北京防汛应急指挥调度系统设计与建设

张建磊 薛 爽

（1.北京市应急指挥保障中心，北京 101117；2.北京市应急管理局防汛抗旱处，北京 101117）

北京防汛应急指挥调度系统通过加强全市防汛体系业务融合，优化整合各类防汛资源，提高了全市防汛工作的科学化、专业化、智能化、精细化水平。可满足防汛指挥体系内各级各类用户的应用需求，提高了防汛指挥调度工作效率，缩减了应对防汛突发事件的响应时间，为全市防汛体系指挥调度工作提供了有效的信息化支撑保障。

1 建设背景

北京市地处华北平原北部，地势西北高、东南低，总面积16 410 km2。其中，山区面积10 010 km2，约占总面积的61%，平原区面积6 400 km2，约占总面积的39%。气候为暖温带半湿润半干旱季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促，降水季节分配不均，全年80%的降水集中在夏季6—8月；加之城区面积大、人口密度大，并且市内自西向东贯穿5大水系（拒马河水系、永定河水系、北运河水系、潮白河水系和蓟运河水系），市内还建有各类水库81座，其中大型水库有密云水库、官厅水库、怀柔水库、十三陵水库。自然气候和城市规模双重不利因素的叠加，导致防汛压力很大。

为向防汛指挥部门提供综合辅助决策，在组织协调北京市水旱灾害应急救援，协调指导重要河湖和重要水工程实施防御洪水和应急水量调度工作过程中，获得高效精准的信息化支撑，同时也为在信息化支撑过程中积累数据，磨合算法模型，提升信息化支持的精度和维度，并为其他相关业务系统积累数据，北京市应急管理局根据业务职能按照业务流程建设了基于环境地理信息系统（EGIS）的防汛应急指挥调度系统，能够实时监测雨情、河道和水库水情，并通过对监测数据的分析，为防汛应急指挥者提供高效、便捷、直观的信息，实现了防汛应急指挥的科学精准调度。

2 系统设计

2.1 设计思路

北京防汛应急指挥调度系统通过数据汇聚平台，汇聚实时雨情、水情、灾情、工情、险情等信息，结合先进的信息技术构建应用支撑平台，基本设计思路如下。

2.1.1 遵循“两台一库”统一架构

北京防汛应急指挥调度系统遵循“两台一库”的体系架构，在应用支撑平台、数据汇聚平台和应用数据库及EGIS图层数据库的支撑下运行。

2.1.2 实现“一张图”应用

北京防汛应急指挥调度系统以“一张图”应用为目标，使用同一张权威部门发布的底图，统一要素标识符，建立高效快捷的更新机制。在“一张图”的基础上对北京市气象、雨情、水情、工情、灾情等各类防汛业务相关信息进行综合分析、集成与展示，实现实时监控、会商研判、值班值守、协同响应等功能的综合应用。

2.1.3 强化数据融合

通过该项目建设推动北京市住房和城乡建设、道路交通、地质灾害、旅游景区等防汛相关部门的数据融合汇聚，为北京市人民政府防汛抗旱指挥部办公室指挥调度、辅助决策提供全面的信息及数据内容。

2.2 数据库设计

2.2.1 应用数据

北京防汛应急指挥调度系统的数据主要由应用数据和EGIS 地理数据两部分组成，其中应用数据主要是存储系统管理、气象信息、雨情信息、水情信息等，采用关系数据库。在应用数据中降雨统计表主要用于存储北京市各自动监测站的降雨数据信息，水库水情表主要存储水库的水位、流量等信息，河道情况表主要存储河道的流量、水位等信息，险村险户信息表主要存储险村名称、地理位置等信息。

2.2.2 EGIS图层数据

EGIS 图层数据集包含了各要素的地理位置、形状，以及属性的描述信息和逻辑集合信息。EGIS图层数据主要有降雨测站、水库站、河道站、积水监测站等点位状图层，抢险队伍布防图、各流域抢险责任图等线状图层，跨界山洪沟道等面状图层。

2.2.3 数据链接设计与配置

为保障所使用数据的链路科学、传输精准、共享全面，系统通过北京市大数据管理平台进行数据对接，主要包括北京市气象局的天气实况、雨情信息、卫星云图、雷达回波图、vips4.0 雷达拼图和降雨落区预报等气象信息；北京市水务局的雨情信息、水情信息、工情信息和积水信息等水文信息。

由于系统所使用的应用信息和EGIS 信息涉及北京市防汛应急指挥的气象信息、水文信息和地理信息具有保密性强、数据量大、种类多的特点，同时各防汛应急指挥部门的管理人员会在特定的时间段内频繁查询访问，并发计算量较大，因此使用政务云资源配置大型、专业数据库管理软件来管理各类应用和EGIS图层信息。

