遼寧省山洪災害監測預警管理平臺升級完善研究

朱 菲

（遼寧省水利水電科學研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110003）

按照國家防總、水利部統一安排部署，2009—2019年遼寧省先后分12 期在有山洪災害防治任務的55 個縣（市、區）組織開展了山洪災害防治非工程措施項目建設。截至2019 年底，全省55 個縣（市、區）均開展了山洪災害防治非工程措施建設和完善，并延伸到860個鄉鎮，建設自動雨量站2392 個（含更新調整528個）、自動水位站350 個（含更新調整47 個）、視頻監測站49 個、圖像監測站40 個、簡易雨量站8590 個、簡易水位站1506 個、無線預警廣播6618 套、手搖報警器8863 個、銅鑼5.7 萬余面［1］；編制完成山洪災害防御縣級預案55 個、鄉鎮級預案860 個、村級預案8294 個；發放山洪災害宣傳手冊30.8 萬冊、光盤1.37 萬張、明白卡77.35 萬張；制作完成警示牌宣傳欄1.65 萬塊。通過山洪災害防治項目，全省共建設完成1 個省級、14個市級、73 個縣級山洪災害監測預警平臺，系統依據實時雨量及水文數據，采用經驗方法實現山洪災害預警，發布準備轉移和立即轉移等指令。同時結合群測群防體系，通過提前預警和轉移，降低了人員傷亡和財產損失，在近年來的山洪災害防御中發揮了重要作用。

1 總體建設思路及架構

按照“整合已建、規范新建”的思路，充分利用、有效整合、不斷完善已形成的防汛抗旱信息化資源，并結合山洪災害防治系統平臺，利用大數據、云計算、“互聯網+”等技術［2］，建立遼寧省山洪災害監測預警管理平臺，實現水旱災情信息（水雨情、土壤墑情、汛情、旱情、災情等）實時監測與查詢、水旱災害分析評估與預報、上下游聯動預警、防汛抗旱指揮決策、全省防辦系統業務處理與公文流轉等工作多級聯動、優化整合，構建監測感知、計算分析、預報預警、決策服務等各環節緊密銜接、智能高效的防汛抗旱信息支撐體系，從而實現展示數據“一套表”、展示成果“一張圖”“省級統一開發部署、市縣多級應用”的組網模式。

平臺軟件應綜合應用云計算、大數據和移動互聯網技術，基于SOA架構，采用B/S 模式，建設適應Web和移動終端的山洪災害監測預警信息服務平臺，系統架構分為數據層、服務層、業務層和應用層（見圖1）。其中，服務層可采用Web Service或Restful架構，地圖服務應滿足OGC標準，編碼方式采用XML或JSON格式。Web 方式為平臺主要應用模式，同時，應針對常用功能開發移動終端APP，APP與Web 網頁版本應采用統一的數據庫和服務接口。

圖1 平臺軟件架構

平臺應配備必要的支撐軟件，構建省級平臺運行的軟件環境，包括操作系統、數據庫、Web 服務中間件、GIS 平臺軟件、殺毒軟件和瀏覽器等。采用山洪災害調查評價成果中的空間數據開發平臺的基礎底圖，應包括政區底圖、地形圖和影像圖，平臺提供天地圖、“水利一張圖”、百度地圖等公共地圖服務接入功能。軟件版本應易于升級，滿足擴展性和兼容性要求。

2 設計思路

2.1 項目組織與系統整合設計

本項目涉及目前遼寧省防辦已建近16 個系統，總體目標是要對已建系統整合后，形成一個既能支撐防汛抗旱各項業務，又能為日常業務對接的系統，既能采用云平臺、大數據、水文模型、人工智能等先進技術［3］，又能充分吸收已有系統的優點，兼顧用戶目前的操作習慣，既要全面展示各類信息，又能實現一鍵式查詢的目標，層層深入。在系統整合、功能設計、界面切換等方面需要進行深入研究。

2.2 分布式水文大數據模型構建

分布式水文大數據模型考慮了氣候要素和下墊面因子的空間異質性，能較為準確地模擬流域的水文過程。目前，分布式水文模型是實現山洪預報、預警分析以及災害風險評估的基礎，包括降雨模塊、產流模塊、匯流模塊、徑流演算模塊、參數率定和實時校正模塊等。以大數據、云計算、人工智能為手段，將收集的降雨和氣象數據作為輸入，對小流域進行概化，建立拓撲結構，根據小流域的計算需求和屬性，由各水文模塊組建分布式水文大數據模型，并能依據實時信息對實時水文預報結果進行率定校正，提高水文系統的模擬精度。

