社會儲備物資等信息。各類界面信息使用不同顏色的線段和區域文本框，標注防汛責任段劃分、防洪工程類別、交通道路、防汛物資儲備、防汛隊伍分布等信息。見圖2～圖4。

（3）現場界面。現場界面分為兩類信息：第一類為圖形化的防洪工程及河勢信息，顯示河道水邊線、主溜線、靠溜情況、迎（送）流角度、河道寬度、不同流量級洪水淹沒范圍等信息；第二類為物資及隊伍情況，顯示每處石料存放情況、防汛倉庫位置及儲備、工程守險點位置及應急防守隊伍、專業搶險隊伍、主要上堤路口、大型搶險機械待命地點、現有各類視頻監控等信息。見圖5、圖6。

2.1.2 多屏顯示技術

市、縣級指揮中心采用多屏顯示技術，使系統界面層次更清晰，用戶感受更加直觀，避免界面頻繁切換導致信息顯示雜亂、無序，并同時兼顧多種信息顯示，大幅提高了人機交互效率。系統輸出由3個顯示屏分別顯示：1號顯示器負責顯示市、縣級界面，為統籌全局及系統提示信息提供支持；2號顯示器負責顯示現場界面，包括防洪工程、單道壩垛信息等，為防洪工程工（險）情、水情、災情、人財機等信息提供顯示界面；3號顯示器負責顯示防洪工程、路口、倉儲物資等現場視頻信息。

2.1.3 系統特點

（1）互動式防洪預案。根據防洪預案[6-7]劃分防汛等級，不同的防汛等級使用不同顏色區分。以花園口或小浪底水文站實時流量為依據，彈出對話窗口提示工作人員需要采取的防汛措施。同時，左上角流量按鈕下方文字可提示完成情況，工作人員鼠標點擊每項操作步驟，根據圖形或文字提示執行防汛指揮調度指令，執行完畢后點擊“完成”按鈕。該項步驟背景變為綠色，并自動記錄登錄的工作人員及完成時間。所有步驟完成后，左上角流量按鈕下方文字提示防汛指揮調度指令“完成”。該設計達到了防洪預案主動提示、預案完成進度監控、完成人記錄等目的，可有效提高防洪預案的執行效率。見圖7～圖9。

（2）河勢信息圖形化。以控導工程衛星地圖（或無人機拍攝的現場河勢圖）為基礎，根據人工觀測的河勢流路繪制河道水邊線和主溜線、工程靠溜情況、迎（送）流角度等河勢信息。根據每道壩的實際形狀，在地圖上用不同顏色顯示靠溜情況（見圖5），實現了控導工程河勢信息圖形化。該設計將當前及歷史河勢信息以人們更易接受的圖形化方式進行展現和回放，降低了信息理解難度，減少了信息解讀時間，使決策層可將更多精力集中到河勢預測及防守方案制定。

（3）自動生成搶險方案。系統可聯動“黃河壩岸險情監控報警報險系統”，根據該系統上報的險情數據包，獲取險情發生的種類、位置、類型、規模等信息，依據搶險預案，參考附近料物儲備、歷史搶險記錄等信息，在接到險情的第一時間自動生成1～3套搶險方案，供決策層參考備用。系統實現了黃河壩岸險情采集、傳輸、分析、決策輔助的整體信息化，改變了黃河險情處理的傳統工作方式，使防汛搶險工作與信息技術深度融合，縮短了搶險反應時間，大幅提高了搶險效率。

2.2 基層各級指揮中心遠程視頻會商

為實現各級指揮中心之間的遠程實時會商，便于各級指揮中心隨時了解現場情況，項目組研發了視頻會商功能。該功能不需要配備MCU（視頻會議系統中心控制設備），降低了視頻會議硬件成本，簡化了操作步驟，可在三級指揮中心之間任意兩地進行實時視頻通話或多方會談（目前支持最多8路視頻）。市、縣級指揮中心可控制現場指揮中心攝像頭并錄制會議視頻。

3 創新點

（1）采用真實地理信息，構筑高度可視化界面，以圖形表現實時工情、水情、災情、物資等信息，實現了數據采集系統、監控系統、報險系統、防洪預案、視頻會商系統、物資管理系統的高度融合，為各級決策層制定科學的搶險方案以及指揮調度措施提供了技術支持。

（2）使用計算機編程、數據采集等技術，當洪水達到相應流量時，系統自動彈出防洪預案的對應界面。根據界面提示，防汛部門啟動相應防守措施，然后分步執行并記錄執行情況，實現了防洪預案的人機互動。

