莊 磊，葛召華

（山東省水利綜合事業(yè)服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

近幾年，山東省連續(xù)遭到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)侵襲，“溫比亞”“利奇馬”“巴威”等臺(tái)風(fēng)先后登陸，暴雨、大暴雨等極端天氣頻發(fā)，給防汛工作帶來(lái)嚴(yán)重考驗(yàn)[1]。面對(duì)防汛新形勢(shì)新要求，山東省水利信息化在支撐水旱災(zāi)害防御方面的短板也愈發(fā)明顯，汛情數(shù)據(jù)渠道單一，應(yīng)急調(diào)度手段滯后，智慧化決策水平不高，業(yè)務(wù)協(xié)同和統(tǒng)一調(diào)配難度較大，防汛指揮調(diào)度的整體能力亟待改善。

為著力解決“十三五”發(fā)展中的“支撐決策能力不足”等問(wèn)題[2]，2018 年底，山東省水利廳做出建設(shè)省防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)的重大決策。該系統(tǒng)基于現(xiàn)有水利數(shù)據(jù)中心、云平臺(tái)開(kāi)發(fā)建設(shè)，充分運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng) +”、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G 等新興技術(shù)，初步打造集綜合指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)匯聚應(yīng)用、風(fēng)險(xiǎn)防范預(yù)警、事件應(yīng)急處置、服務(wù)科學(xué)決策等功能為一體的省級(jí)防汛調(diào)度指揮中樞。

1 建設(shè)目標(biāo)及功能設(shè)計(jì)

1.1 建設(shè)目標(biāo)

全面整合水旱災(zāi)害防御、水文水情、河湖管理、視頻監(jiān)控、氣象預(yù)報(bào)等信息數(shù)據(jù)，優(yōu)化集成防御調(diào)度、指揮會(huì)商、遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中展示等需求功能，超前建設(shè)功能完備、可靠穩(wěn)定的音視頻展示系統(tǒng)，打造智慧化、科學(xué)化的水利行業(yè)一體化調(diào)度平臺(tái)。防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)深度融合衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)、5G 等新興技術(shù)，將各類(lèi)水利信息要素集成到省級(jí)決策中樞，建立水利信息全范圍感知、行業(yè)調(diào)度全流程支撐的信息化體系，使各類(lèi)應(yīng)急調(diào)度有章可循，進(jìn)一步推動(dòng)水利防汛工作現(xiàn)代化[3]。

1.2 功能設(shè)計(jì)

防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)應(yīng)具備以下主要功能：

1）實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)智能應(yīng)用。集成山東省河湖水系、水文水資源、水利工程、防汛抗旱等業(yè)務(wù)歷史數(shù)據(jù)，以及水利信息化和智能化建設(shè)產(chǎn)生的各類(lèi)成果數(shù)據(jù)，利用可視化大屏和智能檢索技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集中展示和智能應(yīng)用。

2）實(shí)現(xiàn)一張圖指揮。利用山東省地理信息數(shù)據(jù)，對(duì)省內(nèi)主要河流湖庫(kù)及監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行圖上標(biāo)繪，形成山東省河湖一張圖，對(duì)河流信息要素等實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新，并利用可視化大屏技術(shù)進(jìn)行全景展示，為水旱災(zāi)害防御調(diào)度指揮提供決策依據(jù)。

3）保障應(yīng)急調(diào)度。建設(shè)覆蓋山東省各市、縣級(jí)水行政主管部門(mén)和重點(diǎn)水利工程的可視化值班系統(tǒng)，使應(yīng)急調(diào)度指令第一時(shí)間傳達(dá)至各有關(guān)單位，并隨時(shí)對(duì)行業(yè)值班情況進(jìn)行檢查。

4）融合多源信號(hào)。集成視頻會(huì)議、視頻監(jiān)控、音頻視頻、5G 設(shè)備、無(wú)人機(jī)、遙感衛(wèi)星等多種信號(hào)，健全水利感知平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的全數(shù)字融合，做到統(tǒng)一管理、集中控制。

5）推動(dòng)資源共享。在系統(tǒng)建設(shè)及開(kāi)發(fā)過(guò)程中，充分考慮多部門(mén)間防汛調(diào)度會(huì)商需求，在系統(tǒng)端預(yù)留接口，方便防汛業(yè)務(wù)廳局隨時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)，調(diào)取數(shù)據(jù)。

1.3 整體架構(gòu)