2.3 系统总体设计

系统在结构框架设计上分为基础设施层、数据采集层、业务支撑层、应用层和展示层5 个层面。接入第三方GIS 服务，为系统提供GIS 支撑；接入北京市大数据平台，为系统提供数据共享交换支撑。北京防汛应急指挥调度系统结构如图1 所示。

图1 北京防汛应急指挥调度系统架构图

2.3.1 基础设施层

基础设施层主要是依托现有的北京市政务云、北京市应急指挥大厅等相关的软硬件环境作为系统建设的基础。

2.3.2 数据采集层

数据采集层主要是运用资源管理和存储技术对防汛业务所需的气象信息、雨情信息、水情信息、工情信息、积水信息、预警报警、应急资源等信息资源进行统一管理。

2.3.3 业务支撑层

业务支撑层主要是支撑系统运行的各种通用业务组件，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。包括单点登录、统一用户管理、空间地理服务、数据加工处理、报表服务、共享交换服务等。

2.3.4 GIS服务层

GIS 服务层主要基于应急管理部EGIS，融合北京市规划和自然资源委员会GIS 服务、北京市经济和信息化局GIS服务、防汛专题GIS服务等，提供GIS服务支撑，以Web地图SDK（Software Development Kit）进行开发，为应用层用户提供服务。

2.3.5 应用层

应用层主要是系统功能的建设，主要包括汛情识别、预警预报、协同响应、辅助决策和统计分析等。

2.3.6 展示层

展示层主要用于电脑桌面展示和指挥大厅大屏宽屏展示。

2.4 系统运行的设计

为方便用户使用，系统采用B/S模式，用户只需通过浏览器就能对相关模块进行操作，并且完全基于浏览器的操作习惯。用户登录后，根据不同用户的使用权限，系统将在界面左侧的功能菜单中显示与权限对应的功能模块。系统界面基于用户在功能菜单区的选择运行具体功能模块，当用户选择了相应的功能后，将在右侧的操作区显示具体的操作界面。

2.5 系统功能设计

系统在功能上主要根据防汛应急指挥调度等业务工作的一般流程，分为预警预报、会议会商、汛情监测、值班值守、统计报表和资料整编六大功能模块，可为日常防汛调度指挥工作提供全流程全方位全时空的信息化支持。北京防汛应急指挥调度系统功能架构如图2所示。

图2 北京防汛应急指挥调度系统功能架构图

3 系统的组成部分

3.1 预警预报模块

通过对接北京市预警信息发布平台，系统接收市预警信息平台发布的气象预警、洪水预警、地质灾害预警等信息，实时显示在系统的GIS地图上。不同行政区发布的预警信息，会显示在所发布区的地理位置上。

3.2 会议会商模块

会议会商模块可实现发送会议通知、会议提示、填报参会回执、会议文档留存等会务功能。

3.3 汛情监测模块

整合降雨实况，地质灾害、交通、旅游、住建等部门汛期相关信息，实现动态展示、快速查询。在宏观上能够监视天气、降雨、积水、水情、预警等信息，在微观上能够具体了解区域降雨、桥积水、河段（水库）水情情况。

3.3.1 天气实况

实现以地图为基础显示全市各个区的天气预报，主要包含未来12 h的天气、风力、风向、降雨、气温等信息。

3.3.2 卫星云图

实现以时间轴的方式展示卫星云图图片，可进行24 h内资源播放。

3.3.3 雷达图

实现以时间轴的方式展示北京及周边雷达回波图图片，可进行24 h内资源播放。

3.3.4 实时雨情

通过汇聚气象自动监测站的实时雨量信息，采用克里金法（Kriging method）进行空间插值，生成降雨量等值面图，并基于GIS地图展示全北京市降雨空间分布情况。

降雨量综合查询。系统可实现实时降雨量监测数据的查询和统计，对查询时间段内的雨量数据进行统计，并对结果进行展示。系统除在地图上展示雨量测站的空间位置分布，还通过不同的颜色区分该测站的监测数值情况。既可以查询特定的雨量测站每5 min 实时刷新的雨量数据，也可以选定特定的时间段，查看全市或某个区的平均降雨量、最大降雨点位和最大1 h雨强及其点位。在系统页面右侧同步动态更新降雨量最大的10个站点信息。

降雨量等值面分析。降雨量等值面是根据全市各气象自动监测站的实时数据，通过克里金法进行空间插值计算而获得的。默认情况下，显示的是当日早8时至查询时间的累计降雨等值面，在累计等值面计算的基础上系统提供了当前及任意时间段，5 min、15 min、30 min、1 h 间隔的分时等值面计算功能。除此之外，还可以实时更新当前时间下每5 min的降雨等值面图。

3.3.5 实时水情

水库水情主要实现水库水情的实时展示。可以按照水库名称进行检索，通过系统对接的实时数据，既可展示水库的基础信息和特征信息等静态数据，也可以展示水库的流量、水位等实时数据，并支持按时间段查找。根据水库实时水情与汛限水位比较，发现超汛限水库，以红色图标显示。