2.3 多源水文氣象實時數據融合

雨量站測量數據是點狀測量數據，相對離散孤立，在時空連續性、物理一致性方面仍十分有限，當站點密度不高時，對降水空間分布的估計具有明顯的局限性。天氣雷達和衛星可以探測大氣中與降水有關的物理量，間接獲得空間連續的降水信息，獲得面雨量探測結果，很大程度上彌補了地面雨量計空間分布的不足，但是雷達和衛星降水數據的局部精度尚不能滿足精確表征降水空間分布的要求。因此，要得到高可靠性、準確性與即時性的實時面雨量數據，需利用多源空天地數據，結合高時空分辨率降水融合模型，提供高可靠性的降水融合產品。雨量計與天氣雷達或氣象衛星觀測資料聯合估計降水是一個異質信息相互平衡與匹配的過程，通過多源降水融合綜合考慮不同觀測降水的誤差特征及其觀測優勢，采取一定的融合方法獲得目標區時空尺度降水最優估計結果。利用實時水雨情、氣象臨近預報及中短期預報，可進行多階段洪水預警預報，從不同數據來源、不同計算精度、不同時效性等多個方面對預警結果進行分級管理和嵌套應用，充分利用不同預見期、不同可靠度、不同精準度的信息進行綜合分析，滿足不同階段的預警需求。

2.4 分布式數據存儲技術

與目前常見的集中式存儲技術不同，分布式數據存儲技術并不是將數據存儲在某個或多個特定的節點上［4］，而是充分利用了網絡的優勢，把網絡上相對比較零散的存儲空間虛擬為一個整體，將這一空間作為數據存儲的主體，并通過多臺服務器實現載荷分布存儲，進而為系統的安全性、可靠性與實用性提供有效保證。

3 建設內容

3.1 數據同步共享服務體系建設

以信息共享、數據同步為目標，嚴格按照《水利信息化資源整合共享頂層設計》的“五統一”要求，通過摸底調查省防辦現有系統現狀，有針對性地建立整合與共享標準體系、明確整合與共享內容、確定整合與共享策略、建立整合與共享流程，為平臺建設和相關業務協同提供全面數據支撐。通過整合氣象、水文、遙感、河道、水庫、山洪災害、城市防洪防澇、地質災害等數據信息及相關視頻監控等資源，構建遼寧省山洪災害監測預警數據庫，進一步形成信息資源目錄，為防汛抗旱業務應用提供規范、權威和高效的數據支撐，見圖2。

3.2 成果輸出服務建設

圍繞防汛抗旱指揮調度、督查檢查、應急搶險、供水保障等工作需要，以監測預警預報、災情分析評估為基礎，選取“水利一張圖”2019 版作為主要工作底圖，利用相關技術，開發地理信息服務平臺，實現全文搜索引擎、地理信息疊加、三維基本操作、山洪災害專題展示、重點水利工程展示、信息查詢展示等功能。以“水利一張圖”為模板，利用制圖學技術，動態生成“一張圖”“一套表”，將其作為系統主要輸出成果，為會商提供技術支撐，見圖3。

圖3 成果輸出模塊框

3.3 省級山洪災害監測預警管理平臺設計

以防汛抗旱為中心，以數據資源整合與共享為基礎，以“水利一張圖”為底圖，利用大數據、云計算、“互聯網+”“分布式水文模型”等技術，開展遼寧省山洪災害監測預警管理平臺建設，全方位實現水旱災情信息實時監測、預警、風險評估、預報調度、災情評估、基礎信息管理、共享信息管理、辦公信息管理、視頻會商、平臺使用監視、設備運行監視、數據維護、系統管理等功能（見圖4），加強平臺監管效能，提升預警覆蓋度、提高預警精確度、延長預見期，為防汛抗旱提供支持決策，為開展防汛抗旱工作提供統一平臺，解決縣級運維能力不足的問題，達到“一級部署、多級應用”的目標。