山東省水利防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)整體架構(gòu)由以下內(nèi)容組成：5 個(gè)層面，包括基礎(chǔ)設(shè)施支撐層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、智能應(yīng)用層、決策層；2 類(lèi)保障體系，包括運(yùn)行維護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 2 個(gè)體系；3 類(lèi)服務(wù)對(duì)象，包括省防汛抗旱指揮部（以下簡(jiǎn)稱(chēng)省防指），省級(jí)水行政主管、應(yīng)急管理部門(mén)?？傮w架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 1 所示。

5 個(gè)層面具體分析如下：

1）決策層。山東省防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)主要供3 類(lèi)服務(wù)對(duì)象有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及人員使用。

圖 1 防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)整體架構(gòu)

2）智能應(yīng)用層。智能應(yīng)用層基于防汛調(diào)度等業(yè)務(wù)需求，以及應(yīng)用支撐層提供的標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)接口，開(kāi)發(fā)大數(shù)據(jù)智能服務(wù)、行業(yè)一體化調(diào)度、多場(chǎng)景會(huì)商等功能模塊，為防汛工作提供數(shù)據(jù)參考和決策支撐。

3）應(yīng)用支撐層。應(yīng)用支撐層在基礎(chǔ)設(shè)施層和數(shù)據(jù)資源層的基礎(chǔ)上，建立“統(tǒng)一門(mén)戶(hù)、統(tǒng)一用戶(hù)”的應(yīng)用建設(shè)規(guī)范體系，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、智能識(shí)別、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，提供不同場(chǎng)景下的水利應(yīng)用模型服務(wù)，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)接口。

4）數(shù)據(jù)資源層。數(shù)據(jù)資源層通過(guò)建立規(guī)范統(tǒng)一的水利數(shù)據(jù)資源目錄和倉(cāng)庫(kù)，制定資源處理、匯聚、共享等方面的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)數(shù)據(jù)的匯聚交換和資源管理，推動(dòng)多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)資源共享。

5）基礎(chǔ)設(shè)施支撐層?；A(chǔ)設(shè)施支撐層由省級(jí)水利云、信息感知和通信網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)成，為各類(lèi)信息化應(yīng)用提供通信網(wǎng)絡(luò)支撐和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。

2 主要建設(shè)內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 水利大數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用

基于山東省水利海量數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)組件、虛擬化、智能感知、挖掘建模、機(jī)器學(xué)習(xí)、多學(xué)科融合展現(xiàn)等技術(shù)，開(kāi)展多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)整合、共享，實(shí)現(xiàn)已有數(shù)據(jù)在出入口上的一數(shù)一源和智能管理，建立完備的山東省水利資源池[4]。開(kāi)發(fā)水利數(shù)據(jù)垂直搜索引擎基礎(chǔ)理論模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能檢索和智慧應(yīng)用，將面向?qū)I(yè)人員的表格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成面向領(lǐng)導(dǎo)決策的可視化展示數(shù)據(jù)，應(yīng)用人工智能技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)，構(gòu)建水利知識(shí)圖譜，打造基于業(yè)務(wù)需求的多場(chǎng)景可視化大數(shù)據(jù)應(yīng)用。具體應(yīng)用分析如下：

1）開(kāi)發(fā)河湖一張圖。利用天地圖和水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，整合衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控、工程信息等，對(duì)全省 9 000 余條鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)以上河流、6 436 個(gè)湖庫(kù)及相關(guān)建筑和監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行矢量標(biāo)繪，涵蓋河道控制線、保護(hù)區(qū)、保留區(qū)及開(kāi)發(fā)利用區(qū)等范圍[5]。使用遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)河道劃界岸線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建立岸線遙感監(jiān)測(cè)底片。研發(fā)面向?qū)ο蠓指詈蜕疃葘W(xué)習(xí)結(jié)合的河湖岸線提取算法，快速提取監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的違章建筑、侵占灘地、違法養(yǎng)殖、違法采砂、涉水建設(shè)項(xiàng)目等信息，并進(jìn)行人工目視校核和修正。

2）開(kāi)發(fā)專(zhuān)題數(shù)據(jù)可視化展示。應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有水利數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)水利等的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，開(kāi)發(fā)多個(gè)場(chǎng)景的專(zhuān)題演示界面。目前已完成水利概況、防汛抗旱、重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)、河（湖）長(zhǎng)制、水文水資源、水利移民等業(yè)務(wù)的綜合和專(zhuān)題數(shù)據(jù)的可視化展示。通過(guò)可視化形式可宏觀了解水利信息，促進(jìn)不同水利系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，為業(yè)務(wù)創(chuàng)新和正確決策提供依據(jù)，也為水利業(yè)務(wù)強(qiáng)監(jiān)管提供有力支撐。

2.2 多源信號(hào)可視化展現(xiàn)

