丹東市防汛抗旱指揮系統的技術實現研究

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，丹東市結合防汛會商實際需求建設實施了一系列非工程措施項目，初步形成了現代化防汛減災體系，并充分發揮了工程措施與非工程措施的防洪作用。然而，對于成果展示、方案應用、預報調度、業務銜接和信息集成等還存在一些不足，不利于防汛現代化的實現。2015年12月防汛抗旱指揮系統(簡稱“系統”)項目批準實施，其主要目的是提高防汛會商水平，并于2017年1月遼寧省驗收通過了該項目。系統平臺有機結合了組織保障、防汛會商、預報調度和信息監視等模塊，在會商現場呈現防汛形勢的宏觀特征和各類防汛信息，可直觀形象、及時準確的向決策人員提供參考依據，為調度方案的優化設計提供指導[1]。

在數據開發、面向對象和功能設計等多個層面上，前期系統建設都是以省級會商為主，而市級與省級防汛工作密不可分，若省里與市縣不能實現信息共享、互連互通，勢必會出現信息孤島，使得防汛會商的最大效益不能得以充分發揮。為實現省、市、縣3級同步會商的目標要進一步加強防汛會商體系建設，對丹東市防汛抗旱系統利用統一標準、統一平臺建設，從而做到信息同步、資源共享。所以，研究應用防汛抗旱指揮系統技術極其重要。

1 研究內容

1.1 區域概況

丹東市是一座沿江、沿海、沿邊的城市，地處東北亞中心地帶，其核心區位置為E124°23′、N40°07′，總面積1.52萬km2。境內水系發育良好，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。該區域屬溫暖帶亞濕潤季風氣候，由于地貌形態差異其氣候環境變化明顯，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。地貌形態以丘陵山地、平原谷地為主，水源涵養能力好，林草覆蓋率61.6%。據統計，丹東地區的年均徑流深達到81mm，年均水資源量84.88億m3，地下水補給量16.82億m3，產水模數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。

1.2 現狀描述

隨著各地水利信息化項目的快速推進和全國性重點項目的順利實施，水利信息存儲、網絡、通信、采集等初具規模，水利信息基礎設施的快速發展形成了基本支撐水利業務應用的能力[2]。現階段，水利業務的工作基礎包括：①水利專網：通過兩條4M專線省水利廳和丹東市水務局實現聯接，而丹東市水利局與各區縣的聯接則是以一條2M的連通專線實現，為市防辦與省防辦提供一條信息交互、資源共享的渠道。②雨水情數據庫：以國家標準為基準，省水文局與丹東市水文局建設形成的雨水情數據庫，可接受與采集全市的雨水情數據。③視頻監控點：針對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控的采集與傳輸，而對重點防洪部位丹東市防辦實現了視頻監控。④工情信息庫：建立的主要防汛工情信息數據庫為丹東市項目建設提供工情數據支撐。⑤業務系統：主要包括工情信息、山洪防治和視頻會商等系統。

1.3 存在問題

目前，對集成商依賴性大、投資開發重復、系統可擴展性與可延續性差、難以形成統一完整的系統整體、系統獨立形成信息孤島與豎井、現有防汛信息連續性與統一性缺乏、防汛信息資源無法共享等為丹東市信息化建設亟待解決的問題[3]。考慮到丹東市亟待解決的問題及其信息化建設的特點，從防汛抗旱業務實際特點出發遵循指揮系統“兩臺一庫”的設計理念，以服務資源化管理為基礎的服務總線，構建面向服務SOA架構的集成應用防汛服務支撐平臺，保證數據與數據、數據與服務、服務與服務之間的松耦合狀態[4]。在此平臺上應用集成開發、實施，以一個有機的整體實現防汛抗旱業務應用的統一，實現日志管理、服務管理、安全管理、系統監控、智能消息路由、消息轉換和服務間的互聯等，以信息化技術支撐丹東市防汛抗旱工作。

1.4 研究內容

根據丹東市防汛工作實際需求確定主要研究內容：①對上游可控河流及丹東市內的雨水情、預警、視頻、氣象等信息利用GIS、圖表等多種形式綜合監視，對有關動、靜態防汛信息全面掌握。②對上游河流及丹東市內的重點潮位站、水文站、大中型水庫進行調度與洪水預報。③從各個環節向防汛會商提供技術支撐，通過規范業務流程、實現網絡會商辦公提升會商效率。④全面整合現有視頻、氣象、雨水情等防汛業務系統，搭建完整性、連續性、統一性的指揮系統。⑤視頻傳輸與監控主要防汛部位。

