基于朝陽市防汛指揮系統汛情分析研究

牟 宇

(遼寧省朝陽市龍城區水利局，遼寧 朝陽 122000)

朝陽市東連工業城市群，西接京津翼經濟圈，南臨渤海之濱，北依內蒙腹地，境內河網密布，有老哈河、大凌河、小凌河、青龍河4大水系，洪水、高潮、暴雨和臺風自然災害對城市安全構成嚴重威脅。因此，準確分析研判汛情、及時掌握汛情發展趨勢和快速發布預警信息，對于朝陽市做好汛情防范應對以及防汛調度決策等極其重要。

從朝陽水務公共信息平臺投入應用以來，通過與地理信息系統配準復合、基礎平臺數據整合等實現了海量汛情數據的快速顯示，對汛情分析研判發揮了不可替代的作用。近年來，隨著智能化、信息化技術的快速發展，全社會對防汛減災提出了越來越高的要求，為了有效應對日趨嚴峻防汛形勢，亟需進一步提升朝陽市智能化汛情分析水平。

1 汛情分析現狀

1.1 多平臺應用尚未深化

在互聯網和信息化技術快速發展的新形勢下，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、臺風路徑、預警預報等，但不同操作系統互不兼容的特性極大地阻礙了多平臺應用的開發，多種終端仍難以實現汛情分析功能的全面覆蓋。

1.2 信息覆蓋行業不廣泛

通過網上快速顯示海量數據，公共信息平臺能夠滿足區、市兩級防汛指揮的基本需求，但數據信息覆蓋范圍較窄以水務行業數據為主，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加快各類信息系統和監測站點建設，需要拓寬公共信息平臺的覆蓋范圍，進一步梳理數據信息。

1.3 信息應用程度不夠深

對基本的數據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揮輔助防汛決策的作用，但各行業數據之間存在較低的關聯度。在各種場景模擬分析中能夠使用的數據較少，預報預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。例如，預判汛期道路積水情況時需進一步提高智能化分析水平。此外，積累了海量暴雨、歷史臺風等汛情數據的公共信息平臺，未能實現這些信息的充分利用，對于暴雨數據查詢、歷史臺風之間的對比、關聯等功能還有待完善，仍要進一步提升災害影響程度和汛情發展趨勢的模擬功能。

2 智能防汛指揮系統設計理念

2020年朝陽市新建智能防汛指揮系統于汛前上線投入運行，其主要特點是按防汛工作“應急處置、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建設，實現了智能防汛指揮調度平臺對防汛信息輔助決策平臺的逐步替代，通過網上指揮和網上操作實現了“智能調度”的防汛指揮，指揮人機互動、資源統一調配、趨勢智能預判和態勢全面掌握，按以下設計理念達到汛情分析功能[1]。

2.1 社會化防汛理念

由于防汛工作風險大、責任重，這是一項涉及全社會的公益事業，需要區域聯動、軍民聯手、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]。通過增強災后救助、防汛搶險的整體合理和全社會防汛減災意識，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建設就是實現防汛指揮的“智能調度”，其關鍵環節就是對各防汛部門的數據信息進行快速的匯集。

2.2 信息演練與智能調度

在持續推進智能化、移動化、可視化防汛工作的情況下，更要注重防汛工作中“互聯網+”、大數據等新技術所帶來的機遇。目前，單純的數據展示、信息查詢已無法適應時代的發展需求，必須以“管、觀、防”相結合更加突出實戰功能，逐步轉變以“觀”為主的現狀。

2.3 自適應、多目標、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，深化公共服務和社會管理增強防汛減災能力。所以，使用多尺寸智能終端系統或多種移動操作系統逐漸成為現階段技術攻關目標。通過優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實現了移動、電腦、大屏等多終端的一體化[4]。

3 智能防汛指揮系統汛情分析

根據“資源統一調配、趨勢智能預判、態勢全面掌握”的總體要求合理設計新建智能指揮系統的汛情分析模塊，并且在系統后臺集成防汛相關功能模塊，實現了按需調用的目的。一般地，汛情分析功能主要分布于應急管理、監控監測、調度支撐、預報預警4個模塊。

3.1 應急管理模塊

應急管理模塊包括防汛風險圖成果、防汛隱患排查結果、基礎資料信息庫等汛情分析功能。該模塊可以提供河湖管理、區域除澇、城鎮排水、千里江堤、千里海塘等工程設施信息，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、城區暴雨積水等防汛風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 監控監測模塊

