基于朝阳市防汛指挥系统汛情分析研究

牟 宇

(辽宁省朝阳市龙城区水利局，辽宁 朝阳 122000)

朝阳市东连工业城市群，西接京津翼经济圈，南临渤海之滨，北依内蒙腹地，境内河网密布，有老哈河、大凌河、小凌河、青龙河4大水系，洪水、高潮、暴雨和台风自然灾害对城市安全构成严重威胁。因此，准确分析研判汛情、及时掌握汛情发展趋势和快速发布预警信息，对于朝阳市做好汛情防范应对以及防汛调度决策等极其重要。

从朝阳水务公共信息平台投入应用以来，通过与地理信息系统配准复合、基础平台数据整合等实现了海量汛情数据的快速显示，对汛情分析研判发挥了不可替代的作用。近年来，随着智能化、信息化技术的快速发展，全社会对防汛减灾提出了越来越高的要求，为了有效应对日趋严峻防汛形势，亟需进一步提升朝阳市智能化汛情分析水平。

1 汛情分析现状

1.1 多平台应用尚未深化

在互联网和信息化技术快速发展的新形势下，社会公众及防汛人员急切需要多平台防汛模式。虽然在大屏端、移动端公共信息平台可以提供部分汛情分析功能，如实时雨量、台风路径、预警预报等，但不同操作系统互不兼容的特性极大地阻碍了多平台应用的开发，多种终端仍难以实现汛情分析功能的全面覆盖。

1.2 信息覆盖行业不广泛

通过网上快速显示海量数据，公共信息平台能够满足区、市两级防汛指挥的基本需求，但数据信息覆盖范围较窄以水务行业数据为主，相对于全社会共同防汛的要求还具有很大的差距。近几年，全市各防汛单位持续加快各类信息系统和监测站点建设，需要拓宽公共信息平台的覆盖范围，进一步梳理数据信息。

1.3 信息应用程度不够深

对基本的数据查询属于公共信息平台的主要功能，虽然可以在一定程度上发挥辅助防汛决策的作用，但各行业数据之间存在较低的关联度。在各种场景模拟分析中能够使用的数据较少，预报预警的智能化水平偏低，更多的信息只能被用于展示，而无法用于实战。例如，预判汛期道路积水情况时需进一步提高智能化分析水平。此外，积累了海量暴雨、历史台风等汛情数据的公共信息平台，未能实现这些信息的充分利用，对于暴雨数据查询、历史台风之间的对比、关联等功能还有待完善，仍要进一步提升灾害影响程度和汛情发展趋势的模拟功能。

2 智能防汛指挥系统设计理念

2020年朝阳市新建智能防汛指挥系统于汛前上线投入运行，其主要特点是按防汛工作“应急处置、智能指挥、纵向到底、横向到边”的总体要求和社会化防汛指挥要求，从精度、深度、广度三方面深化系统建设，实现了智能防汛指挥调度平台对防汛信息辅助决策平台的逐步替代，通过网上指挥和网上操作实现了“智能调度”的防汛指挥，指挥人机互动、资源统一调配、趋势智能预判和态势全面掌握，按以下设计理念达到汛情分析功能[1]。

2.1 社会化防汛理念

由于防汛工作风险大、责任重，这是一项涉及全社会的公益事业，需要区域联动、军民联手、全员参与、广泛动员，所以朝阳防汛要坚持“社会防汛”的理念[2-3]。通过增强灾后救助、防汛抢险的整体合理和全社会防汛减灾意识，才能保证防汛工作取得理想成效。朝阳市智能防汛指挥系统建设就是实现防汛指挥的“智能调度”，其关键环节就是对各防汛部门的数据信息进行快速的汇集。

2.2 信息演练与智能调度

在持续推进智能化、移动化、可视化防汛工作的情况下，更要注重防汛工作中“互联网+”、大数据等新技术所带来的机遇。目前，单纯的数据展示、信息查询已无法适应时代的发展需求，必须以“管、观、防”相结合更加突出实战功能，逐步转变以“观”为主的现状。

2.3 自适应、多目标、跨平台

面对日趋多样化和个性化的智能终端，为了开拓全新的移动防汛模式必须用移动终端、大屏终端等，深化公共服务和社会管理增强防汛减灾能力。所以，使用多尺寸智能终端系统或多种移动操作系统逐渐成为现阶段技术攻关目标。通过优化完善和扩展移动端、电脑端、大屏端的功能，朝阳市智能防汛指挥系统实现了移动、电脑、大屏等多终端的一体化[4]。

