沈阳市防汛抗旱指挥系统研究与实现

李 禄

（辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110003）

0 引言

防汛抗旱指挥调度是防汛抗旱过程中最重要的工作环节，是市委市政府的重要职责[1]。随着全国性水利信息化重点建设项目的顺利实施和各地水利信息化重点建设项目的快速推进，水利信息基础设施建设得到了快速发展[2]，信息采集、通信、网络、存储等初具规模，初步形成对水利业务应用的基本支撑能力[3]。近年来，沈阳市开展了一系列非工程措施建设，围绕防汛抗旱业务领域的软件系统主要包括：沈阳市气象信息查询、山洪灾害预警、视频监控等系统，雨水情数据库，以及相关基础设施建设与方案编制成果。这些非工程措施在沈阳市实际防汛抗旱工作中发挥了重要作用，实现了无人员伤亡，无重大险情，无农田内涝，城区未发生大面积、长时间积水的工作目标。但仍存在信息汇总不及时，查询效率低，展示不直观等问题，难以满足沈阳市现代化防汛的迫切需求。

为进一步提高沈阳市防汛抗旱指挥效率，规范业务流程，在对全国及辽宁省防汛技术现状进行充分调研的基础上，结合沈阳市防汛信息化建设现状和实际业务需求，基于国家防汛抗旱指挥系统“两台一库”的技术架构、标准与环境[4]，构建沈阳市防汛抗旱指挥系统，解决沈阳市防汛过程中的实际问题。根据沈阳市防汛总体建设目标，沈阳市防汛抗旱指挥系统边界包含沈阳市内及上游可控河流的所有雨水情及工情信息，主要包括 200 余处雨量站，20 余座大、中型水库，30 余处重点河道水文站，10 余处视频监控站，以及其他防汛抗旱相关信息。

1 总体设计

结合沈阳市防汛信息化建设现状和实际业务需求，参考“十三五”水利信息化发展的总体思路，归纳总结沈阳市防汛抗旱指挥系统总体思路，做到以下 5 个方面的转变：1）从局部单一发展向整体全面推进转变；2）从信息技术驱动向应用需求主导转变；3）从信息资源分散使用向共享利用转变；4）从片面强调建设向建设与管理并重转变；5）从满足日常需求向提升综合决策支撑能力转变。

为加快推进水利信息化建设，须充分利用现有资源，以面向用户和任务为主导，科学合理划分业务系统，增强业务系统自动服务程度，加强管理中心集中部署服务，增强各管理所按需定制服务功能[5]。依据水利信息化顶层设计理念，对沈阳市防汛抗旱指挥系统建设事关全局的问题提出总的处理方案。在已完成的防汛非工程措施相关工程建设的基础上，构建统一应用支撑平台，为防洪减灾、枢纽安全监测、水资源利用与保护提供服务。后期将在支撑平台基础上进一步开展其他工作，包括功能组件扩展、人机交互提高、平台性能升级、业务需求增加，实现会商平台统一及服务资源化管理，构建科学、高效、安全的会商支撑体系。

沈阳市防汛抗旱指挥系统总体设计思路示意图如图 1 所示。

图 1 防汛抗旱指挥系统总体设计思路示意图

1.1 充分整合已有资源

充分考虑已有的采集监控、通信网络、数据存储、计算、安全和机房等软硬件设施，按资源共享的原则建设和应用，保证现有各种监测和 IT 资源的充分整合、共享利用，发挥其最大效能。沈阳市防汛抗旱指挥系统的建设是要构建一套能够适应未来沈阳市防汛指挥、应急管理的发展需要，体现出新技术、特点要求的信息化平台，同时又要全方位整合已有的信息资源，因此在总体设计中要充分兼顾“立新”和“利旧”的平衡关系[6]。

1.2 应用统一支撑平台

应用支撑平台技术迅速发展，已被大量实际工程应用证明其有效性，应对业务应用灵活变化的适应性，面对新应用具有的扩展性，信息和应用资源方面的高度共享，显示出应用支撑平台强大的生命力。沈阳市防汛抗旱指挥系统建设将依托水利部和流域机构电子政务公用平台和防汛抗旱指挥系统的应用支撑平台，基于“两台一库”的技术架构、标准与环境，充分结合应用现状，升级完善内外网支撑软件环境，统一应用支撑平台，在统一的防汛服务支撑平台约束下基于 SOA 框架实现应用集成[7]。

1.3 采用统一标准体系

标准体系是规范、统一系统建设和运行管理的重要基础，统一标准和平台是防汛抗旱指挥系统建设的最基本要求，是系统内部进行信息交换、共享和业务协同的前提。沈阳市防汛抗旱指挥系统建设应统一设计平台技术架构、数据库库表结构和编码规范，集中组织对平台共有的应用支撑、数据汇集交换和各业务应用系统的服务解析封装进行统一开发，并通过个性化定制实现个性功能的扩展[8]。

