广东省水旱灾害风险普查成果微服务共享应用平台建设

周 宇，陈亮雄，林 斌，杨静学

(1. 广东省水利水电科学研究院，广州 510635；2. 广东省水安全科技协同创新中心，广州 510635；3.广东省山洪灾害防治工程技术研究中心，广州 510635)

1 概述

水旱灾害风险普查是全国综合风险普查的六大灾种之一，是基于灾害学概念，开展隐患排查、风险调查、评估区划全链条的灾害风险普查工作。广东是水利大省，也是水患大省，水旱灾害风险普查产生了丰硕的成果，为我省开展水旱灾害防御、保障经济社会可持续发展，提供权威的风险信息和科学决策依据。

围绕广东省经济社会发展、社会治理、公共服务需求以及水利高质量发展对普查成果的应用需求[1]，最大化发挥普查项目成果的社会效益，推动“一数一源、一源多用”的成果管理，深入对数据进行集成与应用共享，研发了成果微服务共享应用平台(以下简称共享应用平台)。推动普查数据共享，挖掘普查数据价值，进而促进普查成果在水利行业的深度应用，在水旱防御的常态化应用，用普查成果切实加强广东省水旱灾害防御能力，贯彻“两个坚持，三个转变”，推进水旱灾害防御相关工作。

2 共享应用平台建设目标

共享应用平台立足于水旱灾害风险普查项目成果，参照智慧水利顶层设计思路，依据统一标准、统一规划、统一治理、统一调度、统一管理的模式，集成普查成果和现有水旱防御数据，构建成果数据集成融合、成果知识库、成果应用场景分析及模型计算等，打造水旱防御数据底板、知识库和模型库，可视化管理查询成果数据，利用工具实现成果动态更新，并依托广东省政务服务资源与广东省水利厅数据中心，实现横向面向厅各业务平台，纵向面向市县各级，提供水旱灾害风险防御数据接口和应用服务接口，实现成果标准化存储管理与在线化共享应用，服务于日常水旱防御调度工作。

3 共享应用平台总体设计

共享应用平台设计遵循广东省“数字政府”建设总体规划，贴合广东水利智慧水利建设需求；在业务上满足水旱灾害防御日常工作需求，最大化水旱灾害风险普查成果应用效益；在技术上采用先进、流行、可靠的技术方案，确保服务的稳定运行。

3.1 技术架构

共享应用平台采用松耦合的分层架构，层与层之间有明确边界划分[2]，可减少系统中各个模块之间的依赖关系，提高系统的稳定性、可拓展性和灵活性。采用微服务体系架构，基于公开标准的建设，可以快速便捷的升级相关技术，确保系统能够在技术不断发展的过程中跟上发展趋势，确保信息化技术发展具有明显的先进性。平台整体划分为数据集成融合层、功能服务能力支撑层、微服务集群层以及业务应用系统接入层。总体架构如图1所示。

图1 共享应用平台架构示意

共享应用平台具体组成结构如下：

1)数据集成融合。对水旱灾害风险成果数据、实施感知监测预警数据、水旱防御业务数据、基础地理空间数据、跨行业共享数据进行统一的存储与服务开发。数据存储依赖于广东省水利大数据中心的数据存储资源，所有的建设成果均纳入水利大数据中心统一管理。

2)功能服务能力支撑。基于已有水旱防御项目评估区划类成果，将成果通过空间拓扑关系建立联系，形成一套方便查询、展示、分析的知识库。构建空间分析模型，发布模型计算服务接口，供平台调用和计算。

3)微服务集群。在基础服务能力的支撑下，采用云计算、微服务等信息化技术进行标准、开放的接口服务化封装，实现成果数据的在线调用与在线共享

4)业务应用系统接入层。依托水利数据共享服务接口平台统一网关、统一鉴权、统一管理的能力，以接口共享的方式，实现业务应用的接入。

3.2 保障体系

1)标准规范体系。严格遵循国家、我省电子政务有关法律法规和技术规范的要求，从业务、技术、运行管理等方面对项目的整体建设和实施进行设计，采用先进的软件工程理论、良好的系统设计，以及分层和代理等方法，保证系统的开放性、逻辑性、扩展性和易维护性，充分体现标准化和规范化。