3 智能防汛指挥系统汛情分析

根据“资源统一调配、趋势智能预判、态势全面掌握”的总体要求合理设计新建智能指挥系统的汛情分析模块，并且在系统后台集成防汛相关功能模块，实现了按需调用的目的。一般地，汛情分析功能主要分布于应急管理、监控监测、调度支撑、预报预警4个模块。

3.1 应急管理模块

应急管理模块包括防汛风险图成果、防汛隐患排查结果、基础资料信息库等汛情分析功能。该模块可以提供河湖管理、区域除涝、城镇排水、千里江堤、千里海塘等工程设施信息，曾积水点、病险水闸、堤防薄弱段和海塘薄弱段等信息，以及海塘堤防溃口淹水、城区暴雨积水等防汛风险图成果和隐患排查成果，提供信息支撑更好地分析研判汛情。

3.2 监控监测模块

监控监测模块包括积水监测、视频资源、市政泵站、除涝泵闸、流量监控、实时水位、实时雨量、风向风速、卫星雷达、台风路径以及综合汛情等汛情分析功能。通过对数据源的不断拓展，运用公共信息平台为汛情研判提供支持。该模块主要有灾情、工情、雨情、水情、气象等实时监测信息，每五分钟一次的频率更新数据。其中，灾情信息汇集了全市所有的下立交积水监测信息，积水监测功能可以实现城市节水情况的实时掌握；工情信息汇集了全市所有泵闸实时监测信息，除涝泵闸功能可以实现水泵、闸门、泵闸的外河及内河水位情况的实时监测；雨情信息汇集了所有雨量站的实时监测数据，实时雨量功能可以对全市雨量分布情况进行动态展示；水情信息汇集了全市4大水系及所有水位站监测信息，实时水位功能可对近海、全市及4大水系实时水位信息进行直观的显示；气象信息汇集了全市卫星云图、雷达云图信息和所有风向风速监测站信息，风速风向功能和卫星雷达可以对全市气温、气压、风向和风速等信息直观地展示。此外，台风路径功能建立了详实的台风数据库，基于Web GIS实现了10级与7级风圈影响分析、相关信息综合查询、动态告警、台风路径自动生成以及相似路径智能查找等[5]。

3.3 调度支撑模块

调度支撑模块包括汛情回溯、积水发现2项汛情分析功能。其中，新建的积水发现功能主要是通过系统建设及时掌握道路积水情况，为避险交通管制、道路积水风险预警以及防汛决策指挥及时提供数据支持。将300多路视频接入该系统以实现图像智能识别，同步叠加30个小区、325条道路、416处下立交热线报灾和在线监测，以及210处窨井液位预警、内涝数模预测等方面信息，在暴雨来临时实现对易积水的居住小区、重要路段和下立交的积水信息动态罢工、及时发现。

新建的汛情回溯模块收集、整理了历史上对朝阳造成较大影响的台风数据，对近20a影响朝阳的暴雨、台风等主要灾害事件及其关联的灾情、水情、雨情、气象等要素重点分析，从而搭建智能回溯历史汛情数据集。防汛指挥期间可以智能化比对分析历史数据与实时汛情信息，对洪涝灾害影响程度以及汛情可能发展趋势进行模式，为防汛决策提供支持。

3.4 预报预警模块

预报预警模块包括道路积水预报、分片水情预报、潮位预报、气象预报等4项汛情分析功能。其中，构建能够准确、快速、实时、动态预测分析城市道路积水系统，这是有效应对洪涝灾害、提升决策科学性以及增加预警准备时间的重要手段。通过对道路积水预测结果的自动读取，系统新增的道路积水预报模块实现道路积水信息的实时发布。该预报系统是采用专报自动生成技术、离散网格化洪水风险数据挖掘以及与气象精细化降雨预报的耦合技术等关键技术，充分运用城市水文-水动力暴雨洪水分析模型和水雨情监测预报大数据，并结合防洪排涝工程运行数据、河网潮(水)位数据、降雨实测与预报数据、下垫面数据等，在暴雨来临前对降雨可能会造成的最大与平均积水深度、积水道路路段进行预报，在此基础上给予防御提示。目前，该系统覆盖范围达到2615km2，涉及龙城区、双塔区、朝阳水利控制片等，现已成为朝阳市防汛应急和洪涝灾害防御中应用常态化的工具。