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

3.3 調度支撐模塊

調度支撐模塊包括汛情回溯、積水發現2項汛情分析功能。其中，新建的積水發現功能主要是通過系統建設及時掌握道路積水情況，為避險交通管制、道路積水風險預警以及防汛決策指揮及時提供數據支持。將300多路視頻接入該系統以實現圖像智能識別，同步疊加30個小區、325條道路、416處下立交熱線報災和在線監測，以及210處窨井液位預警、內澇數模預測等方面信息，在暴雨來臨時實現對易積水的居住小區、重要路段和下立交的積水信息動態罷工、及時發現。

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數據，對近20a影響朝陽的暴雨、臺風等主要災害事件及其關聯的災情、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據集。防汛指揮期間可以智能化比對分析歷史數據與實時汛情信息，對洪澇災害影響程度以及汛情可能發展趨勢進行模式，為防汛決策提供支持。

3.4 預報預警模塊

預報預警模塊包括道路積水預報、分片水情預報、潮位預報、氣象預報等4項汛情分析功能。其中，構建能夠準確、快速、實時、動態預測分析城市道路積水系統，這是有效應對洪澇災害、提升決策科學性以及增加預警準備時間的重要手段。通過對道路積水預測結果的自動讀取，系統新增的道路積水預報模塊實現道路積水信息的實時發布。該預報系統是采用專報自動生成技術、離散網格化洪水風險數據挖掘以及與氣象精細化降雨預報的耦合技術等關鍵技術，充分運用城市水文-水動力暴雨洪水分析模型和水雨情監測預報大數據，并結合防洪排澇工程運行數據、河網潮(水)位數據、降雨實測與預報數據、下墊面數據等，在暴雨來臨前對降雨可能會造成的最大與平均積水深度、積水道路路段進行預報，在此基礎上給予防御提示。目前，該系統覆蓋范圍達到2615km2，涉及龍城區、雙塔區、朝陽水利控制片等，現已成為朝陽市防汛應急和洪澇災害防御中應用常態化的工具。

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

4 智能指揮系統的應用與效果分析

4.1 朝陽市智能防汛指揮系統應用

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

以汛期某場次暴雨為例，第1階段：系統結合窨井液位監測數據、歷史數據和降水預報，利用內澇數據模型預測未來6h內可能發生積水的小區、道路等，并將積水預報信息在第一時間群發給有關排水單位，以實現早部署、早準備的目的。第2階段：暴雨開始后首頁顯示“預警信號、最大值和雨型”特征指標，點擊后可以直觀地顯示雨量分布特征。局部地區有特大暴雨，個別站點降雨量達到187.2mm，全市范圍內普降暴雨，點擊某一雨量站點可以詳細顯示降雨過程和降雨強度，并與周邊視頻相關聯，實現了“點”上雨情的直觀精準展示。第3階段：系統通過1.2萬個小區物業經理的客戶端剝蒜、基層上千人工作人員現場量防水、40個易積水點視頻監控以及700多處在線監測設備，網格化管理人員和大量基層巡查人員信息報送等方式，快速準確的發現積水事件。總體而言，通過上述3個階段為汛情實時預判和應急處置提供了支持。

4.2 汛情分析功能效果分析

1)實戰應用明顯增強。新建智能指揮系統將原先分散在各個模塊的信息集合在“一張圖”上，通過臺風防御、暴雨防御等場景將各類防汛數據關聯起來，從而實現了“觀看”向“實戰”的轉變。例如，致災因子是否有預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、臺風數據對比和基礎數據查詢。各類防汛信息的也可在手機端同步查看，從而實現了“移動防汛”。

2)趨勢分析更全面。在原有大江大河潮位預報和風暴潮預報的情況下，新建智能指揮系統新增了內河水位預報和道路積水預報，預測預報范圍進一步的擴大。采用了更加智能的信息發現手段和現代化大數據分析的預報方式，如以視頻圖像智能識別替代了原儀器監測，以大數據分析替代數據模擬等。新建智能指揮系統明顯提高了預報預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、提前預判災情等提供更加科學的決策依據。

3)智能感知更全面。從服務全社會、全社會參與的角度，新建智能指揮系統將與防汛關聯的處置信息、雨情、災情、汛情全部整合，包括政務微信、航空影響、地圖、地下空間、在建工地、道路小區積水、氣象、工情、雨情、水情等60多類數據內容，共涉及區級單位、有關專業單位、朝陽委辦局、流域等30余家單位，形成5281個神經元，基本實現了全行業數據的全覆蓋。

5 結 論

在朝陽市汛情研判分析時利用新建智能指揮系統，基本實現了資源統一調配、趨勢智能預判和態勢全面掌握。隨著科技的發展，在數字化防汛基礎設施和已匯聚的自動感知點情況下，未來將進一步推進向系統接入神經元的工作，不斷強化更新機制、加強數據對接和優化指標體系。系統應用時，要加快街(鎮)、區兩級指揮系統定制開發和城運中心的部署，加快實現系統汛情分析的全覆蓋。