余麗華，談娟娟，楊 宇

（寧波弘泰水利信息科技有限公司，浙江 寧波 315000）

1 問題的提出

中國沿海城市受大氣南北環(huán)流交替影響，臺風災害天氣較多，而防汛防臺工作又是一項十分復雜的系統(tǒng)工程，須綜合氣象、水雨情、工情、工程安全、視頻、險情等情況，按照效益最大化原則對洪水進行科學調(diào)度，對各類險情進行及時搶護，以達到確保生命安全、把洪澇災害損失降低到最低的目標。經(jīng)過10多年的信息化建設，水利行業(yè)的業(yè)務系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟，大量的業(yè)務系統(tǒng)有效支撐著防汛防臺管理業(yè)務的開展，但也出現(xiàn)了如系統(tǒng)眾多、業(yè)務分散，功能復雜、操作繁瑣，信息量大、價值不高等問題。

以大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術日益發(fā)展并逐漸成熟，正深刻影響我國信息化的各個領域，從水利業(yè)務管理的角度來說，全面推進水利業(yè)務與新一代信息技術的深度融合，深化大數(shù)據(jù)在水利工作中的創(chuàng)新應用，有助于促進傳統(tǒng)水利管理模式的全面升級[1]。面向和服務于防汛防臺指揮部門，利用大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化等技術構(gòu)建防汛防臺數(shù)據(jù)大屏，深度挖掘氣象預報、汛情監(jiān)測、預警預報、應急管理、指揮調(diào)度等的防汛防臺綜合信息，將分散的防汛防臺業(yè)務信息全部匯聚、流動、關聯(lián)起來，并以可視化的形式展現(xiàn)信息之間的關聯(lián)性，可有效支撐業(yè)務分析與管理決策。

2 防汛防臺數(shù)據(jù)采集分析

防汛防臺數(shù)據(jù)大屏的應用以數(shù)據(jù)為基礎，應用大數(shù)據(jù)技術，整合防汛防臺相關數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)的分析計算，數(shù)據(jù)間關聯(lián)關系的挖掘，最終以有效信息的形式將數(shù)據(jù)的價值展現(xiàn)出來。

2.1 大數(shù)據(jù)應用框架構(gòu)建

以現(xiàn)有的水利數(shù)據(jù)中心為基礎，利用成熟的Hadoop、Spark等大數(shù)據(jù)組件構(gòu)建大數(shù)據(jù)基礎應用框架，實現(xiàn)防汛防臺數(shù)據(jù)的采集存儲、管理及分析計算，大數(shù)據(jù)基礎應用框架見圖1。

圖1 大數(shù)據(jù)基礎應用平臺框架圖

由圖1所示，大數(shù)據(jù)基礎應用平臺包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)應用4個層次，結(jié)合數(shù)據(jù)分析模型的調(diào)用可實現(xiàn)防汛防臺數(shù)據(jù)的匯聚存儲及挖掘分析。

數(shù)據(jù)采集：通過Kafka作為統(tǒng)一采集平臺的消息管理層，靈活的對接、適配各種數(shù)據(jù)源采集（如集成f l ume），提供靈活、可配置的數(shù)據(jù)采集能力。

數(shù)據(jù)存儲：利用Hadoop技術，構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺最為核心的基礎數(shù)據(jù)的存儲、處理能力中心，提供強大的數(shù)據(jù)處理能力，滿足數(shù)據(jù)的交互需求[2]。

數(shù)據(jù)計算：利用Hadoop實現(xiàn)計算資源分配以及計算任務調(diào)度，基于Spark技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘模型的調(diào)用。

數(shù)據(jù)應用：構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)應用中心，通過BI報表系統(tǒng)，API數(shù)據(jù)接口服務等形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的應用以及可視化展示[3]。

數(shù)據(jù)分析模型：構(gòu)建數(shù)據(jù)分析模型庫，包含數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析算法、水文專業(yè)模型、大數(shù)據(jù)關聯(lián)分析模型等。

2.2 數(shù)據(jù)匯聚與存儲

隨著我國水利信息化建設的開展，數(shù)據(jù)監(jiān)測、采集、傳輸、存儲與管理等方面的基礎設施逐步完善，水利領域積累的數(shù)據(jù)量越來越大[4]。此外，支撐防汛防臺工作開展的各個業(yè)務系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也在大量增加，包括水雨情監(jiān)測系統(tǒng)、臺風系統(tǒng)、防汛指揮系統(tǒng)、內(nèi)澇監(jiān)測系統(tǒng)、動態(tài)洪水分析系統(tǒng)、山洪預警系統(tǒng)等?；诖罱ǖ拇髷?shù)據(jù)基礎應用平臺可實現(xiàn)各類防汛防臺數(shù)據(jù)的采集與存儲。

