黃河防洪防凌調(diào)度決策會商系統(tǒng)建設(shè)

段勇 杜文

摘 要：為彌補(bǔ)黃河上游防洪防凌會商工作短板，搭建了黃河防洪防凌調(diào)度決策會商系統(tǒng)，融合匯聚黃委防汛數(shù)據(jù)及服務(wù)資源。系統(tǒng)基于SOA全息管理架構(gòu)，采用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，搭建了流域三維地貌平臺。結(jié)合會商業(yè)務(wù)流程，完全覆蓋了日常防汛例會會商、防汛部署會商、洪水調(diào)度方案會商、重大險(xiǎn)情搶護(hù)會商、應(yīng)急事件會商和防凌會商等會商主題，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對黃河防汛會商流程的全過程、全階段管理。系統(tǒng)的建成提高了防汛防凌會商工作的效率，對黃河流域防汛、防凌形勢分析和決策支持起到了有效的支撐效果。

關(guān)鍵詞：SOA;防洪防凌;決策會商;黃河

中圖分類號：TP39;TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.12.034

Abstract：The Yellow Rivers Flood and Ice Control Consultation & Decision Support System integrated the Yellow Rivers flood Control data and service resources， and made up the weakness in the flood and ice control work for the upper reaches of the Yellow River. The system which was based on a holographic SOA framework， by using multidata fusing technology， constructed a threedimensional platform of the basin. The main consultations topics， such as normal meeting consultation， flood control arrangement consultation， flood rearrangement consultation， dangerous cases aid consultation， emergency consultation， and ice control consultation， were investigated and integrated within the application. Combined with the realtime flood control consultations practice， it formed a fullchain management system in the whole consultations work. The application Improved the flood and ice control consultations efficiency， and significantly supported the work of flood and ice controls situation analyzing and decision making.

Key words： SOA; flood and ice control; decision making and consultation; Yellow River

1 背 景

經(jīng)過十多年數(shù)字黃河工程建設(shè)，黃委在防汛信息化方面先后完成了黃河小花間暴雨洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)、黃河洪水水沙調(diào)度系統(tǒng)、黃河洪水演進(jìn)系統(tǒng)、黃河下游工情險(xiǎn)情會商系統(tǒng)、黃河防汛物資管理平臺等信息化支撐系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的應(yīng)用顯著增強(qiáng)了黃河防汛決策支持和應(yīng)急反應(yīng)能力，使防汛指揮、水沙調(diào)度更加科學(xué)，在近年的黃河防汛工作中發(fā)揮了較好作用。

然而，由于建設(shè)時(shí)間和應(yīng)用系統(tǒng)框架不同，這些防汛應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和服務(wù)資源較為分散。在黃河防汛防凌會商過程中，各類防汛防凌相關(guān)信息只能通過多系統(tǒng)切換演示或者通過多媒體形式以人工方式進(jìn)行匯總和匯報(bào)[1]，沒有形成一體化的“數(shù)字防汛會商體系”，各系統(tǒng)中缺乏全面的決策支撐信息。隨著時(shí)間的推移，黃委水災(zāi)害防御部門對于防汛防凌會商工作的業(yè)務(wù)處理流程已發(fā)生了變化，原有防汛信息化系統(tǒng)中涉及的相關(guān)會商流程已不能滿足業(yè)務(wù)工作的需要。此外，黃河防汛會商信息化建設(shè)存在地域間的不平衡性，已建治黃信息化會商系統(tǒng)主要針對黃河下游，對于黃河上游防汛防凌會商工作還沒有針對性的會商軟件。這些問題嚴(yán)重影響了黃委防汛防凌會商工作的效率。防汛會商系統(tǒng)是整個(gè)防汛指揮工作的中樞，在防汛決策過程中起著至關(guān)重要的作用[2]。為了進(jìn)一步提升防汛會商工作中各類信息資源的共享能力，完善信息化會商覆蓋的地域范圍，規(guī)范信息化會商流程，迫切需要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、穩(wěn)定高效的防汛防凌決策會商系統(tǒng)，構(gòu)建起信息全面、業(yè)務(wù)實(shí)用、穩(wěn)定可靠的黃河防汛防凌會商支撐體系。

