流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度一體化系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究

陳瑜彬 鄒冰玉 牛文靜 秦昊

摘要：針對(duì)目前我國(guó)主要流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度信息化平臺(tái)建設(shè)中普遍存在的數(shù)據(jù)處理效率低下、資源共享能力偏弱、軟件通用程度欠缺、立體化功能不全等不足，基于面向大數(shù)據(jù)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)理念，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度一體化系統(tǒng)。介紹了該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并重點(diǎn)闡述了面向?qū)ο蟮拇髷?shù)據(jù)封裝、河網(wǎng)空間拓?fù)潢P(guān)系概化、契約模式的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)建以及基于JSON的海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)在長(zhǎng)江流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度決策中的成功應(yīng)用驗(yàn)證了其可靠性、實(shí)用性和擴(kuò)展性。

關(guān) 鍵 詞：洪水預(yù)報(bào); 防洪調(diào)度; 預(yù)報(bào)調(diào)度一體化; 大數(shù)據(jù); 網(wǎng)絡(luò)服務(wù); 陸氣耦合

作為國(guó)家信息化的重要組成部分、水利現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和標(biāo)志，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，水利信息化近年來(lái)取得了飛速發(fā)展，全國(guó)主要流域的防洪預(yù)報(bào)與水庫(kù)調(diào)度系統(tǒng)日益健全、完善，逐步邁向自動(dòng)化[1-4]。然而，隨著水文氣象數(shù)據(jù)種類繁多且逐年增多、業(yè)務(wù)對(duì)象不斷擴(kuò)展且日趨復(fù)雜、系統(tǒng)用戶與日劇增且形式多樣，已有信息化平臺(tái)建設(shè)逐步顯現(xiàn)出數(shù)據(jù)處理效率低下、資源共享能力偏弱、軟件通用程度欠缺、立體化功能不全等不足[5-7]。具體表現(xiàn)在：① 數(shù)據(jù)處理能力偏弱，且缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)，而且水利部、流域機(jī)構(gòu)以及?。ㄊ校┓姥床块T各自為政，信息共享程度不高，形成了許多信息孤島，難以滿足當(dāng)前水利信息建設(shè)工作中的一體化整體調(diào)控要求;② 兩大業(yè)務(wù)系統(tǒng)（洪水預(yù)報(bào)、防洪調(diào)度）平行式獨(dú)立建設(shè)，彼此業(yè)務(wù)耦合度低，無(wú)法滿足水利工程大規(guī)模投產(chǎn)后多阻隔河流防洪調(diào)度業(yè)務(wù)需求;③ 系統(tǒng)整體功能不健全、可擴(kuò)展性不強(qiáng)、用戶處理單一，無(wú)法滿足不斷增多且復(fù)雜多變的管理層級(jí)、業(yè)務(wù)對(duì)象擴(kuò)展需求。綜上，如何建設(shè)滿足流域洪水預(yù)報(bào)調(diào)度實(shí)際工作需求的一體化集成系統(tǒng)成為我國(guó)水利相關(guān)從業(yè)人員無(wú)法回避的重大實(shí)際問(wèn)題[8-12]。

本次研究基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)理念，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度一體化系統(tǒng)。通過(guò)面向?qū)ο蟮拇髷?shù)據(jù)封裝、河網(wǎng)空間拓?fù)潢P(guān)系概化、契約模式的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)建以及基于JSON的海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了洪水預(yù)報(bào)與防洪調(diào)度兩大業(yè)務(wù)相關(guān)海量數(shù)據(jù)的快速處理、分享與分析，提升了調(diào)度方案的在線編制能力，實(shí)現(xiàn)了公眾服務(wù)的實(shí)時(shí)擴(kuò)展。目前，該系統(tǒng)已在長(zhǎng)江流域投入使用，為長(zhǎng)江流域防洪調(diào)度決策提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，并推廣應(yīng)用至廣東省西江、北江、東江、珠江三角洲等10個(gè)流域。實(shí)例應(yīng)用表明，該系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)了資源整合與業(yè)務(wù)協(xié)同，具有擴(kuò)展性好、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、深度耦合陸氣信息源等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，可為我國(guó)流域防洪調(diào)度管理工作提供切實(shí)可行的技術(shù)支撐平臺(tái)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度一體化系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，以預(yù)報(bào)調(diào)度計(jì)算為核心，以輔助防汛抗旱決策為目標(biāo)，集中服務(wù)于變化環(huán)境下的流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度管理工作。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、應(yīng)用層和信息安全管理體系等4個(gè)部分組成。

