基層黃河防汛指揮決策支持系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

王昊 邢天明 邢棟 董棟 張磊

摘要：針對現(xiàn)階段黃河基層河務(wù)部門缺乏信息化防汛指揮決策手段的問題，利用“互聯(lián)網(wǎng)十”理念，開展了集互動式電子防洪預(yù)案、圖形化河勢信息、實時工情水情災(zāi)情為一體的基層黃河防汛指揮決策支持系統(tǒng)的研發(fā)。推廣應(yīng)用情況表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、報險系統(tǒng)、防洪預(yù)案、視頻會商系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)的高度融合，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程搶險指揮，提高決策會商的現(xiàn)代化水平以及決策指揮的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和及時性。

關(guān)鍵詞：圖形化界面；互動式預(yù)案；系統(tǒng)研發(fā)；決策支持；防汛指揮；基層；黃河

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

1 概述

工情、水情、災(zāi)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(wù)部門尚無信息化防汛指揮決策手段。由于缺乏實時監(jiān)測手段，因此需要工程班人員徒步到工程現(xiàn)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(wù)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(zhuǎn)訴，因此縣局及以上防辦難以保證信息的準(zhǔn)確性和及時性。一旦重要工情、水情、災(zāi)情不能及時準(zhǔn)確上報，往往會影響防洪決策，貽誤搶險戰(zhàn)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(xiàn)狀，使決策層能在較短時間內(nèi)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(xiàn)場、縣級及市級河務(wù)局設(shè)立不同規(guī)模的防汛指揮部，研發(fā)集工情、水情、災(zāi)情、物資等信息為一體的基層黃河防汛指揮決策支持系統(tǒng)。

2016年3月，焦作黃河河務(wù)局成立項目組，以大玉蘭控導(dǎo)工程、溫縣黃河河務(wù)局和焦作黃河河務(wù)局為試點，開始調(diào)研、資料收集和程序設(shè)計，6月初步研發(fā)成功了集工情、水情、災(zāi)情、物資等信息為一體的基層黃河防汛指揮決策支持系統(tǒng)并開始試運行。本項研究所解決的具體問題為開發(fā)基層黃河防汛指揮決策支持系統(tǒng)和實現(xiàn)基層各級指揮中心遠(yuǎn)程視頻會商。

2 研發(fā)與實施

2.1 基層黃河防汛指揮決策支持系統(tǒng)的研發(fā)

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

2.1.1 系統(tǒng)分級

系統(tǒng)分為市局、縣局、現(xiàn)場3個層級，以真實地理位置為依據(jù)，圖形化顯示責(zé)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(xiàn)場情況，制定科學(xué)的指揮調(diào)度方案，縮短搶險時間，實現(xiàn)險情的“早發(fā)現(xiàn)、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(zé)任區(qū)域劃分等信息，如：焦作市防洪工程簡介、防守責(zé)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(qū)內(nèi)防洪工程類別、位置、數(shù)量、交通及防守責(zé)任人等信息；第二類為防汛隊伍組織，顯示轄區(qū)內(nèi)黃河防汛專業(yè)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(qū)域文本框，標(biāo)注防汛責(zé)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(xiàn)場界面?，F(xiàn)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(yīng)急防守隊伍、專業(yè)搶險隊伍、主要上堤路口、大型搶險機械待命地點、現(xiàn)有各類視頻監(jiān)控等信息。見圖5、圖6。

2.1.2 多屏顯示技術(shù)

市、縣級指揮中心采用多屏顯示技術(shù)，使系統(tǒng)界面層次更清晰，用戶感受更加直觀，避免界面頻繁切換導(dǎo)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(tǒng)輸出由3個顯示屏分別顯示：1號顯示器負(fù)責(zé)顯示市、縣級界面，為統(tǒng)籌全局及系統(tǒng)提示信息提供支持；2號顯示器負(fù)責(zé)顯示現(xiàn)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(zāi)情、人財機等信息提供顯示界面；3號顯示器負(fù)責(zé)顯示防洪工程、路口、倉儲物資等現(xiàn)場視頻信息。