2 建設(shè)內(nèi)容

根據(jù)黃委防汛防凌工作對信息化會商工作的實(shí)際需求，以多年防洪防凌積累的經(jīng)驗(yàn)、形成的管理機(jī)制和工作流程為基礎(chǔ)[3]，按照“統(tǒng)籌規(guī)劃，分布實(shí)施”的原則，通過搭建綜合性的黃河防洪防凌調(diào)度決策會商系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、穩(wěn)定高效的治黃信息化防汛防凌會商體系的建設(shè)目標(biāo)。黃河防洪防凌調(diào)度決策會商系統(tǒng)由黃河防洪調(diào)度綜合決策會商支持系統(tǒng)和黃河上游防洪防凌會商系統(tǒng)兩部分組成。

黃河防洪調(diào)度綜合決策會商支持系統(tǒng)建設(shè)屬于黃河下游防洪非工程措施建設(shè)項(xiàng)目。該系統(tǒng)充分利用三維、多源數(shù)據(jù)融合等技術(shù)接入了黃河下游水情、雨情、沙情、工程及工情險(xiǎn)情、防洪預(yù)案、防汛部署、數(shù)值暴雨預(yù)報(bào)、洪水預(yù)報(bào)、洪水調(diào)度、黃河下游二維水沙數(shù)學(xué)模型等信息，并按照防洪決策會商的需求對各類信息進(jìn)行加工、組織和分析。系統(tǒng)主要包括會商過程管理、綜合匯報(bào)、方案分析、會商檔案管理、黃河流域概要信息演示等功能模塊。

黃河上游防洪防凌會商系統(tǒng)針對黃河上中游防洪和防凌工作進(jìn)行開發(fā)，接入并展示黃河上中游水情、雨情、沙情、工程及工情險(xiǎn)情、防洪預(yù)案、防汛部署等信息，實(shí)現(xiàn)了對防汛會商全過程的管理，包括會商會議的召開、通知、會商過程記錄、會議紀(jì)要管理等各個(gè)環(huán)節(jié)，基本實(shí)現(xiàn)了會商會議的無紙化和數(shù)字化辦公。系統(tǒng)主要包括會商會議管理、會商主題信息組織、會商匯報(bào)、會商結(jié)果管理共四大業(yè)務(wù)模塊。

黃河防洪調(diào)度綜合決策會商支持系統(tǒng)和黃河上游防洪防凌會商系統(tǒng)共同組成了黃河防洪防凌調(diào)度決策會商系統(tǒng)，其管理范圍覆蓋整個(gè)黃河流域，會商業(yè)務(wù)覆蓋了日常防汛例會會商、防汛部署會商、洪水調(diào)度方案會商、重大險(xiǎn)情搶護(hù)會商、應(yīng)急事件會商和防凌會商共六大會商主題。

3 總體框架

黃河防洪防凌調(diào)度決策會商系統(tǒng)采用SOA架構(gòu)體系，方便系統(tǒng)集成和擴(kuò)展。SOA架構(gòu)面向服務(wù)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的接口是各個(gè)不同服務(wù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的橋梁[4]。結(jié)合黃委實(shí)際工作中的會商業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建防洪防凌會商工作中的全息視角管理模式。其總體架構(gòu)見圖1。

系統(tǒng)從邏輯層次上分為四層。多元數(shù)據(jù)融合服務(wù)層接入了系統(tǒng)使用的各類數(shù)據(jù)資源，既包括“水、雨、工、險(xiǎn)、災(zāi)、調(diào)度”等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，又包括電子公文、防汛業(yè)務(wù)相關(guān)文檔、圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還包括矢量、遙感影像和三維模型等地理空間數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)分別分布于不同業(yè)務(wù)單位和部門的數(shù)據(jù)庫中，如防指二期地理空間數(shù)據(jù)庫、防洪工程數(shù)據(jù)庫、防洪防凌調(diào)度專用數(shù)據(jù)庫、防指二期數(shù)據(jù)匯集平臺等。通過多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)將各類數(shù)據(jù)封裝成可被SOA全息視角支撐平臺調(diào)用的服務(wù)資源，如Rest、WebService、報(bào)表、數(shù)據(jù)爬取、chart圖表和靜態(tài)數(shù)據(jù)訪問等服務(wù)。這些服務(wù)依據(jù)不同應(yīng)用場景和數(shù)據(jù)自身特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的匯聚與接入。采用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)解決了數(shù)據(jù)來源不同、數(shù)據(jù)類型與格式不同、數(shù)據(jù)提取困難等問題[5]，為系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)資源服務(wù)。

