辛冬梅

（遼寧省本溪水文局，本溪 117000）

0 引 言

遼寧本溪市處于中溫帶半濕潤(rùn)和半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，全境以山區(qū)為主。在季風(fēng)環(huán)境控制和地形影響下，雨量比較充沛，降水多為暴漲暴落型，山洪災(zāi)害頻發(fā)。地方政府高度重視水旱災(zāi)害防御工作，修建多項(xiàng)防汛抗旱工程，以減少災(zāi)害損失，但依靠這種方式已難以滿足新形勢(shì)下本溪市水旱災(zāi)害防御需求。在此背景下，以水利部關(guān)于智慧水利建設(shè)的戰(zhàn)略為指引，遼寧省智慧水利總體思路圍繞本溪市實(shí)際需求，以物聯(lián)網(wǎng)、視頻采集、人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)為依托，建設(shè)具有智能感知、流域大數(shù)據(jù)、智能仿真、智能決策等方面功能的智慧化水旱災(zāi)害防御綜合系統(tǒng)，促進(jìn)當(dāng)?shù)刂腔鬯l(fā)展，增強(qiáng)區(qū)域水旱災(zāi)害防御能力。

1 本溪市水旱災(zāi)害防御信息化系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，本溪市擁有2個(gè)水旱災(zāi)害類的防御信息系統(tǒng)，分別為本溪市防汛抗旱指揮系統(tǒng)和本溪市山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

1.1 防汛抗旱指揮系統(tǒng)

本溪市防汛抗旱指揮系統(tǒng)為防汛會(huì)商全過(guò)程提供信息化支撐，實(shí)現(xiàn)了信息監(jiān)視、預(yù)報(bào)調(diào)度、防汛會(huì)商、組織保障等環(huán)節(jié)的有機(jī)結(jié)合。對(duì)本溪市內(nèi)及上游可控河流的雨水情、氣象、視頻、預(yù)警等信息進(jìn)行綜合監(jiān)視，全面掌握本溪市防汛相關(guān)信息，及時(shí)、準(zhǔn)確展現(xiàn)在會(huì)商現(xiàn)場(chǎng)，為決策人員提供參考依據(jù)；為防汛會(huì)商過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)提供信息化支撐，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)會(huì)商辦公，規(guī)范業(yè)務(wù)流程，提高會(huì)商效率。

1.2 山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

本溪市山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)由遼寧省水利廳統(tǒng)一建設(shè)部署，是本溪市應(yīng)用的水旱災(zāi)害主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)本溪市氣象、雨量、水文等監(jiān)測(cè)站點(diǎn)統(tǒng)一管理，具有數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)等功能，輔助業(yè)務(wù)人員掌握雨量信息，對(duì)雨情、河道水情、水庫(kù)水情、水工程運(yùn)行情況等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。

2 水旱災(zāi)害防御信息化建設(shè)的必要性

2.1 智能感知體系亟需建設(shè)

目前，本溪市雖然有包括水文、山洪、氣象等測(cè)站323處，但是地面監(jiān)測(cè)能力尚達(dá)不到數(shù)字孿生的智慧化建設(shè)要求，缺乏視頻站，且相關(guān)感知設(shè)備類型單一。在新形勢(shì)下，應(yīng)以“四預(yù)”為中心，運(yùn)用“空—天—地—網(wǎng)”一體化立體感知信息體系理念，借助衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、位移傳感器、水位傳感器等豐富的感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化功能，采集到的數(shù)據(jù)集成到水旱災(zāi)害防御平臺(tái)工程當(dāng)中，達(dá)到進(jìn)一步提高智慧流域感知體系能力。

2.2 信息資源亟須整合

水旱災(zāi)害防御需要的數(shù)據(jù)類別多，存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全面、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一致、內(nèi)部整合不夠、準(zhǔn)確性不高等問(wèn)題。同時(shí)，不同業(yè)務(wù)部門和不同層級(jí)還存在“重采、重存”現(xiàn)象，外部共享不足，部分業(yè)務(wù)緊密的行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)還未能接入，制約了信息資源整體效益發(fā)揮。在智慧水利建設(shè)發(fā)展的條件下，水利大數(shù)據(jù)急需搭建大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、集中展示。

2.3 信息系統(tǒng)智慧化水平待提高

本溪市現(xiàn)已建成多個(gè)水利信息化系統(tǒng)，各平臺(tái)信息共享機(jī)制不完善，業(yè)務(wù)融合不深入，不能全流程支撐業(yè)務(wù)工作；不同業(yè)務(wù)協(xié)同程度不高，難以滿足管理精細(xì)化、調(diào)度決策智能化、發(fā)展現(xiàn)代化的迫切要求。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用，與“四預(yù)”要求仍有較大差距。

3 水旱災(zāi)害防御智慧化建設(shè)路徑探析

智慧化水旱災(zāi)害防御信息化平臺(tái)在本溪市智慧水利平臺(tái)的基礎(chǔ)上構(gòu)建。

3.1 智能感知體系的建立

完善的“空—天—地—網(wǎng)”四位一體的感知體系，“空”感知即衛(wèi)星遙感和導(dǎo)航定位，“天”感知即飛機(jī)、無(wú)人機(jī)等監(jiān)測(cè)，“地”感知即地面平臺(tái)（車、各類監(jiān)測(cè)傳感器）、無(wú)人船、水下機(jī)器人等監(jiān)測(cè)，“網(wǎng)”感知即云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)管理，綜合以上所述感知體系組成。結(jié)合本溪市水旱災(zāi)害防御工作實(shí)際，首先需充分利用已有監(jiān)測(cè)設(shè)備，適量補(bǔ)充水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)、視頻機(jī)器人監(jiān)測(cè)、水工程設(shè)施監(jiān)測(cè)等設(shè)施，集成本溪市水文局提供的水情、雨情、流量測(cè)站等防汛信息綜合管理系統(tǒng)和原有防汛抗旱應(yīng)急指揮系統(tǒng)來(lái)獲取防汛物資位置、視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)信息。

