地质灾害应急指挥系统智能化设计

2019-12-26韩兵兵万宝峰

三峡生态环境监测 2019年4期

郁文，韩兵兵，万宝峰

（甘肃工程地质研究院，兰州 730050）

1 研究背景

最近几年，随着人工智能和大数据科学等技术研发的快速发展，其在防洪、煤矿、军事等领域的应急管理和决策研究不断扩大和深入，并取得了一定成果[1-6]。金欣[7-9]研究了人工智能在指挥与控制领域的应用机理及能力，分析了应用难点及对策，阐述了指挥控制智能化面临的问题并提出了解决思路。可以看出人工智能在军事和城市防洪应急管理中的研究不断深入，其研究思路和方法为地质灾害应急管理提供了可利用的重要技术资源和方法。

甘肃省是我国地质灾害频发的主要省份之一，其中兰州、陇南又是甘肃省内地质灾害密集分布发育的地区[10]。兰州、陇南市特殊的地形地貌、地质环境条件和气候特点，极端天气的频发，加之城镇化和工程建设的高速发展，导致突发地质灾害事件的不确定性日益增加，发生重大地质灾害的机会增多，例“8·7”舟曲特大泥石流灾害、“8·6”文县泥石流、南峪乡江顶崖特大滑坡、海石湾镇截路沟滑坡等，给当地民众生命、财产安全造成极大损失。甘肃省在应对重大突发地质灾害方面做了很多工作，包括兰州黄土高原区、陇南山地国家积极监测预警示范区的建设和运行，临夏、天水省级监测预警示范区的建设，地质灾害监测指挥系统的开发应用，InSAR[11]、无人机[12]、LiDAR[13]等先进设备的投入使用，气象、专业监测和群测群防的建设等，在突发地质灾害应急管理中取得了丰硕的成果，很大程度上保障了人民生命财产安全。在地质灾害信息化方面，甘肃省也取得了较好的成果，在中国地质环境监测院、甘肃省地质环境监测院、兰州市气象局的大力协助下，兰州市成为全国第一个地质环境信息化建设初具规模的市级城市。兰州市在应急指挥系统建设规模、信息展示、信息整合联动上有所创新，但对比高新科学技术的发展，其整体设计和技术层面尚有待提高。

党的十九大报告指出，提升防灾减灾救灾能力，提高社会治理社会化、法制化、智能化、专业化水平，弘扬生命至上、安全第一的思想。从国家层面对地质灾害应急管理提出了高要求，提出了地质灾害应急管理的智能化建设。

2017 年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》（国发〔2017〕35 号）[14-15]指出：“加强人工智能对自然灾害的有效监测，围绕地震灾害、地质灾害、气象灾害、水旱灾害和海洋灾害等重大自然灾害，构建智能化监测预警与综合应对平台。”国家对智能化建设的规划和发展趋势的判断，为地质灾害应急管理提出了新思考、新驱动。地质灾害应急管理智能化建设刻不容缓，而实现智能化建设就要依靠人工智能和大数据。

2 地质灾害应急管理现状和存在的问题

2.1 地质灾害应急管理现状

（1）已初步实现了多部门信息动态监测与整合。2003 年起，中国国土资源部和中国气象局组织相关业务部门，每年汛期联合开展地质灾害气象预警预报工作。2018年8月，甘肃省地质环境监测院与兰州中心气象台达成协议，可直接访问兰州中心气象台业务内网，可以实时查看气象部门所有雨量监测数据，查看全省降水量预报图。陇南市自然灾害监测预警指挥系统整合了气象、水务、水文、国土等部门信息。针对地质灾害布设了多种专业设备，实现了多种专业设备监测数据的实时传输和汇总。

（2）实现了地质灾害应急信息服务和决策。依托指挥平台的信息化建设，实现监测、预警、响应、紧急撤离等措施下达、反馈以及动态调整。实时监视灾害性天气预报、暴雨预警、路况预警、地质灾害气象风险预警、地质灾害专业设备风险预警、洪水预警。

（3）实现了地质灾害应急信息社会化服务。通过微信、QQ、微博、短信等通信手段，面向兰州市和陇南市各级应急部门、国土部门、政府部门和公众提供最及时、最全面的灾害风险信息服务。

2.2 存在的主要问题

（1）应急指挥系统科技含量相对较低。兰州市和陇南市自然灾害监测预警指挥系统建设时间为2010 年左右，采用的监测预警系统是基于当时的技术建设而成，后期借助兰州市和陇南市国家级监测预警区的建设而得到不断完善和提高。近些年随着网络技术的迅速进步，大数据、人工智能和5G 技术的兴起，以前的系统搭建技术已经明显落后。

（2）缺乏信息的有效互动和高效利用。应急救灾是多个部门、多角度、多深度的联动活动，信息的及时互动对应急管理效果影响较大。高效的应急管理指挥调度取决于关键信息的实时掌握分析。现有地质灾害应急管理信息化是借助于气象、专业监测系统和群测群防独立建设，陇南市虽然实现了气象、国土、水文和水务等部门信息的整合，但依旧缺乏针对地质灾害气象、专业监测设备、群测群防的监测信息及时传输和综合分析。地质灾害应急指挥部缺乏与交通、应急救灾队伍、后勤保障、网络运营商等部门的信息沟通、共享和综合利用。

