廣東省水旱災(zāi)害風(fēng)險普查成果微服務(wù)共享應(yīng)用平臺建設(shè)

周 宇，陳亮雄，林 斌，楊靜學(xué)

(1. 廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣州 510635；2. 廣東省水安全科技協(xié)同創(chuàng)新中心，廣州 510635；3.廣東省山洪災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心，廣州 510635)

1 概述

水旱災(zāi)害風(fēng)險普查是全國綜合風(fēng)險普查的六大災(zāi)種之一，是基于災(zāi)害學(xué)概念，開展隱患排查、風(fēng)險調(diào)查、評估區(qū)劃全鏈條的災(zāi)害風(fēng)險普查工作。廣東是水利大省，也是水患大省，水旱災(zāi)害風(fēng)險普查產(chǎn)生了豐碩的成果，為我省開展水旱災(zāi)害防御、保障經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展，提供權(quán)威的風(fēng)險信息和科學(xué)決策依據(jù)。

圍繞廣東省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、社會治理、公共服務(wù)需求以及水利高質(zhì)量發(fā)展對普查成果的應(yīng)用需求[1]，最大化發(fā)揮普查項目成果的社會效益，推動“一數(shù)一源、一源多用”的成果管理，深入對數(shù)據(jù)進(jìn)行集成與應(yīng)用共享，研發(fā)了成果微服務(wù)共享應(yīng)用平臺(以下簡稱共享應(yīng)用平臺)。推動普查數(shù)據(jù)共享，挖掘普查數(shù)據(jù)價值，進(jìn)而促進(jìn)普查成果在水利行業(yè)的深度應(yīng)用，在水旱防御的常態(tài)化應(yīng)用，用普查成果切實(shí)加強(qiáng)廣東省水旱災(zāi)害防御能力，貫徹“兩個堅持，三個轉(zhuǎn)變”，推進(jìn)水旱災(zāi)害防御相關(guān)工作。

2 共享應(yīng)用平臺建設(shè)目標(biāo)

共享應(yīng)用平臺立足于水旱災(zāi)害風(fēng)險普查項目成果，參照智慧水利頂層設(shè)計思路，依據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一治理、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理的模式，集成普查成果和現(xiàn)有水旱防御數(shù)據(jù)，構(gòu)建成果數(shù)據(jù)集成融合、成果知識庫、成果應(yīng)用場景分析及模型計算等，打造水旱防御數(shù)據(jù)底板、知識庫和模型庫，可視化管理查詢成果數(shù)據(jù)，利用工具實(shí)現(xiàn)成果動態(tài)更新，并依托廣東省政務(wù)服務(wù)資源與廣東省水利廳數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)橫向面向廳各業(yè)務(wù)平臺，縱向面向市縣各級，提供水旱災(zāi)害風(fēng)險防御數(shù)據(jù)接口和應(yīng)用服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)成果標(biāo)準(zhǔn)化存儲管理與在線化共享應(yīng)用，服務(wù)于日常水旱防御調(diào)度工作。

3 共享應(yīng)用平臺總體設(shè)計

共享應(yīng)用平臺設(shè)計遵循廣東省“數(shù)字政府”建設(shè)總體規(guī)劃，貼合廣東水利智慧水利建設(shè)需求；在業(yè)務(wù)上滿足水旱災(zāi)害防御日常工作需求，最大化水旱災(zāi)害風(fēng)險普查成果應(yīng)用效益；在技術(shù)上采用先進(jìn)、流行、可靠的技術(shù)方案，確保服務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 技術(shù)架構(gòu)

共享應(yīng)用平臺采用松耦合的分層架構(gòu)，層與層之間有明確邊界劃分[2]，可減少系統(tǒng)中各個模塊之間的依賴關(guān)系，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可拓展性和靈活性。采用微服務(wù)體系架構(gòu)，基于公開標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)，可以快速便捷的升級相關(guān)技術(shù)，確保系統(tǒng)能夠在技術(shù)不斷發(fā)展的過程中跟上發(fā)展趨勢，確保信息化技術(shù)發(fā)展具有明顯的先進(jìn)性。平臺整體劃分為數(shù)據(jù)集成融合層、功能服務(wù)能力支撐層、微服務(wù)集群層以及業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)接入層。總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 共享應(yīng)用平臺架構(gòu)示意

