丹东市防汛抗旱指挥系统的技术实现研究

宋黎黎

(丹东市宽甸满族自治县水利局，辽宁 宽甸 118200)

0 引 言

近年来，丹东市结合防汛会商实际需求建设实施了一系列非工程措施项目，初步形成了现代化防汛减灾体系，并充分发挥了工程措施与非工程措施的防洪作用。然而，对于成果展示、方案应用、预报调度、业务衔接和信息集成等还存在一些不足，不利于防汛现代化的实现。2015年12月防汛抗旱指挥系统(简称“系统”)项目批准实施，其主要目的是提高防汛会商水平，并于2017年1月辽宁省验收通过了该项目。系统平台有机结合了组织保障、防汛会商、预报调度和信息监视等模块，在会商现场呈现防汛形势的宏观特征和各类防汛信息，可直观形象、及时准确的向决策人员提供参考依据，为调度方案的优化设计提供指导[1]。

在数据开发、面向对象和功能设计等多个层面上，前期系统建设都是以省级会商为主，而市级与省级防汛工作密不可分，若省里与市县不能实现信息共享、互连互通，势必会出现信息孤岛，使得防汛会商的最大效益不能得以充分发挥。为实现省、市、县3级同步会商的目标要进一步加强防汛会商体系建设，对丹东市防汛抗旱系统利用统一标准、统一平台建设，从而做到信息同步、资源共享。所以，研究应用防汛抗旱指挥系统技术极其重要。

1 研究内容

1.1 区域概况

丹东市是一座沿江、沿海、沿边的城市，地处东北亚中心地带，其核心区位置为E124°23′、N40°07′，总面积1.52万km2。境内水系发育良好，江河密布，其中流域面积在10-50km2、50-100km2、100-1000km2、1000-5000km2、5000km2以上的河流有342、47、36、6、4条，主要有浑江、大洋河、叆河、鸭绿江、蒲石河等。该区域属温暖带亚湿润季风气候，由于地貌形态差异其气候环境变化明显，北部年平均气温6-7℃，南部年平均8-9℃，降水量为648.4-1761.7mm，暴雨集中期为7月至8月中旬，夏季降水占年的2/3左右。地貌形态以丘陵山地、平原谷地为主，水源涵养能力好，林草覆盖率61.6%。据统计，丹东地区的年均径流深达到81mm，年均水资源量84.88亿m3，地下水补给量16.82亿m3，产水模数57.48万m3/km2，属于辽宁省水资源最丰富且降雨量最多的地区。

1.2 现状描述

随着各地水利信息化项目的快速推进和全国性重点项目的顺利实施，水利信息存储、网络、通信、采集等初具规模，水利信息基础设施的快速发展形成了基本支撑水利业务应用的能力[2]。现阶段，水利业务的工作基础包括：①水利专网：通过两条4M专线省水利厅和丹东市水务局实现联接，而丹东市水利局与各区县的联接则是以一条2M的连通专线实现，为市防办与省防办提供一条信息交互、资源共享的渠道。②雨水情数据库：以国家标准为基准，省水文局与丹东市水文局建设形成的雨水情数据库，可接受与采集全市的雨水情数据。③视频监控点：针对11处水文站、30座中型水库和20座大型水库，省水利信息中心已完成视频监控的采集与传输，而对重点防洪部位丹东市防办实现了视频监控。④工情信息库：建立的主要防汛工情信息数据库为丹东市项目建设提供工情数据支撑。⑤业务系统：主要包括工情信息、山洪防治和视频会商等系统。

1.3 存在问题

目前，对集成商依赖性大、投资开发重复、系统可扩展性与可延续性差、难以形成统一完整的系统整体、系统独立形成信息孤岛与竖井、现有防汛信息连续性与统一性缺乏、防汛信息资源无法共享等为丹东市信息化建设亟待解决的问题[3]。考虑到丹东市亟待解决的问题及其信息化建设的特点，从防汛抗旱业务实际特点出发遵循指挥系统“两台一库”的设计理念，以服务资源化管理为基础的服务总线，构建面向服务SOA架构的集成应用防汛服务支撑平台，保证数据与数据、数据与服务、服务与服务之间的松耦合状态[4]。在此平台上应用集成开发、实施，以一个有机的整体实现防汛抗旱业务应用的统一，实现日志管理、服务管理、安全管理、系统监控、智能消息路由、消息转换和服务间的互联等，以信息化技术支撑丹东市防汛抗旱工作。

