山東省水利防汛調度會商系統(tǒng)構建及應用

莊 磊，葛召華

（山東省水利綜合事業(yè)服務中心，山東 濟南 250013）

0 引言

近幾年，山東省連續(xù)遭到強臺風侵襲，“溫比亞”“利奇馬”“巴威”等臺風先后登陸，暴雨、大暴雨等極端天氣頻發(fā)，給防汛工作帶來嚴重考驗[1]。面對防汛新形勢新要求，山東省水利信息化在支撐水旱災害防御方面的短板也愈發(fā)明顯，汛情數(shù)據(jù)渠道單一，應急調度手段滯后，智慧化決策水平不高，業(yè)務協(xié)同和統(tǒng)一調配難度較大，防汛指揮調度的整體能力亟待改善。

為著力解決“十三五”發(fā)展中的“支撐決策能力不足”等問題[2]，2018 年底，山東省水利廳做出建設省防汛調度會商系統(tǒng)的重大決策。該系統(tǒng)基于現(xiàn)有水利數(shù)據(jù)中心、云平臺開發(fā)建設，充分運用“互聯(lián)網(wǎng) +”、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G 等新興技術，初步打造集綜合指揮調度、數(shù)據(jù)匯聚應用、風險防范預警、事件應急處置、服務科學決策等功能為一體的省級防汛調度指揮中樞。

1 建設目標及功能設計

1.1 建設目標

全面整合水旱災害防御、水文水情、河湖管理、視頻監(jiān)控、氣象預報等信息數(shù)據(jù)，優(yōu)化集成防御調度、指揮會商、遠程監(jiān)控、集中展示等需求功能，超前建設功能完備、可靠穩(wěn)定的音視頻展示系統(tǒng)，打造智慧化、科學化的水利行業(yè)一體化調度平臺。防汛調度會商系統(tǒng)深度融合衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)、無人機、5G 等新興技術，將各類水利信息要素集成到省級決策中樞，建立水利信息全范圍感知、行業(yè)調度全流程支撐的信息化體系，使各類應急調度有章可循，進一步推動水利防汛工作現(xiàn)代化[3]。

1.2 功能設計

防汛調度會商系統(tǒng)應具備以下主要功能：

1）實現(xiàn)大數(shù)據(jù)智能應用。集成山東省河湖水系、水文水資源、水利工程、防汛抗旱等業(yè)務歷史數(shù)據(jù)，以及水利信息化和智能化建設產生的各類成果數(shù)據(jù)，利用可視化大屏和智能檢索技術，實現(xiàn)水利業(yè)務數(shù)據(jù)的集中展示和智能應用。

2）實現(xiàn)一張圖指揮。利用山東省地理信息數(shù)據(jù)，對省內主要河流湖庫及監(jiān)測站點進行圖上標繪，形成山東省河湖一張圖，對河流信息要素等實現(xiàn)動態(tài)更新，并利用可視化大屏技術進行全景展示，為水旱災害防御調度指揮提供決策依據(jù)。

3）保障應急調度。建設覆蓋山東省各市、縣級水行政主管部門和重點水利工程的可視化值班系統(tǒng)，使應急調度指令第一時間傳達至各有關單位，并隨時對行業(yè)值班情況進行檢查。

4）融合多源信號。集成視頻會議、視頻監(jiān)控、音頻視頻、5G 設備、無人機、遙感衛(wèi)星等多種信號，健全水利感知平臺，實現(xiàn)多路信號的全數(shù)字融合，做到統(tǒng)一管理、集中控制。

5）推動資源共享。在系統(tǒng)建設及開發(fā)過程中，充分考慮多部門間防汛調度會商需求，在系統(tǒng)端預留接口，方便防汛業(yè)務廳局隨時接入網(wǎng)絡，調取數(shù)據(jù)。

