黄河防洪防凌调度决策会商系统建设

段勇 杜文

摘 要：为弥补黄河上游防洪防凌会商工作短板，搭建了黄河防洪防凌调度决策会商系统，融合汇聚黄委防汛数据及服务资源。系统基于SOA全息管理架构，采用多源数据融合技术，搭建了流域三维地貌平台。结合会商业务流程，完全覆盖了日常防汛例会会商、防汛部署会商、洪水调度方案会商、重大险情抢护会商、应急事件会商和防凌会商等会商主题，系统实现了对黄河防汛会商流程的全过程、全阶段管理。系统的建成提高了防汛防凌会商工作的效率，对黄河流域防汛、防凌形势分析和决策支持起到了有效的支撑效果。

关键词：SOA;防洪防凌;决策会商;黄河

中图分类号：TP39;TV882.1 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.12.034

Abstract：The Yellow Rivers Flood and Ice Control Consultation & Decision Support System integrated the Yellow Rivers flood Control data and service resources， and made up the weakness in the flood and ice control work for the upper reaches of the Yellow River. The system which was based on a holographic SOA framework， by using multidata fusing technology， constructed a threedimensional platform of the basin. The main consultations topics， such as normal meeting consultation， flood control arrangement consultation， flood rearrangement consultation， dangerous cases aid consultation， emergency consultation， and ice control consultation， were investigated and integrated within the application. Combined with the realtime flood control consultations practice， it formed a fullchain management system in the whole consultations work. The application Improved the flood and ice control consultations efficiency， and significantly supported the work of flood and ice controls situation analyzing and decision making.

Key words： SOA; flood and ice control; decision making and consultation; Yellow River

1 背 景

經过十多年数字黄河工程建设，黄委在防汛信息化方面先后完成了黄河小花间暴雨洪水预警预报系统、黄河洪水水沙调度系统、黄河洪水演进系统、黄河下游工情险情会商系统、黄河防汛物资管理平台等信息化支撑系统。这些系统的应用显著增强了黄河防汛决策支持和应急反应能力，使防汛指挥、水沙调度更加科学，在近年的黄河防汛工作中发挥了较好作用。

然而，由于建设时间和应用系统框架不同，这些防汛应用系统的数据和服务资源较为分散。在黄河防汛防凌会商过程中，各类防汛防凌相关信息只能通过多系统切换演示或者通过多媒体形式以人工方式进行汇总和汇报[1]，没有形成一体化的“数字防汛会商体系”，各系统中缺乏全面的决策支撑信息。随着时间的推移，黄委水灾害防御部门对于防汛防凌会商工作的业务处理流程已发生了变化，原有防汛信息化系统中涉及的相关会商流程已不能满足业务工作的需要。此外，黄河防汛会商信息化建设存在地域间的不平衡性，已建治黄信息化会商系统主要针对黄河下游，对于黄河上游防汛防凌会商工作还没有针对性的会商软件。这些问题严重影响了黄委防汛防凌会商工作的效率。防汛会商系统是整个防汛指挥工作的中枢，在防汛决策过程中起着至关重要的作用[2]。为了进一步提升防汛会商工作中各类信息资源的共享能力，完善信息化会商覆盖的地域范围，规范信息化会商流程，迫切需要建设标准统一、稳定高效的防汛防凌决策会商系统，构建起信息全面、业务实用、稳定可靠的黄河防汛防凌会商支撑体系。

2 建设内容

根据黄委防汛防凌工作对信息化会商工作的实际需求，以多年防洪防凌积累的经验、形成的管理机制和工作流程为基础[3]，按照“统筹规划，分布实施”的原则，通过搭建综合性的黄河防洪防凌调度决策会商系统来实现标准统一、稳定高效的治黄信息化防汛防凌会商体系的建设目标。黄河防洪防凌调度决策会商系统由黄河防洪调度综合决策会商支持系统和黄河上游防洪防凌会商系统两部分组成。

黄河防洪调度综合决策会商支持系统建设属于黄河下游防洪非工程措施建设项目。该系统充分利用三维、多源数据融合等技术接入了黄河下游水情、雨情、沙情、工程及工情险情、防洪预案、防汛部署、数值暴雨预报、洪水预报、洪水调度、黄河下游二维水沙数学模型等信息，并按照防洪决策会商的需求对各类信息进行加工、组织和分析。系统主要包括会商过程管理、综合汇报、方案分析、会商档案管理、黄河流域概要信息演示等功能模块。

黄河上游防洪防凌会商系统针对黄河上中游防洪和防凌工作进行开发，接入并展示黄河上中游水情、雨情、沙情、工程及工情险情、防洪预案、防汛部署等信息，实现了对防汛会商全过程的管理，包括会商会议的召开、通知、会商过程记录、会议纪要管理等各个环节，基本实现了会商会议的无纸化和数字化办公。系统主要包括会商会议管理、会商主题信息组织、会商汇报、会商结果管理共四大业务模块。

