新技術助力

李璇

8月12日，北京市海淀區的水務人用上了一套趁手的“秘密武器”——“水務大腦”水旱災害防御系統

加強應急管理、提高應對能力，是城市防洪排澇的關鍵一環。

在應急管理部印發的《應急管理信息化發展戰略規劃框架（2018-2022年）》中，明確提出“推動云計算、大數據、物聯網、人工智能、移動互聯、IPv6、虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等新一代信息技術深度應用，加強應急管理技術創新、應用創新、模式創新，不斷激發創新內生動力、營造創新良好生態、拓寬創新發展途徑”。

近年來，新技術為洪澇監測預警、易澇點查險搶險、應急救援、災后評估提供了智慧的力量，讓應急管理的“防”與“救”有了更堅實的支撐。

那么，應急管理體系中的新技術究竟在城市防洪排澇各階段起到了哪些作用？據此，北京師范大學減災與應急管理研究院院長、環境演變與自然災害教育部重點實驗室主任張強接受了本刊記者的專訪。

預報新挑戰

《瞭望東方周刊》：新冠肺炎疫情為今年的防汛工作帶來了哪些挑戰？

張強：疫情期間，防汛工作在籌備檢查、人員調配、風險控制三個方面面臨著全新的挑戰。

疫情之下，限制人員流動等原因對各地開展防汛抗旱籌備檢查工作造成一定的影響，部分洪澇易發地的汛情預案編制、檢查工作開展、工作組調配派遣以及防汛工程修復維護均存在一定滯后效應。

人工智能、智慧遙感、高性能云平臺、5G等技術的誕生為城市洪澇預測預警提供了新的機遇與挑戰。

此外，防汛期間可能會出現人群集聚風險，致使防洪抗疫物資儲備、醫療衛生后勤保障均面臨嚴峻挑戰。具體來說，疫情突發，部分省市仍未將“汛期防疫”納入應急響應預案，因而基層在具體編纂、補充改進上缺乏指導性，一旦啟動應急響應預案，易形成疫情防控薄弱點。

《瞭望東方周刊》：當前我國城市洪澇預報還存在哪些不足？人工智能技術是否有助于提升城市洪澇預報的準確性？

張強：總體來講，為了解決城市洪澇問題，國內外學者在城市洪澇數值模擬方面展開了大量研究工作，已取得較為豐碩的研究成果。然而，由于城市區域產匯流過程十分復雜，我國目前的城市洪澇預報技術在基礎數據、模型構建、模擬效率三個方面均存在一定的提升空間。

首先，海量精細化的基礎數據是準確預報洪澇災害的基石，當前不同城市精細化下墊面特征及過往洪澇災害特征數據資料由于測量范圍廣、自動化程度低等實際問題，搜集起來較為困難。

其次，盡管現有的城市洪澇模型原理大同小異，但普遍采用“地表-管網”排水概化模式。該模式與實際水流運動過程不符，讓計算結果難以反映實際洪澇過程。

第三，模型的模擬效率對提升城市洪澇實時預報能力尤為重要，想要提升城市洪澇的精細化模擬效率，勢必對計算機的性能及算法的計算效率具有極高的要求。目前的模型仍存在著諸如計算效率提升不夠、模型運算不穩定等技術壁壘，仍然不能滿足實際應用的需求。

另外，將人工智能應用于城市洪澇預報是當前較為前沿并極具挑戰性的研究領域。在變化環境下，城市水文過程的統計特征常表現為非線性、隨機性和時變性。

傳統模型參數校準常依賴于人為校準，致使實時預測大范圍的城市洪水過程具有較大局限性，而人工智能技術基于歷史海量多源異構數據及強大的計算能力，在復雜高維的城市場景中超越了傳統城市水文模型，相信能夠得到更實時有效的預測結果，有助于提升城市洪澇預報的時效性及準確性。

破除信息壁壘

《瞭望東方周刊》：新技術在提升應急響應效率上有哪些體現？

張強：城市洪澇應急響應階段，智慧遙感、人工智能等技術發揮了重要作用。

例如，通過穩定的北斗衛星及時整體觀察汛情，指揮中心可以及時預警，推測汛情進一步發展并且做出指示。北斗衛星足夠穩定，不受天氣和地形等因素的限制，提升了水文數據預報的準確性和接收的暢通性，為預警工作提供數據保障。