數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的“地基”，主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)資料和運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、修改等工作，同時(shí)為外部數(shù)據(jù)交互提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口，并分別通過(guò)優(yōu)化前端緩存與連接池來(lái)加快數(shù)據(jù)傳輸速度;業(yè)務(wù)層是系統(tǒng)中連接“應(yīng)用層”與“數(shù)據(jù)層”的中間紐帶，負(fù)責(zé)所有的數(shù)據(jù)處理交換以及業(yè)務(wù)規(guī)則的制定調(diào)整，主要功能包括模型計(jì)算服務(wù)、GIS類服務(wù)和資源管理類服務(wù)（如短信服務(wù)、郵件服務(wù)、傳真服務(wù)、推送服務(wù)）;應(yīng)用層是系統(tǒng)的“窗口”，主要用于展現(xiàn)相關(guān)的用戶管理、業(yè)務(wù)計(jì)算結(jié)果與信息交互等業(yè)務(wù)邏輯，主要功能包括水雨情監(jiān)視、防洪形勢(shì)分析、調(diào)度方案生成與評(píng)價(jià)等;信息安全管理是系統(tǒng)的“護(hù)衛(wèi)隊(duì)”，通過(guò)物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全及安全管理等多方面，為系統(tǒng)可能面臨的病毒泛濫、惡意軟件、信息失控、數(shù)據(jù)中斷等復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境提供相應(yīng)的應(yīng)急防御措施與安全保障[13-16]。此外，為進(jìn)一步保障預(yù)報(bào)調(diào)度決策的信息安全，系統(tǒng)采用細(xì)粒度授權(quán)訪問(wèn)模式與數(shù)據(jù)加密控制等手段，實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限與角色、功能緊密掛鉤，切實(shí)保障信息服務(wù)的可追溯性和底層數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。各模塊彼此關(guān)聯(lián)且相對(duì)獨(dú)立，有效實(shí)現(xiàn)邏輯計(jì)算業(yè)務(wù)與基礎(chǔ)單元的自主劃分與個(gè)性化調(diào)整，有效保證系統(tǒng)的安全性、魯棒性與穩(wěn)健性。

1.2 系統(tǒng)部署

為提高多用戶并發(fā)訪問(wèn)時(shí)的計(jì)算速度和處理效率，系統(tǒng)采用圖2所示的分布式部署方案，所有服務(wù)均部署在分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)并利用集群進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過(guò)負(fù)載均衡機(jī)制保證實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶請(qǐng)求。其中，計(jì)算服務(wù)器是所有服務(wù)的總訪問(wèn)入口，主要負(fù)責(zé)分發(fā)服務(wù)與管理集群;各計(jì)算節(jié)點(diǎn)是具體的處理單元，主要負(fù)責(zé)相關(guān)的洪水預(yù)報(bào)、防洪調(diào)度及查詢服務(wù)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，用戶通過(guò)客戶端將相關(guān)需求傳遞到計(jì)算服務(wù)器，由計(jì)算服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)視所有節(jié)點(diǎn)當(dāng)前運(yùn)行狀況并從中找到負(fù)載最小的節(jié)點(diǎn)分發(fā)請(qǐng)求，當(dāng)節(jié)點(diǎn)完成計(jì)算后逐層將結(jié)果返回用戶。