黄河防洪调度综合决策会商支持系统和黄河上游防洪防凌会商系统共同组成了黄河防洪防凌调度决策会商系统，其管理范围覆盖整个黄河流域，会商业务覆盖了日常防汛例会会商、防汛部署会商、洪水调度方案会商、重大险情抢护会商、应急事件会商和防凌会商共六大会商主题。

3 总体框架

黄河防洪防凌调度决策会商系统采用SOA架构体系，方便系统集成和扩展。SOA架构面向服务，统一标准的接口是各个不同服务之间进行数据通信的桥梁[4]。结合黄委实际工作中的会商业务流程，构建防洪防凌会商工作中的全息视角管理模式。其总体架构见图1。

系统从逻辑层次上分为四层。多元数据融合服务层接入了系统使用的各类数据资源，既包括“水、雨、工、险、灾、调度”等结构化数据，又包括电子公文、防汛业务相关文档、图片等非结构化数据，还包括矢量、遥感影像和三维模型等地理空间数据。这些数据分别分布于不同业务单位和部门的数据库中，如防指二期地理空间数据库、防洪工程数据库、防洪防凌调度专用数据库、防指二期数据汇集平台等。通过多源数据融合技术将各类数据封装成可被SOA全息视角支撑平台调用的服务资源，如Rest、WebService、报表、数据爬取、chart图表和静态数据访问等服务。这些服务依据不同应用场景和数据自身特点，实现了不同业务数据的汇聚与接入。采用多源数据融合技术解决了数据来源不同、数据类型与格式不同、数据提取困难等问题[5]，为系统提供了强大的数据资源服务。

全息视角支撑平台对应于经典SOA架构的应用支撑层，采用ESB（企业服务总线）技术，对各类业务数据资源进行整合。由定制开发的防洪调度模型组件、计算分析组件、会商标绘组件、搜索引擎、SkyLine三维组件、SSO单点登录组件、消息中间件、应用中间件、远程调用中间件、事务管理中间件、数据访问中间件和GIS组件构成了支撑黄河上游防洪防凌会商系统进行全息视角管理的防洪防凌会商工作应用支撑层。其中：防洪调度模型组件负责调用黄河上游防洪调度等系統的模型成果;计算分析组件负责通过常用的统计分析算法（如归一化对比、关联关系分析），结合水、雨、工、险、灾等数据

对防洪调度方案的成果进行对比和分析;会商标绘组件提供了对GIS地图的动态标绘和附件上传功能;搜索引擎组件利用搜索引擎技术和非关系型数据库技术，采用关系型和非关系型数据库协同应用的策略，建立了一套包含海量空间数据的高效数据检索服务;SSO单点登录组件实现了系统与黄委综合信息门户间一站式的登录集成;SkyLine三维组件为系统实现三维地图操作控制和三维辅助空间分析功能提供了支撑;消息中间件解决了防洪调度系统成果数据更新与防洪防凌会商系统中数据的一致性问题;应用中间件为会商系统的部署提供了稳定的服务器环境;远程调用中间件为系统中各类功能服务被其他系统调用提供了基础的服务支撑;事务管理中间件提供了系统部署时进行负载均衡配置的可靠运行环境;数据访问中间件规范了应用系统中各个页面的数据访问逻辑，在页面资源和数据资源间进行了数据资源访问时的关系映射;GIS组件为系统应用展示GIS数据服务的成果提供了可靠的运行环境。

4 建设成果

（1）实现了黄河防汛一体化、一站式会商。系统集成了水情、雨情、沙情、工程及工情险情、防洪预案、防汛料物、防汛队伍、防汛组织体系、防汛部署、数值暴雨预报、洪水预报、洪水调度、黄河下游二维水沙数学模型等（结果）信息，同时按照防洪决策会商的需求进行组织加工处理，形象直观地汇报给防洪决策者，实现了黄河防汛的一体化、一站式会商，如图2所示。

（2）在SOA信息架构整合下，结合会商业务流程，构建了防汛会商全过程、全阶段的全息管理体系，完全覆盖了六大会商主题，如图3所示。系统实现了对整个会商流程的全过程、全阶段管理。在会商准备阶段，系统提供了灵活的会议提议方式，并与办公自动化系统、公文流转系统相结合;会议通知阶段，提供了会议资料的管理，并与黄委短信平台结合，实现了短信、邮件、办公自动化页面多种通知方式。在群体会商过程中，领导和专家们可以通过系统对会商主题形势展开广泛的分析讨论，确定决策方案并实施。对会商流程的定制，系统提供了六大会商主题的流程设计，并提供了灵活的个性化定制流程方式，方便其他会商主题的加入。会商结果管理实现了对会商会议的记录和会后方案的跟踪执行。

系统覆盖了日常防汛例会会商、防汛部署会商、洪水调度方案会商、重大险情抢护会商、应急事件会商和防凌会商六大会商主题，构建了流程清晰、责任明确、实用高效的六大会商主题应用。通过对会商主题应用的信息化建设，形成了黄委防汛防凌工作标准化的会商流程。

