北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計與建設(shè)

張建磊 薛 爽

（1.北京市應(yīng)急指揮保障中心，北京 101117；2.北京市應(yīng)急管理局防汛抗旱處，北京 101117）

北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)通過加強全市防汛體系業(yè)務(wù)融合，優(yōu)化整合各類防汛資源，提高了全市防汛工作的科學化、專業(yè)化、智能化、精細化水平?？蓾M足防汛指揮體系內(nèi)各級各類用戶的應(yīng)用需求，提高了防汛指揮調(diào)度工作效率，縮減了應(yīng)對防汛突發(fā)事件的響應(yīng)時間，為全市防汛體系指揮調(diào)度工作提供了有效的信息化支撐保障。

1 建設(shè)背景

北京市地處華北平原北部，地勢西北高、東南低，總面積16 410 km2。其中，山區(qū)面積10 010 km2，約占總面積的61%，平原區(qū)面積6 400 km2，約占總面積的39%。氣候為暖溫帶半濕潤半干旱季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促，降水季節(jié)分配不均，全年80%的降水集中在夏季6—8月；加之城區(qū)面積大、人口密度大，并且市內(nèi)自西向東貫穿5大水系（拒馬河水系、永定河水系、北運河水系、潮白河水系和薊運河水系），市內(nèi)還建有各類水庫81座，其中大型水庫有密云水庫、官廳水庫、懷柔水庫、十三陵水庫。自然氣候和城市規(guī)模雙重不利因素的疊加，導致防汛壓力很大。

為向防汛指揮部門提供綜合輔助決策，在組織協(xié)調(diào)北京市水旱災害應(yīng)急救援，協(xié)調(diào)指導重要河湖和重要水工程實施防御洪水和應(yīng)急水量調(diào)度工作過程中，獲得高效精準的信息化支撐，同時也為在信息化支撐過程中積累數(shù)據(jù)，磨合算法模型，提升信息化支持的精度和維度，并為其他相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)積累數(shù)據(jù)，北京市應(yīng)急管理局根據(jù)業(yè)務(wù)職能按照業(yè)務(wù)流程建設(shè)了基于環(huán)境地理信息系統(tǒng)（EGIS）的防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測雨情、河道和水庫水情，并通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，為防汛應(yīng)急指揮者提供高效、便捷、直觀的信息，實現(xiàn)了防汛應(yīng)急指揮的科學精準調(diào)度。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)匯聚平臺，匯聚實時雨情、水情、災情、工情、險情等信息，結(jié)合先進的信息技術(shù)構(gòu)建應(yīng)用支撐平臺，基本設(shè)計思路如下。

2.1.1 遵循“兩臺一庫”統(tǒng)一架構(gòu)

北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)遵循“兩臺一庫”的體系架構(gòu)，在應(yīng)用支撐平臺、數(shù)據(jù)匯聚平臺和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫及EGIS圖層數(shù)據(jù)庫的支撐下運行。

2.1.2 實現(xiàn)“一張圖”應(yīng)用

北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)以“一張圖”應(yīng)用為目標，使用同一張權(quán)威部門發(fā)布的底圖，統(tǒng)一要素標識符，建立高效快捷的更新機制。在“一張圖”的基礎(chǔ)上對北京市氣象、雨情、水情、工情、災情等各類防汛業(yè)務(wù)相關(guān)信息進行綜合分析、集成與展示，實現(xiàn)實時監(jiān)控、會商研判、值班值守、協(xié)同響應(yīng)等功能的綜合應(yīng)用。

2.1.3 強化數(shù)據(jù)融合

通過該項目建設(shè)推動北京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)、道路交通、地質(zhì)災害、旅游景區(qū)等防汛相關(guān)部門的數(shù)據(jù)融合匯聚，為北京市人民政府防汛抗旱指揮部辦公室指揮調(diào)度、輔助決策提供全面的信息及數(shù)據(jù)內(nèi)容。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.2.1 應(yīng)用數(shù)據(jù)

北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要由應(yīng)用數(shù)據(jù)和EGIS 地理數(shù)據(jù)兩部分組成，其中應(yīng)用數(shù)據(jù)主要是存儲系統(tǒng)管理、氣象信息、雨情信息、水情信息等，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫。在應(yīng)用數(shù)據(jù)中降雨統(tǒng)計表主要用于存儲北京市各自動監(jiān)測站的降雨數(shù)據(jù)信息，水庫水情表主要存儲水庫的水位、流量等信息，河道情況表主要存儲河道的流量、水位等信息，險村險戶信息表主要存儲險村名稱、地理位置等信息。