河道水情以地图为基础，显示河道的实时水情。以列表的形式实时显示主要河道的实时水位和流量等信息，并支持名称检索功能。通过详细页面，可展示河道的基础信息及实时数据。根据河道实时水情与汛限水位比较，发现超汛限河道，以红色图标显示。

3.3.6 积水监测

在地图上，标注全市积水点监测站，实时显示最新积水分布，当积水点积水超过27 mm 时，以红色标示提醒，并可以查询特定积水监测点特定时段的水深线状图。

3.3.7 重点部位

重点部位功能模块充分发挥了GIS 地理服务的优势，将汛期关注的重要点、线、面与地图进行了完美结合，清晰并高效地进行了静态和动态的展示。系统整合了工情信息、易积水点、房屋和在建工程、山洪和地质灾害、应急资源、抢险责任图及其他关注对象。

重点关注村。通过部署在市郊山洪地质灾害高危险村中的监测设备，实时传输当地的气象数据和图像信息。借助三维倾斜摄影技术，可以转换为三维实景模式显示地图，以便直观地展示村庄的地物地貌，方便防汛工作者了解现场情况。重点关注村功能如图3所示。

图3 北京防汛应急指挥调度系统重点关注村功能图

中心城区风险图。将北京市城区分成178个排水分区。其中基础图集中展示中心城区的排水分区图、高程分区图、坡度分区图、不透水比分区图等对城区排涝起重要作用的地理信息。而动态图主要依据降雨量的实时数据通过模型计算，以不同的色块展示不同分区的降雨风险及径流深风险。除对实时风险进行展示外，还可以选择特定时间段进行风险演变回溯。

3.4 值班值守模块

供系统各户上传值班表，并以值班日历直观展示并更新。时间可以记录值班期间的信息往来及交接班信息等，并集成了网络传真等办公自动化系统和工具。

3.5 统计报表模块

汇总汛期中各类统计表，并可以对不同历史时期的降雨进行比较和图形化展示。基层用户也可通过该功能模块进行突发灾情险情及基础信息的上报。

（1）信息汇总。主要对各区上报的防汛和降雨险情信息进行统计汇总，便于市防汛抗旱指挥部指挥人员了解掌握全市汛期中的各类重要信息。

（2）汛期信息上报。接收区级用户上报的突发灾情信息，具体包括灾情险情描述、现场联络人、处置描述等基础信息，并可以根据上报的点位实时更新到系统地图上。

（3）基础信息填报。用于展示和上报下凹式立交桥和重点关注村的基础信息。

（4）历史降雨比较。以等值面的形式展示选定时间段内的降雨量情况，便于防汛工作人员进行对比分析研判。

3.6 资料整编模块

主要方便用户使用和下载防汛预案、制度、法律法规等资料。

4 应用案例

2022年7月2日夜间至4日凌晨，北京市持续降雨33 h，39 个雨量站（占全市总雨量站约8%）累计过程降雨量超过100 mm，最大值为173.6 mm。为有效应对此次降雨，北京市各级防汛指挥部门综合运用北京防汛应急指挥调度系统防汛风险“一张图”，根据“历史降雨比较”功能中的历史数据，结合实时降雨数据，快速研判各排水分区内涝风险。强降雨期间，依托“降雨等值面分析”的实时功能，第一时间掌握短时降雨集中区域，精准调配力量调取现场视频。并且，依据“重点部位”功能中的基础数据，妥善转移受山洪泥石流威胁群众1 504人，及时关闭涉山涉水景区56家、民宿48家，停工工程1 921个，封闭山区道路11条，最大程度减少了强降雨带来的影响，确保了降雨期间全市城市运行平稳。

5 应用成效

北京防汛应急指挥调度系统自验收后在北京市各级防汛指挥部门投入使用以来，不断与市其他相关部门对接共享防汛相关基础信息和监测数据，丰富平台的数据来源；开展与科研单位的合作，不断拓展应用支撑平台；将应急资源数据都集中到防汛“一张图”上进行展示，使各级用户均可以在“一张图”上进行应用，构建了科学、精准、高效的防汛指挥决策支撑系统。

系统不仅能提升综合信息的获取、加工和展示能力，实现多维度信息的汇聚、查询和呈现，做到及时、准确、全面，充分发挥EGIS 服务对地理和空间数据的支撑作用，叠加三维倾斜摄影数据后，更加直观展示现场地物地貌。系统对防汛抗旱系统数据（包括空间数据和应用数据）进行综合展示，使决策人员无须在各个业务系统中进行切换，就能获取汇总业务系统的综合信息，实现信息资源基于“一张图”“一张表”数据展示服务，以提升防汛抗旱指挥部决策的人性化、自动化、标准化水平。