（3）基于Skyline三维组件技术构建了流域三维地貌平台。基于Skyline三维组件技术，完成流域矢量数据、影像数据、地形数据共约210 GB数据的处理，构建黄河流域近75万km2的三维地貌，完成了全流域三维地貌的Web发布，构建了二三维一体化的黄河流域三维地貌平台。具体来说，三维地貌平台有以下建设成果：①完成全流域大视野场景67景、30 m TM和30 m精度DEM数据融合处理工作，建立了覆盖整个黄河流域的三维地形地貌系统;②完成宁蒙河段、小浪底、铁谢以下到黄河入海口河道0.6 m分辨率航空影像与1 m精度DEM数据的融合加工处理，覆盖了上游防凌和下游防洪的全部重点区域;③加工了铁谢险工至入海口1∶10 000矢量数据，包括2 290 km河道堤防，216处险工、224处控导、119处滚河防护和防洪坝、94座重点涵闸、流域1∶50 000的矢量数据;④完成小浪底等下游重点水库及关键河段三维模型建模工作。

（4）构建了黄委第一个覆盖黄河上游防洪和防凌会商工作的信息系统，是黄委水旱灾害防御部门履行流域防汛抗旱职能的有效保障。数字黄河工程实施以来，黄河中下游，尤其是小浪底以下的防汛信息系统建设较多，而支撑黄河上游防汛工作的信息系统尚属空白。该系统的建设对黄河上游防汛、防凌形势分析和决策支持起到了关键作用。系统建设过程中，收集整要城市防洪信息、历史灾情等信息，并按照面向对象的水利数据模型建立了专题数据库。数据库的内容包括水库电站、水文站、堤防、防洪工程、决口灾情、视频监视、分洪（凌）区、桥梁、在建工程等27类专题。系统可为用户提供气象水文预报信息、流域预警信息、凌情监测信息、河道断面过流能力分析、历史决口信息、防洪防凌预案、防洪防凌形势分析、调度方案展示、多调度方案对比等功能。

（5）多源数据融合技术。由于黄河防洪防凌调度决策会商系统涉及的数据格式和类型繁多，因此根据各类数据的特点，分别构建了Rest、WebService、报表、数据爬取、chart图表和静态数据访问等服务。这些服务依据不同应用场景和数据自身的特点，实现了不同业务数据的汇聚与接入。采用多源数据融合技术解决了数据来源不同、数据类型与格式不同、数据提取困难等问题，为系统提供了强大的数据资源服务。

5 效益分析

系统全面总结了黄河防汛六大主题会商的流程，灵活生动地提供了会商主题模板供用户定制。根據会议议题要求，考虑到黄河防汛会商会议的特点，分别制定了各类主题汇报的模板，实现了会商信息的快速汇集整理。 用户依据模板报告，能从数据库中自动提取汇报内容，经过少量人工修改后便能直接汇报，显著提升了会商汇报的效率。

此外，系统全面实现了对防汛会商全过程的管理，包括会商会议的召开、通知、会商过程记录、会议纪要管理等。根据业务规则和预案，实现了“水、雨、工、险、灾”情等各类信息的综合展示，实现了与洪水预报、防洪防凌调度等系统的集成整合，基本实现了会商会议的无纸化和数字化。为防洪防凌决策者提供了综合性强、集成度高的专题会商内容服务。

黄河防洪防凌调度决策会商系统的建设，构建起了标准化和数字化的黄河流域防汛会商流程和体系。项目建设完成后，已先后应用到黄委防御局、河南黄河河务局、山东黄河河务局等多家单位，获得了用户的一致好评。

6 总结与展望

基于SOA全息管理架构的黄河防洪防凌调度决策会商系统实现了对黄河防汛会商流程的全过程、全阶段的管理，是黄河流域内首个一体化、一站式会商应用系统。系统构建了黄委第一个专门针对黄河上游防洪和防凌会商工作的信息应用平台、黄委第一个黄河上游防洪防凌专题信息库和黄委首个二三维一体化三维地貌平台。系统采用多源数据融合技术实现了对包括“水、雨、工、险、灾、调度”等结构化数据及电子公文、防汛业务相关文档、图片等非结构化数据和矢量与遥感影像等地理空间数据的融合接入，为后续大数据分析技术用于防凌防汛会商相关业务工作中奠定了坚实的基础。

然而，系统中目前涉及的计算分析功能只是利用统计分析的方法实现了简单的对比和关联分析，如对断面来水量、下泄水量、调度方案的对比分析。这些分析方法和成果还远远不能满足黄委防汛会商工作的需要。在国家提出“智慧水利”的大背景下[6]，防汛决策会商工作对智能分析的需求不断增加，有必要在今后的工作中通过研究和应用机器学习技术中的相关算法，如神经网络、决策树、模糊学习等，来进一步提升防汛防凌会商数据的利用效率和系统的智能化辅助分析决策能力。