2.2.2 EGIS圖層數(shù)據(jù)

EGIS 圖層數(shù)據(jù)集包含了各要素的地理位置、形狀，以及屬性的描述信息和邏輯集合信息。EGIS圖層數(shù)據(jù)主要有降雨測站、水庫站、河道站、積水監(jiān)測站等點位狀圖層，搶險隊伍布防圖、各流域搶險責任圖等線狀圖層，跨界山洪溝道等面狀圖層。

2.2.3 數(shù)據(jù)鏈接設(shè)計與配置

為保障所使用數(shù)據(jù)的鏈路科學、傳輸精準、共享全面，系統(tǒng)通過北京市大數(shù)據(jù)管理平臺進行數(shù)據(jù)對接，主要包括北京市氣象局的天氣實況、雨情信息、衛(wèi)星云圖、雷達回波圖、vips4.0 雷達拼圖和降雨落區(qū)預報等氣象信息；北京市水務(wù)局的雨情信息、水情信息、工情信息和積水信息等水文信息。

由于系統(tǒng)所使用的應(yīng)用信息和EGIS 信息涉及北京市防汛應(yīng)急指揮的氣象信息、水文信息和地理信息具有保密性強、數(shù)據(jù)量大、種類多的特點，同時各防汛應(yīng)急指揮部門的管理人員會在特定的時間段內(nèi)頻繁查詢訪問，并發(fā)計算量較大，因此使用政務(wù)云資源配置大型、專業(yè)數(shù)據(jù)庫管理軟件來管理各類應(yīng)用和EGIS圖層信息。

2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)框架設(shè)計上分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)采集層、業(yè)務(wù)支撐層、應(yīng)用層和展示層5 個層面。接入第三方GIS 服務(wù)，為系統(tǒng)提供GIS 支撐；接入北京市大數(shù)據(jù)平臺，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)共享交換支撐。北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層主要是依托現(xiàn)有的北京市政務(wù)云、北京市應(yīng)急指揮大廳等相關(guān)的軟硬件環(huán)境作為系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)。

2.3.2 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要是運用資源管理和存儲技術(shù)對防汛業(yè)務(wù)所需的氣象信息、雨情信息、水情信息、工情信息、積水信息、預警報警、應(yīng)急資源等信息資源進行統(tǒng)一管理。

2.3.3 業(yè)務(wù)支撐層

業(yè)務(wù)支撐層主要是支撐系統(tǒng)運行的各種通用業(yè)務(wù)組件，幫助用戶靈活、高效地開發(fā)和集成復雜的應(yīng)用軟件。包括單點登錄、統(tǒng)一用戶管理、空間地理服務(wù)、數(shù)據(jù)加工處理、報表服務(wù)、共享交換服務(wù)等。

2.3.4 GIS服務(wù)層

GIS 服務(wù)層主要基于應(yīng)急管理部EGIS，融合北京市規(guī)劃和自然資源委員會GIS 服務(wù)、北京市經(jīng)濟和信息化局GIS服務(wù)、防汛專題GIS服務(wù)等，提供GIS服務(wù)支撐，以Web地圖SDK（Software Development Kit）進行開發(fā)，為應(yīng)用層用戶提供服務(wù)。

2.3.5 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要是系統(tǒng)功能的建設(shè)，主要包括汛情識別、預警預報、協(xié)同響應(yīng)、輔助決策和統(tǒng)計分析等。

2.3.6 展示層

展示層主要用于電腦桌面展示和指揮大廳大屏寬屏展示。

2.4 系統(tǒng)運行的設(shè)計

為方便用戶使用，系統(tǒng)采用B/S模式，用戶只需通過瀏覽器就能對相關(guān)模塊進行操作，并且完全基于瀏覽器的操作習慣。用戶登錄后，根據(jù)不同用戶的使用權(quán)限，系統(tǒng)將在界面左側(cè)的功能菜單中顯示與權(quán)限對應(yīng)的功能模塊。系統(tǒng)界面基于用戶在功能菜單區(qū)的選擇運行具體功能模塊，當用戶選擇了相應(yīng)的功能后，將在右側(cè)的操作區(qū)顯示具體的操作界面。

2.5 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)在功能上主要根據(jù)防汛應(yīng)急指揮調(diào)度等業(yè)務(wù)工作的一般流程，分為預警預報、會議會商、汛情監(jiān)測、值班值守、統(tǒng)計報表和資料整編六大功能模塊，可為日常防汛調(diào)度指揮工作提供全流程全方位全時空的信息化支持。北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2 北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

3 系統(tǒng)的組成部分

3.1 預警預報模塊

通過對接北京市預警信息發(fā)布平臺，系統(tǒng)接收市預警信息平臺發(fā)布的氣象預警、洪水預警、地質(zhì)災害預警等信息，實時顯示在系統(tǒng)的GIS地圖上。不同行政區(qū)發(fā)布的預警信息，會顯示在所發(fā)布區(qū)的地理位置上。