3.2 數(shù)字孿生流域平臺(tái)的構(gòu)建

數(shù)字孿生平臺(tái)的數(shù)據(jù)資源主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)等，構(gòu)成了復(fù)雜的水旱災(zāi)害大數(shù)據(jù)，由于涉及數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、分析、可視化、安全保護(hù)等技術(shù)，在資金不充裕的條件下充分利用政務(wù)云平臺(tái)建設(shè)資源平臺(tái)是一項(xiàng)最優(yōu)選擇。模型平臺(tái)是數(shù)字流域平臺(tái)地基，適用的水利專業(yè)模型是運(yùn)算成果的前提；可視化模型以傾斜攝影精細(xì)化三維實(shí)景建模構(gòu)成，仿真模擬本溪地區(qū)的流域、水工程等。

3.3 水旱災(zāi)害防御“四預(yù)”智慧化系統(tǒng)建設(shè)

3.3.1 洪水預(yù)報(bào)

通過(guò)對(duì)重要河道或斷面的水情、雨情、災(zāi)情等信息采集，結(jié)合洪水預(yù)報(bào)模型，實(shí)現(xiàn)氣象水文耦合的及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。通過(guò)劃分水文相應(yīng)單元，對(duì)計(jì)算范圍進(jìn)行產(chǎn)匯流分析，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)等信息資源為基礎(chǔ)，建立預(yù)報(bào)模型庫(kù)與預(yù)報(bào)方案庫(kù)，采用分布式預(yù)報(bào)方法，對(duì)預(yù)報(bào)斷面洪峰水位、洪水過(guò)程線、洪量等洪水要素進(jìn)行預(yù)報(bào)。

3.3.2 預(yù)警管理

在智能感知體系的支撐下，對(duì)流域“自然—社會(huì)”城市二元水循環(huán)進(jìn)行全過(guò)程、全方位、立體化監(jiān)控。在流域預(yù)報(bào)模型的支持下，分專題對(duì)流域未來(lái)水安全形勢(shì)、風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析并預(yù)警。完善預(yù)警發(fā)布機(jī)制，全面提高流域水利精細(xì)化管理水平，以及應(yīng)對(duì)相關(guān)事態(tài)的提前預(yù)判能力和快速反應(yīng)能力。其中，預(yù)警包括：雨量預(yù)報(bào)預(yù)警、雨量監(jiān)測(cè)預(yù)警、河道水位預(yù)報(bào)預(yù)警等。

3.3.3 防洪預(yù)演

調(diào)度目標(biāo)設(shè)定：針對(duì)河道洪水事件，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)劃，預(yù)設(shè)各河道不同類型、不同量級(jí)的洪水預(yù)演場(chǎng)景，確定重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象、防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等，以保障河道洪水不漫溢、防汛物資合理調(diào)運(yùn)、重點(diǎn)防護(hù)對(duì)象無(wú)洪澇風(fēng)險(xiǎn)等為目標(biāo)，綜合制定河道洪水預(yù)演調(diào)度目標(biāo)。

預(yù)演節(jié)點(diǎn)設(shè)定：針對(duì)洪水預(yù)演，確定參與調(diào)度的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、水利工程、人員調(diào)配等。參與調(diào)度的水利工程應(yīng)守住安全底線，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化，最大程度地減少洪澇災(zāi)害損失。

邊界條件設(shè)定：根據(jù)社會(huì)發(fā)展需要、生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求、水利工程現(xiàn)狀條件等，確定參與調(diào)度的水利工程運(yùn)行邊界，明確安全運(yùn)行閾值范圍等，量化邊界條件。

模擬仿真及可視化：基于數(shù)值模擬計(jì)算成果，調(diào)用數(shù)值模擬仿真引擎與可視化模型，對(duì)洪水淹沒發(fā)展變化的過(guò)程進(jìn)行三維可視化模擬，實(shí)現(xiàn)洪水實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)展示。采用先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)洪水演進(jìn)等過(guò)程進(jìn)行高保真和輕量化展示。根據(jù)調(diào)度模擬的結(jié)果，對(duì)流域淹沒區(qū)域影響的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口等方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及可視化。

3.3.4 預(yù)案管理

通過(guò)對(duì)預(yù)案信息、歷史場(chǎng)景信息、業(yè)務(wù)規(guī)則等進(jìn)行提取組織和挖掘，構(gòu)建預(yù)案知識(shí)圖譜，當(dāng)發(fā)生洪水災(zāi)害時(shí)，系統(tǒng)可結(jié)合空間環(huán)境信息、應(yīng)急資源信息、現(xiàn)場(chǎng)情況信息，對(duì)相關(guān)案例信息的智能檢索和分析，形成洪澇災(zāi)害的應(yīng)急流程與行動(dòng)方案，為應(yīng)急指揮調(diào)度提供支撐。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前水旱災(zāi)害防御工作應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)，注重大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代化技術(shù)的有效應(yīng)用，建立更加及時(shí)、全面且精確的感知體系，完善應(yīng)急通信體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能協(xié)調(diào)與信息多元表達(dá)等，從而切實(shí)提高水旱災(zāi)害防御水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)洪澇、干旱等災(zāi)害的提前預(yù)防，保證治理行動(dòng)的科學(xué)性和應(yīng)急措施的有效性。