全息視角支撐平臺對應(yīng)于經(jīng)典SOA架構(gòu)的應(yīng)用支撐層，采用ESB（企業(yè)服務(wù)總線）技術(shù)，對各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整合。由定制開發(fā)的防洪調(diào)度模型組件、計(jì)算分析組件、會商標(biāo)繪組件、搜索引擎、SkyLine三維組件、SSO單點(diǎn)登錄組件、消息中間件、應(yīng)用中間件、遠(yuǎn)程調(diào)用中間件、事務(wù)管理中間件、數(shù)據(jù)訪問中間件和GIS組件構(gòu)成了支撐黃河上游防洪防凌會商系統(tǒng)進(jìn)行全息視角管理的防洪防凌會商工作應(yīng)用支撐層。其中：防洪調(diào)度模型組件負(fù)責(zé)調(diào)用黃河上游防洪調(diào)度等系統(tǒng)的模型成果;計(jì)算分析組件負(fù)責(zé)通過常用的統(tǒng)計(jì)分析算法（如歸一化對比、關(guān)聯(lián)關(guān)系分析），結(jié)合水、雨、工、險(xiǎn)、災(zāi)等數(shù)據(jù)

對防洪調(diào)度方案的成果進(jìn)行對比和分析;會商標(biāo)繪組件提供了對GIS地圖的動態(tài)標(biāo)繪和附件上傳功能;搜索引擎組件利用搜索引擎技術(shù)和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)，采用關(guān)系型和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫協(xié)同應(yīng)用的策略，建立了一套包含海量空間數(shù)據(jù)的高效數(shù)據(jù)檢索服務(wù);SSO單點(diǎn)登錄組件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與黃委綜合信息門戶間一站式的登錄集成;SkyLine三維組件為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三維地圖操作控制和三維輔助空間分析功能提供了支撐;消息中間件解決了防洪調(diào)度系統(tǒng)成果數(shù)據(jù)更新與防洪防凌會商系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的一致性問題;應(yīng)用中間件為會商系統(tǒng)的部署提供了穩(wěn)定的服務(wù)器環(huán)境;遠(yuǎn)程調(diào)用中間件為系統(tǒng)中各類功能服務(wù)被其他系統(tǒng)調(diào)用提供了基礎(chǔ)的服務(wù)支撐;事務(wù)管理中間件提供了系統(tǒng)部署時(shí)進(jìn)行負(fù)載均衡配置的可靠運(yùn)行環(huán)境;數(shù)據(jù)訪問中間件規(guī)范了應(yīng)用系統(tǒng)中各個(gè)頁面的數(shù)據(jù)訪問邏輯，在頁面資源和數(shù)據(jù)資源間進(jìn)行了數(shù)據(jù)資源訪問時(shí)的關(guān)系映射;GIS組件為系統(tǒng)應(yīng)用展示GIS數(shù)據(jù)服務(wù)的成果提供了可靠的運(yùn)行環(huán)境。

4 建設(shè)成果

（1）實(shí)現(xiàn)了黃河防汛一體化、一站式會商。系統(tǒng)集成了水情、雨情、沙情、工程及工情險(xiǎn)情、防洪預(yù)案、防汛料物、防汛隊(duì)伍、防汛組織體系、防汛部署、數(shù)值暴雨預(yù)報(bào)、洪水預(yù)報(bào)、洪水調(diào)度、黃河下游二維水沙數(shù)學(xué)模型等（結(jié)果）信息，同時(shí)按照防洪決策會商的需求進(jìn)行組織加工處理，形象直觀地匯報(bào)給防洪決策者，實(shí)現(xiàn)了黃河防汛的一體化、一站式會商，如圖2所示。