1.3 整體架構

山東省水利防汛調度會商系統(tǒng)整體架構由以下內容組成：5 個層面，包括基礎設施支撐層、數(shù)據(jù)資源層、應用支撐層、智能應用層、決策層；2 類保障體系，包括運行維護、標準規(guī)范 2 個體系；3 類服務對象，包括省防汛抗旱指揮部（以下簡稱省防指），省級水行政主管、應急管理部門?？傮w架構設計如圖 1 所示。

5 個層面具體分析如下：

1）決策層。山東省防汛調度會商系統(tǒng)主要供3 類服務對象有關領導及人員使用。

圖 1 防汛調度會商系統(tǒng)整體架構

2）智能應用層。智能應用層基于防汛調度等業(yè)務需求，以及應用支撐層提供的標準化服務接口，開發(fā)大數(shù)據(jù)智能服務、行業(yè)一體化調度、多場景會商等功能模塊，為防汛工作提供數(shù)據(jù)參考和決策支撐。

3）應用支撐層。應用支撐層在基礎設施層和數(shù)據(jù)資源層的基礎上，建立“統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一用戶”的應用建設規(guī)范體系，結合機器學習、智能識別、深度學習等技術，提供不同場景下的水利應用模型服務，為業(yè)務系統(tǒng)提供統(tǒng)一的標準化服務接口。

4）數(shù)據(jù)資源層。數(shù)據(jù)資源層通過建立規(guī)范統(tǒng)一的水利數(shù)據(jù)資源目錄和倉庫，制定資源處理、匯聚、共享等方面的規(guī)范標準，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的匯聚交換和資源管理，推動多業(yè)務領域的數(shù)據(jù)資源共享。

5）基礎設施支撐層?；A設施支撐層由省級水利云、信息感知和通信網(wǎng)絡體系構成，為各類信息化應用提供通信網(wǎng)絡支撐和基礎數(shù)據(jù)保障。

2 主要建設內容及創(chuàng)新點

2.1 水利大數(shù)據(jù)可視化應用

基于山東省水利海量數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)基礎組件、虛擬化、智能感知、挖掘建模、機器學習、多學科融合展現(xiàn)等技術，開展多業(yè)務領域的數(shù)據(jù)整合、共享，實現(xiàn)已有數(shù)據(jù)在出入口上的一數(shù)一源和智能管理，建立完備的山東省水利資源池[4]。開發(fā)水利數(shù)據(jù)垂直搜索引擎基礎理論模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)智能檢索和智慧應用，將面向專業(yè)人員的表格數(shù)據(jù)轉換成面向領導決策的可視化展示數(shù)據(jù)，應用人工智能技術對信息進行自動分類，構建水利知識圖譜，打造基于業(yè)務需求的多場景可視化大數(shù)據(jù)應用。具體應用分析如下：

1）開發(fā)河湖一張圖。利用天地圖和水利基礎數(shù)據(jù)，整合衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控、工程信息等，對全省 9 000 余條鄉(xiāng)鎮(zhèn)級以上河流、6 436 個湖庫及相關建筑和監(jiān)測點進行矢量標繪，涵蓋河道控制線、保護區(qū)、保留區(qū)及開發(fā)利用區(qū)等范圍[5]。使用遙感影像數(shù)據(jù)，對河道劃界岸線進行監(jiān)測，建立岸線遙感監(jiān)測底片。研發(fā)面向對象分割和深度學習結合的河湖岸線提取算法，快速提取監(jiān)測范圍內的違章建筑、侵占灘地、違法養(yǎng)殖、違法采砂、涉水建設項目等信息，并進行人工目視校核和修正。

2）開發(fā)專題數(shù)據(jù)可視化展示。應用大數(shù)據(jù)技術對現(xiàn)有水利數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)水利等的數(shù)據(jù)進行分析整理，開發(fā)多個場景的專題演示界面。目前已完成水利概況、防汛抗旱、重點項目建設、河（湖）長制、水文水資源、水利移民等業(yè)務的綜合和專題數(shù)據(jù)的可視化展示。通過可視化形式可宏觀了解水利信息，促進不同水利系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，為業(yè)務創(chuàng)新和正確決策提供依據(jù)，也為水利業(yè)務強監(jiān)管提供有力支撐。

