灯塔市防汛抗旱指挥调度决策系统模拟研究

陈德勇

(灯塔市水利工作服务中心，辽宁 辽阳 111300)

1 基本现状分析

灯塔市位于辽宁省中部，地处E122°′52′30″-123°40′7″，N41°14′20″-41°36′40″之间，总面积1332.6km2，属于我国重要的淡水鱼养殖和商品粮生产基地。市辖区为温暖带季风气候，四季特征为冬冷干燥少雪、秋高气爽、夏季多雨炎热、春季多风少雨，年均气温7.5℃，年降水量760mm。历史资料显示，灯塔市曾多次发生旱灾和洪涝险情，为了提高抗旱能力和防汛会商系统建设，灯塔市水利局以水文模拟、云技术、大数据等高新技术为手段，拟定在全市范围内积极开展现代化水利建设和防汛抗旱系统升级改造工作，紧抓大数据建设的历史性机遇和高新技术热点，切实提升全区域防洪抗旱调度水平[1]。

在水利信息化建设过程河流监测、山洪灾害预警、水资源监测、防汛指挥等系统与防汛工作密切相关，当前主要由各个部门自主牵头建设相应的业务系统，以纵向为主建设的系统存在严重的“条强块弱”的现象，横向协同缺乏，各部门分别管理使得“信息孤岛”问题普遍存在，难以有效利用和统一管理信息资源，对进一步提升灯塔市水利业务应用水平和推动信息化发展造成严重的阻碍，亟需升级改造当前的防汛抗旱指挥系统。另外，防汛抗旱系统数据来源十分广泛，主要包括基础资料、气象、工情、水雨情、水利普查、外系统成果、测量及山洪灾害等信息，有非结构化和结构化等多样性数据类型，如文档、图片和视频等方式；系统需要分析整个区域内的重点防洪城镇、重点小(1)型水库、大中型水库的洪水状况，数据运算量大；对于各类数据信息的集成和查询可通过三维地理平台系统实现，因此应满足实时性要求[2-4]。针对以上技术难点和问题，采用传统的信息化手段已无法满足防汛系统的要求，面对这样的形式必须运用大数据云技术才能充分发现数据中蕴含的信息，有效管理这些数据提升其使用价值，为防洪抗旱决策提供重要的保障和有力支撑[5]。

2 解决方法

对于一系列数据集合的捕捉、处理和管理，在可承受时间区间内无法利用常规的软件工具实现为大数据的典型特征，为获取大量的多样化高增长率数据信息以及更强的优化决策能力，还应具备数据价值含量低、实时性高、信息变化快、数据处理与增长速度快、运算量大、采集存储、数据来源和种类多样化等4V特征，这些特征与防洪抗旱数据保持较高的吻合度。

本次拟定运用大数据思想，以水利信息化顶层设计为总体框架整合现有资源，利用水文模拟、云计算等技术方法对未来某一洪水情况预报分析，通过实时监测直观、准确、迅速的掌握洪水风险发展变化趋势、现状及其发生的地点，创建出更高水平支撑平台，在任何地点、任意时间可实现与服务器端交互通信，为防汛工作者提供一个全方位的移动指挥决策手段和移动信息查询展示平台，满足个性化专业化移动防汛的需求[6]。

图1反映了升级改造后的系统总体框架，其中信息资源整合和搭建水利大数据中心为本次升级改造的核心目标。

图1 防汛抗旱指挥决策系统框架

从信息共享、不同工作协调配合的角度，运用大数据云技术实现水利数据的集中使用、管理、存储和采集，通过整合重构各类水利信息的达到一体化处理各类复杂问题的目的，达到一处更新和收集可以多处使用的成效，可从如下几方面分析数据的收集、应用和处理：

1) 全范围电子沙盘场景和高精度卫星影像图的创建，借助大数据建设和“云上辽宁”的东风接入气象系统、山洪灾害系统、防汛抗旱指挥系统和中小河流系统的海量数据，基于大数据云计算创造性的接入预报成果[7]。系统后台收集整理了由多个国家权威结构发布的卫星云图、土地类型、遥感影像、雷达回波和地形地貌等信息，利用云计算和大数据分析技术建立多元数据库，通过云平台的分析计算和海量数据信息的抽取加工，获取全市未来72h、48h、24h的湿度、气温和降雨等预报数值，实现小流域范围和水库的调度、预警、洪水预报等功能，显著提升洪水预报覆盖范围和预见期[8]。

