洪水大數(shù)據(jù)預(yù)測分析及水庫電站自動化調(diào)度處理系統(tǒng)建設(shè)探索通用性氣象水文GIS信息整合策略

【摘要】針對現(xiàn)階段防汛工作，深入分析當(dāng)前工作中存在的信息采集和處理滯后問題引起的非科學(xué)性洪水調(diào)度導(dǎo)致的洪災(zāi)，提出建設(shè)自動化大數(shù)據(jù)整合洪水分析調(diào)度系統(tǒng)的可行性研究探索，科學(xué)地發(fā)揮水利工程的防洪減災(zāi)功能。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù);防洪;自動化調(diào)度

1、防汛信息化現(xiàn)狀

當(dāng)前，在全球云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展和逐步深入應(yīng)用的引領(lǐng)下，信息化已涉及各個角落，并醞釀著一場重大變革，不斷尋求新的突破。依托基礎(chǔ)地理、設(shè)施和功能的全部數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化、智能可視化的城市信息化已是必然趨勢，而保證人民生命財產(chǎn)安全、保證社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)有序發(fā)展的防汛信息化建設(shè)也逐步納入重點(diǎn)發(fā)展的對象。

目前我國的防汛信息化建設(shè)還處于初期階段，雖然也在不斷嘗試新科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，但由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和管理，防汛、水文、氣象部門雖有信息資源共享，但在深廣度上無從談起，甚至一些地區(qū)部門間各自為政，導(dǎo)致防汛信息化仍任重道遠(yuǎn)。而信息化建設(shè)過程中，各單位的基礎(chǔ)設(shè)施也存在重復(fù)建設(shè)，且較少考慮資源共享的需求，不僅造成資源浪費(fèi)，還導(dǎo)致軟硬件設(shè)施、應(yīng)用開發(fā)技術(shù)架構(gòu)等自成體系，資源共享困難。另外各單位間信息化水平參差不齊，無形中制約了信息化效能的整體提升，而信息化建設(shè)中存在的輕軟件重硬件、輕培訓(xùn)重建設(shè)現(xiàn)象也是屢見不鮮。上述這些問題，制約著我國防汛信息化建設(shè)水平的持續(xù)發(fā)展和提高。

氣象、水文信息是重要的調(diào)度決策信息來源。而當(dāng)前社會背景下，各部門出于管理和自身利益的考量，加之缺乏統(tǒng)一規(guī)劃下的整體和優(yōu)先推進(jìn)策略，在信息共享的推進(jìn)上都是舉棋不定，甚至望而卻步，導(dǎo)致各部門之間的信息無法得到及時準(zhǔn)確有效的傳遞，從而使防汛信息化共享道路步履維艱，致使水利工程在削減洪峰，錯峰調(diào)度的作用也未得到充分發(fā)揮，而由于信息閉塞滯后導(dǎo)致的錯誤洪水調(diào)度決策，也讓人類在社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中付出了不小的代價。

當(dāng)前防汛信息采集主要以氣象水文的數(shù)字化信息為主，而且一些地區(qū)部門間數(shù)據(jù)共享的屏障致使有效信息在短時間內(nèi)無法一次性全部迅速提取，時效性得不到保證，而大部分防汛系統(tǒng)也未與GIS信息完美整合，無法直觀體現(xiàn)流域內(nèi)洪水的最終影響，這就導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)在所展現(xiàn)的效用大打折扣。面對繁雜不完整的數(shù)據(jù)，短時間內(nèi)決策者也很難在避免疏漏和錯誤的基礎(chǔ)上提取重要信息并做出最正確的決策。防汛責(zé)任大于天，人民的生命財產(chǎn)在洪水面前就是爭分奪秒，現(xiàn)實(shí)中每一個關(guān)鍵決策都要求決策者對流域內(nèi)數(shù)據(jù)信息要有充分的掌握和在短時間內(nèi)提取重要信息并作出正確判斷的能力，而這些在現(xiàn)實(shí)中幾乎無法達(dá)到完美統(tǒng)一，這就勢必要求人類在防汛信息化道路建設(shè)的過程中，不斷挖掘共享數(shù)據(jù)的潛力，探索并建設(shè)一個快、準(zhǔn)、穩(wěn)的全自動化洪水分析調(diào)度決策系統(tǒng)，科學(xué)充分的發(fā)揮水利工程設(shè)施的防災(zāi)減災(zāi)效用，避免由人為因素產(chǎn)生的錯誤決策而導(dǎo)致的人民生命財產(chǎn)損失。

2、自動化洪水分析調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)對策

2.1 有針對性的GIS系統(tǒng)精細(xì)化校準(zhǔn)

