淮安市防汛預報預警系統建設探討

尚 潔，李 睿

(淮安市防汛抗旱指揮部辦公室，江蘇 淮安 223300)

防汛抗旱信息化是水利信息化的重要組成部分[1- 2]，隨著信息技術的高速發展，防汛決策支持系統等非工程措施日益成為重要的減災手段[3- 6]。防汛決策支持系統是在物聯感知系統[7]實時采集雨情、水情、工情、視頻監測等數據的支持下，基于云平臺、大數據、數值模擬等技術進行相應的水雨情預報和模擬[8- 11]，為防汛工作提供信息查詢、預報預警服務及調度決策支持，以提高信息處理和防汛調度決策的時效性和準確性。

淮陰區農村基層防汛預報預警系統已實現水雨工情數據在線采集、閘泵站遠程控制、視頻監控、無線預警廣播等諸多功能[12]。淮安市防汛預報預警系統在此基礎上，加強了計算機網絡建設以適應不斷增加的監測站點網絡需求；建設數據服務平臺，管理防汛預警綜合數據庫[13]，并通過統一共享交換接口，實現縱向與上級防汛部門，橫向與氣象、公安等部門的數據共享交換；重點新增了預報預警功能，基于InfoWorks ICM水文水動力模型[14- 16]實現對水情的預報預警功能并及時生成預警信息，發布給相關防汛責任人，并根據不同情景設置調度預案提供決策依據，實行智能化管理和專家人工干預。通過以上多種手段不斷完善洪澇災害防御體系，提高綜合防御水平，最大限度地減少人員傷亡和財產損失。

1 建設內容

1.1 計算機網絡

計算機網絡建設新增視頻會商專網、重要工程點的視頻監控網絡、水雨情數據采集網絡以及無線預警廣播系統網絡。

同時，系統要求計算機網絡系統具有強大的接入能力，以實現多站點、大范圍監測點與監控點的接入；支持靈活的接入方式，以適應傳輸網絡和組網的需要；系統組網簡單，數據實時性好、視頻圖像清晰度高、實時性強，信道帶寬占用率低；采用的網絡設備具有遠程配置、管理、維護和自啟動能力，設備功耗低且適合在野外惡劣的環境氣候條件下長期連續運行。

1.2 數據服務平臺

1.2.1防汛預警綜合數據庫建設

系統主要由4個層次構成，展現層、應用層、服務層、數據層。綜合數據庫建設主要為數據層內容，分為基礎數據庫、模型數據庫、調度方案庫、業務系統數據庫等4部分。綜合數據庫邏輯架構圖如圖1所示。

基礎數據庫主要包括實時監測及歷史的雨水工情數據、水利工程及調度數據、GIS空間數據、防汛物資及輔助信息數據、氣象信息等。

模型數據庫的建設主要依托于InfoWorks ICM軟件，對河道、斷面、水利工程等數據建立模型后，將模型節點或者水利工程連接點與實際水利工程數據庫中的水利工程記錄相關聯，可以同時查詢模型節點中的模型相關數據及其相關聯的實際水利工程相關數據，同時可以根據關聯將相關數據導入導出，模型數據庫的建設支持了預報預警系統的正常運行。

調度方案庫基于模型數據庫，根據不同的內外邊界、事件發生場景預先編制好調度預案集并存儲在調度方案庫中，調度預案集主要包括2個部分，一類是常規調度預案，另外一類是防汛應急調度預案。

業務數據庫管理存儲系統運行的核心數據，包含了管理系統功能實現、過程流轉控制、相關數據展示以及系統正常運行的主要數據。

根據各類別不同特點進行相關數據庫建設。綜合數據庫建設需要匯集的各類數據經過數據交換、規范處理后存入綜合數據庫，通過各類型數據庫系統對數據進行維護和管理，構建各類業務應用的數據基礎，提供統一的數據訪問，從而支持系統平臺功能實現與展現。

圖1 綜合數據庫邏輯架構

1.2.2數據匯集交換平臺建設

數據匯集交換平臺部署在淮安市機房數據中心，通過統一共享交換接口，實現縱向與上級防汛部門，橫向與氣象、公安等部門的數據共享和交換。

系統通過政務外網實現各成員單位應用系統之間的互聯互通，負擔的數據共享與交換范圍包括淮安市機房數據中心、各單位分中心及具體采集終端，本系統以淮安市機房數據中心為中心，采用集中管理的方式，即各成員單位應用系統必須登錄市中心平臺進行注冊，獲得本單位(以下稱節點)的共享級別及相應的共享數據，再與其他單位進行數據共享與交換。其交換節點以“星型”結構存在，如圖2所示。

圖2 數據匯集交換平臺節點的星型結構

1.2.3數據管理系統

采用瀏覽器/服務器體系結構，以統一的數據庫維護界面為綜合數據庫提供數據的錄入、更新、刪除等，滿足數據庫管理員在數據庫運行環境中對數據庫的數據輸入、編輯維護、檢查校核等需要。

