燈塔市防汛抗旱指揮調度決策系統模擬研究

陳德勇

(燈塔市水利工作服務中心，遼寧 遼陽 111300)

1 基本現狀分析

燈塔市位于遼寧省中部，地處E122°′52′30″-123°40′7″，N41°14′20″-41°36′40″之間，總面積1332.6km2，屬于我國重要的淡水魚養殖和商品糧生產基地。市轄區為溫暖帶季風氣候，四季特征為冬冷干燥少雪、秋高氣爽、夏季多雨炎熱、春季多風少雨，年均氣溫7.5℃，年降水量760mm。歷史資料顯示，燈塔市曾多次發生旱災和洪澇險情，為了提高抗旱能力和防汛會商系統建設，燈塔市水利局以水文模擬、云技術、大數據等高新技術為手段，擬定在全市范圍內積極開展現代化水利建設和防汛抗旱系統升級改造工作，緊抓大數據建設的歷史性機遇和高新技術熱點，切實提升全區域防洪抗旱調度水平[1]。

在水利信息化建設過程河流監測、山洪災害預警、水資源監測、防汛指揮等系統與防汛工作密切相關，當前主要由各個部門自主牽頭建設相應的業務系統，以縱向為主建設的系統存在嚴重的“條強塊弱”的現象，橫向協同缺乏，各部門分別管理使得“信息孤島”問題普遍存在，難以有效利用和統一管理信息資源，對進一步提升燈塔市水利業務應用水平和推動信息化發展造成嚴重的阻礙，亟需升級改造當前的防汛抗旱指揮系統。另外，防汛抗旱系統數據來源十分廣泛，主要包括基礎資料、氣象、工情、水雨情、水利普查、外系統成果、測量及山洪災害等信息，有非結構化和結構化等多樣性數據類型，如文檔、圖片和視頻等方式；系統需要分析整個區域內的重點防洪城鎮、重點小(1)型水庫、大中型水庫的洪水狀況，數據運算量大；對于各類數據信息的集成和查詢可通過三維地理平臺系統實現，因此應滿足實時性要求[2-4]。針對以上技術難點和問題，采用傳統的信息化手段已無法滿足防汛系統的要求，面對這樣的形式必須運用大數據云技術才能充分發現數據中蘊含的信息，有效管理這些數據提升其使用價值，為防洪抗旱決策提供重要的保障和有力支撐[5]。

2 解決方法

對于一系列數據集合的捕捉、處理和管理，在可承受時間區間內無法利用常規的軟件工具實現為大數據的典型特征，為獲取大量的多樣化高增長率數據信息以及更強的優化決策能力，還應具備數據價值含量低、實時性高、信息變化快、數據處理與增長速度快、運算量大、采集存儲、數據來源和種類多樣化等4V特征，這些特征與防洪抗旱數據保持較高的吻合度。

本次擬定運用大數據思想，以水利信息化頂層設計為總體框架整合現有資源，利用水文模擬、云計算等技術方法對未來某一洪水情況預報分析，通過實時監測直觀、準確、迅速的掌握洪水風險發展變化趨勢、現狀及其發生的地點，創建出更高水平支撐平臺，在任何地點、任意時間可實現與服務器端交互通信，為防汛工作者提供一個全方位的移動指揮決策手段和移動信息查詢展示平臺，滿足個性化專業化移動防汛的需求[6]。

圖1反映了升級改造后的系統總體框架，其中信息資源整合和搭建水利大數據中心為本次升級改造的核心目標。

圖1 防汛抗旱指揮決策系統框架

從信息共享、不同工作協調配合的角度，運用大數據云技術實現水利數據的集中使用、管理、存儲和采集，通過整合重構各類水利信息的達到一體化處理各類復雜問題的目的，達到一處更新和收集可以多處使用的成效，可從如下幾方面分析數據的收集、應用和處理：

1) 全范圍電子沙盤場景和高精度衛星影像圖的創建，借助大數據建設和“云上遼寧”的東風接入氣象系統、山洪災害系統、防汛抗旱指揮系統和中小河流系統的海量數據，基于大數據云計算創造性的接入預報成果[7]。系統后臺收集整理了由多個國家權威結構發布的衛星云圖、土地類型、遙感影像、雷達回波和地形地貌等信息，利用云計算和大數據分析技術建立多元數據庫，通過云平臺的分析計算和海量數據信息的抽取加工，獲取全市未來72h、48h、24h的濕度、氣溫和降雨等預報數值，實現小流域范圍和水庫的調度、預警、洪水預報等功能，顯著提升洪水預報覆蓋范圍和預見期[8]。

