省級(jí)山洪災(zāi)害防治智慧型系統(tǒng)規(guī)劃體系研究

樊 冰，張聯(lián)洲，杜文貞，張保祥

（山東省水利科學(xué)研究院，250014，濟(jì)南）

省級(jí)山洪災(zāi)害防治智慧型系統(tǒng)是全國(guó)山洪災(zāi)害防治建設(shè)的重要內(nèi)容，也是國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)的組成部分。通過(guò)系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)中央、省、市、縣信息共享和部門(mén)之間的信息共享。根據(jù)山洪災(zāi)害防御管理職責(zé)，省、市、縣級(jí)山洪災(zāi)害防治系統(tǒng)功能各有側(cè)重，與其他防汛抗旱業(yè)務(wù)系統(tǒng)互為支撐、互為補(bǔ)充。

一、規(guī)劃內(nèi)容探索

根據(jù)“統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、聯(lián)合建設(shè)、互聯(lián)互通、資源共享”的指導(dǎo)方針,結(jié)合省內(nèi)山洪災(zāi)害防治建設(shè)現(xiàn)狀及實(shí)際情況，以需求為導(dǎo)向，以應(yīng)用促發(fā)展，完善擴(kuò)展現(xiàn)有架構(gòu)系統(tǒng)，積極應(yīng)用和推廣智慧型信息技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)集中、管理統(tǒng)一、安全可靠、節(jié)能高效、業(yè)務(wù)連續(xù)的智慧型山洪災(zāi)害防治體系，建立服務(wù)于省級(jí)山洪災(zāi)害預(yù)報(bào)、水情查詢(xún)、站網(wǎng)管理、綜合業(yè)務(wù)管理、預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)、空間服務(wù)的信息化作業(yè)平臺(tái)和決策會(huì)商支撐環(huán)境，確保發(fā)生山洪災(zāi)害時(shí)能及時(shí)預(yù)警，提高山洪預(yù)報(bào)精度，延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期，提升系統(tǒng)的服務(wù)能力和服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)省、市、縣不同業(yè)務(wù)部門(mén)之間的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)全省流域水文、水動(dòng)力及工程調(diào)度實(shí)時(shí)三維模擬，并能根據(jù)地形、工程承載等因素，對(duì)各類(lèi)防災(zāi)對(duì)象進(jìn)行智能災(zāi)害評(píng)估，啟動(dòng)災(zāi)害預(yù)警響應(yīng)，調(diào)度防汛物資，啟動(dòng)防汛預(yù)案，本次研究屬于省級(jí)頂層體系規(guī)劃研究。

二、總體架構(gòu)探索

省級(jí)山洪災(zāi)害防治智慧型系統(tǒng)應(yīng)制定一個(gè)科學(xué)合理、切實(shí)可行的高效、穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保的系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，建立統(tǒng)一的技術(shù)基礎(chǔ)平臺(tái)和規(guī)范的山洪災(zāi)害防治系統(tǒng)建設(shè)業(yè)務(wù)應(yīng)用流程。按照統(tǒng)一制定的規(guī)劃和有關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，做到省級(jí)山洪災(zāi)害防治系統(tǒng)建設(shè)一盤(pán)棋，避免重復(fù)建設(shè)及資源浪費(fèi)，完成“一個(gè)平臺(tái)，兩級(jí)交互，三處覆蓋，多個(gè)系統(tǒng)，全面智能”的體系建設(shè)。

“一個(gè)平臺(tái)”是指建立一個(gè)基于虛擬化云技術(shù)的包含網(wǎng)絡(luò)硬件和基礎(chǔ)軟件的統(tǒng)一技術(shù)基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)、公網(wǎng)三個(gè)層面的應(yīng)用，形成一體化管理體系。該一體化管理體系能對(duì)終端信息采集設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一遠(yuǎn)程維護(hù)，降低原有分散終端運(yùn)維的難度，從而使省級(jí)山洪災(zāi)害防治系統(tǒng)建設(shè)從硬件層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層多個(gè)層次實(shí)現(xiàn)一體化管理。

“兩級(jí)交互”是指依托完善、高效的信息化平臺(tái)，逐步實(shí)現(xiàn)與山洪災(zāi)害相關(guān)的信息系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行集中加工處理，與上級(jí)防汛系統(tǒng)及下屬節(jié)點(diǎn)形成信息交互、集中處理的模式，既保證了信息的及時(shí)處理反饋，也保證了數(shù)據(jù)的集中存放以及安全備份。

“三處覆蓋”是指山洪災(zāi)害防治智慧型系統(tǒng)建設(shè)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)接口及數(shù)據(jù)同化技術(shù)，橫向到邊、縱向到底，全面覆蓋氣象、水文、國(guó)土、歷史等數(shù)據(jù)；全面覆蓋省市縣、大中小流域等各級(jí)監(jiān)控信息；全面覆蓋各級(jí)山洪災(zāi)害防治監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)及山洪數(shù)據(jù)采集和處理的所有工作環(huán)節(jié)。