共享應(yīng)用平臺具體組成結(jié)構(gòu)如下：

1)數(shù)據(jù)集成融合。對水旱災(zāi)害風(fēng)險成果數(shù)據(jù)、實(shí)施感知監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)、水旱防御業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲與服務(wù)開發(fā)。數(shù)據(jù)存儲依賴于廣東省水利大數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲資源，所有的建設(shè)成果均納入水利大數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理。

2)功能服務(wù)能力支撐。基于已有水旱防御項目評估區(qū)劃類成果，將成果通過空間拓?fù)潢P(guān)系建立聯(lián)系，形成一套方便查詢、展示、分析的知識庫。構(gòu)建空間分析模型，發(fā)布模型計算服務(wù)接口，供平臺調(diào)用和計算。

3)微服務(wù)集群。在基礎(chǔ)服務(wù)能力的支撐下，采用云計算、微服務(wù)等信息化技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)、開放的接口服務(wù)化封裝，實(shí)現(xiàn)成果數(shù)據(jù)的在線調(diào)用與在線共享

4)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)接入層。依托水利數(shù)據(jù)共享服務(wù)接口平臺統(tǒng)一網(wǎng)關(guān)、統(tǒng)一鑒權(quán)、統(tǒng)一管理的能力，以接口共享的方式，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的接入。

3.2 保障體系

1)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。嚴(yán)格遵循國家、我省電子政務(wù)有關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范的要求，從業(yè)務(wù)、技術(shù)、運(yùn)行管理等方面對項目的整體建設(shè)和實(shí)施進(jìn)行設(shè)計，采用先進(jìn)的軟件工程理論、良好的系統(tǒng)設(shè)計，以及分層和代理等方法，保證系統(tǒng)的開放性、邏輯性、擴(kuò)展性和易維護(hù)性，充分體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

2)安全防護(hù)體系。服務(wù)安全與數(shù)據(jù)安全是應(yīng)用共享服務(wù)的重要內(nèi)容，在系統(tǒng)建設(shè)方案設(shè)計時，依托國家電子政務(wù)建設(shè)的各種信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(環(huán)境、技術(shù)、信息、安全、信息交換標(biāo)準(zhǔn)等)，結(jié)合電子政務(wù)應(yīng)用的特點(diǎn)，強(qiáng)化信息安全建設(shè)，保證軟、硬件安全、可靠的運(yùn)行，具備容災(zāi)、容錯方案。對保證信息的保護(hù)和隔離，采用系統(tǒng)安全機(jī)制、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)存取的權(quán)限控制等方案解決系統(tǒng)安全性問題。共享應(yīng)用平臺擬達(dá)到等保二級要求。

4 共享應(yīng)用平臺主要建設(shè)內(nèi)容

4.1 成果數(shù)據(jù)集成融合

以水旱災(zāi)害風(fēng)險普查調(diào)查成果數(shù)據(jù)為核心，集成融合實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)、水旱防御業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)。獲得大量歷史空白數(shù)據(jù)的同時，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源進(jìn)行全面梳理整合，提高數(shù)據(jù)資源的完整性、一致性、準(zhǔn)確性、時效性，提升數(shù)據(jù)資源的權(quán)威性和可用性，實(shí)現(xiàn)水利信息資源的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化[3]，為上層微服務(wù)集群及業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)夯實(shí)基礎(chǔ)。

4.2 成果知識庫構(gòu)建

以水旱災(zāi)害風(fēng)險普查評估區(qū)劃成果數(shù)據(jù)為核心，集成中小流域頻率圖、中小河流淹沒圖、洪水風(fēng)險圖成果、風(fēng)險評估區(qū)劃成果、歷史典型洪澇事件以及重點(diǎn)易旱縣區(qū)調(diào)查成果，將成果通過空間拓?fù)潢P(guān)系建立聯(lián)系，形成一套方便查詢、展示、分析的知識庫。知識庫成果如實(shí)反映了廣東省各地的水旱災(zāi)害風(fēng)險等級及地區(qū)差異，可為洪水災(zāi)害防御提供翔實(shí)的洪水風(fēng)險信息，支撐洪水風(fēng)險研判和應(yīng)急防御，為各類應(yīng)對措施的提出以及防洪應(yīng)急預(yù)案的編制提供數(shù)據(jù)支撐；更加深入地掌握重點(diǎn)易旱地區(qū)的歷史旱情、 揭示干旱致災(zāi)機(jī)理，細(xì)化水資源時空分布不均衡問題，為水資源配置提供科學(xué)依據(jù)；同時對于增強(qiáng)群眾的隱患意識、加強(qiáng)災(zāi)后救助和風(fēng)險評估具有重要的指導(dǎo)意義。