3.2 會議會商模塊

會議會商模塊可實現(xiàn)發(fā)送會議通知、會議提示、填報參會回執(zhí)、會議文檔留存等會務(wù)功能。

3.3 汛情監(jiān)測模塊

整合降雨實況，地質(zhì)災害、交通、旅游、住建等部門汛期相關(guān)信息，實現(xiàn)動態(tài)展示、快速查詢。在宏觀上能夠監(jiān)視天氣、降雨、積水、水情、預警等信息，在微觀上能夠具體了解區(qū)域降雨、橋積水、河段（水庫）水情情況。

3.3.1 天氣實況

實現(xiàn)以地圖為基礎(chǔ)顯示全市各個區(qū)的天氣預報，主要包含未來12 h的天氣、風力、風向、降雨、氣溫等信息。

3.3.2 衛(wèi)星云圖

實現(xiàn)以時間軸的方式展示衛(wèi)星云圖圖片，可進行24 h內(nèi)資源播放。

3.3.3 雷達圖

實現(xiàn)以時間軸的方式展示北京及周邊雷達回波圖圖片，可進行24 h內(nèi)資源播放。

3.3.4 實時雨情

通過匯聚氣象自動監(jiān)測站的實時雨量信息，采用克里金法（Kriging method）進行空間插值，生成降雨量等值面圖，并基于GIS地圖展示全北京市降雨空間分布情況。

降雨量綜合查詢。系統(tǒng)可實現(xiàn)實時降雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢和統(tǒng)計，對查詢時間段內(nèi)的雨量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并對結(jié)果進行展示。系統(tǒng)除在地圖上展示雨量測站的空間位置分布，還通過不同的顏色區(qū)分該測站的監(jiān)測數(shù)值情況。既可以查詢特定的雨量測站每5 min 實時刷新的雨量數(shù)據(jù)，也可以選定特定的時間段，查看全市或某個區(qū)的平均降雨量、最大降雨點位和最大1 h雨強及其點位。在系統(tǒng)頁面右側(cè)同步動態(tài)更新降雨量最大的10個站點信息。

降雨量等值面分析。降雨量等值面是根據(jù)全市各氣象自動監(jiān)測站的實時數(shù)據(jù)，通過克里金法進行空間插值計算而獲得的。默認情況下，顯示的是當日早8時至查詢時間的累計降雨等值面，在累計等值面計算的基礎(chǔ)上系統(tǒng)提供了當前及任意時間段，5 min、15 min、30 min、1 h 間隔的分時等值面計算功能。除此之外，還可以實時更新當前時間下每5 min的降雨等值面圖。

3.3.5 實時水情

水庫水情主要實現(xiàn)水庫水情的實時展示?？梢园凑账畮烀Q進行檢索，通過系統(tǒng)對接的實時數(shù)據(jù)，既可展示水庫的基礎(chǔ)信息和特征信息等靜態(tài)數(shù)據(jù)，也可以展示水庫的流量、水位等實時數(shù)據(jù)，并支持按時間段查找。根據(jù)水庫實時水情與汛限水位比較，發(fā)現(xiàn)超汛限水庫，以紅色圖標顯示。

河道水情以地圖為基礎(chǔ)，顯示河道的實時水情。以列表的形式實時顯示主要河道的實時水位和流量等信息，并支持名稱檢索功能。通過詳細頁面，可展示河道的基礎(chǔ)信息及實時數(shù)據(jù)。根據(jù)河道實時水情與汛限水位比較，發(fā)現(xiàn)超汛限河道，以紅色圖標顯示。

3.3.6 積水監(jiān)測

在地圖上，標注全市積水點監(jiān)測站，實時顯示最新積水分布，當積水點積水超過27 mm 時，以紅色標示提醒，并可以查詢特定積水監(jiān)測點特定時段的水深線狀圖。

3.3.7 重點部位

重點部位功能模塊充分發(fā)揮了GIS 地理服務(wù)的優(yōu)勢，將汛期關(guān)注的重要點、線、面與地圖進行了完美結(jié)合，清晰并高效地進行了靜態(tài)和動態(tài)的展示。系統(tǒng)整合了工情信息、易積水點、房屋和在建工程、山洪和地質(zhì)災害、應(yīng)急資源、搶險責任圖及其他關(guān)注對象。

重點關(guān)注村。通過部署在市郊山洪地質(zhì)災害高危險村中的監(jiān)測設(shè)備，實時傳輸當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)和圖像信息。借助三維傾斜攝影技術(shù)，可以轉(zhuǎn)換為三維實景模式顯示地圖，以便直觀地展示村莊的地物地貌，方便防汛工作者了解現(xiàn)場情況。重點關(guān)注村功能如圖3所示。