2.3 大數(shù)據(jù)關聯(lián)分析

基于搭建的大數(shù)據(jù)基礎應用平臺調(diào)用數(shù)據(jù)分析模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間關聯(lián)關系的挖掘分析[5]。防汛防臺大數(shù)據(jù)關聯(lián)分析可從2個方面切入，單因子規(guī)律性分析以及多因子關聯(lián)性分析。單因子規(guī)律性分析是以時間為導向，分析單個因子過去、現(xiàn)在、未來之間關聯(lián)性，達到分析過去、聚焦現(xiàn)在、預測未來的效果。例如：降雨頻率分析、實時降雨分析、降雨預測分析。多因子關聯(lián)性分析是以事件為驅(qū)動，進行不同因子之間關聯(lián)性、規(guī)律性分析，達到因子之間關聯(lián)規(guī)律挖掘的目的。例如：降雨與水位的關聯(lián)性、水位與險情的關聯(lián)性分析等。

3 信息關聯(lián)場景設計

數(shù)據(jù)展現(xiàn)需要建立在對行業(yè)對業(yè)務的理解、對用戶使用感受的把控、對專業(yè)數(shù)據(jù)的整理分析的基礎上，通過信息的組織來表達對一個情景的描述[6]。對于把握全局的決策領導來說，前期針對數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲、分析、運算等都是基礎性工作，通過關聯(lián)場景展現(xiàn)的手段，將各類數(shù)據(jù)當中的規(guī)律、聯(lián)系展現(xiàn)在決策人面前，才能讓數(shù)據(jù)有效支撐最終的決策。針對復雜的防汛防臺業(yè)務，需構(gòu)建多層次信息場景。

3.1 綜合信息場景

防汛防臺綜合信息場景作為信息的綜合呈現(xiàn)場景，需集“臺風、水雨情、工程運行、洪水風險”等全方位信息于一體，通過數(shù)據(jù)挖掘與信息提取，將每一項內(nèi)容的關鍵信息利用關聯(lián)關系進行場景呈現(xiàn)，通過全局化強、關聯(lián)度高、價值量深的防汛防臺信息的展示支撐領導決策。綜合信息場景可展現(xiàn)的內(nèi)容有：臺風，臺風實時路徑、預報路徑、運行方向、中心氣壓、風力風速等關鍵信息；水雨情，降雨量統(tǒng)計、降雨預報、河道水庫水位超警戒、外海潮位等關鍵信息；工情，水庫攔蓄水量、水閘排水量、泵站排水量等關鍵信息；洪水風險，水庫承洪風險、內(nèi)澇積水、受淹面積等關鍵信息。

3.2 臺風信息場景

臺風信息場景作為臺風信息的呈現(xiàn)場景，需詳細展現(xiàn)臺風的運行、預報、分析數(shù)據(jù)，包括臺風運行現(xiàn)狀、臺風預報信息、相似臺風信息等，內(nèi)容有：歷史臺風信息，歷史臺風數(shù)據(jù)、登陸情況、影響情況、臺風損失統(tǒng)計等；臺風運行信息，臺風實時路徑、運行方向、中心氣壓、風力風速等；臺風預報信息，臺風預報路徑、預報登陸地點、預報風力等；相似臺風信息，相似臺風降雨數(shù)據(jù)、氣壓數(shù)據(jù)、風力數(shù)據(jù)、災害數(shù)據(jù)等。

3.3 汛情信息場景

汛情信息場景作為防汛防臺現(xiàn)狀情勢信息的呈現(xiàn)場景，需綜合“雨情、水情、工情”，詳細展現(xiàn)降雨信息、水情信息、工程運行信息等，內(nèi)容有：雨情信息，各個轄區(qū)、流域、水庫歷史累計降雨量統(tǒng)計、降雨等值面、未來降雨預報等；水情信息，河道、水庫實時水位、歷史最高水位、水位預警統(tǒng)計等；工情信息，閘門開啟高度、開閘個數(shù)、水庫攔蓄水量、水閘排水量、泵站排水量等。