2.2 多源信號可視化展現(xiàn)

將會議終端、視頻監(jiān)控、單兵設備、無人機、衛(wèi)星電話、4G/5G 設備、寬帶集群系統(tǒng)等與水利業(yè)務進行深度融合，以可視化形式呈現(xiàn)各類數(shù)據(jù)資源，快速實現(xiàn)可視化扁平調度和汛情現(xiàn)場全景可視，廣泛應用于水文水資源、防汛抗旱、水利項目建設等工作中，尤其為應急指揮調度和水利項目推進提供強有力的信息化支撐，實現(xiàn)動態(tài)感知、資源整合、智能分析、輔助決策[6]。

2.3 視頻展示優(yōu)化提升

建設完成綜合可視化展示平臺，整合 LED 大屏顯示系統(tǒng)、超高分可視化和大屏幕綜合應用管理平臺等設備，應用軟、硬件拼接技術，可針對不同業(yè)務、場景需求，對圖像進行定制，開發(fā)多種調度、會商、演示模式，有效滿足水利行業(yè)指揮調度需求。建設完成超高清全融合顯示系統(tǒng)，實現(xiàn)端到端真 4K 高清效果，可實現(xiàn) 4K 視頻會商、監(jiān)控及全視頻 4K 融合上墻，使各類視頻信號更加真實清晰，顯著提升視頻會商效果。

2.4 行業(yè)調度一體化聯(lián)動

建設水利行業(yè)可視化值班系統(tǒng)，完成山東省16 個市、150 余個縣、30 余個水庫的視頻終端安裝配置。市、縣、水庫三級值班畫面分層級集中演示，市級畫面采取固定模式展示，縣級及水庫畫面采取輪巡模式展示，省防汛值班室可隨時對任一部門進行調度，實現(xiàn)省、市、縣三級水行政主管部門無障礙實時會商，滿足值班輪詢、水情會商、防汛調度的可視化需要，為汛期政令暢通和突發(fā)事件處置提供保障[7]。

2.5 涉水數(shù)據(jù)有效整合共享

實現(xiàn)不同省直部門間的數(shù)據(jù)共享和聯(lián)合應用：

1）數(shù)據(jù)共享方面。接入山東省氣象局云圖、雷達等數(shù)據(jù)，實時跟蹤并動態(tài)演示云圖、雷達圖。將河湖岸線規(guī)劃數(shù)據(jù)與自然資源廳相關數(shù)據(jù)進行共享交換，確保劃界數(shù)據(jù)的權威性和準確性。與生態(tài)環(huán)境廳實現(xiàn)水質監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)共享，擴展河湖水質監(jiān)測覆蓋范圍。

2）聯(lián)合應用方面。通過運營商專線，實現(xiàn)與山東省應急管理廳、氣象局、武警總隊的數(shù)據(jù)共享聯(lián)通，各單位可實時查看雨水情信息，調度降水情況。通過省電子政務專網(wǎng)，實現(xiàn)與省應急管理廳值班室高清防汛會商。

3 應用效益分析

3.1 全面提升防汛統(tǒng)籌協(xié)調能力

山東省防汛調度會商系統(tǒng)投入運行以來，應急調度、雨水情查詢、臺風實時監(jiān)測、行業(yè)會商 4 種能力效益顯著，有效確保了全省災情應對統(tǒng)一指揮、調度和統(tǒng)籌協(xié)調。2019 年以來，山東省主要領導多次通過調度會商系統(tǒng)集成的雨水情查詢、氣象研判、臺風路徑分析、視頻會商等業(yè)務應用，召開跨地域、部門的應急會商會議 10 余次，調度各市防指 40 余次，多次做出搶險救災重要指示，有效確保了全省災情應對科學有效。

