地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)智能化設計

郁 文，韓兵兵，萬寶峰

（甘肅工程地質(zhì)研究院，蘭州 730050）

1 研究背景

最近幾年，隨著人工智能和大數(shù)據(jù)科學等技術研發(fā)的快速發(fā)展，其在防洪、煤礦、軍事等領域的應急管理和決策研究不斷擴大和深入，并取得了一定成果[1-6]。金欣[7-9]研究了人工智能在指揮與控制領域的應用機理及能力，分析了應用難點及對策，闡述了指揮控制智能化面臨的問題并提出了解決思路。可以看出人工智能在軍事和城市防洪應急管理中的研究不斷深入，其研究思路和方法為地質(zhì)災害應急管理提供了可利用的重要技術資源和方法。

甘肅省是我國地質(zhì)災害頻發(fā)的主要省份之一，其中蘭州、隴南又是甘肅省內(nèi)地質(zhì)災害密集分布發(fā)育的地區(qū)[10]。蘭州、隴南市特殊的地形地貌、地質(zhì)環(huán)境條件和氣候特點，極端天氣的頻發(fā)，加之城鎮(zhèn)化和工程建設的高速發(fā)展，導致突發(fā)地質(zhì)災害事件的不確定性日益增加，發(fā)生重大地質(zhì)災害的機會增多，例“8·7”舟曲特大泥石流災害、“8·6”文縣泥石流、南峪鄉(xiāng)江頂崖特大滑坡、海石灣鎮(zhèn)截路溝滑坡等，給當?shù)孛癖娚?、財產(chǎn)安全造成極大損失。甘肅省在應對重大突發(fā)地質(zhì)災害方面做了很多工作，包括蘭州黃土高原區(qū)、隴南山地國家積極監(jiān)測預警示范區(qū)的建設和運行，臨夏、天水省級監(jiān)測預警示范區(qū)的建設，地質(zhì)災害監(jiān)測指揮系統(tǒng)的開發(fā)應用，InSAR[11]、無人機[12]、LiDAR[13]等先進設備的投入使用，氣象、專業(yè)監(jiān)測和群測群防的建設等，在突發(fā)地質(zhì)災害應急管理中取得了豐碩的成果，很大程度上保障了人民生命財產(chǎn)安全。在地質(zhì)災害信息化方面，甘肅省也取得了較好的成果，在中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院、甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院、蘭州市氣象局的大力協(xié)助下，蘭州市成為全國第一個地質(zhì)環(huán)境信息化建設初具規(guī)模的市級城市。蘭州市在應急指揮系統(tǒng)建設規(guī)模、信息展示、信息整合聯(lián)動上有所創(chuàng)新，但對比高新科學技術的發(fā)展，其整體設計和技術層面尚有待提高。

黨的十九大報告指出，提升防災減災救災能力，提高社會治理社會化、法制化、智能化、專業(yè)化水平，弘揚生命至上、安全第一的思想。從國家層面對地質(zhì)災害應急管理提出了高要求，提出了地質(zhì)災害應急管理的智能化建設。

2017 年國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（國發(fā)〔2017〕35 號）[14-15]指出：“加強人工智能對自然災害的有效監(jiān)測，圍繞地震災害、地質(zhì)災害、氣象災害、水旱災害和海洋災害等重大自然災害，構建智能化監(jiān)測預警與綜合應對平臺?！眹覍χ悄芑ㄔO的規(guī)劃和發(fā)展趨勢的判斷，為地質(zhì)災害應急管理提出了新思考、新驅(qū)動。地質(zhì)災害應急管理智能化建設刻不容緩，而實現(xiàn)智能化建設就要依靠人工智能和大數(shù)據(jù)。

2 地質(zhì)災害應急管理現(xiàn)狀和存在的問題

2.1 地質(zhì)災害應急管理現(xiàn)狀

（1）已初步實現(xiàn)了多部門信息動態(tài)監(jiān)測與整合。2003 年起，中國國土資源部和中國氣象局組織相關業(yè)務部門，每年汛期聯(lián)合開展地質(zhì)災害氣象預警預報工作。2018年8月，甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院與蘭州中心氣象臺達成協(xié)議，可直接訪問蘭州中心氣象臺業(yè)務內(nèi)網(wǎng)，可以實時查看氣象部門所有雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)，查看全省降水量預報圖。隴南市自然災害監(jiān)測預警指揮系統(tǒng)整合了氣象、水務、水文、國土等部門信息。針對地質(zhì)災害布設了多種專業(yè)設備，實現(xiàn)了多種專業(yè)設備監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸和匯總。