1.3 系統(tǒng)集成

系統(tǒng)嚴(yán)格遵循國(guó)家、行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，利用SOA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、接口及預(yù)報(bào)調(diào)度模型方案等多個(gè)業(yè)務(wù)的松散式集成，具體體現(xiàn)在4個(gè)方面：① 結(jié)合《實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符》、水情專用數(shù)據(jù)庫(kù)以及其他數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)，完成了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化集成工作;② 對(duì)于需要海量數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用，以及自動(dòng)計(jì)算的定時(shí)任務(wù)，采用數(shù)據(jù)交互的方式，通過(guò)消息隊(duì)列（MQ）發(fā)送數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求，待計(jì)算完成后，直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取計(jì)算結(jié)果; ③ 對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中的短信、傳真、郵件等業(yè)務(wù)進(jìn)行應(yīng)用接口集成，實(shí)現(xiàn)了各類業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理發(fā)布;④ 在分別開(kāi)發(fā)完成各業(yè)務(wù)功能模塊后，首先按照系統(tǒng)總體架構(gòu)和菜單體系進(jìn)行無(wú)縫集成，然后完成預(yù)報(bào)模型和方案（主要為模型或方案的參數(shù)）的深度集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源管理類、應(yīng)用拓展類、業(yè)務(wù)支撐類的相對(duì)獨(dú)立且有彼此耦合。

2 系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)

2.1 面向?qū)ο蟮拇髷?shù)據(jù)封裝技術(shù)

水文數(shù)據(jù)體量龐大、來(lái)源廣泛、類型繁多，通常涉及水文、氣象、水庫(kù)等多個(gè)部門，既包括水位、流量、雨量、蒸發(fā)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，又包括輸沙率、河道地形、水文年鑒等半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)[17-20]。如目前長(zhǎng)江流域每天接收來(lái)自長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局15個(gè)分中心、14個(gè)?。ㄖ陛犑校┧木帧⒅袊?guó)氣象局、湖北省氣象局、三峽梯調(diào)中心、金沙江調(diào)控中心以及各支流集控中心等數(shù)十家單位（部門）的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)約97萬(wàn)條，年接收數(shù)據(jù)量約3.54億條。為高效合理使用這些數(shù)據(jù)，滿足預(yù)報(bào)調(diào)度的使用需求，系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)清洗、分析、歸類，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)將水文信息封裝為河道、水庫(kù)和雨量3個(gè)差異較大且彼此關(guān)聯(lián)的對(duì)象，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。具體來(lái)講，首先將各個(gè)對(duì)象劃分為相對(duì)獨(dú)立的基礎(chǔ)單元（如變量數(shù)目、內(nèi)在方法、單元屬性），然后隱蔽數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘、模型計(jì)算等技術(shù)細(xì)節(jié)，只保留有限數(shù)據(jù)接口與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。以圖3所示河道對(duì)象為例，通過(guò)個(gè)性化地封裝其成員屬性基本信息（如站名、站號(hào)、站別、防洪信息、歷史信息、實(shí)時(shí)信息、預(yù)報(bào)模型）與成員方法（如觸發(fā)式預(yù)報(bào)計(jì)算、專家交互式預(yù)報(bào)計(jì)算、成果保存、成果發(fā)布），既能直觀清晰地描述河道類水文信息，又可協(xié)助系統(tǒng)用戶以按圖索驥的方式快速獲得相關(guān)信息，進(jìn)而顯著增強(qiáng)數(shù)據(jù)信息的可讀性與交互性。