2.1.3 系統(tǒng)特點

（1）互動式防洪預(yù)案。根據(jù)防洪預(yù)案[6-7]劃分防汛等級，不同的防汛等級使用不同顏色區(qū)分。以花園口或小浪底水文站實時流量為依據(jù)，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(biāo)點擊每項操作步驟，根據(jù)圖形或文字提示執(zhí)行防汛指揮調(diào)度指令，執(zhí)行完畢后點擊“完成”按鈕。該項步驟背景變?yōu)榫G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(diào)度指令“完成”。該設(shè)計達(dá)到了防洪預(yù)案主動提示、預(yù)案完成進度監(jiān)控、完成人記錄等目的，可有效提高防洪預(yù)案的執(zhí)行效率。見圖7～圖9。

（2）河勢信息圖形化。以控導(dǎo)工程衛(wèi)星地圖（或無人機拍攝的現(xiàn)場河勢圖）為基礎(chǔ)，根據(jù)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(jù)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(xiàn)了控導(dǎo)工程河勢信息圖形化。該設(shè)計將當(dāng)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(xiàn)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(yù)測及防守方案制定。

（3）自動生成搶險方案。系統(tǒng)可聯(lián)動“黃河壩岸險情監(jiān)控報警報險系統(tǒng)”，根據(jù)該系統(tǒng)上報的險情數(shù)據(jù)包，獲取險情發(fā)生的種類、位置、類型、規(guī)模等信息，依據(jù)搶險預(yù)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(tǒng)實現(xiàn)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(tǒng)工作方式，使防汛搶險工作與信息技術(shù)深度融合，縮短了搶險反應(yīng)時間，大幅提高了搶險效率。

2.2 基層各級指揮中心遠(yuǎn)程視頻會商

為實現(xiàn)各級指揮中心之間的遠(yuǎn)程實時會商，便于各級指揮中心隨時了解現(xiàn)場情況，項目組研發(fā)了視頻會商功能。該功能不需要配備MCU（視頻會議系統(tǒng)中心控制設(shè)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(xiàn)場指揮中心攝像頭并錄制會議視頻。

3 創(chuàng)新點

（1）采用真實地理信息，構(gòu)筑高度可視化界面，以圖形表現(xiàn)實時工情、水情、災(zāi)情、物資等信息，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、報險系統(tǒng)、防洪預(yù)案、視頻會商系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)的高度融合，為各級決策層制定科學(xué)的搶險方案以及指揮調(diào)度措施提供了技術(shù)支持。

（2）使用計算機編程、數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，當(dāng)洪水達(dá)到相應(yīng)流量時，系統(tǒng)自動彈出防洪預(yù)案的對應(yīng)界面。根據(jù)界面提示，防汛部門啟動相應(yīng)防守措施，然后分步執(zhí)行并記錄執(zhí)行情況，實現(xiàn)了防洪預(yù)案的人機互動。

（3）使用計算機圖形技術(shù)及人機交互技術(shù)，在實景圖上標(biāo)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(xué)決策指揮提供更直觀、通俗易懂的河勢信息。

（4）根據(jù)現(xiàn)場發(fā)生險情的位置、類別、級別、出險規(guī)模，自動生成多套搶護方案，為決策層提供可靠的決策依據(jù)。

（5）使用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸H.265編碼等技術(shù)，實現(xiàn)黃河防洪工程現(xiàn)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(shù)支持，現(xiàn)場指揮員可以隨時掌握工情、水情、災(zāi)情及物資等情況，提高了指揮調(diào)度的及時性和科學(xué)性。

4 推廣應(yīng)用

4.1 在防汛搶險演練中的應(yīng)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(dǎo)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(tǒng)對多個搶險現(xiàn)場進行了現(xiàn)場直播，并錄制了搶險演練視頻，為防汛搶險現(xiàn)場指揮提供了有力支持。