（2）實現(xiàn)了地質(zhì)災害應急信息服務和決策。依托指揮平臺的信息化建設，實現(xiàn)監(jiān)測、預警、響應、緊急撤離等措施下達、反饋以及動態(tài)調(diào)整。實時監(jiān)視災害性天氣預報、暴雨預警、路況預警、地質(zhì)災害氣象風險預警、地質(zhì)災害專業(yè)設備風險預警、洪水預警。

（3）實現(xiàn)了地質(zhì)災害應急信息社會化服務。通過微信、QQ、微博、短信等通信手段，面向蘭州市和隴南市各級應急部門、國土部門、政府部門和公眾提供最及時、最全面的災害風險信息服務。

2.2 存在的主要問題

（1）應急指揮系統(tǒng)科技含量相對較低。蘭州市和隴南市自然災害監(jiān)測預警指揮系統(tǒng)建設時間為2010 年左右，采用的監(jiān)測預警系統(tǒng)是基于當時的技術建設而成，后期借助蘭州市和隴南市國家級監(jiān)測預警區(qū)的建設而得到不斷完善和提高。近些年隨著網(wǎng)絡技術的迅速進步，大數(shù)據(jù)、人工智能和5G 技術的興起，以前的系統(tǒng)搭建技術已經(jīng)明顯落后。

（2）缺乏信息的有效互動和高效利用。應急救災是多個部門、多角度、多深度的聯(lián)動活動，信息的及時互動對應急管理效果影響較大。高效的應急管理指揮調(diào)度取決于關鍵信息的實時掌握分析?，F(xiàn)有地質(zhì)災害應急管理信息化是借助于氣象、專業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)和群測群防獨立建設，隴南市雖然實現(xiàn)了氣象、國土、水文和水務等部門信息的整合，但依舊缺乏針對地質(zhì)災害氣象、專業(yè)監(jiān)測設備、群測群防的監(jiān)測信息及時傳輸和綜合分析。地質(zhì)災害應急指揮部缺乏與交通、應急救災隊伍、后勤保障、網(wǎng)絡運營商等部門的信息溝通、共享和綜合利用。

（3）不能適應當前國家機構改革要求。應急管理部的成立使部門化、分專業(yè)的救災模式向綜合化、多災種、全過程的救援模式轉(zhuǎn)變。新的應急管理部門面對的是多災種綜合化管理，需要連接、收集、掌握和分析的信息來源部門多，加之災害本身的多源監(jiān)測數(shù)據(jù)，這勢必產(chǎn)生繁雜巨量的信息，地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)原有的存儲、運算等能力已經(jīng)無法滿足新機構、大應急的需求。

3 地質(zhì)災害應急管理智能化建設

3.1 應急值守的智能化建設

地質(zhì)災害應急值守是一份枯燥、工作量繁雜、責任重大的工作，需要7×24 h 值守。工作主要包括接受民眾電話反映信息、落實上級指示、內(nèi)業(yè)處理、按時開展地質(zhì)災害隱患點檢查、值班信息的處理和登記工作等。如遇險情災情報告，核實清楚后要立即層層上報，并按照主要領導的指示報市應急辦和區(qū)國土資源廳值班室，報告災情后要在第一時間立即趕往災害現(xiàn)場，進行現(xiàn)場處置。利用人工智能的邏輯和智能化處理技術，實現(xiàn)自動處理電話、文件等，自動完成各種文字材料的撰寫，提高值班效率，減輕值守人員勞動強度。

3.2 地質(zhì)災害應急決策的智能化

智能決策是人工智能在地質(zhì)災害應急管理應用中的核心內(nèi)容。當有重大降雨預報，專業(yè)監(jiān)測設備預警，群測群防員收集匯報發(fā)生滑坡、泥石流險情等地質(zhì)災害險情時，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，需要分析所獲數(shù)據(jù)做出應對決策，開展應急人力和資源的布置方案。地質(zhì)災害發(fā)生后，根據(jù)現(xiàn)場反饋的信息和前期信息、搶險救災隊伍部署、避險轉(zhuǎn)移方案、應急預案和現(xiàn)場基本情況、地形地貌特征等情況分析運算，自動提出救援決策意見，并能夠根據(jù)災害現(xiàn)場的動態(tài)變化自動修正決策意見。