2.2 基于河網(wǎng)空間拓?fù)潢P(guān)系概化圖的預(yù)報(bào)調(diào)度一體化技術(shù)? 隨著水庫(kù)群等水利工程的興建，河流的天然狀態(tài)已逐漸改變，河流上的預(yù)報(bào)點(diǎn)與調(diào)度點(diǎn)已成為緊密相連、密不可分的兩個(gè)關(guān)聯(lián)體，以串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式存在，相互制約影響，形成牽一發(fā)而動(dòng)全身的局面。因此，系統(tǒng)針對(duì)當(dāng)前預(yù)報(bào)與調(diào)度業(yè)務(wù)分離信息與模型共享困難、人機(jī)交互缺乏人性化、重復(fù)開(kāi)發(fā)難以管理以及實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度方案制作時(shí)效差等一系列弊端，研究提出了基于河網(wǎng)空間拓?fù)潢P(guān)系概化圖的預(yù)報(bào)調(diào)度一體化技術(shù)，以滿足變化環(huán)境下流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度的業(yè)務(wù)需求。以流域大型水庫(kù)、重要水文站、防汛節(jié)點(diǎn)等為關(guān)鍵控制斷面，利用空間位置與水力聯(lián)系構(gòu)建形成水庫(kù)、湖泊、防洪對(duì)象有序關(guān)聯(lián)的拓?fù)潢P(guān)系概化圖，采用通用數(shù)據(jù)接口對(duì)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、降雨徑流模型、洪水演進(jìn)模型及調(diào)度模型進(jìn)行無(wú)縫耦合處理，實(shí)現(xiàn)河系的河庫(kù)（湖）聯(lián)動(dòng)、有序連續(xù)演算的預(yù)報(bào)調(diào)度一體化功能，從而形成了涵蓋河系概化圖構(gòu)建和預(yù)報(bào)調(diào)節(jié)點(diǎn)計(jì)算的預(yù)報(bào)調(diào)度一體化技術(shù)。詳細(xì)介紹如下。

（1） 河系概化圖構(gòu)建。通過(guò)分析流域預(yù)報(bào)節(jié)點(diǎn)、調(diào)度節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，明確各節(jié)點(diǎn)對(duì)象的鏈接關(guān)系，采用對(duì)象符號(hào)抽象形成表達(dá)流域河網(wǎng)關(guān)系的有序樹(shù)，如圖4（a）所示，然后設(shè)置河系概化圖各節(jié)點(diǎn)對(duì)象的屬性（如基本信息、防洪信息以及預(yù)報(bào)調(diào)度模型選擇），并采用靜庫(kù)容調(diào)洪演算或水動(dòng)力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)的調(diào)度計(jì)算。

（2） 預(yù)報(bào)調(diào)度節(jié)點(diǎn)計(jì)算。采用樹(shù)形分層方法保證關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)依據(jù)上下游拓?fù)潢P(guān)系順序計(jì)算，具體步驟為：首先根據(jù)樹(shù)形結(jié)構(gòu)劃分計(jì)算層次，此時(shí)計(jì)算層數(shù)與樹(shù)的深度相同;然后從最高級(jí)葉結(jié)點(diǎn)開(kāi)始，按照從高到低的原則逐級(jí)計(jì)算至根結(jié)點(diǎn)，其中同一層次的所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)完成相關(guān)計(jì)算，下一層次只能在上一層次結(jié)點(diǎn)全部計(jì)算完畢后開(kāi)始。以圖4（b）所示的7層樹(shù)形結(jié)構(gòu)為例，將按照“7→6→5→4→3→2→1”次序逐層逐站由流域上游向下游演算。

需要說(shuō)明的是，在開(kāi)展預(yù)報(bào)調(diào)度作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)可以提供自動(dòng)、半自動(dòng)及交互3種計(jì)算模式，實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)河系所有預(yù)報(bào)、調(diào)度節(jié)點(diǎn)的連續(xù)預(yù)報(bào)或調(diào)度作業(yè)。其中，自動(dòng)計(jì)算模式對(duì)各節(jié)點(diǎn)的中間計(jì)算過(guò)程不進(jìn)行干預(yù);半自動(dòng)計(jì)算模式中用戶可以對(duì)指定節(jié)點(diǎn)的中間計(jì)算過(guò)程進(jìn)行交互式修正;交互計(jì)算模式則可對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的中間計(jì)算過(guò)程進(jìn)行人工調(diào)整。

2.3 面向水文預(yù)報(bào)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)構(gòu)建技術(shù)