（3）使用計算機圖形技術及人機交互技術，在實景圖上標注河道水邊線、工程靠溜、迎（送）流角度等河勢信息，以圖形化方式顯示最新河勢信息，為科學決策指揮提供更直觀、通俗易懂的河勢信息。

（4）根據現場發生險情的位置、類別、級別、出險規模，自動生成多套搶護方案，為決策層提供可靠的決策依據。

（5）使用無線網絡傳輸H.265編碼等技術，實現黃河防洪工程現場與市、縣級指揮中心視頻會商功能，為建成移動式防汛前線指揮部提供信息技術支持，現場指揮員可以隨時掌握工情、水情、災情及物資等情況，提高了指揮調度的及時性和科學性。

4 推廣應用

4.1 在防汛搶險演練中的應用

2016年7月15日，溫縣人民武裝部組織民兵基干分隊和71762部隊官兵共330余人，在溫縣大玉蘭控導工程26壩舉行了溫縣民兵防汛搶險演練，期間使用基層黃河防汛指揮決策支持系統對多個搶險現場進行了現場直播，并錄制了搶險演練視頻，為防汛搶險現場指揮提供了有力支持。

2016年8月12日，焦作黃河河務局在溫縣大玉蘭控導工程33壩舉行了查險搶險實戰演練，演練歷時90min。期間，演練現場信息通過基層黃河防汛指揮決策支持系統遠程實時傳輸到焦作黃河河務局防汛會商室，實現了演練指令發布、異地搶險會商、實時數據采集傳輸等功能。通過視頻直播方式實現了焦作黃河河務局防汛搶險各職能組成員遠程參與實戰演練全過程。

2017年7月13日，在溫縣民兵防汛搶險演練期間，使用基層黃河防汛指揮決策支持系統對多個搶險演練科目進行了現場直播，并錄制了搶險演練視頻，為防汛搶險現場指揮提供了有力保障。

2017年7月20日，在武陟縣進行了黃沁河軍民聯防實戰演練。演練過程中利用基層黃河防汛指揮決策支持系統中的遠程視頻會議和數據采集、傳輸功能，保障了演練科目的傳輸展示，并將分場地遷安救護科目演練情況實時傳輸到主會場，受到了觀摩領導和專家的一致好評。

4.2 推廣前景

抗洪搶險要求快速反應、搶早、搶小。該系統使指揮決策層可隨時掌握現場工情、水情、災情及物資信息，提高指揮決策的及時性和科學性，并可及時獲得黃河防洪工程運行情況及黃河汛情發展情況，遠程指揮搶險。該系統可提高黃河沿岸基層防汛工作的管理水平和工作效率，科學制定搶險方案，降低搶險成本和風險以及對環境的破壞，具有顯著的社會經濟效益。

該系統可使黃河出險情況、搶險現場、工程運行狀況盡在掌握，并利用“互聯網+”的理念實現了基礎數據與資源共享，能夠改變“巡查靠人眼、決策靠電話”的防汛工作局面，推進信息化與治黃業務深度融合。該系統緊密結合治黃實際，經過1a多來對系統的測試、優化、運行和推廣，研發的防洪工程現場便攜式視頻會商系統能很好地適應復雜多變、基礎條件較差的灘區環境，為建成現場移動式防汛抗旱前線指揮部提供了信息技術支持。在工程現場，市（縣）級設立不同規模的防汛指揮部，研發集工情、水情、災情、物資等信息為一體的基層黃河防汛指揮決策支持系統，可實現遠程搶險指揮以及決策會商的現代化水平，提高決策指揮的科學性、準確性和及時性，有效降低洪水災害，推廣應用前景廣闊。

基層黃河防汛指揮決策支持系統已在焦作黃河河務局多個單位及多處防洪工程得到應用，在開發和推廣過程中筆者將繼續對系統各方面進行優化，使系統經歷實戰險情，收集運行數據，并研究如何與黃委現有系統融合等課題。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.計算機軟件開發規范：GB/T 8566-2007[S].北京：中國標準出版社12007：6-12.

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[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.計算機軟件需求規格說明規范：GB/T9385-2008[S].北京：中國標準出版社2008：3-8.

[4]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.計算機軟件測試文檔編制規范：GB/T9386-2008[S].北京：中國標準出版社，2008：5-10.

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[6]焦作市防汛抗旱指揮部.焦作黃（沁）河防洪預案[R].焦作：焦作市防汛抗旱指揮部黃河防汛辦公室，2017：1-47.

[7]溫縣防汛抗旱指揮部.溫縣2017年黃（沁）河防洪預案[R].溫縣：溫縣防汛抗旱指揮部黃河防汛辦公室，2017：1-43.