池州防汛抗旱智慧決策系統設計

常仁凱 董軍安 何 雯 常大海 徐海偉 梁 云

（1.中水三立數據技術股份有限公司 合肥 230000 2.池州市城市防洪管理處 池州 247100）

1 概述

池州市位于安徽西南部，長江下游南岸，山地、丘陵和平原相間，屬青弋江和水陽江及沿江諸河、鄱陽湖環湖區2 個三級水資源分區，水資源豐富，且氣候多變，防汛抗旱壓力較大。在缺少信息化系統時，防汛抗旱工作繁瑣，不能及時掌握各工作人員在崗信息和雨、水情變化情況，指令下達需層層傳遞，信息時效性差。因此，為解決池州市防汛抗旱弊端，根據池州市實際情況，結合水利信息化發展現狀，設計池州防汛抗旱智慧決策系統，更好地為池州防汛抗旱工作服務。

2 設計思路

池州防汛抗旱智慧決策系統主要是為生成科學的調度決策提供服務，系統通過對水情信息、雨情信息、工情信息等信息的采集、分析、處理，結合城市現有防洪工程和防洪設施基本情況，利用水動力學模型、調度模型演算，對汛情進行預報，生成最優的調度方案，供決策者選擇。此外，系統對各類信息進行展示，該系統利用三維全景技術、GIS技術結合水動力模型進行三維淹沒分析展示，并實現二維、三維地圖切換。

3 總體設計

池州防汛抗旱決策系統是以實現庫區防護工程遠程監控、運行管理、監測預警、指揮調度、綜合決策、應急響應的規范化、科學化、精細化、智能化為目標，從避免重復建設、促進資源整合共享、強化業務協同的角度以及未來信息化發展趨勢，構建該系統建設總體框架，由六個層面以及兩大保障體系組成。

數據采集層：通過監測設備采集監測數據，利用前置交換采集平臺采集相關部門的數據。

數據傳輸層：負責信息傳輸，通過專網、公網，利用傳輸技術，實現數據信息安全穩定傳輸。

數據匯集層：通過數據匯集平臺，開展數據清洗、信息審核及數據整編等工作。

數據資源層：為業務應用提供公共數據的訪問服務以及提供數據中潛在的有價值信息的服務。

應用支撐層：是連接數據中心與業務應用的橋梁，為業務應用功能的實現提供技術支撐。

應用層：建立池州防汛抗旱智慧決策系統，為池州防汛抗旱工作相關的各級工作人員服務。

4 系統功能設計

4.1 防汛抗旱調度一張圖

防汛抗旱調度一張圖利用GIS 技術在地圖上展示防洪抗旱工程分布信息、基礎信息和在線監測信息。防汛抗旱一張圖是對防洪工程的可視化展示，在GIS 圖上一方面可以展示防洪抗旱工程的位置分布、關鍵參數等靜態信息，另一方面通過和各在線監測設備的互聯互通，實現對實時監測設備監測數據的查看，同時系統基于在線監測設備的數據監測，及時發現異常數據，并進行預警。

4.2 防汛調度

防汛調度通過建立調度模型，結合獲取的實時數據以及洪水預報結果，智能生成調度方案，供指揮者選擇，并對方案的執行情況進行追蹤。系統可支持生成四種類型的方案，其中應急處置方案是指已有相關預案的防汛調度，可以直接啟用相關預案；防汛排澇主要針對泵站或涵閘的調度方案；引水調度是針對具體河流水質替換的方案；應急搶險主要針對重大險情時的處置措施。

4.3 防汛大屏

對于例如防汛調度等關鍵數據，相關人員可以通過防汛大屏更加直觀地了解。防汛大屏主要展示預報、水位、降雨、水質、調度、視頻監控等信息。洪水預報主要展示清溪河和平天湖未來一段時間在特定條件下的水位預測變化過程，為調度決策提供依據；水位過程線主要展示關鍵站點，如池口、清溪河等的水位變化過程，操作人員可以選擇最近24h、最近3d 和最近7d 的數據；預警信息主要展示各水位站點、雨量站點等超出警戒值時的推送信息；水質信息主要展示當前清溪河各主要站點的濁度變化情況，為引水調度提供依據；調度信息主要展示前一天的排澇站開機臺時和累計排水量數據；視頻監控展示關鍵點位的實時視頻監控畫面。

4.4 調度決策表

調度決策表主要展示與防汛抗旱決策相關的監測信息，包括雨情信息、水情信息及工情信息。以表格的形式展示實時和歷史監測信息。為讓決策者了解實時信息，充分掌握防汛抗旱基礎資料，為防汛抗旱的調度決策服務，系統提供信息查詢、特定條件篩選導出等功能。

4.5 汛情預報

汛情預報是對區域內未來一段時間的汛情進行預測預報，系統結合水庫、河道、堤防、攔河建筑物等的基本特性，按水動力學基本原理構建洪水預報模型，通過多種方式對未來一段時間的洪水過程、洪峰水位、洪峰流量等進行預報，并對洪水進行預警。