為了滿足SOA無(wú)狀態(tài)和獨(dú)立自治的原則，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的水文預(yù)報(bào)程序能夠服務(wù)化，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)預(yù)報(bào)計(jì)算模型進(jìn)行解耦并重新封裝，具體流程為：① 預(yù)報(bào)計(jì)算模型解耦。按照水文預(yù)報(bào)的流程，將計(jì)算過(guò)程分解成各個(gè)子單元，每個(gè)子單元作為單獨(dú)的功能封裝成服務(wù)進(jìn)行發(fā)布。每個(gè)子單元完全獨(dú)立，子單元之間沒(méi)有功能和調(diào)用關(guān)系上的依賴，同時(shí)具有高復(fù)用性。② 預(yù)報(bào)計(jì)算模型封裝。封裝的目的是為了讓相互依賴的功能能夠獨(dú)立運(yùn)行。預(yù)報(bào)模型計(jì)算需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，所以封裝的重點(diǎn)之一是所有模塊都可以獨(dú)立的訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。為提高效率避免數(shù)據(jù)庫(kù)連接占用大量時(shí)間，采用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池分配數(shù)據(jù)庫(kù)資源，在系統(tǒng)初始化時(shí)統(tǒng)一建立連接，當(dāng)服務(wù)需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，直接從連接池中獲取資源，使用完后由連接池回收以便循環(huán)利用。在封裝時(shí)，選用了WCF作為服務(wù)框架，引入契約模式對(duì)預(yù)報(bào)計(jì)算模型進(jìn)行封裝。WCF是Windows平臺(tái)上開(kāi)發(fā)分布式應(yīng)用最佳的實(shí)踐方式，該框架使用.NET環(huán)境，能夠很好地集成原有C號(hào)以及Visual Basic的預(yù)報(bào)計(jì)算程序，同時(shí)提供廣泛的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)議支持，在安全性上也有相應(yīng)的模塊作為保證。

所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)既可為跨平臺(tái)操作系統(tǒng)（如Windows、IOS、Android）提供通用的數(shù)據(jù)接口、確保預(yù)報(bào)計(jì)算的一致性和通用性，又可利用分布式部署方式來(lái)確保核心業(yè)務(wù)的計(jì)算效率，顯著增強(qiáng)系統(tǒng)的擴(kuò)展性和安全性。

2.4 基于JSON的海量數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

考慮到絕大多數(shù)操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備均支持HTTP協(xié)議，系統(tǒng)選用報(bào)文交互方便且支持多終端接口的HTTP協(xié)議作為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，使用類表述性狀態(tài)傳遞（Representational State Transfer，REST）風(fēng)格調(diào)用服務(wù)，即通過(guò)URL鏈接發(fā)布相關(guān)服務(wù);同時(shí)，考慮到標(biāo)準(zhǔn)REST風(fēng)格無(wú)法滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)的服務(wù)請(qǐng)求，系統(tǒng)采用GET和POST兩種請(qǐng)求完成所需服務(wù)操作，其中GET表示發(fā)送參數(shù)僅包含基本數(shù)據(jù)類型的服務(wù)，POST表示發(fā)送參數(shù)包含復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的服務(wù)。此外，引入JSON格式傳遞規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)以減小不必要的信息量，加快請(qǐng)求的響應(yīng)速度。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶只需向相應(yīng)URL地址輸入所需參數(shù)，系統(tǒng)將首先對(duì)原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行序列化操作，然后將所得字節(jié)流進(jìn)行壓縮運(yùn)算傳遞給用戶，客戶端對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼操作便可得到預(yù)報(bào)站點(diǎn)信息，數(shù)據(jù)傳輸流程見(jiàn)圖5。

3 工程應(yīng)用

3.1 應(yīng)用實(shí)例

流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度一體化系統(tǒng)依托國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程建設(shè)項(xiàng)目，以滿足長(zhǎng)江防洪興利調(diào)度實(shí)際需要為目標(biāo)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以大型水庫(kù)、重要水文站、防汛節(jié)點(diǎn)等為控制斷面，構(gòu)建了長(zhǎng)江流域27個(gè)預(yù)報(bào)調(diào)度體系，囊括9 200余個(gè)遙測(cè)報(bào)汛站點(diǎn)、341個(gè)預(yù)報(bào)節(jié)點(diǎn)、695套預(yù)報(bào)方案、35個(gè)調(diào)度節(jié)點(diǎn)、100余套調(diào)度方案，實(shí)現(xiàn)了水雨情在線監(jiān)視、洪水預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)調(diào)度、防洪形勢(shì)動(dòng)態(tài)分析、預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)安全評(píng)估及洪水演進(jìn)多層級(jí)模擬等復(fù)雜功能，為長(zhǎng)江流域水文氣象預(yù)報(bào)、洪水演算、優(yōu)化調(diào)度和決策會(huì)商提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