此外，汛情突發性強，波及范圍廣，單純靠人工巡查全面了解汛情實時情況較為困難，再加上惡劣環境下，人眼較難充分了解地形，無法保證監測安全性。在這樣的情形下，人工智能機器人可為防汛勘測、巡邏，監控水位線等工作提供智慧決策支持，把檢測結果實時通知到指揮中心和現場人員的手機上，指揮中心和工作人員也可通過AI機器人遠程查看現場的情況，提高了防汛巡查工作的效率。

7月21日，江西省九江市彭澤縣芙蓉墩鎮的芙蓉河內堤，科研人員用三維電阻率成像系統判斷堤壩內隱患（李鑫/攝）

《瞭望東方周刊》：城市內澇治理，為什么跨部門合作很重要？

張強：從承災體（包含道路交通與市民等）、孕災環境（包含城市排水條件與氣象要素等）與致災機理（降水產流量顯著大于城市排水能力）三方面分析，城市內澇會進一步衍生出“內澇-交通中斷”“內澇-房屋浸泡”“內澇-廠房浸泡-生產活動中斷”等一系列次生災害鏈。為了將城市內澇對城市系統的影響降到最低，各級政府應當以當地的防汛抗旱指揮部為核心，聯合氣象、交通運輸與應急管理等部門形成聯合指揮部，第一時間實現“雨情”“工情”與“災情”信息的共享、進而快速做出應急響應。

《瞭望東方周刊》：各部門之間要如何應對信息壁壘問題？

張強：在應對城市洪澇方面，信息壁壘通常會存在于政府職能部門之間、政府與城市居民之間，而消除這種信息壁壘最有效的方法就是實現城市洪澇信息的快速準確發布。

就政府職能部門之間的信息壁壘而言，政府部門可通過優化應對城市洪澇的響應機制與應急預案，建立健全城市洪澇災情信息鏈的傳遞機制，實現政府部門間災情信息的快速共享，進而保證決策者可以全面快速地做出應急響應決策。

而對于政府與城市居民之間的信息壁壘，政府需要通過政務公開平臺，災情信息發布平臺，新聞媒體等渠道，高效準確地向市民通報城市洪澇災情，并及時宣傳政府部門應對城市洪澇的相關決策信息。此外，政府部門也應該在災前以街道辦事處、居委會為單位，堅決做好災害信息與防災能力的宣講工作，切實有效地提高城市居民的應急防災能力。

《瞭望東方周刊》：對公眾來說，新技術能夠在避險方面提供哪些幫助？

張強：人工智能、智慧遙感、高性能云平臺、5G等技術的誕生為城市洪澇預測預警提供了新的機遇與挑戰。

在內澇智能監測方面，應用基于深度學習技術的城市內澇過程監測方法能夠長期實時監控內澇點積水過程，迅速采集到海量圖像、視頻信息數據，快速識別內澇監測點積水過程的圖像信息，自動提取不同時刻、不同地點圖像中積水的面積和邊界特征信息，準確獲取各內澇點的積水特征，為安全監測城市內澇等高危工作提供強有力的技術支持。

人工智能技術能夠較為精準地預測洪水在何時何地發生及其致災的嚴重程度，并將這些信息納入數字地圖公共警報。這些信息未來可以基于5G技術，通過智慧地圖快速實時傳輸給公眾，從而有效地幫助公眾避開危險區域及抵達安全區域，使其精準快速地避險。

政府部門也可以與企事業單位相結合， 通過物聯網， 大數據與云計算， 智能物流等新技術保證災后恢復重建的高效進行。

《瞭望東方周刊》：新技術能為災后恢復重建階段提供哪些助益？

張強：災后恢復重建是一項關系到民生的系統性工程。7月17日，中共中央政治局常務委員會會議指出，要精心謀劃災后恢復重建，及時下撥救災獎金，調運救災物資，盡快恢復災區生產生活秩序，及時搶修水電、交通、通信等基礎設施，組織帶領受災群眾恢復生產、重建家園。

為了高效完成這項艱巨任務，我們需要做好災后恢復重建工作的系統性管理與優化，具體到新技術的運用，政府部門可以通過將遙感與虛擬現實技術結合，在重建區規劃階段充分考慮區域災害發生風險，實現不同重建區與災害發生風險的疊加分析與3D場景重建，進而輔助規劃部門優化選址決策，將重建區建立在風險相對最低的區域，避免重復受災。

另外，政府部門也可以與企事業單位相結合，通過物聯網，大數據與云計算，智能物流等新技術來智能識別各地區災后重建的資源需求，實現重建物資與需求的智能配置，進而基于智能物流分揀技術達成重建物資的高效調度與分配、優化配置重建資源，保證災后恢復重建的高效進行。

福建省泉州市有關部門工作人員使用帶有視頻系統的機器人檢測地下排水管網