4.3 成果應(yīng)用分析與模型服務(wù)

集成水旱災(zāi)害風(fēng)險普查項目需求建設(shè)研發(fā)的模型計算服務(wù)，保障模型的通用化封裝及接口化調(diào)用，提供統(tǒng)一通用的模型服務(wù)。構(gòu)建空間分析模型，實(shí)現(xiàn)區(qū)域與流域的多維度在線化綜合分析，推進(jìn)信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合[4]。

1)降雨落區(qū)影響分析。集成廣東氣象局共享的短臨降雨格點(diǎn)預(yù)報數(shù)據(jù)(未來1 h、3 h、6 h、12 h、24 h)，將短臨降雨格網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行插值運(yùn)算，生成全省范圍內(nèi)的降雨落區(qū)分布(見圖2)，按照區(qū)域內(nèi)降雨量劃分為小雨、中雨、大雨、暴雨、特大暴雨5個降雨等級并進(jìn)行降雨色斑圖的渲染[5]。基于劃分的降雨等級區(qū)域范圍，對范圍內(nèi)病險防洪工程、易漫堤段、險工險情堤段、水庫、監(jiān)測站點(diǎn)水情超警戒情況、防洪工程安全隱患情況、歷史險情等進(jìn)行綜合分析，推送受影響的薄弱工程風(fēng)險清單。

圖2 降雨落區(qū)影響分析示意

2)行政區(qū)劃/流域范圍多維度綜合分析。以行政區(qū)劃尺度(省、市、縣三級)和流域尺度(北江、西江、東江、韓江、鑒江、珠三角洲)為視角，對區(qū)域范圍內(nèi)的防洪工程、社會經(jīng)濟(jì)、基礎(chǔ)設(shè)施分布、承災(zāi)體能內(nèi)容進(jìn)行綜合統(tǒng)計分析(見圖3)。其中防洪工程主要以水旱災(zāi)害風(fēng)險普查調(diào)查的防洪工程為主，統(tǒng)計分析各區(qū)域內(nèi)病險薄弱工程、歷史發(fā)生險情工程、防汛度汛隱患、各類型工程分布等內(nèi)容。

圖3 行政區(qū)劃/流域范圍多維度綜合分析示意

3)流域淹沒范圍實(shí)施風(fēng)險分析。基于遙感降雨數(shù)據(jù)定量計算流域內(nèi)雨量、平均雨量以及降雨重現(xiàn)期。將實(shí)測站點(diǎn)(河道與水利工程)水位與上下游保護(hù)對象關(guān)聯(lián)起來，并利用洪水淹沒圖成果，生成整個流域內(nèi)基于實(shí)測水位下的淹沒圖。基于實(shí)測站點(diǎn)，并利用普查洪水淹沒圖成果，生成淹沒風(fēng)險圖(見圖4)。

圖4 流域淹沒范圍實(shí)時風(fēng)險分析示意

4)流域特征分析。提取任意河道控制斷面上游的流域特征值，包含流域范圍、河網(wǎng)、主河道、河道坡降等，并自動分析流域內(nèi)人口規(guī)模、重要水利設(shè)施、GDP、縣鎮(zhèn)數(shù)等空間分布信息(見圖5)。

圖5 流域特征分析示意

4.4 成果接口服務(wù)共享

在成果數(shù)據(jù)集成融合、成果知識庫、成果應(yīng)用分析與模型服務(wù)等的基礎(chǔ)上，采用云計算、微服務(wù)等信息化技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)、開放的接口服務(wù)化封裝，實(shí)現(xiàn)成果數(shù)據(jù)的在線調(diào)用與在線共享。依托廣東省政務(wù)服務(wù)資源與廣東省水利廳數(shù)據(jù)中心，橫向面向廳各業(yè)務(wù)平臺，縱向面向市縣各級，提供水旱災(zāi)害風(fēng)險防御數(shù)據(jù)接口服務(wù)。對數(shù)據(jù)接口進(jìn)行分類管控，采用在線文檔技術(shù)對每個接口進(jìn)行詳盡說明，同時對接口調(diào)用進(jìn)行監(jiān)控，以便調(diào)用與運(yùn)維(見圖6)。