2) 根据洪水预报系统、工程设计资料、水利普查和灯塔市洪水计算有关资料，综合考虑气象预报和洪水预测模型，将DEM地形数据、实时洪水预报、设计洪水分析、气象预报等有效结合实现动态直观的展示洪水演变规律。

3) 数字化处理各社会经济、防汛抗旱、山洪调查、抢险物资、水利普查、方案元和洪水风险图等基础性资料，充分考虑灾害覆盖范围、影响程度以及防汛预案设计内容，依据预先创建的工程、抢险物资、队伍、指挥结构内在关联，实现灾害处置、响应和预警的3级联动[9]。

3 实现效果

本次防汛抗旱指挥系统平台的拟定建设，将会实现“一库、两台、三系统”的一体化建设，具体为：

“一库”是指采用大数据思想建立数据贡献通道、整合现有资源、实时监测监控系统等防汛信息资源库。该数据库提供了各类数据的挖掘、统计、汇总、综合查询等功能，可结合业务需要灵活加工相关数据，满足实时动态的防汛指挥工作要求[10]。

“两台”是以影像图和山洪灾害调查工作底图为基础打造的防汛“一张图”框架和洪水模拟分析平台，创建重点防洪城镇、中心城区的高精度0.6m分辨率影像图和灯塔市全区域三维电子地图平台。通过将天气预报、洪水计算、DEM数据、洪水模拟和实时预报等有效结合，采用水文动力学和洪水动态模型实现水文计算、洪水模拟、天气预报的综合功能，为洪水淹没展示、风险预测提供强有力的支撑[11]。

“三系统”主要包括移动终端查询、防汛抗旱指挥和视频会商等子系统。打造重点关注、突出重点区域的三维电子沙盘展示平台，对防洪抗旱关注区域的有关信息实现动态、集中展示，打造集风险分析、洪水模拟、趋势预测和监测监控等功能于一体的指挥平台，实现传统的“统计”软件平台的升级改造和防汛抗旱可视化指挥调度的目的。通过移动终端PDA、收集等设备查询和展示主要防汛信息，如预警预报、气象、图像、视频、工情、雨情、水情、基础信息等，在任何地点、任意时间均可与服务器端交互通信，为防汛工作者提供一个全方位的移动指挥决策手段和移动信息查询展示平台，满足个性化专业化移动防汛的需求。根据高清终端、水利专网标准全面升级改造灯塔市各区县指挥系统，实现各相关部门的上、下级和防汛办内部之间的信息传达，在防洪抗旱响应机制、信息监控与发布等功能方面搭建的防汛指挥与协调调度网络通道发挥着重要作用[12]。

4 结 论

在全市范围内积极开展现代化水利建设和防汛抗旱系统建设工作，紧抓大数据建设的历史性机遇和高新技术热点，切实提升全区域防洪抗旱调度水平。本次拟定建设项目运用大数据思想，以水利信息化顶层设计为总体框架整合现有资源，利用水文模拟、云计算等技术对未来洪水过程及时有效预测，通过实时监测直观、准确、迅速的掌握洪水风险发展变化趋势、现状及其发生的地点，创建高水平支撑平台，即从信息共享、不同工作协调配合的角度，运用大数据云技术实现水利数据的集中使用、管理、存储和采集，通过整合重构各类水利信息的达到一体化处理各类复杂问题的目的，达到一处更新和收集可以多处使用的成效。其中，无人机、大数据、云计算等新技术为水利信息化建设带来了更快捷、简便的技术手段，在推动防汛抗旱信息化升级改造等方面发挥着巨大作用。该升级改造项目与灯塔市大数据产业发展充分结合，借助大数据建设的历史性机遇实现防汛抗旱信息化建设，对提升灯塔市水利信息化水平和防汛抗旱管理能力具有重要意义。