牟 宇

(遼寧省朝陽(yáng)市龍城區(qū)水利局，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

朝陽(yáng)市東連工業(yè)城市群，西接京津翼經(jīng)濟(jì)圈，南臨渤海之濱，北依內(nèi)蒙腹地，境內(nèi)河網(wǎng)密布，有老哈河、大凌河、小凌河、青龍河4大水系，洪水、高潮、暴雨和臺(tái)風(fēng)自然災(zāi)害對(duì)城市安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，準(zhǔn)確分析研判汛情、及時(shí)掌握汛情發(fā)展趨勢(shì)和快速發(fā)布預(yù)警信息，對(duì)于朝陽(yáng)市做好汛情防范應(yīng)對(duì)以及防汛調(diào)度決策等極其重要。

從朝陽(yáng)水務(wù)公共信息平臺(tái)投入應(yīng)用以來(lái)，通過(guò)與地理信息系統(tǒng)配準(zhǔn)復(fù)合、基礎(chǔ)平臺(tái)數(shù)據(jù)整合等實(shí)現(xiàn)了海量汛情數(shù)據(jù)的快速顯示，對(duì)汛情分析研判發(fā)揮了不可替代的作用。近年來(lái)，隨著智能化、信息化技術(shù)的快速發(fā)展，全社會(huì)對(duì)防汛減災(zāi)提出了越來(lái)越高的要求，為了有效應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)峻防汛形勢(shì)，亟需進(jìn)一步提升朝陽(yáng)市智能化汛情分析水平。

1 汛情分析現(xiàn)狀

1.1 多平臺(tái)應(yīng)用尚未深化

在互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術(shù)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，社會(huì)公眾及防汛人員急切需要多平臺(tái)防汛模式。雖然在大屏端、移動(dòng)端公共信息平臺(tái)可以提供部分汛情分析功能，如實(shí)時(shí)雨量、臺(tái)風(fēng)路徑、預(yù)警預(yù)報(bào)等，但不同操作系統(tǒng)互不兼容的特性極大地阻礙了多平臺(tái)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，多種終端仍難以實(shí)現(xiàn)汛情分析功能的全面覆蓋。

1.2 信息覆蓋行業(yè)不廣泛

通過(guò)網(wǎng)上快速顯示海量數(shù)據(jù)，公共信息平臺(tái)能夠滿足區(qū)、市兩級(jí)防汛指揮的基本需求，但數(shù)據(jù)信息覆蓋范圍較窄以水務(wù)行業(yè)數(shù)據(jù)為主，相對(duì)于全社會(huì)共同防汛的要求還具有很大的差距。近幾年，全市各防汛單位持續(xù)加快各類(lèi)信息系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)建設(shè)，需要拓寬公共信息平臺(tái)的覆蓋范圍，進(jìn)一步梳理數(shù)據(jù)信息。

1.3 信息應(yīng)用程度不夠深

對(duì)基本的數(shù)據(jù)查詢(xún)屬于公共信息平臺(tái)的主要功能，雖然可以在一定程度上發(fā)揮輔助防汛決策的作用，但各行業(yè)數(shù)據(jù)之間存在較低的關(guān)聯(lián)度。在各種場(chǎng)景模擬分析中能夠使用的數(shù)據(jù)較少，預(yù)報(bào)預(yù)警的智能化水平偏低，更多的信息只能被用于展示，而無(wú)法用于實(shí)戰(zhàn)。例如，預(yù)判汛期道路積水情況時(shí)需進(jìn)一步提高智能化分析水平。此外，積累了海量暴雨、歷史臺(tái)風(fēng)等汛情數(shù)據(jù)的公共信息平臺(tái)，未能實(shí)現(xiàn)這些信息的充分利用，對(duì)于暴雨數(shù)據(jù)查詢(xún)、歷史臺(tái)風(fēng)之間的對(duì)比、關(guān)聯(lián)等功能還有待完善，仍要進(jìn)一步提升災(zāi)害影響程度和汛情發(fā)展趨勢(shì)的模擬功能。