將會(huì)議終端、視頻監(jiān)控、單兵設(shè)備、無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星電話、4G/5G 設(shè)備、寬帶集群系統(tǒng)等與水利業(yè)務(wù)進(jìn)行深度融合，以可視化形式呈現(xiàn)各類(lèi)數(shù)據(jù)資源，快速實(shí)現(xiàn)可視化扁平調(diào)度和汛情現(xiàn)場(chǎng)全景可視，廣泛應(yīng)用于水文水資源、防汛抗旱、水利項(xiàng)目建設(shè)等工作中，尤其為應(yīng)急指揮調(diào)度和水利項(xiàng)目推進(jìn)提供強(qiáng)有力的信息化支撐，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)感知、資源整合、智能分析、輔助決策[6]。

2.3 視頻展示優(yōu)化提升

建設(shè)完成綜合可視化展示平臺(tái)，整合 LED 大屏顯示系統(tǒng)、超高分可視化和大屏幕綜合應(yīng)用管理平臺(tái)等設(shè)備，應(yīng)用軟、硬件拼接技術(shù)，可針對(duì)不同業(yè)務(wù)、場(chǎng)景需求，對(duì)圖像進(jìn)行定制，開(kāi)發(fā)多種調(diào)度、會(huì)商、演示模式，有效滿(mǎn)足水利行業(yè)指揮調(diào)度需求。建設(shè)完成超高清全融合顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)端到端真 4K 高清效果，可實(shí)現(xiàn) 4K 視頻會(huì)商、監(jiān)控及全視頻 4K 融合上墻，使各類(lèi)視頻信號(hào)更加真實(shí)清晰，顯著提升視頻會(huì)商效果。

2.4 行業(yè)調(diào)度一體化聯(lián)動(dòng)

建設(shè)水利行業(yè)可視化值班系統(tǒng)，完成山東省16 個(gè)市、150 余個(gè)縣、30 余個(gè)水庫(kù)的視頻終端安裝配置。市、縣、水庫(kù)三級(jí)值班畫(huà)面分層級(jí)集中演示，市級(jí)畫(huà)面采取固定模式展示，縣級(jí)及水庫(kù)畫(huà)面采取輪巡模式展示，省防汛值班室可隨時(shí)對(duì)任一部門(mén)進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)省、市、縣三級(jí)水行政主管部門(mén)無(wú)障礙實(shí)時(shí)會(huì)商，滿(mǎn)足值班輪詢(xún)、水情會(huì)商、防汛調(diào)度的可視化需要，為汛期政令暢通和突發(fā)事件處置提供保障[7]。

2.5 涉水?dāng)?shù)據(jù)有效整合共享

實(shí)現(xiàn)不同省直部門(mén)間的數(shù)據(jù)共享和聯(lián)合應(yīng)用：

1）數(shù)據(jù)共享方面。接入山東省氣象局云圖、雷達(dá)等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)跟蹤并動(dòng)態(tài)演示云圖、雷達(dá)圖。將河湖岸線規(guī)劃數(shù)據(jù)與自然資源廳相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行共享交換，確保劃界數(shù)據(jù)的權(quán)威性和準(zhǔn)確性。與生態(tài)環(huán)境廳實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)共享，擴(kuò)展河湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)覆蓋范圍。

2）聯(lián)合應(yīng)用方面。通過(guò)運(yùn)營(yíng)商專(zhuān)線，實(shí)現(xiàn)與山東省應(yīng)急管理廳、氣象局、武警總隊(duì)的數(shù)據(jù)共享聯(lián)通，各單位可實(shí)時(shí)查看雨水情信息，調(diào)度降水情況。通過(guò)省電子政務(wù)專(zhuān)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與省應(yīng)急管理廳值班室高清防汛會(huì)商。

3 應(yīng)用效益分析

3.1 全面提升防汛統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力

山東省防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，應(yīng)急調(diào)度、雨水情查詢(xún)、臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、行業(yè)會(huì)商 4 種能力效益顯著，有效確保了全省災(zāi)情應(yīng)對(duì)統(tǒng)一指揮、調(diào)度和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。2019 年以來(lái)，山東省主要領(lǐng)導(dǎo)多次通過(guò)調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)集成的雨水情查詢(xún)、氣象研判、臺(tái)風(fēng)路徑分析、視頻會(huì)商等業(yè)務(wù)應(yīng)用，召開(kāi)跨地域、部門(mén)的應(yīng)急會(huì)商會(huì)議 10 余次，調(diào)度各市防指 40 余次，多次做出搶險(xiǎn)救災(zāi)重要指示，有效確保了全省災(zāi)情應(yīng)對(duì)科學(xué)有效。