3.3.1 實時數據監測體系建設

省級平臺應實現對各縣山洪水雨情站信息向省級平臺的實時匯集，并且能對站點進行監管。同時，應實現山洪、水文、氣象等不同部門建設自動水雨情監測站實測數據的整合應用，建設實時數據監測體系，監控山洪災害防御要素的變化情況，及時為防御研判提供數據支撐。

3.3.2 風險評估體系建設

基于調查評價成果的風險評估體系建設包括3 個方面：村莊風險評估、河道風險評估以及水庫風險評估。其中，村莊風險評估和河道風險評估均是在調查評價成果的基礎上，建立風險評估模型，而水庫風險評估則是利用水庫特征水位劃分風險等級，進而通過接入實時的水位、流量資料，進行風險評估，最終形成風險評估統計表和風險評估圖。

3.3.3 預警體系建設

通過整合遼寧省防汛會商、山洪災害監測預警和農村基層防汛預報預警平臺，結合各級防汛抗旱應急預案，建立江河洪水、山洪災害、干旱等災害風險分析評估模型，構建全省防汛抗旱風險評估及動態預警體系，進一步提高江河洪水、干旱災害、山洪災害預警的精準度，延長預見期，實現江河湖庫、山洪災害易發區、干旱災害易發區等的風險智能識別、智能評估、上下游聯動預警以及預警信息、應急響應啟動信息的產生、提醒、發布、響應反饋、記錄等功能，實現一級部署、多級應用。

3.3.4 預報調度體系建設

平臺應綜合應用山洪災害調查評價成果，結合防治區區劃與分級、設計暴雨和現狀防洪能力等信息，對省域內沿河村落的山洪災害風險進行綜合評估，為山洪災害重點防御村落清單的管理提供依據。在風險評估的基礎上，進行洪水預報、水庫調度和墑情預報等工作，為防汛抗旱的預報工作提供科學指導。

3.3.5 大數據服務平臺建設

大數據服務平臺是云平臺的核心，創新地集合了大數據降水預報、無資料地區洪水預報、防災減災調度等功能，應用大數據、人工智能（AI）、云計算等先進技術，為防汛抗旱決策提供支持，提高預測預報的覆蓋范圍和準確性，延長預警的預見期，取得顯著的社會經濟效益。

3.3.6 調查評價成果集成

平臺應集成調查評價數據庫的高精度地形地貌、水文氣象、社會經濟和歷史山洪災害等數據，為省級平臺軟件構建、山洪災害重點防御村落清單管理、預警指標與風險分析服務。

4 結論

遼寧省山洪災害監測預警管理平臺系統的建成將極大地提升省防汛抗旱工作的能力與水平，推動防汛抗旱工作向信息化、智能化方向發展。主要表現在：

a.可通過數據資源整合策略，最大程度地提高數據資源的利用率，增強數據資源的智能化應用，盡可能地發揮數據集成效能，實現數據資源的共享共用，解決長期以來困擾防汛抗旱工作的資源分散、數據冗余、準確率低、模型化程度低等一系列問題。

b.可通過在傳統水文模型中植入云計算、大數據分析等先進技術，最大程度地提高“測防報”的運算效率與準確程度，尤其是以預報為核心的模型體系，突顯了遼寧省防汛抗旱工作的智能化與智慧化程度。通過為用戶提供真正有價值的業務應用支撐，解決長期以來系統平臺以監測為主、預報不足的功能性短板。

c.可通過“省級統一開發部署、市縣多級應用”方式部署平臺，極大地提高各級防辦人員的工作效率，實現信息流在各級防辦任意節點的有序流動，最大程度地實現集約化管理，解決長久以來困擾各級防辦的專業技術人員短缺、硬件設備落后、分析預報能力不夠、報送方式效率低下等一系列問題。

d.可通過建設遼寧省山洪災害監測預警管理平臺APP、微信公眾號、短信網關等社會服務平臺，極大地增強防汛抗旱信息的覆蓋面與廣泛性，最大程度地滿足社會公眾的知情權，保障社會平穩運行。

由此可見，遼寧省山洪災害監測預警管理平臺的建成將推動全省防汛抗旱工作向協同統一、共享共用、智能智慧、精確精準方向發展，經濟效益顯著、社會生態效益突出。