其中，新增水利控制片水情预报主要是提高全市水情预报的精准度，在暴雨来临前及时预报各水利控制片和流域重要站点的最高水位及其出现时间。近年来，朝阳市低洼地区内涝灾害频发，由于台风降雨、泵站工程运行、上游洪水等多种因素同时对水利控制片区内水位产生作用，该复杂的水流过程机理明显增大了防汛预报的工作难度。所以，新增水利控制片水情预报项目对提高水位预报精度、预报控制性站点水位等非常必要。水利控制片水情预报项目共建立了平原区水文产汇流模型、河网水动力模型、水利工程调度模型和区域边界预报模型4个模型。其中，通过构建建设用地、旱地、水田、平原区河网区水面4种下垫面产流模型可以模拟本地降雨产汇流过程；河网水动力模型可用于任意河网断面流量过程及水位的模拟；水利工程调度模型可数值求解泵、闸、堰的流量过程，模拟各类水利工程调度预案；区域边界预测模型模拟预报上游水位的主要手段是相关统计模型。目前，该功能可明显提高防汛预报精度以及水利部门的应急抢险能力，及时准确的预报朝阳市水利控制片20个站点的水位。

4 智能指挥系统的应用与效果分析

4.1 朝阳市智能防汛指挥系统应用

在2020年朝阳市台风防御实战中，新建智能指挥系统直观反映了“洪水、高潮、暴雨、台风”四大致灾因子是否有预警及其变化特征，并以点、面、特征值3个层面呈现，可直观、实时感知洪水、高潮、暴雨、台风等汛情变化。

以汛期某场次暴雨为例，第1阶段：系统结合窨井液位监测数据、历史数据和降水预报，利用内涝数据模型预测未来6h内可能发生积水的小区、道路等，并将积水预报信息在第一时间群发给有关排水单位，以实现早部署、早准备的目的。第2阶段：暴雨开始后首页显示“预警信号、最大值和雨型”特征指标，点击后可以直观地显示雨量分布特征。局部地区有特大暴雨，个别站点降雨量达到187.2mm，全市范围内普降暴雨，点击某一雨量站点可以详细显示降雨过程和降雨强度，并与周边视频相关联，实现了“点”上雨情的直观精准展示。第3阶段：系统通过1.2万个小区物业经理的客户端剥蒜、基层上千人工作人员现场量防水、40个易积水点视频监控以及700多处在线监测设备，网格化管理人员和大量基层巡查人员信息报送等方式，快速准确的发现积水事件。总体而言，通过上述3个阶段为汛情实时预判和应急处置提供了支持。

4.2 汛情分析功能效果分析

1)实战应用明显增强。新建智能指挥系统将原先分散在各个模块的信息集合在“一张图”上，通过台风防御、暴雨防御等场景将各类防汛数据关联起来，从而实现了“观看”向“实战”的转变。例如，致灾因子是否有预警及其变化特征直观的反映在首页上，暴雨处置场景中向防汛工作人员推送预警信息，暴雨过程中提供积水、水位、水量等实时信息，同时还提供历史暴雨、台风数据对比和基础数据查询。各类防汛信息的也可在手机端同步查看，从而实现了“移动防汛”。

2)趋势分析更全面。在原有大江大河潮位预报和风暴潮预报的情况下，新建智能指挥系统新增了内河水位预报和道路积水预报，预测预报范围进一步的扩大。采用了更加智能的信息发现手段和现代化大数据分析的预报方式，如以视频图像智能识别替代了原仪器监测，以大数据分析替代数据模拟等。新建智能指挥系统明显提高了预报预警的智能化水平和汛情趋势的分析研判水平，为主动部署防御工作、提前预判灾情等提供更加科学的决策依据。

3)智能感知更全面。从服务全社会、全社会参与的角度，新建智能指挥系统将与防汛关联的处置信息、雨情、灾情、汛情全部整合，包括政务微信、航空影响、地图、地下空间、在建工地、道路小区积水、气象、工情、雨情、水情等60多类数据内容，共涉及区级单位、有关专业单位、朝阳委办局、流域等30余家单位，形成5281个神经元，基本实现了全行业数据的全覆盖。

5 结 论

在朝阳市汛情研判分析时利用新建智能指挥系统，基本实现了资源统一调配、趋势智能预判和态势全面掌握。随着科技的发展，在数字化防汛基础设施和已汇聚的自动感知点情况下，未来将进一步推进向系统接入神经元的工作，不断强化更新机制、加强数据对接和优化指标体系。系统应用时，要加快街(镇)、区两级指挥系统定制开发和城运中心的部署，加快实现系统汛情分析的全覆盖。