2 智能防汛指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念

2020年朝陽(yáng)市新建智能防汛指揮系統(tǒng)于汛前上線投入運(yùn)行，其主要特點(diǎn)是按防汛工作“應(yīng)急處置、智能指揮、縱向到底、橫向到邊”的總體要求和社會(huì)化防汛指揮要求，從精度、深度、廣度三方面深化系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了智能防汛指揮調(diào)度平臺(tái)對(duì)防汛信息輔助決策平臺(tái)的逐步替代，通過(guò)網(wǎng)上指揮和網(wǎng)上操作實(shí)現(xiàn)了“智能調(diào)度”的防汛指揮，指揮人機(jī)互動(dòng)、資源統(tǒng)一調(diào)配、趨勢(shì)智能預(yù)判和態(tài)勢(shì)全面掌握，按以下設(shè)計(jì)理念達(dá)到汛情分析功能[1]。

2.1 社會(huì)化防汛理念

由于防汛工作風(fēng)險(xiǎn)大、責(zé)任重，這是一項(xiàng)涉及全社會(huì)的公益事業(yè)，需要區(qū)域聯(lián)動(dòng)、軍民聯(lián)手、全員參與、廣泛動(dòng)員，所以朝陽(yáng)防汛要堅(jiān)持“社會(huì)防汛”的理念[2-3]。通過(guò)增強(qiáng)災(zāi)后救助、防汛搶險(xiǎn)的整體合理和全社會(huì)防汛減災(zāi)意識(shí)，才能保證防汛工作取得理想成效。朝陽(yáng)市智能防汛指揮系統(tǒng)建設(shè)就是實(shí)現(xiàn)防汛指揮的“智能調(diào)度”，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是對(duì)各防汛部門(mén)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行快速的匯集。

2.2 信息演練與智能調(diào)度

在持續(xù)推進(jìn)智能化、移動(dòng)化、可視化防汛工作的情況下，更要注重防汛工作中“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)所帶來(lái)的機(jī)遇。目前，單純的數(shù)據(jù)展示、信息查詢(xún)已無(wú)法適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需求，必須以“管、觀、防”相結(jié)合更加突出實(shí)戰(zhàn)功能，逐步轉(zhuǎn)變以“觀”為主的現(xiàn)狀。

2.3 自適應(yīng)、多目標(biāo)、跨平臺(tái)

面對(duì)日趨多樣化和個(gè)性化的智能終端，為了開(kāi)拓全新的移動(dòng)防汛模式必須用移動(dòng)終端、大屏終端等，深化公共服務(wù)和社會(huì)管理增強(qiáng)防汛減災(zāi)能力。所以，使用多尺寸智能終端系統(tǒng)或多種移動(dòng)操作系統(tǒng)逐漸成為現(xiàn)階段技術(shù)攻關(guān)目標(biāo)。通過(guò)優(yōu)化完善和擴(kuò)展移動(dòng)端、電腦端、大屏端的功能，朝陽(yáng)市智能防汛指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)、電腦、大屏等多終端的一體化[4]。

3 智能防汛指揮系統(tǒng)汛情分析

根據(jù)“資源統(tǒng)一調(diào)配、趨勢(shì)智能預(yù)判、態(tài)勢(shì)全面掌握”的總體要求合理設(shè)計(jì)新建智能指揮系統(tǒng)的汛情分析模塊，并且在系統(tǒng)后臺(tái)集成防汛相關(guān)功能模塊，實(shí)現(xiàn)了按需調(diào)用的目的。一般地，汛情分析功能主要分布于應(yīng)急管理、監(jiān)控監(jiān)測(cè)、調(diào)度支撐、預(yù)報(bào)預(yù)警4個(gè)模塊。

3.1 應(yīng)急管理模塊

應(yīng)急管理模塊包括防汛風(fēng)險(xiǎn)圖成果、防汛隱患排查結(jié)果、基礎(chǔ)資料信息庫(kù)等汛情分析功能。該模塊可以提供河湖管理、區(qū)域除澇、城鎮(zhèn)排水、千里江堤、千里海塘等工程設(shè)施信息，曾積水點(diǎn)、病險(xiǎn)水閘、堤防薄弱段和海塘薄弱段等信息，以及海塘堤防潰口淹水、城區(qū)暴雨積水等防汛風(fēng)險(xiǎn)圖成果和隱患排查成果，提供信息支撐更好地分析研判汛情。