2)安全防护体系。服务安全与数据安全是应用共享服务的重要内容，在系统建设方案设计时，依托国家电子政务建设的各种信息技术标准(环境、技术、信息、安全、信息交换标准等)，结合电子政务应用的特点，强化信息安全建设，保证软、硬件安全、可靠的运行，具备容灾、容错方案。对保证信息的保护和隔离，采用系统安全机制、信息发布、数据存取的权限控制等方案解决系统安全性问题。共享应用平台拟达到等保二级要求。

4 共享应用平台主要建设内容

4.1 成果数据集成融合

以水旱灾害风险普查调查成果数据为核心，集成融合实时监测数据、水旱防御业务数据、基础地理空间数据、跨行业共享数据。获得大量历史空白数据的同时，对现有数据资源进行全面梳理整合，提高数据资源的完整性、一致性、准确性、时效性，提升数据资源的权威性和可用性，实现水利信息资源的统一化、标准化和规范化[3]，为上层微服务集群及业务应用系统夯实基础。

4.2 成果知识库构建

以水旱灾害风险普查评估区划成果数据为核心，集成中小流域频率图、中小河流淹没图、洪水风险图成果、风险评估区划成果、历史典型洪涝事件以及重点易旱县区调查成果，将成果通过空间拓扑关系建立联系，形成一套方便查询、展示、分析的知识库。知识库成果如实反映了广东省各地的水旱灾害风险等级及地区差异，可为洪水灾害防御提供翔实的洪水风险信息，支撑洪水风险研判和应急防御，为各类应对措施的提出以及防洪应急预案的编制提供数据支撑；更加深入地掌握重点易旱地区的历史旱情、 揭示干旱致灾机理，细化水资源时空分布不均衡问题，为水资源配置提供科学依据；同时对于增强群众的隐患意识、加强灾后救助和风险评估具有重要的指导意义。

4.3 成果应用分析与模型服务

集成水旱灾害风险普查项目需求建设研发的模型计算服务，保障模型的通用化封装及接口化调用，提供统一通用的模型服务。构建空间分析模型，实现区域与流域的多维度在线化综合分析，推进信息技术与水利业务深度融合[4]。

1)降雨落区影响分析。集成广东气象局共享的短临降雨格点预报数据(未来1 h、3 h、6 h、12 h、24 h)，将短临降雨格网点进行插值运算，生成全省范围内的降雨落区分布(见图2)，按照区域内降雨量划分为小雨、中雨、大雨、暴雨、特大暴雨5个降雨等级并进行降雨色斑图的渲染[5]。基于划分的降雨等级区域范围，对范围内病险防洪工程、易漫堤段、险工险情堤段、水库、监测站点水情超警戒情况、防洪工程安全隐患情况、历史险情等进行综合分析，推送受影响的薄弱工程风险清单。

图2 降雨落区影响分析示意

2)行政区划/流域范围多维度综合分析。以行政区划尺度(省、市、县三级)和流域尺度(北江、西江、东江、韩江、鉴江、珠三角洲)为视角，对区域范围内的防洪工程、社会经济、基础设施分布、承灾体能内容进行综合统计分析(见图3)。其中防洪工程主要以水旱灾害风险普查调查的防洪工程为主，统计分析各区域内病险薄弱工程、历史发生险情工程、防汛度汛隐患、各类型工程分布等内容。

图3 行政区划/流域范围多维度综合分析示意

3)流域淹没范围实施风险分析。基于遥感降雨数据定量计算流域内雨量、平均雨量以及降雨重现期。将实测站点(河道与水利工程)水位与上下游保护对象关联起来，并利用洪水淹没图成果，生成整个流域内基于实测水位下的淹没图。基于实测站点，并利用普查洪水淹没图成果，生成淹没风险图(见图4)。

图4 流域淹没范围实时风险分析示意

4)流域特征分析。提取任意河道控制断面上游的流域特征值，包含流域范围、河网、主河道、河道坡降等，并自动分析流域内人口规模、重要水利设施、GDP、县镇数等空间分布信息(见图5)。