1.4 研究内容

根据丹东市防汛工作实际需求确定主要研究内容：①对上游可控河流及丹东市内的雨水情、预警、视频、气象等信息利用GIS、图表等多种形式综合监视，对有关动、静态防汛信息全面掌握。②对上游河流及丹东市内的重点潮位站、水文站、大中型水库进行调度与洪水预报。③从各个环节向防汛会商提供技术支撑，通过规范业务流程、实现网络会商办公提升会商效率。④全面整合现有视频、气象、雨水情等防汛业务系统，搭建完整性、连续性、统一性的指挥系统。⑤视频传输与监控主要防汛部位。

2 防汛抗旱指挥系统的实现

2.1 系统设计

2.1.1 设计思路

对事关全局的防汛抗旱指挥系统问题，按照水利信息化顶层设计理念提出总的处理方案，依据已建设实施的非工程防汛措施构建服务支撑平台，从而实现防汛抗旱服务资源化管理及指挥系统统一管理，搭建防汛决策安全、高效、科学的支撑体系[5]，总体设计思路如图1。

图1 平台设计思路

2.1.2 技术路线

以“一套框架、一个平台、一张地图”为宗旨，结合已建的各类业务系统和“一站式服务”的建设思想，考虑信息化建设亟待解决的问题建立一套防汛抗旱指挥系统，通过整合、封装、服务解析已建的业务系统，设计包括知识交流、决策支持、分析预警以及数据整合的智能决策支持体系[6]。

2.1.3 数据资源

防汛抗旱指挥平台数据资源建设为各业务应用提供数据挖掘、备份、存储、访问等各项数据管理服务，涵盖元数据库管理、数据存储平台、专题类和基础类数据库建设。将数据库资源按业务属性和数据属性，可以分为元数据库、专题类和基础类数据库，其中元数据库包括属性数据、图形数据；专题类数据库包括山洪灾害、水利普查、水土保持、水质、地下水、图形、旱情、洪涝灾害、防洪工程、历史洪灾、热带气旋、历史大洪水、实时水雨情等13个子数据库，而建设项目标准库为后8个子数据库；基础类数据库包括政策法规、社会经济、行政管理基础、水利空间地理、基础地理信息等5个子数据库。

2.1.4 防汛流程

一般地，防汛会商工作由各级政府、规划设计、通信、调度、气象、水文、防办等多部门组成，构成统一的工程管理、物质保障、抢险救灾、调度运行、决策支持和防汛指挥等工作体系，其系统性强、涉及面广且规模庞大，工作流程如图2。

图2 防汛工作流程

阶段一：实时采集。实时监测是防洪调度方案科学制定的基础，也是正确决策与分析防洪形式的依据，为防汛工作提供数据支持。通过实时监测全省灾情、险情、工情、雨水情、山洪和水文气象等信息，采用GIS技术和数据库在省中心展示与管理信息，正确分析防汛形式并综合预警其发展趋势，对于可能发生的灾害性汛情做出洪水过程的进一步预报。

阶段二：水库预报。必须对防洪措施、防洪工程等在洪水到来之前做出合理安排，因此防洪工作中洪水预报发挥着关键作用。一般情况下，在汛前准备期完成洪水预报工作，并随着汛情的发生发展继续预测和分析其变化趋势，从而为决策者制定相应的防灾措施提供指导，经水文局的洪水预报确定水库上游来水。

阶段三：水库调度。根据调度规则，结合现有洪水预报信息、实时监测信息和防洪工程情况等制定多套水库防洪调度方案，经过调洪演算与下游河道洪水演进获取水库出库信息及其防洪形式，并依据河道行洪能力成果下达指挥抢险和防洪调度的命令，对命令的执行效果、情况进行监督，通过供水局的水库调度确定省直管水库放水。

阶段四：河道预报。考虑河道排水、区间入流、水库放水和区间产水流等条件，省水文局组合预报水文站，在此基础上计算控制站预报洪水。此外，通过维护、校正预报调度成果实现信息的管理。

阶段五：方案分析。从专业的角度深入分析预报调度成果，科学判断场次洪水的灾害损失及危险程度，并结合河道行洪能力确定预警指标、划分预警等级、构建预警模型，准确判断预警水平；根据风险图编制成果分析防洪风险，精准计算洪水特征值及其淹没范围，统计淹没范围内的经济损失[8]；然后运用三维仿真技术和洪水预报调度成果，对洪水演进的整个过程再现，决策者给出正确决策的依据是直观的成果展示效果。

阶段六：会商决策。历史相似洪水以及场次洪水历史排位的确定可以通过洪水分析实现，考虑防洪风险分析成果和社会经济状况，在认清防洪形式的情况下遵循局部服从大局的原则，以最小洪水损失为约束条件，通过会商分析调整与补充方案，在保证工程安全的基础上优选出满意的方案，付诸实施以实现防洪效益的最大化，以最优调度方案尽量降低洪灾损失。

阶段七：方案执行。防洪形势瞬息万变且防洪问题极为复杂，应注意反馈信息的收集以及决策的落实实施，将决策方案按照发展变化的情况进行及时调整和修正。所以，应围绕洪水发生发展过程开展前几个阶段的防汛工作。