“多個(gè)系統(tǒng)”是指通過(guò)虛擬化云技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的重構(gòu)優(yōu)化、硬件設(shè)備的整合規(guī)范和信息管理程序的規(guī)范，逐步形成一個(gè)包括內(nèi)部業(yè)務(wù)應(yīng)用、外部信息交互、綜合數(shù)據(jù)處理及決策、與防汛中心信息系統(tǒng)互通等多個(gè)系統(tǒng)為主要內(nèi)容的山洪災(zāi)害防治綜合信息化系統(tǒng)體系，并實(shí)現(xiàn)“工作自動(dòng)化、數(shù)據(jù)集中化、信息處理高效化、管理便捷化、設(shè)備應(yīng)用節(jié)能化”的應(yīng)用目標(biāo)。

“全面智能”是指?jìng)鬏斁W(wǎng)絡(luò)智能化、采集終端物聯(lián)網(wǎng)化、基礎(chǔ)信息數(shù)字化、分析判斷專(zhuān)家智能化模型化、預(yù)警演示三維化。通過(guò)引進(jìn)最新的研究成果，研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建水文預(yù)報(bào)、山洪預(yù)警、智能調(diào)控模擬、流域仿真、災(zāi)情評(píng)估等一系列模型，為流域山洪災(zāi)害防治及管理提供專(zhuān)業(yè)決策支持和信息服務(wù)。

三、關(guān)鍵技術(shù)及解決方案

1.大規(guī)模感知設(shè)備共享和綜合服務(wù)平臺(tái)

現(xiàn)有感知設(shè)備存在多部分重復(fù)建設(shè)的現(xiàn)象，例如，可能在非常近的地方，既有氣象部門(mén)的雨量計(jì)，也有水文部門(mén)的雨量計(jì)。因此，如何充分有效地利用已有的大規(guī)模感知設(shè)備，避免重復(fù)建設(shè)，以及如何提高監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的共享與感知效率，是智慧山洪建設(shè)不得不面臨的問(wèn)題。大規(guī)模感知設(shè)備共享和綜合服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)在于：充分有效地利用已有的大規(guī)模感知設(shè)備，突破大規(guī)模感知信息的關(guān)聯(lián)分析、融合利用等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)防治區(qū)目標(biāo)的多維全面感知，提升智慧山洪服務(wù)水平與應(yīng)急能力。

2.GIS三維平臺(tái)

GIS三維平臺(tái)由數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、功能倉(cāng)庫(kù)和搭建平臺(tái)組成。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)集成分布、多源、異構(gòu)、多時(shí)段的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和三維建模數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)等各類(lèi)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)目錄配置工具實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)分門(mén)別類(lèi)的組織和管理。功能倉(cāng)庫(kù)集成了GIS通用基本功能和三維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、顯示、分析等功能，同時(shí)在目錄系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)對(duì)各種功能資源的倉(cāng)庫(kù)式管理，提供相關(guān)的調(diào)用、查詢(xún)與檢索機(jī)制。搭建平臺(tái)提供可視化的搭建配置管理工具，實(shí)現(xiàn)搭建式、插件式、配置式二次開(kāi)發(fā)模式，用于靈活搭建C/S、B/S結(jié)構(gòu)的面向各種主題的GIS三維應(yīng)用系統(tǒng)。

3.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的水情模擬云計(jì)算平臺(tái)

構(gòu)建水情模擬云計(jì)算平臺(tái)是山洪災(zāi)害防治智慧系統(tǒng)的重要組成部分。在各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合分析的基礎(chǔ)上，基于云設(shè)施，構(gòu)建全省水情實(shí)時(shí)連續(xù)模擬服務(wù)，從而獲得各河段、水庫(kù)的水情預(yù)報(bào)信息，為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能和防汛決策提供不同情景的模擬結(jié)果。構(gòu)建水情模擬云計(jì)算平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)包括以下三個(gè)方面：①構(gòu)建多模型自耦合的水情模擬框架；②構(gòu)建基于HPC高性能集群為核心的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)及任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)；③構(gòu)建模型參數(shù)自動(dòng)率定修正系統(tǒng)，基于云計(jì)算提供的資源，采用并行計(jì)算程序，根據(jù)每年動(dòng)態(tài)更新的雨水情數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)率定及修正模型參數(shù)，提高模型計(jì)算精度。

4.基于移動(dòng)智能終端的會(huì)商及災(zāi)情服務(wù)平臺(tái)