3.4 風險信息場景

風險信息是防汛防臺過程中決策領導關注的最后也是最重要一個環(huán)節(jié)，基于洪水風險高低的判別進行工程調(diào)度、防洪搶險、人員轉(zhuǎn)移的指揮，展現(xiàn)內(nèi)容有：水庫承洪風險，大中型水庫實時水位、可承受雨量、水庫降雨預報、風險狀態(tài)等；城市內(nèi)澇風險，內(nèi)澇積水、受淹面積、受淹人口、淹沒范圍、淹沒時間的預報數(shù)據(jù)等；防洪搶險管理，搶險隊伍、防汛物資、防汛預案、工程調(diào)度信息、人員調(diào)度等。

4 數(shù)據(jù)可視化大屏開發(fā)

目前在整個大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈中，數(shù)據(jù)可視化的需求很旺盛[7]，大數(shù)據(jù)前期所有的積累工作最終目的是人與數(shù)據(jù)交互，需要用終端系統(tǒng)呈現(xiàn)，才能夠充分利用數(shù)據(jù)的價值，所以數(shù)據(jù)可視化是大數(shù)據(jù)行業(yè)中必不可少的一環(huán)，同時像防汛防臺管理這種綜合性的數(shù)據(jù)可視化一般會借助大屏、多屏的手段呈現(xiàn)出來。

4.1 總體布局設計

大屏首先是要服務于場景，讓場景主題和數(shù)據(jù)合理的展現(xiàn)。由于展現(xiàn)的是一個主題的場景，需要根據(jù)業(yè)務管理的思路進行大屏布局設計，以防汛防臺為例，從上邊界臺風、降雨信息到中間汛情、風險信息再到下邊界外海潮位信息，根據(jù)決策者的思路進行信息布局設計，同時要根據(jù)實際電子大屏尺寸，進行數(shù)據(jù)成果展示設計。

4.2 信息鉆取設計

針對防汛防臺復雜業(yè)務場景，單屏信息無法實現(xiàn)所有信息統(tǒng)一展示。因此進行主屏—分屏的設計，以分屏的形式實現(xiàn)信息的逐層鉆取與展示。主屏展示總體信息、概要信息、關鍵信息，分屏展示某項指標的詳細信息，以實現(xiàn)信息的層級化展示。例如：洪水分析場景，主屏展示目前當前流域洪水相關聯(lián)信息，可向下鉆取當前洪水的歷史相似洪水信息，再次向下鉆取歷史相似洪水的相關聯(lián)汛情信息等。

4.3 場景切換設計

防汛防臺動態(tài)信息變化快，若以時間軸的形式劃分橫向場景，可隨著時間的推移實現(xiàn)橫向場景實時切換。例如：防汛防臺期間，臺風登陸前，臺風的強度、走向、可能登陸地點等信息為防汛防臺場景下的重點關注信息；臺風登陸后，降雨信息、汛情險情信息、災情信息等為防汛防臺場景下的重點關注信息。場景信息的展示需隨著時間的推移進行，對重點信息進行智能提取與切換。

4.4 大屏開發(fā)實現(xiàn)

目前，數(shù)據(jù)大屏的開發(fā)方式主要有2種，一種借助BI商業(yè)軟件進行大屏的快速定制開發(fā)[8]，另一種是利用ECharts等開源工具進行大屏定制開發(fā)。由于防汛防臺業(yè)務大數(shù)據(jù)分析成果多樣，為了滿足數(shù)據(jù)場景的切換，信息的逐層鉆取，建議利用ECharts等組件進行大屏自主研發(fā)，以滿足大屏的個性化定制需求。

5 結(jié) 語

本文以防汛防臺業(yè)務為主題，從大數(shù)據(jù)關聯(lián)的角度出發(fā)，提出基于數(shù)據(jù)可視化技術的水利業(yè)務數(shù)據(jù)大屏的設計思路：①在明確防汛防臺業(yè)務管理需求的基礎上，構(gòu)建大數(shù)據(jù)采集和存儲分析平臺框架，提出防汛防臺數(shù)據(jù)整合及關聯(lián)分析思路；②在對業(yè)務理解、用戶需求、數(shù)據(jù)分析的基礎上，以場景的形式描述防汛防臺綜合信息、臺風信息、汛情信息、風險信息需展現(xiàn)的內(nèi)容；③以數(shù)據(jù)可視化為最終目標，從總體布局、信息鉆取、場景切換等角度提出大屏設計與開發(fā)思路。通過數(shù)據(jù)采集分析、信息場景設計、可視化大屏開發(fā)3個層面構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)關聯(lián)的防汛防臺數(shù)據(jù)大屏，可為提高防汛防臺決策分析能力、提升業(yè)務管理水平提供有力的技術支撐。