2.2 功能设计

2.2.1 PC端开发

模块1：支撑平台。应用支撑平台是稳定高效运行各项功能的核心，也是防汛抗旱指挥平台构建的基础，利用统一集成平台为各功能模块提供支撑。基于B/S模式开发的平台运行工具为Web浏览器，以“一套框架、一个平台、一张地图”的开发思路实现服务资源化管理及各项业务统一管理，为后续的防汛调度、水雨情会商等模块提供可扩展平台。

模块2：地理信息。创建各项地图空间操作及丹东市地图发布服务，采用Web GIS形式实现工情、水情、雨情等所有信息在整个会商平台中的综合展示，实现地图漫游空间操作、图层控制和地图切换等功能。

模块3：雨情信息。实现上游河流降雨信息及市内174处雨量站点的交互查询，包括超警控制、降雨面图、降雨点图、降雨阈值控制、降雨查询、查询区域选择、监测类型选择和交互查询等，其中降雨查询有包括降雨强度、时段、小时、场次和日降雨。

模块4：水情信息。实现河道水情、上游河流水库、7处河道水文站和12座大中型水库信息的交互查询，包括水情点图查询、超警控制、水情数据查询、查询区域选择、河道类型选择、水库和交互查询等[10]。对丹东市内主要江河、险工险段、42处水电站、14处水文站、53座小型等信息查询、显示、定位和管理。

模块6：城市防洪。查询与管理防洪相关信息，包括市内22处低洼涝区、13座排涝泵站和47座交通门等信息，查询方式较多通常用图表交互方式。

模块7：综合告警。实行预警机制实现对降雨、河道、水库信息的综合告警。

模块8：抢险救灾。查询与管理全市防汛抗旱抢险队伍、抢险物资、物资仓库，交互查询采用报表及地图的形式实现。

模块9：气象信息。通过对气象信息的发布，显示与接入各类气象信息和卫星云图等数据。

模块10：视频监控。在视频监控系统建成的情况下，采用统一平台实现接入监视、综合展示流域内重点防洪部位的各路视频监控信号。

模块11：防汛会商。为提高防汛会商效率对其提供历史会商、会商会议、资料准备、会议安排等信息化支撑。

模块12：成果预报。实现查询与管理控制站洪水预报成果，如成果展示、管理和上报等，对成果进行校正的同时预留水文局成果上报接口。

模块13：组织保障。实现查询与管理丹东市防汛预案、抢险队伍、物资仓库、责任人等相关信息。

模块14：实现查询工情、水库、河道、降雨等详细信息，并对基础数据和防汛矢量图集成。

模块15：系统管理。实现维护与管理基础信息、访问日志和用户权限，如日志、权限及数据管理。

模块16：监理数据库。根据相关要求建立数据库，规范化管理与维护所有静态及动态信息，如数据校核、入库、预处理和库表构建等。

2.2.2 手机客户端开发

模块1：实施汛情。统计市内水情、雨情信息，实现河道、水库和降雨告警。

模块2：气象信息。将中央气象台或省气象局的气象成果进行汇集展示，包括台风监测、天气图、累计降水、降水量预报、雷达拼图及卫星云图等。

模块3：雨情信息。对上游相关流域及丹东市内的雨量信息利用柱状图、数据表、地理信息等多种形式，实现交互查询以及雨强信息查询。

模块4：水情信息。对上游相关流域及丹东市内的河道水文站及水库水情信息利用过程线、数据表、地理信息等多种形式实现交互查询。

模块5：工情信息。实现对灌区、水闸、堤防、河流、水库等所有防汛相关工情信息的交互查询，对查询结果按规模、流域、行政区过滤，以列表形式展示以及实现详细信息的查看。

模块6：通信管理。统一查询与管理省、市、县防汛相关通信人员信息，可直接以短信发送与电话通信的方式及时了解相关人员通信信息。

3 结 论

文章从防汛工作流程、数据资源、技术路线及设计思路的角度详细阐述了丹东市防汛抗旱指挥系统的总体设计，明确了系统建设的顶层设计符合防汛抗旱指挥系统建设要求。经过调查分析防汛工作现状，对系统薄弱环节开展PC端和手机客户端两个层面的功能设计，符合区域防汛要求。根据丹东市及辽宁省网络现状，充分论证了集成方案的可实现性，在详细分析两种集成方案优缺点的基础上制定最优的部署方案。从数据、应用、主矩、网络和物理安全等方面，加强系统安全设置以保证其安全稳定运行。实践检验显示，经长期运行系统取得良好的效果，并且运行稳定，为丹东市现代化防汛发展和重点防汛工作部署提供了技术支撑。