系統(tǒng)自2015年投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行安全穩(wěn)定。尤其是在應(yīng)對(duì)2016～2017年長(zhǎng)江流域大洪水時(shí)，成功服務(wù)國(guó)家防總與長(zhǎng)江防總聯(lián)合會(huì)商近300次，發(fā)布各類分析材料、預(yù)報(bào)成果及調(diào)度方案近2 000期。該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)江流域防洪興利綜合調(diào)度全覆蓋，而且實(shí)現(xiàn)了國(guó)家防總、長(zhǎng)江防總、省市防指與干支流控制性水庫(kù)間遠(yuǎn)程異地協(xié)同會(huì)商和決策分析，為長(zhǎng)江防洪科學(xué)調(diào)度指揮決策提供了有效支撐。此外，依托廣東省中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)洪水預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)I標(biāo)項(xiàng)目，成功實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。

3.2 典型功能

3.2.1 水雨情監(jiān)視功能

系統(tǒng)以WebGIS、過(guò)程線和表格等方式在3D地圖上動(dòng)態(tài)展示各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的空間分布特征，并在站點(diǎn)名稱附近標(biāo)注實(shí)時(shí)水雨情信息，方便防汛人員及時(shí)掌握最新動(dòng)態(tài)。同時(shí)，系統(tǒng)采用Tab頁(yè)展示水庫(kù)站、水文站、雨量站等不同監(jiān)測(cè)對(duì)象的詳細(xì)信息。

3.2.2 洪水預(yù)報(bào)調(diào)度功能

針對(duì)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度這一核心業(yè)務(wù)，系統(tǒng)提供了符合實(shí)際河網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系的河系概化圖，分別采用不同幾何圖形代表水庫(kù)站、水文站、虛擬站等不同對(duì)象，采用矢量箭頭表征對(duì)象之間的水力聯(lián)系，直觀展示流域各控制斷面的連接關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，用戶既可以通過(guò)自動(dòng)、半自動(dòng)或交互式操作方式來(lái)制作發(fā)布河系洪水預(yù)報(bào)調(diào)度方案，又能夠?qū)蝹€(gè)節(jié)點(diǎn)或任意斷面的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整。

3.2.3 三維洪水模擬功能

系統(tǒng)采用建筑信息建模技術(shù)構(gòu)建了基于WebGIS的三維場(chǎng)景，融合實(shí)時(shí)水雨情及預(yù)報(bào)調(diào)度信息，實(shí)現(xiàn)了重點(diǎn)區(qū)域關(guān)鍵信息的三維展示，并利用信息框、圖表、過(guò)程線、分級(jí)圖或剖面圖等手段綜合展示了實(shí)時(shí)及預(yù)報(bào)調(diào)度成果信息。

4 結(jié) 論

重大水旱災(zāi)害一直是制約我國(guó)流域用水安全、沿岸人民安康的重要因素，科學(xué)高效地實(shí)現(xiàn)流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度意義重大。本研究基于面向大數(shù)據(jù)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)理念，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了流域防洪預(yù)報(bào)調(diào)度一體化系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)及典型功能。該系統(tǒng)在長(zhǎng)江流域長(zhǎng)期實(shí)踐應(yīng)用中運(yùn)行穩(wěn)定可靠，尤其是在2016～2017年長(zhǎng)江流域大洪水防洪中，為防汛減災(zāi)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)決策提供了強(qiáng)有力的信息支撐和科學(xué)依據(jù)，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著。此外，該系統(tǒng)以其良好的技術(shù)支撐能力，已成功推廣應(yīng)用至廣東西江、東江、北江及珠江三角洲等地區(qū)。

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（編輯：常漢生）