1.3 預報預警系統

預報預警系統以大數據、云平臺為基礎，以InfoWorks ICM水文水動力模型為核心，以物聯網監測系統的實時監測數據為驅動，結合降雨預報等數據，通過設置預報預警滾動計算模塊、降雨防汛調度預案模塊、調度方案管理模塊、調度方案人工干預模塊等，對區域未來一段時間內河網水流運動變化情況進行預報預警，根據不同情景設置調度預案提供決策依據，并進行智能化管理和專家人工干預，提高防汛工作的預判能力、響應速度和決策科學性。如圖3所示。

1.3.1基于ICM的水文-水動力一體化模型構建

在收集區域內河道斷面、水利工程、水文水動力資料的基礎上，利用云平臺技術、地理信息系統技術、數據庫技術，采用Infoworks ICM軟件構建一維河網水文-水動力模型，利用該模型對區域內水利工程調度后的水動力變化進行模擬反演，同時對優化調度方案進行模擬分析。

1.3.2預報預警滾動計算模塊

實時驅動預報預警模型接入實時監測的水情、雨情、工情數據進行滾動計算，可手動設置計算頻率，模擬結果實時發布，滾動預報未來3d時間內區域重要斷面或關注地點水位、流量變化過程，并將預報結果以GIS地圖標繪、數據圖表、統計報表等多種形式展示，并設置關注點特征閾值，一旦實時監測值或預報值超過設置閾值，便及時采用閃爍、聲音、手機短信或郵件等方式發布預警信息。

圖3 淮安市防汛預報預警系統

1.3.3防汛應急調度預案模塊

為有效保障汛期安全，設置防汛應急調度預案，具體的調度情景有：①小雨(中雨)調度方案：24h降雨在25mm以內；②大雨調度方案：24h降雨在25～50mm；③暴雨藍色預警調度方案：12h降雨在50mm以上；④暴雨黃色預警調度方案：6h降雨在50mm以上；⑤暴雨橙色預警調度方案：3h降雨在50mm以上；⑥暴雨紅色預警調度方案：3h降雨在100mm以上。

1.3.4調度方案評價優選模塊

該模塊功能依據情景模式，通過調度方案評價優選模塊，從預案集里讀取所有的調度方案集合n，再結合模型模擬的水位、流速、水質等指標結果，構建相應的調度方案評價指標體系，基于熵權、Topsis的評價技術與方法，進行調度方案排序(即評價結果)，優選出最前面3～5個調度方案。保留優選出的調度方案，同時構建人工干預界面，進行調度方案選擇，支持調度決策。如圖4所示。

圖4 調度方案評價優選模塊架構

1.3.5調度方案智能管理模塊

調度方案包括常規調度預案、降雨防汛調度預案等，該模塊功能主要利用計算機技術、計算智能等現代技術，實現調度方案的智能管理，將調度方案運行后的效果通過物聯網監測系統反饋給系統，若防汛狀況持續改善，則繼續按照推薦方案運行，否則接入人工干預模塊。

1.3.6調度方案人工干預模塊

該模塊用于構建人工干預界面，利用專家評測、打分、賦權等方式匯總專家意見對防汛調度進行人工干預，基于專家經驗，通過專家測評、開會討論等方式從降雨防汛調度方案預案集中優選出幾組調度方案或制定新的調度方案，支持調度決策。

2 存在問題

(1)覆蓋信息不夠全面。在數據監測方面，已實現水位、雨情、工情、視頻等多元化監測，但監測站點密度相對較低，尚未形成完整的監控網絡，尤其是對閘泵站工情的監測較少；同時監測以災前防控為主，缺少對洪澇災害的災情自動統計和動態評估功能。

(2)響應速度較慢。在調度運行方面，以人工調度為主，閘泵站現地控制為主，遠程控制較少，對突發事件響應時間長，對監測數據響應度不高，受到人為因素影響較大，效率不高。

(3)調控不夠智能化。在決策支持方面，依托監測信息，給出預報預警，同時能夠實現對調度預案進行評價優選，但具體調度方案仍以經驗判斷為主，智能化水平不夠高，無法通過實時智能計算給出推薦調度方案。

3 結語

淮安市防汛預報預警系統在實時監測水雨工情及視頻數據的基礎上加強了計算機網絡及數據服務平臺建設，增加了基于水文水動力模型的預報預警功能，極大地提高了防汛工作的預判能力、響應速度和決策科學性，提高了區域綜合防御水平，同時可為其他地區的防汛工作提供借鑒。但目前的系統在覆蓋的監測信息、響應速度、調控方案的智能化等方面仍存在諸多不足，需要進行進一步的研究和完善，以期建設完成覆蓋信息更全面、響應速度更快、預報更精準、調控更智能化的系統，為促進社會經濟環境協調發展提供更加堅實的安全保障。