圖3 北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)重點關(guān)注村功能圖

中心城區(qū)風險圖。將北京市城區(qū)分成178個排水分區(qū)。其中基礎(chǔ)圖集中展示中心城區(qū)的排水分區(qū)圖、高程分區(qū)圖、坡度分區(qū)圖、不透水比分區(qū)圖等對城區(qū)排澇起重要作用的地理信息。而動態(tài)圖主要依據(jù)降雨量的實時數(shù)據(jù)通過模型計算，以不同的色塊展示不同分區(qū)的降雨風險及徑流深風險。除對實時風險進行展示外，還可以選擇特定時間段進行風險演變回溯。

3.4 值班值守模塊

供系統(tǒng)各戶上傳值班表，并以值班日歷直觀展示并更新。時間可以記錄值班期間的信息往來及交接班信息等，并集成了網(wǎng)絡(luò)傳真等辦公自動化系統(tǒng)和工具。

3.5 統(tǒng)計報表模塊

匯總汛期中各類統(tǒng)計表，并可以對不同歷史時期的降雨進行比較和圖形化展示?；鶎佑脩粢部赏ㄟ^該功能模塊進行突發(fā)災情險情及基礎(chǔ)信息的上報。

（1）信息匯總。主要對各區(qū)上報的防汛和降雨險情信息進行統(tǒng)計匯總，便于市防汛抗旱指揮部指揮人員了解掌握全市汛期中的各類重要信息。

（2）汛期信息上報。接收區(qū)級用戶上報的突發(fā)災情信息，具體包括災情險情描述、現(xiàn)場聯(lián)絡(luò)人、處置描述等基礎(chǔ)信息，并可以根據(jù)上報的點位實時更新到系統(tǒng)地圖上。

（3）基礎(chǔ)信息填報。用于展示和上報下凹式立交橋和重點關(guān)注村的基礎(chǔ)信息。

（4）歷史降雨比較。以等值面的形式展示選定時間段內(nèi)的降雨量情況，便于防汛工作人員進行對比分析研判。

3.6 資料整編模塊

主要方便用戶使用和下載防汛預案、制度、法律法規(guī)等資料。

4 應(yīng)用案例

2022年7月2日夜間至4日凌晨，北京市持續(xù)降雨33 h，39 個雨量站（占全市總雨量站約8%）累計過程降雨量超過100 mm，最大值為173.6 mm。為有效應(yīng)對此次降雨，北京市各級防汛指揮部門綜合運用北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)防汛風險“一張圖”，根據(jù)“歷史降雨比較”功能中的歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合實時降雨數(shù)據(jù)，快速研判各排水分區(qū)內(nèi)澇風險。強降雨期間，依托“降雨等值面分析”的實時功能，第一時間掌握短時降雨集中區(qū)域，精準調(diào)配力量調(diào)取現(xiàn)場視頻。并且，依據(jù)“重點部位”功能中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，妥善轉(zhuǎn)移受山洪泥石流威脅群眾1 504人，及時關(guān)閉涉山涉水景區(qū)56家、民宿48家，停工工程1 921個，封閉山區(qū)道路11條，最大程度減少了強降雨帶來的影響，確保了降雨期間全市城市運行平穩(wěn)。

5 應(yīng)用成效

北京防汛應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)自驗收后在北京市各級防汛指揮部門投入使用以來，不斷與市其他相關(guān)部門對接共享防汛相關(guān)基礎(chǔ)信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)，豐富平臺的數(shù)據(jù)來源；開展與科研單位的合作，不斷拓展應(yīng)用支撐平臺；將應(yīng)急資源數(shù)據(jù)都集中到防汛“一張圖”上進行展示，使各級用戶均可以在“一張圖”上進行應(yīng)用，構(gòu)建了科學、精準、高效的防汛指揮決策支撐系統(tǒng)。

系統(tǒng)不僅能提升綜合信息的獲取、加工和展示能力，實現(xiàn)多維度信息的匯聚、查詢和呈現(xiàn)，做到及時、準確、全面，充分發(fā)揮EGIS 服務(wù)對地理和空間數(shù)據(jù)的支撐作用，疊加三維傾斜攝影數(shù)據(jù)后，更加直觀展示現(xiàn)場地物地貌。系統(tǒng)對防汛抗旱系統(tǒng)數(shù)據(jù)（包括空間數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)）進行綜合展示，使決策人員無須在各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)中進行切換，就能獲取匯總業(yè)務(wù)系統(tǒng)的綜合信息，實現(xiàn)信息資源基于“一張圖”“一張表”數(shù)據(jù)展示服務(wù)，以提升防汛抗旱指揮部決策的人性化、自動化、標準化水平。