（2）在SOA信息架構(gòu)整合下，結(jié)合會商業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建了防汛會商全過程、全階段的全息管理體系，完全覆蓋了六大會商主題，如圖3所示。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)會商流程的全過程、全階段管理。在會商準(zhǔn)備階段，系統(tǒng)提供了靈活的會議提議方式，并與辦公自動化系統(tǒng)、公文流轉(zhuǎn)系統(tǒng)相結(jié)合;會議通知階段，提供了會議資料的管理，并與黃委短信平臺結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了短信、郵件、辦公自動化頁面多種通知方式。在群體會商過程中，領(lǐng)導(dǎo)和專家們可以通過系統(tǒng)對會商主題形勢展開廣泛的分析討論，確定決策方案并實(shí)施。對會商流程的定制，系統(tǒng)提供了六大會商主題的流程設(shè)計(jì)，并提供了靈活的個(gè)性化定制流程方式，方便其他會商主題的加入。會商結(jié)果管理實(shí)現(xiàn)了對會商會議的記錄和會后方案的跟蹤執(zhí)行。

系統(tǒng)覆蓋了日常防汛例會會商、防汛部署會商、洪水調(diào)度方案會商、重大險(xiǎn)情搶護(hù)會商、應(yīng)急事件會商和防凌會商六大會商主題，構(gòu)建了流程清晰、責(zé)任明確、實(shí)用高效的六大會商主題應(yīng)用。通過對會商主題應(yīng)用的信息化建設(shè)，形成了黃委防汛防凌工作標(biāo)準(zhǔn)化的會商流程。

（3）基于Skyline三維組件技術(shù)構(gòu)建了流域三維地貌平臺。基于Skyline三維組件技術(shù)，完成流域矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)共約210 GB數(shù)據(jù)的處理，構(gòu)建黃河流域近75萬km2的三維地貌，完成了全流域三維地貌的Web發(fā)布，構(gòu)建了二三維一體化的黃河流域三維地貌平臺。具體來說，三維地貌平臺有以下建設(shè)成果：①完成全流域大視野場景67景、30 m TM和30 m精度DEM數(shù)據(jù)融合處理工作，建立了覆蓋整個(gè)黃河流域的三維地形地貌系統(tǒng);②完成寧蒙河段、小浪底、鐵謝以下到黃河入?？诤拥?.6 m分辨率航空影像與1 m精度DEM數(shù)據(jù)的融合加工處理，覆蓋了上游防凌和下游防洪的全部重點(diǎn)區(qū)域;③加工了鐵謝險(xiǎn)工至入?？?∶10 000矢量數(shù)據(jù)，包括2 290 km河道堤防，216處險(xiǎn)工、224處控導(dǎo)、119處滾河防護(hù)和防洪壩、94座重點(diǎn)涵閘、流域1∶50 000的矢量數(shù)據(jù);④完成小浪底等下游重點(diǎn)水庫及關(guān)鍵河段三維模型建模工作。

（4）構(gòu)建了黃委第一個(gè)覆蓋黃河上游防洪和防凌會商工作的信息系統(tǒng)，是黃委水旱災(zāi)害防御部門履行流域防汛抗旱職能的有效保障。數(shù)字黃河工程實(shí)施以來，黃河中下游，尤其是小浪底以下的防汛信息系統(tǒng)建設(shè)較多，而支撐黃河上游防汛工作的信息系統(tǒng)尚屬空白。該系統(tǒng)的建設(shè)對黃河上游防汛、防凌形勢分析和決策支持起到了關(guān)鍵作用。系統(tǒng)建設(shè)過程中，收集整要城市防洪信息、歷史災(zāi)情等信息，并按照面向?qū)ο蟮乃麛?shù)據(jù)模型建立了專題數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容包括水庫電站、水文站、堤防、防洪工程、決口災(zāi)情、視頻監(jiān)視、分洪（凌）區(qū)、橋梁、在建工程等27類專題。系統(tǒng)可為用戶提供氣象水文預(yù)報(bào)信息、流域預(yù)警信息、凌情監(jiān)測信息、河道斷面過流能力分析、歷史決口信息、防洪防凌預(yù)案、防洪防凌形勢分析、調(diào)度方案展示、多調(diào)度方案對比等功能。