3.3 應急處置的智能化指揮

應急處置的智能化指揮是應急工作最直觀的體現(xiàn)，面對險情和災情，基于智能化信息決策分析，產(chǎn)生指揮方案，它將根據(jù)當前環(huán)境、險情、災情，自動進行各層面的值班室、會商室、指揮調(diào)度中心的地質(zhì)災害應急關鍵指揮信息切換，給地質(zhì)災害應急指揮創(chuàng)造一個針對性強的指揮環(huán)境。

3.4 智能化信息服務

智能化信息服務相當于指導地質(zhì)災害應急工作的一部說明書，有關地質(zhì)災害的知識存儲在數(shù)據(jù)庫和云設施中，針對不同的指揮職級，隨時調(diào)用相關知識信息，向指揮部提供最全面的地質(zhì)災害應急信息服務。

4 智能地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)初步框架

智能化地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)，本質(zhì)的區(qū)別在于要利用人工智能和大數(shù)據(jù)實現(xiàn)“信息融合、人機合智、自我學習”，通過“機器學習”和“深度學習”完成自我學習和自我進化，同時結合地質(zhì)災害應急指揮需求，相應地在服務層面做出針對性調(diào)整[9]。智能化地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)總體框架見圖1。

圖1 智能化地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)總體框架[9]Fig.1 Infrastructure for intelligent command system of geological disaster emergency

智能化地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)的特點：（1）信息收集的部門多、來源廣，對收集的信息開展數(shù)據(jù)分析、管理、審計后存儲在綜合數(shù)據(jù)庫和云設施中。存儲的數(shù)據(jù)用于后期決策分析，同時為學習層提供資源。（2）搭建學習層，系統(tǒng)可以自主根據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫以及云設施或者互聯(lián)網(wǎng)中資源開始學習、改進。（3）為更好地實現(xiàn)系統(tǒng)智能化操作，在業(yè)務層設置語言識別功能。

智能化地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)建設的主要目標：（1）更多的部門和信息連接。基于大數(shù)據(jù)、大應急的智能地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)，要與水務、氣象、交通、自然、市政、住建、園林、旅游、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、媒體、應急和各區(qū)等部門實現(xiàn)部門業(yè)務層面和管理層面的連接。（2）更多的場景虛擬。根據(jù)其他先進設備采集的信息，比如LiDAR、InSAR、三維激光掃描等，建立地質(zhì)災害現(xiàn)場三維虛擬場景模型，模擬降雨、地震等不良因素對地質(zhì)災害觸發(fā)和規(guī)模的影響，以此制定應急救災力量分配方案，最大程度減輕地質(zhì)災害影響。（3）更多的模型分析。借助于人工智能和大數(shù)據(jù)，可以建立多類型的滑坡預報模型、泥石流預報模型，還要建立災區(qū)及周邊道路交通路況分析模型、人群緊急撤離和疏導模型、三維場景虛擬展示模型等。

5 智能化地質(zhì)災害應急系統(tǒng)建設設想

為了建設完成智能化地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)，應開展智能化產(chǎn)業(yè)建設和完善現(xiàn)有地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)。前者主要由專業(yè)的人工智能企業(yè)開展，后者由政府和地質(zhì)災害應急管理相關部門開展。其中地質(zhì)災害應急管理相關部門主要任務：（1）進一步完善現(xiàn)有地質(zhì)災害應急管理信息化建設，加強信息化基礎設施建設；（2）建立多源的數(shù)據(jù)信息收集模式，將收集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，作為后期人工智能學習的資料；（3）針對地質(zhì)災害應急指揮特征，確定智能化地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)具體任務和目標；（4）尋求市場上具備智能化系統(tǒng)建設的企業(yè)，合作完成地質(zhì)災害應急指揮智能化建設，并不斷完善[9，16]。

6 結語

鑒于人工智能的廣闊前景和國家規(guī)劃，本文提出通過人工智能建設智能化地質(zhì)災害應急指揮系統(tǒng)的構想，讓地質(zhì)災害相關工作人員和機構關注人工智能在地質(zhì)災害應急管理方面的應用性和先進性，進一步推動地質(zhì)災害應急現(xiàn)代化智能化發(fā)展與建設，使地質(zhì)災害應急管理適應高科技的發(fā)展，從而更好地保證人民生命財產(chǎn)安全。