4.6 災情評估

為確定干旱或洪水對區域的影響，設置災情評估模塊進行綜合評估。該系統的災情評估分為旱情評估和洪水災情評估，旱情評估通過墑情等監測數據對旱情等級進行綜合評估，洪水災情評估主要用于評估洪水對區域內工業、農業、林業等造成的損失。

5 系統功能實現

5.1 信息采集系統

建立信息采集系統，對水位、視頻、工情等監測信息進行采集，為池州防汛抗旱智慧決策系統提供多源數據，并利用前置交換采集平臺與其他已建系統進行數據采集、共享。該系統設計時，充分考慮防洪工程和防洪設施的基本情況，在橡膠壩工程、泵站工程、水閘工程、溝口涵閘工程、堤防、水位測站等處布設監控系統，從而獲取壩前、壩后、水閘、涵閘及涉水建筑物處的視頻、水位、工情等信息。此外，為執法巡查人員配備單兵執法巡查記錄儀，采集執法巡查的音頻和視頻信息。

5.2 計算機網絡系統

計算機網絡系統負責信息傳輸，通過公網、專網，利用光纖、GPRS、4G、衛星、短波等傳輸技術，實現數據信息安全穩定傳輸。該系統建立業務內網和業務外網兩種計算機網絡系統。業務內網由核心層、匯聚層及接入層構成，其中池州市城防處為核心層，其下轄的城區排灌所、杏花村站、觀湖圩站、趙圩站、城區河道所、清溪河站、南湖站、平天湖站、下清溪閘、平天湖三站、平天湖2#水位站、平天湖二站、池口站、下清溪閘管理所等14 處節點為匯聚層；4 座涵閘、清溪河引水工程管理所、平天湖1#水位監測站等均為接入層。業務外網由核心層和接入層構成，其中池州市城防處為核心層，其下轄的城區排灌所、城區河道所、下清溪閘管理所等3 處節點為接入層。

5.3 數據資源管理平臺

數據資源管理平臺由數據匯集和數據資源兩部分組成，其主要作用是開發包括建庫管理、數據輸入、數據查詢輸出、數據維護管理、代碼維護、數據庫安全管理、數據庫備份恢復、數據庫外部接口等數據庫管理功能，為業務應用提供公共數據的訪問服務，以及提供數據中潛在的有價值信息的服務。數據分為基礎數據（河道類、堤防類、泵站類、湖泊類、水閘類、攔河壩類、水文站類、防汛倉庫類等基本屬性）、公用數據（空間基礎地理信息、社會經濟數據、視頻圖像數據、通用辦公數據、水情數據、水質數據、工情數據、預警信息、氣象數據）、專業數據（工程維護數據、工程防洪數據、政策法規數據、應急響應數據、防汛物資數據、水資源分布信息、水政巡查管理信息、案件管理信息），利用數據平臺技術實現數據的整合與共享；充分運用數據挖掘技術、數據關聯分析技術實現多維數據的整合利用，實現查詢和分類統計等功能，為應用系統的數據抓取提供合理有效的數據資源。

5.4 應用支撐平臺

應用支撐平臺是池州防汛抗旱智慧決策系統的重要基礎，其作用是承擔著匯聚與管理資源，支撐應用，保障系統規范、開放，進而保障系統長期可持續運行的任務。該系統的應用支撐平臺采用松耦合、易擴展的設計思路，使平臺本身具有很強的可擴展性，從而適應于項目的建設。池州防汛抗旱智慧決策系統以基于SOA 面向服務的體系架構建設應用支撐平臺，采用了通用的Web 服務和XML 標準，在應用整合中，每個應用系統向其他應用系統提供了服務的接口，供其他系統進行調用，從而達到系統互聯的目的。Web 服務和SOA 面向服務提供了成熟完善、標準化的體系架構，從而使整合更加完善。

6 結論

池州防汛抗旱智慧決策系統的建立，進一步提高了池州信息化建設水平，水情、雨情、工情的監測更加準確，監測信息傳遞、險情預警、汛情預報等更加及時有效。解決了系統建成之前信息掌握不及時、不準確的弊端，簡化了工作流程，增加了歷史信息的掌握，為智慧決策提供了支撐。

池州防汛抗旱智慧決策系統的建立，使防汛抗旱調度體系進一步完善。系統不僅設定了相應的調度預案的管理，還可根據實時雨水情信息、工況信息等進行綜合判斷，生成優化調度方案，使調度體系更加優化。此外，系統還具有災情評估的功能，對出現的災情區域范圍、損失大小進行評定，科學指導救災工作。

目前，池州防汛抗旱智慧決策系統雖然較好解決了防汛抗旱的相關問題，但還存在一定的瑕疵，如防汛物資的管理不夠完善，防汛物資的調度規則和使用規則不夠優化，缺乏搶險救災隊伍的救災決策管理等內容，需要在以后系統升級中不斷完善■