建設(shè)基于移動(dòng)智能終端的視頻會(huì)商平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、隨身的防汛管理及視頻會(huì)議，真正做到能夠?qū)崟r(shí)了解，即知即曉。同時(shí)建立以會(huì)商準(zhǔn)備信息匯集、會(huì)商會(huì)議支持和會(huì)商成果處理功能為主，會(huì)商知識(shí)庫(kù)、相關(guān)系統(tǒng)鏈接為輔的災(zāi)情服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)直接調(diào)用山洪災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)相關(guān)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的信息查詢(xún)、分析基礎(chǔ)上，輔以系統(tǒng)本身建設(shè)的會(huì)商知識(shí)庫(kù)，對(duì)各類(lèi)信息按照會(huì)商主題的要求集成化后進(jìn)行可視化顯示，同時(shí)具備即時(shí)提問(wèn)的應(yīng)答能力，能夠?qū)?huì)上的時(shí)間、地點(diǎn)、參會(huì)人員、會(huì)上成果進(jìn)行系統(tǒng)管理，對(duì)所提出的多種方案進(jìn)行討論評(píng)估。

5.“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)

2015年3月5日十二屆全國(guó)人大三次會(huì)議上，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，正式將 “互聯(lián)網(wǎng)+”納入國(guó)家頂層設(shè)計(jì)，提升至國(guó)家戰(zhàn)略層面。通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”計(jì)劃，山洪災(zāi)害防治智慧型系統(tǒng)能夠更透徹地感應(yīng)和度量世界的本質(zhì)和變化。其中的物聯(lián)網(wǎng)是“互聯(lián)網(wǎng)+”的底層技術(shù)，就通過(guò)各種通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、應(yīng)用大集成，全面采集山洪災(zāi)害防治相關(guān)狀態(tài)，形成山洪災(zāi)害防治智慧型系統(tǒng)的泛在信息源。

6.異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)

對(duì)于異構(gòu)、異質(zhì)的不同平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)，系統(tǒng)應(yīng)提供中間件技術(shù)，可克服無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行混合分析的問(wèn)題。該技術(shù)規(guī)定內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)接口，通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序完成對(duì)不同來(lái)源數(shù)據(jù)的處理，從而實(shí)現(xiàn)多格式數(shù)據(jù)直接訪(fǎng)問(wèn)、格式無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)集成、位置無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)集成和多源數(shù)據(jù)復(fù)合分析，完成多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成。對(duì)于自定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型和其他格式的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)應(yīng)提供一套標(biāo)準(zhǔn)的支持?jǐn)U展的接口，可以在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其他數(shù)據(jù)類(lèi)型的集中操作和管理。

7.智慧型洪水預(yù)報(bào)技術(shù)

智慧型洪水預(yù)報(bào)技術(shù)應(yīng)以雨水情、歷史洪水、地理空間、氣象等信息資源為基礎(chǔ)，建立可共享的洪水預(yù)報(bào)模型庫(kù)，并能方便靈活地調(diào)用模型庫(kù)中的模型，能夠?qū)α饔驍?shù)據(jù)、模型參數(shù)、運(yùn)行條件等進(jìn)行配置，并且可以改變預(yù)報(bào)斷面和預(yù)報(bào)方案。預(yù)報(bào)系統(tǒng)應(yīng)建立與洪水、氣象等數(shù)據(jù)庫(kù)交換的接口，定制預(yù)報(bào)成果比選交互和洪水預(yù)報(bào)發(fā)布，支持人工試錯(cuò)、自動(dòng)優(yōu)選以及兩者耦合的率定方法，對(duì)任何預(yù)報(bào)模型單值參數(shù)和組合參數(shù)進(jìn)行率定，以完成系統(tǒng)建模工作。系統(tǒng)可基于建立的預(yù)報(bào)方案，選用一定時(shí)期的連續(xù)歷史資料進(jìn)行模擬計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，求出誤差，再調(diào)整參數(shù)值，比較其結(jié)果和誤差，直到最后誤差為最小，完成模型參數(shù)率定。

四、結(jié) 語(yǔ)

智慧系統(tǒng)核心思想就是通過(guò)全面感知及計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大模擬分析和展示能力，提供比以往系統(tǒng)更為及時(shí)、準(zhǔn)確、優(yōu)化的各類(lèi)信息，促進(jìn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然的良性循環(huán)。通過(guò)構(gòu)建山洪災(zāi)害防治智慧型系統(tǒng)，將改變傳統(tǒng)工作模式，大幅度提升防汛減災(zāi)服務(wù)水平，促進(jìn)水利信息化的發(fā)展，也是體現(xiàn)水利現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，更是實(shí)現(xiàn)防汛現(xiàn)代化的重要手段和目標(biāo)。

[1]孫加龍.省級(jí)山洪災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)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）.