3.2 監(jiān)控監(jiān)測(cè)模塊

監(jiān)控監(jiān)測(cè)模塊包括積水監(jiān)測(cè)、視頻資源、市政泵站、除澇泵閘、流量監(jiān)控、實(shí)時(shí)水位、實(shí)時(shí)雨量、風(fēng)向風(fēng)速、衛(wèi)星雷達(dá)、臺(tái)風(fēng)路徑以及綜合汛情等汛情分析功能。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)源的不斷拓展，運(yùn)用公共信息平臺(tái)為汛情研判提供支持。該模塊主要有災(zāi)情、工情、雨情、水情、氣象等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，每五分鐘一次的頻率更新數(shù)據(jù)。其中，災(zāi)情信息匯集了全市所有的下立交積水監(jiān)測(cè)信息，積水監(jiān)測(cè)功能可以實(shí)現(xiàn)城市節(jié)水情況的實(shí)時(shí)掌握；工情信息匯集了全市所有泵閘實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，除澇泵閘功能可以實(shí)現(xiàn)水泵、閘門(mén)、泵閘的外河及內(nèi)河水位情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；雨情信息匯集了所有雨量站的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)雨量功能可以對(duì)全市雨量分布情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示；水情信息匯集了全市4大水系及所有水位站監(jiān)測(cè)信息，實(shí)時(shí)水位功能可對(duì)近海、全市及4大水系實(shí)時(shí)水位信息進(jìn)行直觀的顯示；氣象信息匯集了全市衛(wèi)星云圖、雷達(dá)云圖信息和所有風(fēng)向風(fēng)速監(jiān)測(cè)站信息，風(fēng)速風(fēng)向功能和衛(wèi)星雷達(dá)可以對(duì)全市氣溫、氣壓、風(fēng)向和風(fēng)速等信息直觀地展示。此外，臺(tái)風(fēng)路徑功能建立了詳實(shí)的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)，基于Web GIS實(shí)現(xiàn)了10級(jí)與7級(jí)風(fēng)圈影響分析、相關(guān)信息綜合查詢(xún)、動(dòng)態(tài)告警、臺(tái)風(fēng)路徑自動(dòng)生成以及相似路徑智能查找等[5]。

3.3 調(diào)度支撐模塊

調(diào)度支撐模塊包括汛情回溯、積水發(fā)現(xiàn)2項(xiàng)汛情分析功能。其中，新建的積水發(fā)現(xiàn)功能主要是通過(guò)系統(tǒng)建設(shè)及時(shí)掌握道路積水情況，為避險(xiǎn)交通管制、道路積水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警以及防汛決策指揮及時(shí)提供數(shù)據(jù)支持。將300多路視頻接入該系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)圖像智能識(shí)別，同步疊加30個(gè)小區(qū)、325條道路、416處下立交熱線報(bào)災(zāi)和在線監(jiān)測(cè)，以及210處窨井液位預(yù)警、內(nèi)澇數(shù)模預(yù)測(cè)等方面信息，在暴雨來(lái)臨時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)易積水的居住小區(qū)、重要路段和下立交的積水信息動(dòng)態(tài)罷工、及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

新建的汛情回溯模塊收集、整理了歷史上對(duì)朝陽(yáng)造成較大影響的臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)，對(duì)近20a影響朝陽(yáng)的暴雨、臺(tái)風(fēng)等主要災(zāi)害事件及其關(guān)聯(lián)的災(zāi)情、水情、雨情、氣象等要素重點(diǎn)分析，從而搭建智能回溯歷史汛情數(shù)據(jù)集。防汛指揮期間可以智能化比對(duì)分析歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)汛情信息，對(duì)洪澇災(zāi)害影響程度以及汛情可能發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行模式，為防汛決策提供支持。

3.4 預(yù)報(bào)預(yù)警模塊

預(yù)報(bào)預(yù)警模塊包括道路積水預(yù)報(bào)、分片水情預(yù)報(bào)、潮位預(yù)報(bào)、氣象預(yù)報(bào)等4項(xiàng)汛情分析功能。其中，構(gòu)建能夠準(zhǔn)確、快速、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)分析城市道路積水系統(tǒng)，這是有效應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害、提升決策科學(xué)性以及增加預(yù)警準(zhǔn)備時(shí)間的重要手段。通過(guò)對(duì)道路積水預(yù)測(cè)結(jié)果的自動(dòng)讀取，系統(tǒng)新增的道路積水預(yù)報(bào)模塊實(shí)現(xiàn)道路積水信息的實(shí)時(shí)發(fā)布。該預(yù)報(bào)系統(tǒng)是采用專(zhuān)報(bào)自動(dòng)生成技術(shù)、離散網(wǎng)格化洪水風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)挖掘以及與氣象精細(xì)化降雨預(yù)報(bào)的耦合技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，充分運(yùn)用城市水文-水動(dòng)力暴雨洪水分析模型和水雨情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)大數(shù)據(jù)，并結(jié)合防洪排澇工程運(yùn)行數(shù)據(jù)、河網(wǎng)潮(水)位數(shù)據(jù)、降雨實(shí)測(cè)與預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、下墊面數(shù)據(jù)等，在暴雨來(lái)臨前對(duì)降雨可能會(huì)造成的最大與平均積水深度、積水道路路段進(jìn)行預(yù)報(bào)，在此基礎(chǔ)上給予防御提示。目前，該系統(tǒng)覆蓋范圍達(dá)到2615km2，涉及龍城區(qū)、雙塔區(qū)、朝陽(yáng)水利控制片等，現(xiàn)已成為朝陽(yáng)市防汛應(yīng)急和洪澇災(zāi)害防御中應(yīng)用常態(tài)化的工具。