1.4 坚持以需求为导向

以需求为主导，突出重点，认真开展需求分析，充分利用现有的业务应用系统、预报调度模型及数据资源，加强整合，促进互联互通、信息共享和平稳过渡。由于防汛会商的特殊性，在设计、开发中要把各防汛业务主管部门调动起来，充分依托主管部门的知识体系和协调作用，同时发挥开发部门的积极性和开发能力[9]。

1.5 制定标准会商流程

从防汛会商实际情况出发，重点分析防汛会商类型，各种类型防汛会商所需要的信息内容和展示要点、重点、模式，以及信息展示次序等，与防汛会商会议智能管理系统相结合， 实现防汛会议流程化、模式化、一站式管理，对防汛会商全过程提供信息化支撑，包括会议安排、资料准备、会商会议、历史会商等模块，提高会商效率。

2 功能设计

采用图表、GIS 等多种形式，对沈阳市境内及上游可控河流的雨水情、气象、视频、预警等信息实现综合监视，全面掌握防汛相关动态、静态信息；对沈阳市境内及上游可控河流的大中型水库、重点水文站进行洪水预报与水库调度；对防汛会商过程各个环节提供信息化支撑，实现网络会商办公，规范业务流程，提高会商效率；对现有雨水情、气象、视频等防汛业务应用系统进行系统整合，构建统一的防汛抗旱指挥系统（即沈阳市防汛会商平台），有效提高全省及沈阳市整体防汛会商水平。沈阳市防汛抗旱指挥系统主界面如图 2 所示。

2.1 地理信息

制作并发布防汛抗旱一张图，涵盖 12 级专题图层、23 个要素、4 类图源。实现各种类型地图之间的切换，包括内网与外网地图的切换，地形图、影像图和交通图之间的切换；实现全省各种类型图层的控制，包括行政区划图、水系图、防洪工程图、水库图及河道堤防等图层；可进行长度和面积测量；在页面中输入经度、纬度，可查到指定的位置信息。

2.2 综合监视

主要包括以下监视内容：

1）雨情信息。实现沈阳市雨量站点及上游河流降雨信息的交互查询，包括监测类型、查询区域选择，降雨查询，降雨阈值控制，降雨点图、面图查询，超警控制，交互查询等。

2）水情信息。实现沈阳市内大、中型水库与河道水文站，以及上游河流水库及河道水情信息交互查询，包括水库、河道类型选择，查询区域选择，水情数据查询，超警控制等。

3）工情信息。采用图表、地理信息等多种形式，对沈阳市小 II 型以上水库、水文站堤防、灌区、塘坝、水闸、水电站、主要江河、险工险段等信息进行查询，管理，显示与定位。

4）综合告警。建立预警机制，实现对水库、河道、降雨信息的综合告警，包括水库、河道、降雨告警。采用图表、闪烁图标和滚动显示等多种形式对预警信息进行综合显示。

5）视频监控。在已建视频监控系统基础上，接入流域范围内重点防洪部位的实时视频信号，采用统一平台实现对各路视频监控信息的综合展示。

6）气象信息。在气象发布信息基础上，展示辽宁省气象局或中央气象台的气象成果，包括卫星云图、雷达拼图、降水预报、短期预报、中期预报、累积降雨、天气图及台风监测等。

2.3 防汛会商

主要实现以下功能：

1）会议安排。集成整合新建设的防汛会商智能会议管理系统进入防汛会商信息支撑系统中，实现防汛会议流程化、模式化、一站式管理，为防汛会商做好支撑。

2）会商准备。初始化会商主题及资料，决策人员只需按照会商系统提供的顺序对这些资料进行补充和修改，即可完成本次专题会商资料的准备。

3）会商汇报。会商汇报授权用户可通过站点图层或者直接输入的方式，设置防洪形势分析的对象，包括重要水文控制断面、重点水利工程等，并保存在专用库中，用户可随时进行检索维护。

4）会商决策。对会商决策内容进行管理，实现对会商记录、调度资料、应急响应的查询与管理，同时可以通过会议名称、开始和结束时间对会议内容进行查询，编辑，删除。

2.4 预报调度

主要实现以下功能：

1）洪水预报。洪水预报功能可实现各测站日平均降雨、径流深、土壤蓄水量等值的连续滚动预报；实现对测站水位-流量、水位-库容、水位-面积、上下游流量、降雨-径流和传播时间等关系的自动插值计算；可根据上游来水，实现河道内洪水从上游演算到下游分析计算；基于标准水文模型库，采用实时、模拟、典型预报 3 种洪水预报形式，综合考虑上游来水、支流汇入、区间降雨多种来水方式，实现降雨径流、产汇流预报。