3.2 扎實推進行業(yè)一體化調度監(jiān)管

1）建設全省水利可視化值班系統(tǒng)，打造覆蓋省、市、縣三級水行政主管部門和大型水庫的調度會商網(wǎng)絡。汛期各級可視化值班設備保持 7×24 h開機，配備專人值班值守，值班畫面在山東省調度中心全天候顯示，可隨時進行視頻會商、調度檢查，有效確保全省水利系統(tǒng)災情應對的協(xié)同高效。

2）開發(fā)重點水利工程大數(shù)據(jù)平臺，實時顯示山東省 1 705 個重點水利工程計劃投資、資金執(zhí)行、項目進展等情況。根據(jù)項目類型和所屬地域，定制開發(fā)多種對比、分析、查詢模式，全省項目狀態(tài)、各市建設進度一目了然并可隨時調度，做到“一屏觀全省、一屏管全省”。

3.3 不斷深化涉水數(shù)據(jù)互聯(lián)共享

借助山東省水利防汛調度系統(tǒng)，實現(xiàn)了涉水數(shù)據(jù)在水利、應急、自然資源、生態(tài)環(huán)境、氣象、武警等部門之間無障礙流通，以及水利、應急部門之間的實時視頻會商。汛期，省防指各部門、防汛專家多次聯(lián)合會商，調度各市縣汛情、險情、工情，研判臺風趨勢和水庫、河道水情變化，為災情應對提供了可靠支撐。同時，依托自然資源和生態(tài)環(huán)境部門提供的河湖岸線、水質監(jiān)測等方面的數(shù)據(jù)，為水利行業(yè)強監(jiān)管提供可靠依據(jù)。

3.4 有效助力突發(fā)事件應急處置

1）化工廠緊急事件處置。2019 年“利奇馬”臺風過境期間，小清河一河段發(fā)生潰堤，某化工廠可能因化學物質泄露引發(fā)爆炸。通過調度指揮系統(tǒng)，省防指第一時間與現(xiàn)場視頻聯(lián)通，根據(jù)一張圖全面了解河流信息，調取潰堤河段監(jiān)測站點數(shù)據(jù)，迅速形成解決方案并下達，現(xiàn)場處理情況通過平臺數(shù)據(jù)、視頻影像實時反饋到調度中心。通過緊急搶險，險情迅速解除。

2）小清河壅水事件處置。受“利奇馬”臺風影響，小清河下游某段出現(xiàn)壅水現(xiàn)象，造成水位暴漲，隨時可能出現(xiàn)潰壩。省防指迅速根據(jù)一張圖了解河流信息，調度河段監(jiān)測數(shù)據(jù)，第一時間開展汛情分析和聯(lián)合調度，緊急調整應急方案，現(xiàn)場防汛搶險人員迅速做出響應，順利解決危機。

4 結語

山東省水利防汛調度會商系統(tǒng)充分運用“互聯(lián)網(wǎng) +”、大數(shù)據(jù)、人工智能、遙感影像、5G 等技術，打造了智慧化、科學化的水利行業(yè)一體化指揮調度監(jiān)管平臺，為水情監(jiān)測預警和防汛會商提供有力支撐，為行業(yè)調度指揮和應急處置提供決策依據(jù)。經2019，2020 年汛期不間斷運行檢驗，防汛調度會商系統(tǒng)成效得到了初步驗證，信息聯(lián)通快捷高效，防汛調度穩(wěn)定可靠，滿足了山東省防汛工作需求。為進一步提升防汛調度會商系統(tǒng)的服務能力和應用水平，還需要不斷提升業(yè)務應用和信息數(shù)據(jù)的整合共享力度，建立完善防汛調度會商系統(tǒng)與水利業(yè)務應用的業(yè)務協(xié)同、數(shù)據(jù)更新等機制，提高全面準確的信息支撐服務能力。