图5 流域特征分析示意

4.4 成果接口服务共享

在成果数据集成融合、成果知识库、成果应用分析与模型服务等的基础上，采用云计算、微服务等信息化技术进行标准、开放的接口服务化封装，实现成果数据的在线调用与在线共享。依托广东省政务服务资源与广东省水利厅数据中心，横向面向厅各业务平台，纵向面向市县各级，提供水旱灾害风险防御数据接口服务。对数据接口进行分类管控，采用在线文档技术对每个接口进行详尽说明，同时对接口调用进行监控，以便调用与运维(见图6)。

图6 成果接口服务共享示意

4.5 成果动态更新

水旱防御基础数据和风险隐患成果存在一定的时效性，因此需要不断更新，确保数据的生命力。共享应用平台横向为水利厅各类平台，纵向为市县提供数据服务接口、地图服务接口、应用服务接口，各级水利部门在此平台基础上搭建使用自己的业务系统，共享应用现有成果的同时，与汛前检查、监督管理等常态化工作相互结合、相互促进，利用成果更新工具在线编辑审核数据，推动成果数据不断更新，以此形成良性循环，持续发挥社会效益(如图7)。

图7 成果更新工具示意

4.6 成果集成可视化

对成果进行集成可视化，直观地展示成果内容、接口服务共享的接入方式和服务能力，实现成果的管理、查看、应用分析、应用接口的接入等。支持查询统计、定位显示、地图标注、统计分析、制图制表制报告、下载输出、二三维联动以及模型应用分析等可视化功能。将各类水利数据和应用分析展现在地理空间上，通过二维和三维可视化窗口实现数据的展示与分析，以图片、表格、二三维地图及场景建模等多种形式实现多尺度水利信息的空间一体化展示[6]，提供直观高效的可视化决策分析(见图8)。

图8 成果集成可视化示意

4.7 流域防洪一张图

流域防洪一张图是根据水旱防御需要，突出反映流域要素的地图(见图9)。以流域为单元，依赖于成果数据集成融合、应用分析接口服务能力，构建流域防洪一张图，实现流域内基础数据、防洪工程体系、重点保护对象等数据的可视化，并结合洪水特性及成因、动态实时的水雨情信息，实现流域防洪数据分析服务[7]。

图9 流域防洪一张图

5 结语

平台建设有效解决了多源数据的统一问题，打通了各水利业务系统间存在多年的信息孤岛[8]，实现水利信息资源的统一化、标准化和规范化，通过可视化集成管理与微服务发布，实现水利基础数据与水利业务的深度融合，支撑并带动全省水利核心业务系统的高效协同与发展，在最大化发挥普查成果效益的同时，为智慧水利、数字孪生流域工作提供基础支撑[9]。今后工作展望如下：

1)进一步完善平台功能。丰富数据集成类型及来源，形成更全面的水利信息数据库；深入扩展水利专业模型算法，促进物联网、大数据、人工智能、数字孪生、5G等信息化技术与水利业务的深度融合[10-11]；优化平台使用体验，在用户体验中使得基本功能更实用，系统调用更高效。

2)探索建立平台管理使用机制。建立有效的平台管理与运维机制，确保平台的动态管理和长久运维，结合用户需求实现平台功能的持续更新；建立平台成果使用机制，全省水利核心业务系统应以此平台为基础进行开发，避免重复、分散建设，节省人力、物力，缩短建设周期[12-13]；建立平台数据更新机制，各级水利部门应用普查数据、普查系统平台支撑水旱灾害防御及水利常态化工作，依托常态化工作更新普查数据。

3)加快智慧水利建设。共享应用平台为智慧水利建设奠定了良好的平台基础，目前所集成的水利基础数据、核心模型算法均是智慧水利建设所需要的，应在此基础上不断推进信息技术与水利业务融合，全面推进算据、算法、算力建设，提升共享应用平台数字化、智慧化、精准化水平，与智慧水利建设相接轨，推动新阶段水利高质量发展[14]。