（3）不能适应当前国家机构改革要求。应急管理部的成立使部门化、分专业的救灾模式向综合化、多灾种、全过程的救援模式转变。新的应急管理部门面对的是多灾种综合化管理，需要连接、收集、掌握和分析的信息来源部门多，加之灾害本身的多源监测数据，这势必产生繁杂巨量的信息，地质灾害应急指挥系统原有的存储、运算等能力已经无法满足新机构、大应急的需求。

3 地质灾害应急管理智能化建设

3.1 应急值守的智能化建设

地质灾害应急值守是一份枯燥、工作量繁杂、责任重大的工作，需要7×24 h 值守。工作主要包括接受民众电话反映信息、落实上级指示、内业处理、按时开展地质灾害隐患点检查、值班信息的处理和登记工作等。如遇险情灾情报告，核实清楚后要立即层层上报，并按照主要领导的指示报市应急办和区国土资源厅值班室，报告灾情后要在第一时间立即赶往灾害现场，进行现场处置。利用人工智能的逻辑和智能化处理技术，实现自动处理电话、文件等，自动完成各种文字材料的撰写，提高值班效率，减轻值守人员劳动强度。

3.2 地质灾害应急决策的智能化

智能决策是人工智能在地质灾害应急管理应用中的核心内容。当有重大降雨预报，专业监测设备预警，群测群防员收集汇报发生滑坡、泥石流险情等地质灾害险情时，会产生大量的数据信息，需要分析所获数据做出应对决策，开展应急人力和资源的布置方案。地质灾害发生后，根据现场反馈的信息和前期信息、抢险救灾队伍部署、避险转移方案、应急预案和现场基本情况、地形地貌特征等情况分析运算，自动提出救援决策意见，并能够根据灾害现场的动态变化自动修正决策意见。

3.3 应急处置的智能化指挥

应急处置的智能化指挥是应急工作最直观的体现，面对险情和灾情，基于智能化信息决策分析，产生指挥方案，它将根据当前环境、险情、灾情，自动进行各层面的值班室、会商室、指挥调度中心的地质灾害应急关键指挥信息切换，给地质灾害应急指挥创造一个针对性强的指挥环境。

3.4 智能化信息服务

智能化信息服务相当于指导地质灾害应急工作的一部说明书，有关地质灾害的知识存储在数据库和云设施中，针对不同的指挥职级，随时调用相关知识信息，向指挥部提供最全面的地质灾害应急信息服务。

4 智能地质灾害应急指挥系统初步框架

智能化地质灾害应急指挥系统相比于传统的地质灾害应急指挥系统，本质的区别在于要利用人工智能和大数据实现“信息融合、人机合智、自我学习”，通过“机器学习”和“深度学习”完成自我学习和自我进化，同时结合地质灾害应急指挥需求，相应地在服务层面做出针对性调整[9]。智能化地质灾害应急指挥系统总体框架见图1。

图1 智能化地质灾害应急指挥系统总体框架[9]Fig.1 Infrastructure for intelligent command system of geological disaster emergency

智能化地质灾害应急指挥系统的特点：（1）信息收集的部门多、来源广，对收集的信息开展数据分析、管理、审计后存储在综合数据库和云设施中。存储的数据用于后期决策分析，同时为学习层提供资源。（2）搭建学习层，系统可以自主根据综合数据库以及云设施或者互联网中资源开始学习、改进。（3）为更好地实现系统智能化操作，在业务层设置语言识别功能。

智能化地质灾害应急指挥系统建设的主要目标：（1）更多的部门和信息连接。基于大数据、大应急的智能地质灾害应急指挥系统，要与水务、气象、交通、自然、市政、住建、园林、旅游、农业、环保、媒体、应急和各区等部门实现部门业务层面和管理层面的连接。（2）更多的场景虚拟。根据其他先进设备采集的信息，比如LiDAR、InSAR、三维激光扫描等，建立地质灾害现场三维虚拟场景模型，模拟降雨、地震等不良因素对地质灾害触发和规模的影响，以此制定应急救灾力量分配方案，最大程度减轻地质灾害影响。（3）更多的模型分析。借助于人工智能和大数据，可以建立多类型的滑坡预报模型、泥石流预报模型，还要建立灾区及周边道路交通路况分析模型、人群紧急撤离和疏导模型、三维场景虚拟展示模型等。

5 智能化地质灾害应急系统建设设想

为了建设完成智能化地质灾害应急指挥系统，应开展智能化产业建设和完善现有地质灾害应急指挥系统。前者主要由专业的人工智能企业开展，后者由政府和地质灾害应急管理相关部门开展。其中地质灾害应急管理相关部门主要任务：（1）进一步完善现有地质灾害应急管理信息化建设，加强信息化基础设施建设；（2）建立多源的数据信息收集模式，将收集的数据存入数据库，作为后期人工智能学习的资料；（3）针对地质灾害应急指挥特征，确定智能化地质灾害应急指挥系统具体任务和目标；（4）寻求市场上具备智能化系统建设的企业，合作完成地质灾害应急指挥智能化建设，并不断完善[9，16]。