圖6 成果接口服務(wù)共享示意

4.5 成果動態(tài)更新

水旱防御基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和風(fēng)險隱患成果存在一定的時效性，因此需要不斷更新，確保數(shù)據(jù)的生命力。共享應(yīng)用平臺橫向為水利廳各類平臺，縱向為市縣提供數(shù)據(jù)服務(wù)接口、地圖服務(wù)接口、應(yīng)用服務(wù)接口，各級水利部門在此平臺基礎(chǔ)上搭建使用自己的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，共享應(yīng)用現(xiàn)有成果的同時，與汛前檢查、監(jiān)督管理等常態(tài)化工作相互結(jié)合、相互促進(jìn)，利用成果更新工具在線編輯審核數(shù)據(jù)，推動成果數(shù)據(jù)不斷更新，以此形成良性循環(huán)，持續(xù)發(fā)揮社會效益(如圖7)。

圖7 成果更新工具示意

4.6 成果集成可視化

對成果進(jìn)行集成可視化，直觀地展示成果內(nèi)容、接口服務(wù)共享的接入方式和服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)成果的管理、查看、應(yīng)用分析、應(yīng)用接口的接入等。支持查詢統(tǒng)計、定位顯示、地圖標(biāo)注、統(tǒng)計分析、制圖制表制報告、下載輸出、二三維聯(lián)動以及模型應(yīng)用分析等可視化功能。將各類水利數(shù)據(jù)和應(yīng)用分析展現(xiàn)在地理空間上，通過二維和三維可視化窗口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的展示與分析，以圖片、表格、二三維地圖及場景建模等多種形式實(shí)現(xiàn)多尺度水利信息的空間一體化展示[6]，提供直觀高效的可視化決策分析(見圖8)。

圖8 成果集成可視化示意

4.7 流域防洪一張圖

流域防洪一張圖是根據(jù)水旱防御需要，突出反映流域要素的地圖(見圖9)。以流域為單元，依賴于成果數(shù)據(jù)集成融合、應(yīng)用分析接口服務(wù)能力，構(gòu)建流域防洪一張圖，實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、防洪工程體系、重點(diǎn)保護(hù)對象等數(shù)據(jù)的可視化，并結(jié)合洪水特性及成因、動態(tài)實(shí)時的水雨情信息，實(shí)現(xiàn)流域防洪數(shù)據(jù)分析服務(wù)[7]。

圖9 流域防洪一張圖

5 結(jié)語

平臺建設(shè)有效解決了多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一問題，打通了各水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)間存在多年的信息孤島[8]，實(shí)現(xiàn)水利信息資源的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，通過可視化集成管理與微服務(wù)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與水利業(yè)務(wù)的深度融合，支撐并帶動全省水利核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高效協(xié)同與發(fā)展，在最大化發(fā)揮普查成果效益的同時，為智慧水利、數(shù)字孿生流域工作提供基礎(chǔ)支撐[9]。今后工作展望如下：

1)進(jìn)一步完善平臺功能。豐富數(shù)據(jù)集成類型及來源，形成更全面的水利信息數(shù)據(jù)庫；深入擴(kuò)展水利專業(yè)模型算法，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生、5G等信息化技術(shù)與水利業(yè)務(wù)的深度融合[10-11]；優(yōu)化平臺使用體驗，在用戶體驗中使得基本功能更實(shí)用，系統(tǒng)調(diào)用更高效。

2)探索建立平臺管理使用機(jī)制。建立有效的平臺管理與運(yùn)維機(jī)制，確保平臺的動態(tài)管理和長久運(yùn)維，結(jié)合用戶需求實(shí)現(xiàn)平臺功能的持續(xù)更新；建立平臺成果使用機(jī)制，全省水利核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)以此平臺為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)，避免重復(fù)、分散建設(shè)，節(jié)省人力、物力，縮短建設(shè)周期[12-13]；建立平臺數(shù)據(jù)更新機(jī)制，各級水利部門應(yīng)用普查數(shù)據(jù)、普查系統(tǒng)平臺支撐水旱災(zāi)害防御及水利常態(tài)化工作，依托常態(tài)化工作更新普查數(shù)據(jù)。

3)加快智慧水利建設(shè)。共享應(yīng)用平臺為智慧水利建設(shè)奠定了良好的平臺基礎(chǔ)，目前所集成的水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、核心模型算法均是智慧水利建設(shè)所需要的，應(yīng)在此基礎(chǔ)上不斷推進(jìn)信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)融合，全面推進(jìn)算據(jù)、算法、算力建設(shè)，提升共享應(yīng)用平臺數(shù)字化、智慧化、精準(zhǔn)化水平，與智慧水利建設(shè)相接軌，推動新階段水利高質(zhì)量發(fā)展[14]。