2016年8月12日，焦作黃河河務(wù)局在溫縣大玉蘭控導(dǎo)工程33壩舉行了查險搶險實戰(zhàn)演練，演練歷時90min。期間，演練現(xiàn)場信息通過基層黃河防汛指揮決策支持系統(tǒng)遠(yuǎn)程實時傳輸?shù)浇棺鼽S河河務(wù)局防汛會商室，實現(xiàn)了演練指令發(fā)布、異地?fù)岆U會商、實時數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)裙δ堋Ｍㄟ^視頻直播方式實現(xiàn)了焦作黃河河務(wù)局防汛搶險各職能組成員遠(yuǎn)程參與實戰(zhàn)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(tǒng)對多個搶險演練科目進行了現(xiàn)場直播，并錄制了搶險演練視頻，為防汛搶險現(xiàn)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(lián)防實戰(zhàn)演練。演練過程中利用基層黃河防汛指揮決策支持系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程視頻會議和數(shù)據(jù)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?shù)街鲿?，受到了觀摩領(lǐng)導(dǎo)和專家的一致好評。

4.2 推廣前景

抗洪搶險要求快速反應(yīng)、搶早、搶小。該系統(tǒng)使指揮決策層可隨時掌握現(xiàn)場工情、水情、災(zāi)情及物資信息，提高指揮決策的及時性和科學(xué)性，并可及時獲得黃河防洪工程運行情況及黃河汛情發(fā)展情況，遠(yuǎn)程指揮搶險。該系統(tǒng)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(xué)制定搶險方案，降低搶險成本和風(fēng)險以及對環(huán)境的破壞，具有顯著的社會經(jīng)濟效益。

該系統(tǒng)可使黃河出險情況、搶險現(xiàn)場、工程運行狀況盡在掌握，并利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念實現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(yè)務(wù)深度融合。該系統(tǒng)緊密結(jié)合治黃實際，經(jīng)過1a多來對系統(tǒng)的測試、優(yōu)化、運行和推廣，研發(fā)的防洪工程現(xiàn)場便攜式視頻會商系統(tǒng)能很好地適應(yīng)復(fù)雜多變、基礎(chǔ)條件較差的灘區(qū)環(huán)境，為建成現(xiàn)場移動式防汛抗旱前線指揮部提供了信息技術(shù)支持。在工程現(xiàn)場，市（縣）級設(shè)立不同規(guī)模的防汛指揮部，研發(fā)集工情、水情、災(zāi)情、物資等信息為一體的基層黃河防汛指揮決策支持系統(tǒng)，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程搶險指揮以及決策會商的現(xiàn)代化水平，提高決策指揮的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和及時性，有效降低洪水災(zāi)害，推廣應(yīng)用前景廣闊。

基層黃河防汛指揮決策支持系統(tǒng)已在焦作黃河河務(wù)局多個單位及多處防洪工程得到應(yīng)用，在開發(fā)和推廣過程中筆者將繼續(xù)對系統(tǒng)各方面進行優(yōu)化，使系統(tǒng)經(jīng)歷實戰(zhàn)險情，收集運行數(shù)據(jù)，并研究如何與黃委現(xiàn)有系統(tǒng)融合等課題。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.計算機軟件開發(fā)規(guī)范：GB/T 8566-2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社12007：6-12.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.計算機軟件文檔編制規(guī)范：GB/T8567-2006[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：24-32.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.計算機軟件需求規(guī)格說明規(guī)范：GB/T9385-2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社2008：3-8.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.計算機軟件測試文檔編制規(guī)范：GB/T9386-2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：5-10.

[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.信息技術(shù)軟件生存周期過程：GB/T8566-2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：22-30.

[6]焦作市防汛抗旱指揮部.焦作黃（沁）河防洪預(yù)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(yù)案[R].溫縣：溫縣防汛抗旱指揮部黃河防汛辦公室，2017：1-43.