3.2 扎實(shí)推進(jìn)行業(yè)一體化調(diào)度監(jiān)管

1）建設(shè)全省水利可視化值班系統(tǒng)，打造覆蓋省、市、縣三級(jí)水行政主管部門(mén)和大型水庫(kù)的調(diào)度會(huì)商網(wǎng)絡(luò)。汛期各級(jí)可視化值班設(shè)備保持 7×24 h開(kāi)機(jī)，配備專(zhuān)人值班值守，值班畫(huà)面在山東省調(diào)度中心全天候顯示，可隨時(shí)進(jìn)行視頻會(huì)商、調(diào)度檢查，有效確保全省水利系統(tǒng)災(zāi)情應(yīng)對(duì)的協(xié)同高效。

2）開(kāi)發(fā)重點(diǎn)水利工程大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)顯示山東省 1 705 個(gè)重點(diǎn)水利工程計(jì)劃投資、資金執(zhí)行、項(xiàng)目進(jìn)展等情況。根據(jù)項(xiàng)目類(lèi)型和所屬地域，定制開(kāi)發(fā)多種對(duì)比、分析、查詢(xún)模式，全省項(xiàng)目狀態(tài)、各市建設(shè)進(jìn)度一目了然并可隨時(shí)調(diào)度，做到“一屏觀全省、一屏管全省”。

3.3 不斷深化涉水?dāng)?shù)據(jù)互聯(lián)共享

借助山東省水利防汛調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了涉水?dāng)?shù)據(jù)在水利、應(yīng)急、自然資源、生態(tài)環(huán)境、氣象、武警等部門(mén)之間無(wú)障礙流通，以及水利、應(yīng)急部門(mén)之間的實(shí)時(shí)視頻會(huì)商。汛期，省防指各部門(mén)、防汛專(zhuān)家多次聯(lián)合會(huì)商，調(diào)度各市縣汛情、險(xiǎn)情、工情，研判臺(tái)風(fēng)趨勢(shì)和水庫(kù)、河道水情變化，為災(zāi)情應(yīng)對(duì)提供了可靠支撐。同時(shí)，依托自然資源和生態(tài)環(huán)境部門(mén)提供的河湖岸線、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等方面的數(shù)據(jù)，為水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管提供可靠依據(jù)。

3.4 有效助力突發(fā)事件應(yīng)急處置

1）化工廠緊急事件處置。2019 年“利奇馬”臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間，小清河一河段發(fā)生潰堤，某化工廠可能因化學(xué)物質(zhì)泄露引發(fā)爆炸。通過(guò)調(diào)度指揮系統(tǒng)，省防指第一時(shí)間與現(xiàn)場(chǎng)視頻聯(lián)通，根據(jù)一張圖全面了解河流信息，調(diào)取潰堤河段監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)，迅速形成解決方案并下達(dá)，現(xiàn)場(chǎng)處理情況通過(guò)平臺(tái)數(shù)據(jù)、視頻影像實(shí)時(shí)反饋到調(diào)度中心。通過(guò)緊急搶險(xiǎn)，險(xiǎn)情迅速解除。

2）小清河壅水事件處置。受“利奇馬”臺(tái)風(fēng)影響，小清河下游某段出現(xiàn)壅水現(xiàn)象，造成水位暴漲，隨時(shí)可能出現(xiàn)潰壩。省防指迅速根據(jù)一張圖了解河流信息，調(diào)度河段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，第一時(shí)間開(kāi)展汛情分析和聯(lián)合調(diào)度，緊急調(diào)整應(yīng)急方案，現(xiàn)場(chǎng)防汛搶險(xiǎn)人員迅速做出響應(yīng)，順利解決危機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

山東省水利防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)充分運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng) +”、大數(shù)據(jù)、人工智能、遙感影像、5G 等技術(shù)，打造了智慧化、科學(xué)化的水利行業(yè)一體化指揮調(diào)度監(jiān)管平臺(tái)，為水情監(jiān)測(cè)預(yù)警和防汛會(huì)商提供有力支撐，為行業(yè)調(diào)度指揮和應(yīng)急處置提供決策依據(jù)。經(jīng)2019，2020 年汛期不間斷運(yùn)行檢驗(yàn)，防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)成效得到了初步驗(yàn)證，信息聯(lián)通快捷高效，防汛調(diào)度穩(wěn)定可靠，滿(mǎn)足了山東省防汛工作需求。為進(jìn)一步提升防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)的服務(wù)能力和應(yīng)用水平，還需要不斷提升業(yè)務(wù)應(yīng)用和信息數(shù)據(jù)的整合共享力度，建立完善防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)與水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)協(xié)同、數(shù)據(jù)更新等機(jī)制，提高全面準(zhǔn)確的信息支撐服務(wù)能力。