2）水库调度。用户可输入起调水位，各泄水建筑物的调度方式、时间、泄量等，自定义调度方案，采用试算、龙格-库塔等方法，对水库水位及出库流量的变化过程进行演算；利用水库现有调度规程，构建通用性的调度规程自动识别系统，按照计算机可以识别的语言对调度规程进行统一管理，采用一键式操作完成水库的整个调度过程。

3）成果管理。采用横纵直线及图标对流域概况进行概化，利用概化图方式对流域预报、实时数据和特征值进行展示，方便用户全面了解流域洪水预报调度信息；实现对各控制站历史与典型洪水的管理，及对历史洪水信息的筛选与提取。实现对测站历史降雨信息的管理与维护，可将历史数据库中的历史降雨信息保存成典型降雨，为洪水预报提供依据。

4）方案管理。构建标准化水文模型库，包括降雨径流相关、蓄满产流、辽宁指数、大伙房、新安江、超渗产流等产流模型，径流洪峰相关、经验单位线、瞬时单位线、滞后演算等汇流模型，以及错时段叠加、上下游相关、马斯京根等河道演算模型，实现预报模型的统一管理；构建调度规程库，分别按照起调水位、入库流量、主汛期与非主汛期等多种情况，采用不同的调度规程，实现对重点水库调度规程的统一管理与维护；实现对单位线、退水曲线、蒸发能力等模型参数的管理与维护，为模型预报提供参数支撑；实现对测站信息、泄流设备、特征信息的统一管理与维护。

2.5 组织保障

实现对沈阳市卫星电话、防汛责任人、物资仓库、抢险队伍、预案等防汛相关信息的查询与管理；实现对降雨、河道、水库、工情等信息的详细查询，集成防汛相关矢量图等基础数据；实现对基础信息的管理与维护，以及对用户权限和访问日志的管理。

2.6 数据管理

依据标准构建系统数据库，对所有动态及静态信息进行规范化管理与维护，包括基础信息库、预报调度库、空间信息库、模型库、知识库等。构建数据汇集平台，基于水利专网，分别读取辽宁省水文局及各市水文分局雨水情数据，实现沈阳市境内及上游流域雨水情数据的实时汇集。

3 部署方案

通过对沈阳市水利信息化系统建设现状的分析，分别从沈阳市信息化项目建设的发展趋势，信息安全保障，避免重复建设，节省硬件环境投入等方面综合考虑，由沈阳市大数据中心提供计算和存储资源池，用来部署沈阳市防汛会商平台相关的所需要的应用服务，承载系统所需计算的应用资源，具有业务按需分配、资源共享、随时随地接入、虚拟化管理、服务可扩展、高安全等特性，从而为沈阳市防汛抗旱指挥系统提供计算资源和存储环境。具体部署的服务如下：1）应用服务，用来部署沈阳市防汛抗旱指挥系统应用服务；2）地图服务，用来部署地图服务；3）数据存储服务，用来存储防汛相关基础、动态、属性、空间、多媒体等系统所需数据，保障数据安全。

数据是整个业务系统正常运转的核心，数据存储的效率、可靠性和安全性是重中之重。沈阳市防汛抗旱指挥系统的数据存储需求主要体现在基础、实时、空间、多媒体等数据方面，按照 5 a 的运行时间估算，存储信息分析如表 1 所示。

表 1 存储信息表

4 结语

沈阳市防汛抗旱指挥系统应用以来，在防御洪旱灾害中发挥了重要作用，为各级领导指挥决策提供了及时、准确的参考依据，大大减少了伤亡损失，实现沈阳市从传统防汛到现代化防汛的转变。沈阳市防汛抗旱指挥系统项目紧密围绕国家重大需求，具有针对性强、覆盖面广、内容全面、成果突出、效益巨大等特点。制作并发布防汛抗旱一张图，实现基于一张图的综合监视；构建标准化模型库，集成与封装 10 余项水文及调洪演算模型。本研究不仅是防汛抗旱现代化的标志性成果，也是沈阳市水利信息化建设的“龙头”工程之一，对保证经济社会可持续发展具有重要战略意义，推广应用前景广阔。本研究采用一系列洪水预报方法，有效提高了预报精度，但预见期是固定的，即洪水的汇流时间是不变的，如何提高预见期是相关领域研究的难点。下一步将与气象部门相关技术成果深度融合，开展数值天气预报技术研究，采用基于数值天气预报的降水预测预报订正方法和精细化技术，获取未来降雨信息，并与洪水预报技术相结合，大幅度提高预见期。