其中，新增水利控制片水情預(yù)報(bào)主要是提高全市水情預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度，在暴雨來(lái)臨前及時(shí)預(yù)報(bào)各水利控制片和流域重要站點(diǎn)的最高水位及其出現(xiàn)時(shí)間。近年來(lái)，朝陽(yáng)市低洼地區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，由于臺(tái)風(fēng)降雨、泵站工程運(yùn)行、上游洪水等多種因素同時(shí)對(duì)水利控制片區(qū)內(nèi)水位產(chǎn)生作用，該復(fù)雜的水流過(guò)程機(jī)理明顯增大了防汛預(yù)報(bào)的工作難度。所以，新增水利控制片水情預(yù)報(bào)項(xiàng)目對(duì)提高水位預(yù)報(bào)精度、預(yù)報(bào)控制性站點(diǎn)水位等非常必要。水利控制片水情預(yù)報(bào)項(xiàng)目共建立了平原區(qū)水文產(chǎn)匯流模型、河網(wǎng)水動(dòng)力模型、水利工程調(diào)度模型和區(qū)域邊界預(yù)報(bào)模型4個(gè)模型。其中，通過(guò)構(gòu)建建設(shè)用地、旱地、水田、平原區(qū)河網(wǎng)區(qū)水面4種下墊面產(chǎn)流模型可以模擬本地降雨產(chǎn)匯流過(guò)程；河網(wǎng)水動(dòng)力模型可用于任意河網(wǎng)斷面流量過(guò)程及水位的模擬；水利工程調(diào)度模型可數(shù)值求解泵、閘、堰的流量過(guò)程，模擬各類(lèi)水利工程調(diào)度預(yù)案；區(qū)域邊界預(yù)測(cè)模型模擬預(yù)報(bào)上游水位的主要手段是相關(guān)統(tǒng)計(jì)模型。目前，該功能可明顯提高防汛預(yù)報(bào)精度以及水利部門(mén)的應(yīng)急搶險(xiǎn)能力，及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)朝陽(yáng)市水利控制片20個(gè)站點(diǎn)的水位。

4 智能指揮系統(tǒng)的應(yīng)用與效果分析

4.1 朝陽(yáng)市智能防汛指揮系統(tǒng)應(yīng)用

在2020年朝陽(yáng)市臺(tái)風(fēng)防御實(shí)戰(zhàn)中，新建智能指揮系統(tǒng)直觀反映了“洪水、高潮、暴雨、臺(tái)風(fēng)”四大致災(zāi)因子是否有預(yù)警及其變化特征，并以點(diǎn)、面、特征值3個(gè)層面呈現(xiàn)，可直觀、實(shí)時(shí)感知洪水、高潮、暴雨、臺(tái)風(fēng)等汛情變化。