2 防汛抗旱指揮系統的實現

2.1 系統設計

2.1.1 設計思路

對事關全局的防汛抗旱指揮系統問題，按照水利信息化頂層設計理念提出總的處理方案，依據已建設實施的非工程防汛措施構建服務支撐平臺，從而實現防汛抗旱服務資源化管理及指揮系統統一管理，搭建防汛決策安全、高效、科學的支撐體系[5]，總體設計思路如圖1。

圖1 平臺設計思路

2.1.2 技術路線

以“一套框架、一個平臺、一張地圖”為宗旨，結合已建的各類業務系統和“一站式服務”的建設思想，考慮信息化建設亟待解決的問題建立一套防汛抗旱指揮系統，通過整合、封裝、服務解析已建的業務系統，設計包括知識交流、決策支持、分析預警以及數據整合的智能決策支持體系[6]。

2.1.3 數據資源

防汛抗旱指揮平臺數據資源建設為各業務應用提供數據挖掘、備份、存儲、訪問等各項數據管理服務，涵蓋元數據庫管理、數據存儲平臺、專題類和基礎類數據庫建設。將數據庫資源按業務屬性和數據屬性，可以分為元數據庫、專題類和基礎類數據庫，其中元數據庫包括屬性數據、圖形數據；專題類數據庫包括山洪災害、水利普查、水土保持、水質、地下水、圖形、旱情、洪澇災害、防洪工程、歷史洪災、熱帶氣旋、歷史大洪水、實時水雨情等13個子數據庫，而建設項目標準庫為后8個子數據庫；基礎類數據庫包括政策法規、社會經濟、行政管理基礎、水利空間地理、基礎地理信息等5個子數據庫。

2.1.4 防汛流程

一般地，防汛會商工作由各級政府、規劃設計、通信、調度、氣象、水文、防辦等多部門組成，構成統一的工程管理、物質保障、搶險救災、調度運行、決策支持和防汛指揮等工作體系，其系統性強、涉及面廣且規模龐大，工作流程如圖2。

圖2 防汛工作流程

階段一：實時采集。實時監測是防洪調度方案科學制定的基礎，也是正確決策與分析防洪形式的依據，為防汛工作提供數據支持。通過實時監測全省災情、險情、工情、雨水情、山洪和水文氣象等信息，采用GIS技術和數據庫在省中心展示與管理信息，正確分析防汛形式并綜合預警其發展趨勢，對于可能發生的災害性汛情做出洪水過程的進一步預報。

階段二：水庫預報。必須對防洪措施、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報發揮著關鍵作用。一般情況下，在汛前準備期完成洪水預報工作，并隨著汛情的發生發展繼續預測和分析其變化趨勢，從而為決策者制定相應的防災措施提供指導，經水文局的洪水預報確定水庫上游來水。

階段三：水庫調度。根據調度規則，結合現有洪水預報信息、實時監測信息和防洪工程情況等制定多套水庫防洪調度方案，經過調洪演算與下游河道洪水演進獲取水庫出庫信息及其防洪形式，并依據河道行洪能力成果下達指揮搶險和防洪調度的命令，對命令的執行效果、情況進行監督，通過供水局的水庫調度確定省直管水庫放水。

階段四：河道預報。考慮河道排水、區間入流、水庫放水和區間產水流等條件，省水文局組合預報水文站，在此基礎上計算控制站預報洪水。此外，通過維護、校正預報調度成果實現信息的管理。

階段五：方案分析。從專業的角度深入分析預報調度成果，科學判斷場次洪水的災害損失及危險程度，并結合河道行洪能力確定預警指標、劃分預警等級、構建預警模型，準確判斷預警水平；根據風險圖編制成果分析防洪風險，精準計算洪水特征值及其淹沒范圍，統計淹沒范圍內的經濟損失[8]；然后運用三維仿真技術和洪水預報調度成果，對洪水演進的整個過程再現，決策者給出正確決策的依據是直觀的成果展示效果。

階段六：會商決策。歷史相似洪水以及場次洪水歷史排位的確定可以通過洪水分析實現，考慮防洪風險分析成果和社會經濟狀況，在認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，通過會商分析調整與補充方案，在保證工程安全的基礎上優選出滿意的方案，付諸實施以實現防洪效益的最大化，以最優調度方案盡量降低洪災損失。

階段七：方案執行。防洪形勢瞬息萬變且防洪問題極為復雜，應注意反饋信息的收集以及決策的落實實施，將決策方案按照發展變化的情況進行及時調整和修正。所以，應圍繞洪水發生發展過程開展前幾個階段的防汛工作。