隨著無人機(jī)技術(shù)的民用普及化及RS、激光測距等新技術(shù)新硬件不斷地更新?lián)Q代，使得新型測量技術(shù)潛能得到釋放，逐步進(jìn)入實(shí)用化階段。軟件上，綜合運(yùn)用Civil 3D抓取Google Earth地形圖提取斷面信息、CASS配合GIS軟件成圖等便捷的數(shù)據(jù)分析技術(shù)更是推動測量效率不斷提升，在保證不同精度需求的前提下，促使成本漸趨合理。在測量效率不斷提升和成本不斷降低的加持下，利用現(xiàn)有DEM數(shù)據(jù)，對易產(chǎn)生山洪災(zāi)害的重點(diǎn)河道，山體溝壑進(jìn)行第一階段的災(zāi)害損失評級并進(jìn)行重點(diǎn)標(biāo)注和分級歸類，再根據(jù)評級選擇性的輔以激光測距、RS、或便捷高效的GIS信息提取分析成圖。關(guān)鍵斷面則可利用能提供厘米級精度的基于載波相位觀測值實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)的GPS-RTK等測量技術(shù)，分級校準(zhǔn)山體溝壑、河流斷面信息，針對性的精細(xì)化GIS信息，為信息化系統(tǒng)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)信息保障。

2.2 利用精細(xì)化的GIS信息和水庫電站分布，合理劃分預(yù)警范圍

在GIS信息進(jìn)一步精細(xì)化后，根據(jù)重點(diǎn)度汛部位、電站水庫地理分布，對上下游蓄水調(diào)洪工程合理分段分區(qū)域標(biāo)注影響區(qū)域，對易遭受洪災(zāi)影響的區(qū)域，設(shè)置能與自動化調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)動的基于GSM、CDMA等移動網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程預(yù)警站點(diǎn)。

2.3 結(jié)合氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，利用合理模型對洪水進(jìn)行預(yù)推演

根據(jù)劃分好的預(yù)警范圍，利用區(qū)域內(nèi)的氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，通過諸如新安江產(chǎn)流模型和動態(tài)馬斯京根法的匯流模型，預(yù)推演出由降水到形成流域出口斷面徑流量，從而得出洪水分析演算的預(yù)測性信息數(shù)據(jù)，然后結(jié)合精細(xì)化的GIS系統(tǒng)，在前端系統(tǒng)中實(shí)時得出圖形化的洪水淹沒區(qū)域，從而將數(shù)據(jù)形象化，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供更為直接的圖像化依據(jù)，避免傳統(tǒng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)提取中出現(xiàn)的遺漏和關(guān)聯(lián)推導(dǎo)中出現(xiàn)失誤導(dǎo)致的錯誤決策。

2.4 利用實(shí)時氣象水文信息，對預(yù)推演洪水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)校準(zhǔn)

由于天氣系統(tǒng)的復(fù)雜多變，特別是小流域山區(qū)受眾多因素作用，氣象預(yù)報數(shù)據(jù)僅能作為預(yù)測參考，與最終實(shí)際數(shù)據(jù)仍有誤差且容錯率較低，即圖形化結(jié)果也僅能作為預(yù)測參考。此時應(yīng)利用氣象水文實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的大數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，從而提高模型推演的洪水淹沒區(qū)域精度，提升最終圖形化數(shù)據(jù)的可用性。

2.5 共享大數(shù)據(jù)平臺洪水推演結(jié)果，為水庫電站調(diào)度提供科學(xué)統(tǒng)籌調(diào)度方案

為上下游水庫電站實(shí)時共享校準(zhǔn)后的大數(shù)據(jù)推演結(jié)果，實(shí)時計算上下游洪水淹沒區(qū)域，精確推算水庫電站泄洪時間、泄洪流量和預(yù)泄騰庫量，利用水庫電站聯(lián)網(wǎng)依序自動化安排錯峰泄洪，避免出現(xiàn)人為因素導(dǎo)致的錯誤泄洪決策。

2.6 整合遠(yuǎn)程預(yù)警站點(diǎn)，為群眾生命財產(chǎn)筑起最后一道防線

當(dāng)出現(xiàn)特大洪水，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出水庫電站調(diào)度能力，無法利用預(yù)泄騰庫和錯峰調(diào)度來避免洪水帶來的財產(chǎn)損失，自動化調(diào)度系統(tǒng)提前對已經(jīng)關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)程預(yù)警設(shè)備發(fā)出預(yù)警信號，向推演出的淹沒區(qū)域內(nèi)民眾提前發(fā)出撤離信息，為群眾生命財產(chǎn)提供最后一道強(qiáng)有力保障。

3、結(jié)語

科學(xué)的洪水調(diào)度方案是城市發(fā)展、人民安居樂業(yè)的有力保障。為避免因信息采集和處理滯后導(dǎo)致的決策失誤而引起的人民生命財產(chǎn)損失，取代傳統(tǒng)落后的信息傳遞處理方式，探索并建設(shè)一個科學(xué)的自動化洪水預(yù)測分析調(diào)度系統(tǒng)勢在必行。

參考文獻(xiàn)：

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