以汛期某場(chǎng)次暴雨為例，第1階段：系統(tǒng)結(jié)合窨井液位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和降水預(yù)報(bào)，利用內(nèi)澇數(shù)據(jù)模型預(yù)測(cè)未來(lái)6h內(nèi)可能發(fā)生積水的小區(qū)、道路等，并將積水預(yù)報(bào)信息在第一時(shí)間群發(fā)給有關(guān)排水單位，以實(shí)現(xiàn)早部署、早準(zhǔn)備的目的。第2階段：暴雨開(kāi)始后首頁(yè)顯示“預(yù)警信號(hào)、最大值和雨型”特征指標(biāo)，點(diǎn)擊后可以直觀地顯示雨量分布特征。局部地區(qū)有特大暴雨，個(gè)別站點(diǎn)降雨量達(dá)到187.2mm，全市范圍內(nèi)普降暴雨，點(diǎn)擊某一雨量站點(diǎn)可以詳細(xì)顯示降雨過(guò)程和降雨強(qiáng)度，并與周邊視頻相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了“點(diǎn)”上雨情的直觀精準(zhǔn)展示。第3階段：系統(tǒng)通過(guò)1.2萬(wàn)個(gè)小區(qū)物業(yè)經(jīng)理的客戶(hù)端剝蒜、基層上千人工作人員現(xiàn)場(chǎng)量防水、40個(gè)易積水點(diǎn)視頻監(jiān)控以及700多處在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，網(wǎng)格化管理人員和大量基層巡查人員信息報(bào)送等方式，快速準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)積水事件。總體而言，通過(guò)上述3個(gè)階段為汛情實(shí)時(shí)預(yù)判和應(yīng)急處置提供了支持。

4.2 汛情分析功能效果分析

1)實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用明顯增強(qiáng)。新建智能指揮系統(tǒng)將原先分散在各個(gè)模塊的信息集合在“一張圖”上，通過(guò)臺(tái)風(fēng)防御、暴雨防御等場(chǎng)景將各類(lèi)防汛數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了“觀看”向“實(shí)戰(zhàn)”的轉(zhuǎn)變。例如，致災(zāi)因子是否有預(yù)警及其變化特征直觀的反映在首頁(yè)上，暴雨處置場(chǎng)景中向防汛工作人員推送預(yù)警信息，暴雨過(guò)程中提供積水、水位、水量等實(shí)時(shí)信息，同時(shí)還提供歷史暴雨、臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)對(duì)比和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢(xún)。各類(lèi)防汛信息的也可在手機(jī)端同步查看，從而實(shí)現(xiàn)了“移動(dòng)防汛”。

2)趨勢(shì)分析更全面。在原有大江大河潮位預(yù)報(bào)和風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)的情況下，新建智能指揮系統(tǒng)新增了內(nèi)河水位預(yù)報(bào)和道路積水預(yù)報(bào)，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)范圍進(jìn)一步的擴(kuò)大。采用了更加智能的信息發(fā)現(xiàn)手段和現(xiàn)代化大數(shù)據(jù)分析的預(yù)報(bào)方式，如以視頻圖像智能識(shí)別替代了原儀器監(jiān)測(cè)，以大數(shù)據(jù)分析替代數(shù)據(jù)模擬等。新建智能指揮系統(tǒng)明顯提高了預(yù)報(bào)預(yù)警的智能化水平和汛情趨勢(shì)的分析研判水平，為主動(dòng)部署防御工作、提前預(yù)判災(zāi)情等提供更加科學(xué)的決策依據(jù)。

3)智能感知更全面。從服務(wù)全社會(huì)、全社會(huì)參與的角度，新建智能指揮系統(tǒng)將與防汛關(guān)聯(lián)的處置信息、雨情、災(zāi)情、汛情全部整合，包括政務(wù)微信、航空影響、地圖、地下空間、在建工地、道路小區(qū)積水、氣象、工情、雨情、水情等60多類(lèi)數(shù)據(jù)內(nèi)容，共涉及區(qū)級(jí)單位、有關(guān)專(zhuān)業(yè)單位、朝陽(yáng)委辦局、流域等30余家單位，形成5281個(gè)神經(jīng)元，基本實(shí)現(xiàn)了全行業(yè)數(shù)據(jù)的全覆蓋。

5 結(jié) 論

在朝陽(yáng)市汛情研判分析時(shí)利用新建智能指揮系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了資源統(tǒng)一調(diào)配、趨勢(shì)智能預(yù)判和態(tài)勢(shì)全面掌握。隨著科技的發(fā)展，在數(shù)字化防汛基礎(chǔ)設(shè)施和已匯聚的自動(dòng)感知點(diǎn)情況下，未來(lái)將進(jìn)一步推進(jìn)向系統(tǒng)接入神經(jīng)元的工作，不斷強(qiáng)化更新機(jī)制、加強(qiáng)數(shù)據(jù)對(duì)接和優(yōu)化指標(biāo)體系。系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，要加快街(鎮(zhèn))、區(qū)兩級(jí)指揮系統(tǒng)定制開(kāi)發(fā)和城運(yùn)中心的部署，加快實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)汛情分析的全覆蓋。