（5）多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)。由于黃河防洪防凌調(diào)度決策會商系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)格式和類型繁多，因此根據(jù)各類數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，分別構(gòu)建了Rest、WebService、報(bào)表、數(shù)據(jù)爬取、chart圖表和靜態(tài)數(shù)據(jù)訪問等服務(wù)。這些服務(wù)依據(jù)不同應(yīng)用場景和數(shù)據(jù)自身的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的匯聚與接入。采用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)解決了數(shù)據(jù)來源不同、數(shù)據(jù)類型與格式不同、數(shù)據(jù)提取困難等問題，為系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)資源服務(wù)。

5 效益分析

系統(tǒng)全面總結(jié)了黃河防汛六大主題會商的流程，靈活生動地提供了會商主題模板供用戶定制。根據(jù)會議議題要求，考慮到黃河防汛會商會議的特點(diǎn)，分別制定了各類主題匯報(bào)的模板，實(shí)現(xiàn)了會商信息的快速匯集整理。 用戶依據(jù)模板報(bào)告，能從數(shù)據(jù)庫中自動提取匯報(bào)內(nèi)容，經(jīng)過少量人工修改后便能直接匯報(bào)，顯著提升了會商匯報(bào)的效率。

此外，系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)了對防汛會商全過程的管理，包括會商會議的召開、通知、會商過程記錄、會議紀(jì)要管理等。根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則和預(yù)案，實(shí)現(xiàn)了“水、雨、工、險(xiǎn)、災(zāi)”情等各類信息的綜合展示，實(shí)現(xiàn)了與洪水預(yù)報(bào)、防洪防凌調(diào)度等系統(tǒng)的集成整合，基本實(shí)現(xiàn)了會商會議的無紙化和數(shù)字化。為防洪防凌決策者提供了綜合性強(qiáng)、集成度高的專題會商內(nèi)容服務(wù)。

黃河防洪防凌調(diào)度決策會商系統(tǒng)的建設(shè)，構(gòu)建起了標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化的黃河流域防汛會商流程和體系。項(xiàng)目建設(shè)完成后，已先后應(yīng)用到黃委防御局、河南黃河河務(wù)局、山東黃河河務(wù)局等多家單位，獲得了用戶的一致好評。

6 總結(jié)與展望

基于SOA全息管理架構(gòu)的黃河防洪防凌調(diào)度決策會商系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對黃河防汛會商流程的全過程、全階段的管理，是黃河流域內(nèi)首個(gè)一體化、一站式會商應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)建了黃委第一個(gè)專門針對黃河上游防洪和防凌會商工作的信息應(yīng)用平臺、黃委第一個(gè)黃河上游防洪防凌專題信息庫和黃委首個(gè)二三維一體化三維地貌平臺。系統(tǒng)采用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對包括“水、雨、工、險(xiǎn)、災(zāi)、調(diào)度”等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及電子公文、防汛業(yè)務(wù)相關(guān)文檔、圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和矢量與遙感影像等地理空間數(shù)據(jù)的融合接入，為后續(xù)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)用于防凌防汛會商相關(guān)業(yè)務(wù)工作中奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

然而，系統(tǒng)中目前涉及的計(jì)算分析功能只是利用統(tǒng)計(jì)分析的方法實(shí)現(xiàn)了簡單的對比和關(guān)聯(lián)分析，如對斷面來水量、下泄水量、調(diào)度方案的對比分析。這些分析方法和成果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足黃委防汛會商工作的需要。在國家提出“智慧水利”的大背景下[6]，防汛決策會商工作對智能分析的需求不斷增加，有必要在今后的工作中通過研究和應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)中的相關(guān)算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹、模糊學(xué)習(xí)等，來進(jìn)一步提升防汛防凌會商數(shù)據(jù)的利用效率和系統(tǒng)的智能化輔助分析決策能力。