安徽省水旱災害搶險專家系統建設探討

一、引言

安徽省地處中國南北過渡帶的省份，暖濕氣流和冷空氣在此相遇形成鋒面，帶來滯留性降雨，是我國為數不多的同時擁有大江大河大湖的省份。 2020年汛期，梅雨期之長、降水總量之多、覆蓋面積之廣，在歷史上都是罕見的，安徽省經歷了極為復雜嚴峻的汛情考驗，省內長江、淮河、巢湖南北中三線接連拉響汛情警報。河湖長時間高水位，會造成土壤松軟，出現管涌、跌窩、滑坡甚至潰堤等險情隱患，險情如何處置需要水利專家給出解決方案。為指導各地開展防汛搶險工作，安徽省水利廳組建了50 個專家組150 名專家，派駐全省16 市、24 個防汛重點縣（區），負責全省防汛搶險技術支撐工作，累計協助地方查險1038 處，成功處置險情900 處。

但安徽省水旱災害防御在險情搶護與專家人員管理上，信息化程度較低，常見的做法是某處水利工程發生險情后，再就近請專家到現場臨時參加制訂相關搶護方案，由于受到時間緊迫，人員勞累，氣氛緊張等因素，常常導致制訂的險情搶護方案考慮不周全。而且參加險情搶護的巡查責任人、專家組、搶險隊依然采用傳統的人工方式開展工作，險情上報都是由基層巡查責任人通過現場觀測的方式人工報送險情給指揮中心，不僅精準度低，而且時效性差，一旦有險情發生，很難在最快的時間內組織搶險和進行人員轉移，嚴重威脅了群眾生命安全和財產損失；二是全省水利搶險專家人數少，不能通過信息化手段進行有效調配，基本都是專家組按地域進行駐點開展工作，難以最大程度發揮效益；三是搶險業務智能化程度較低，歷史的險情處置經驗難以共享，新產生的險情處置方案難以積累。安徽省水旱災害防御專家系統的建設，可以大大提高安徽省水旱災害防御險情處置水平，實現信息實時采集、科學決策、精準處置。本文總結了系統的建設經驗，對系統的總體框架、險情采集模塊、專家信息管理模塊、險情處置方案知識圖譜模塊等關鍵技術進行了詳細介紹，以期對全國水旱災害搶險專家系統的建設起到積極的示范和推動作用。

二、建設思路

安徽省水旱災害防御搶險專家系統在隸屬關系上是安徽省防汛決策指揮系統的子系統。系統圍繞“險情信息實時采集、專家成員全省共享、業務流程協同處理、搶險方案智能推送、基礎信息一站式查詢”等功能，實現對水利工程巡查責任人、專家組、搶險隊以及行政指揮領導等不同用戶的全方位信息化支撐。詳細建設思路參見圖1所示。

圖1 系統建設技術路線圖

巡查責任人可以利用系統手機APP 對所管理水利工程進行巡查，并記錄巡查軌跡，現場發現險情可以通過手機實時上報，可以通過手機查詢已上報險情的處置情況。針對上報的險情類別，系統可以自動匹配并推薦相關專家名單。

專家組和行政指揮領導可以通過系統同步查看相關險情信息和歷史同類險情處置方案。當前險情成功處置后，可以對指揮中心做出的險情處置方案進行格式化入庫形成險情處置知識圖譜。

搶險隊在開展險情救援時可以通過系統查詢專家組會商確定的險情處置方案，在搶險過程中遇到問題可以通過平臺與專家進行實時溝通交流。

三、技術方案

1.系統總體框架設計

根據水利部水利信息化頂層設計，安徽省水旱災害防御搶險專家系統的總體框架采用松耦合的分層架構，由業務功能、應用支撐、數據資源、硬件資源、安全防護體系、標準規范體系等幾部分組成（見圖2）。系統結構每層功能相對集中和獨立，能夠為上一層提供很好的支撐服務，層與層之間具有明確的邊界劃分，松耦合的結構易于未來軟硬件及應用服務的調整與擴展。系統按照“省級集中部署，省市縣鄉四級共用”的原則，分基于瀏覽器的 B/S 結構電腦版平臺和基于手機APP 端的移動應用軟件兩類成果系統。

圖2 系統總體框架圖

2.險情采集上報模塊

當上級有巡查任務或者自動監測站點有超閾值報警時，巡查責任人會收到巡查任務指令，進而對相關工程情況進行巡查。當巡查責任人通過巡查發現有管涌、跌窩、決口、漫堤、崩岸等險情時，可以通過手機APP 向上級上報險情情況，包括采集時間、險情發生位置、現場視頻或者圖片、當前險情介紹等。險情信息提交后會直接上傳到指揮中心平臺，指揮中心平臺通過險情信息管理模塊為用戶提供地圖展示、統計分析、巡查信息管理等功能，便于不同層級用戶及時掌握現場情況，為防汛管理和決策提供支撐，詳細技術路線參見圖3。

圖3 險情采集技術路線圖

3.專家信息管理模塊

為科學應對水旱災害防御工作，充分發揮專家在抗洪搶險、抗旱減災中的指導作用，安徽省水利廳組建了水旱災害領域專家庫，專家庫成員共257人。專家信息管理模塊主要為全省水利專家管理提供規范化、高效化、科學化的信息化支撐。將專家按照姓名、單位、專業類別、研究領域、常住地址、聯系方式等進行入庫，并每年根據專家變化情況進行實時更新。針對不同水旱災害險情場景，系統可以自動匹配并推薦專家名單，經指揮中心會商研判后，通過平臺自動發送短信給指定專家，專家收到信息后即前往險情現場進行技術指導。

4.險情處置方案知識圖譜

知識圖譜的本質是一個存儲知識實體與實體之間關系的結構化網絡，可以形式化地描述現實世界的事物及其相互關系，險情處置方案知識圖譜即結構化的險情處置方案知識庫。創建水旱災害防御搶險專家系統最大的難點就是專家知識經驗的建立和積累。

險情處置方案知識圖譜構建的流程參見圖4所示，首先通過信息化手段對歷史險情處置方案文本進行結構化處理，形成格式化的數據信息；然后根據險情類別從數據信息中進行相關知識抽取，主要抽取各類實體、屬性以及實體屬性之間的關系，并對抽取的知識進行信息融合；最后借助專家知識和現有的知識庫對知識進行建模，并存入知識庫形成險情處置方案知識圖譜。從而達到信息共享和經驗積累的作用。

圖4 險情處置方案知識圖譜構建流程圖

系統建成后，針對基層新上報的險情，系統可以主動推送歷史同類險情的處置方案，供專家進行會商研判和指導本次險情的處置。當新的險情處置成功后，可以將本次險情處置方案進行結構化處理，作為新的經驗進行積累用于指導未來發生的險情。

四、結論與展望

安徽省水旱災害搶險專家系統是利用水利信息化支撐水旱災害防御的一項重要措施，是水利現代化發展的重要方向。本文結合實踐經驗對安徽省水旱災害搶險專家系統的建設思路、總體框架以及相關技術進行了描述，該系統原型在2020年汛期已在宣城市多處防洪工程的險情處理中得到了應用，結果表明：本專家系統的創建思路和方法是可行的，開發工作量也是現階段技術經濟條件允許的，它能較好地解決傳統水旱災害搶險過程中存在的困難與弊端。后續在開發和推廣過程中筆者將繼續對系統各方面進行完善和優化，使系統經歷更多實戰險情，積累更多經驗數據，更好為安徽省水旱災害防御提供支持■