2.2 功能設計

2.2.1 PC端開發

模塊1：支撐平臺。應用支撐平臺是穩定高效運行各項功能的核心，也是防汛抗旱指揮平臺構建的基礎，利用統一集成平臺為各功能模塊提供支撐。基于B/S模式開發的平臺運行工具為Web瀏覽器，以“一套框架、一個平臺、一張地圖”的開發思路實現服務資源化管理及各項業務統一管理，為后續的防汛調度、水雨情會商等模塊提供可擴展平臺。

模塊2：地理信息。創建各項地圖空間操作及丹東市地圖發布服務，采用Web GIS形式實現工情、水情、雨情等所有信息在整個會商平臺中的綜合展示，實現地圖漫游空間操作、圖層控制和地圖切換等功能。

模塊3：雨情信息。實現上游河流降雨信息及市內174處雨量站點的交互查詢，包括超警控制、降雨面圖、降雨點圖、降雨閾值控制、降雨查詢、查詢區域選擇、監測類型選擇和交互查詢等，其中降雨查詢有包括降雨強度、時段、小時、場次和日降雨。

模塊4：水情信息。實現河道水情、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，包括水情點圖查詢、超警控制、水情數據查詢、查詢區域選擇、河道類型選擇、水庫和交互查詢等[10]。對丹東市內主要江河、險工險段、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信息，包括市內22處低洼澇區、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。實行預警機制實現對降雨、河道、水庫信息的綜合告警。

模塊8：搶險救災。查詢與管理全市防汛抗旱搶險隊伍、搶險物資、物資倉庫，交互查詢采用報表及地圖的形式實現。

模塊9：氣象信息。通過對氣象信息的發布，顯示與接入各類氣象信息和衛星云圖等數據。

模塊10：視頻監控。在視頻監控系統建成的情況下，采用統一平臺實現接入監視、綜合展示流域內重點防洪部位的各路視頻監控信號。

模塊11：防汛會商。為提高防汛會商效率對其提供歷史會商、會商會議、資料準備、會議安排等信息化支撐。

模塊12：成果預報。實現查詢與管理控制站洪水預報成果，如成果展示、管理和上報等，對成果進行校正的同時預留水文局成果上報接口。

模塊13：組織保障。實現查詢與管理丹東市防汛預案、搶險隊伍、物資倉庫、責任人等相關信息。

模塊14：實現查詢工情、水庫、河道、降雨等詳細信息，并對基礎數據和防汛矢量圖集成。

模塊15：系統管理。實現維護與管理基礎信息、訪問日志和用戶權限，如日志、權限及數據管理。

模塊16：監理數據庫。根據相關要求建立數據庫，規范化管理與維護所有靜態及動態信息，如數據校核、入庫、預處理和庫表構建等。

2.2.2 手機客戶端開發

模塊1：實施汛情。統計市內水情、雨情信息，實現河道、水庫和降雨告警。

模塊2：氣象信息。將中央氣象臺或省氣象局的氣象成果進行匯集展示，包括臺風監測、天氣圖、累計降水、降水量預報、雷達拼圖及衛星云圖等。

模塊3：雨情信息。對上游相關流域及丹東市內的雨量信息利用柱狀圖、數據表、地理信息等多種形式，實現交互查詢以及雨強信息查詢。

模塊4：水情信息。對上游相關流域及丹東市內的河道水文站及水庫水情信息利用過程線、數據表、地理信息等多種形式實現交互查詢。

模塊5：工情信息。實現對灌區、水閘、堤防、河流、水庫等所有防汛相關工情信息的交互查詢，對查詢結果按規模、流域、行政區過濾，以列表形式展示以及實現詳細信息的查看。

模塊6：通信管理。統一查詢與管理省、市、縣防汛相關通信人員信息，可直接以短信發送與電話通信的方式及時了解相關人員通信信息。

3 結 論

文章從防汛工作流程、數據資源、技術路線及設計思路的角度詳細闡述了丹東市防汛抗旱指揮系統的總體設計，明確了系統建設的頂層設計符合防汛抗旱指揮系統建設要求。經過調查分析防汛工作現狀，對系統薄弱環節開展PC端和手機客戶端兩個層面的功能設計，符合區域防汛要求。根據丹東市及遼寧省網絡現狀，充分論證了集成方案的可實現性，在詳細分析兩種集成方案優缺點的基礎上制定最優的部署方案。從數據、應用、主矩、網絡和物理安全等方面，加強系統安全設置以保證其安全穩定運行。實踐檢驗顯示，經長期運行系統取得良好的效果，并且運行穩定，為丹東市現代化防汛發展和重點防汛工作部署提供了技術支撐。