2) 根據洪水預報系統、工程設計資料、水利普查和燈塔市洪水計算有關資料，綜合考慮氣象預報和洪水預測模型，將DEM地形數據、實時洪水預報、設計洪水分析、氣象預報等有效結合實現動態直觀的展示洪水演變規律。

3) 數字化處理各社會經濟、防汛抗旱、山洪調查、搶險物資、水利普查、方案元和洪水風險圖等基礎性資料，充分考慮災害覆蓋范圍、影響程度以及防汛預案設計內容，依據預先創建的工程、搶險物資、隊伍、指揮結構內在關聯，實現災害處置、響應和預警的3級聯動[9]。

3 實現效果

本次防汛抗旱指揮系統平臺的擬定建設，將會實現“一庫、兩臺、三系統”的一體化建設，具體為：

“一庫”是指采用大數據思想建立數據貢獻通道、整合現有資源、實時監測監控系統等防汛信息資源庫。該數據庫提供了各類數據的挖掘、統計、匯總、綜合查詢等功能，可結合業務需要靈活加工相關數據，滿足實時動態的防汛指揮工作要求[10]。

“兩臺”是以影像圖和山洪災害調查工作底圖為基礎打造的防汛“一張圖”框架和洪水模擬分析平臺，創建重點防洪城鎮、中心城區的高精度0.6m分辨率影像圖和燈塔市全區域三維電子地圖平臺。通過將天氣預報、洪水計算、DEM數據、洪水模擬和實時預報等有效結合，采用水文動力學和洪水動態模型實現水文計算、洪水模擬、天氣預報的綜合功能，為洪水淹沒展示、風險預測提供強有力的支撐[11]。

“三系統”主要包括移動終端查詢、防汛抗旱指揮和視頻會商等子系統。打造重點關注、突出重點區域的三維電子沙盤展示平臺，對防洪抗旱關注區域的有關信息實現動態、集中展示，打造集風險分析、洪水模擬、趨勢預測和監測監控等功能于一體的指揮平臺，實現傳統的“統計”軟件平臺的升級改造和防汛抗旱可視化指揮調度的目的。通過移動終端PDA、收集等設備查詢和展示主要防汛信息，如預警預報、氣象、圖像、視頻、工情、雨情、水情、基礎信息等，在任何地點、任意時間均可與服務器端交互通信，為防汛工作者提供一個全方位的移動指揮決策手段和移動信息查詢展示平臺，滿足個性化專業化移動防汛的需求。根據高清終端、水利專網標準全面升級改造燈塔市各區縣指揮系統，實現各相關部門的上、下級和防汛辦內部之間的信息傳達，在防洪抗旱響應機制、信息監控與發布等功能方面搭建的防汛指揮與協調調度網絡通道發揮著重要作用[12]。

4 結 論

在全市范圍內積極開展現代化水利建設和防汛抗旱系統建設工作，緊抓大數據建設的歷史性機遇和高新技術熱點，切實提升全區域防洪抗旱調度水平。本次擬定建設項目運用大數據思想，以水利信息化頂層設計為總體框架整合現有資源，利用水文模擬、云計算等技術對未來洪水過程及時有效預測，通過實時監測直觀、準確、迅速的掌握洪水風險發展變化趨勢、現狀及其發生的地點，創建高水平支撐平臺，即從信息共享、不同工作協調配合的角度，運用大數據云技術實現水利數據的集中使用、管理、存儲和采集，通過整合重構各類水利信息的達到一體化處理各類復雜問題的目的，達到一處更新和收集可以多處使用的成效。其中，無人機、大數據、云計算等新技術為水利信息化建設帶來了更快捷、簡便的技術手段，在推動防汛抗旱信息化升級改造等方面發揮著巨大作用。該升級改造項目與燈塔市大數據產業發展充分結合，借助大數據建設的歷史性機遇實現防汛抗旱信息化建設，對提升燈塔市水利信息化水平和防汛抗旱管理能力具有重要意義。