省级山洪灾害防治智慧型系统规划体系研究

樊 冰，张联洲，杜文贞，张保祥

（山东省水利科学研究院，250014，济南）

省级山洪灾害防治智慧型系统是全国山洪灾害防治建设的重要内容，也是国家防汛抗旱指挥系统的组成部分。通过系统建设，实现中央、省、市、县信息共享和部门之间的信息共享。根据山洪灾害防御管理职责，省、市、县级山洪灾害防治系统功能各有侧重，与其他防汛抗旱业务系统互为支撑、互为补充。

一、规划内容探索

根据“统筹规划、统一标准、联合建设、互联互通、资源共享”的指导方针,结合省内山洪灾害防治建设现状及实际情况，以需求为导向，以应用促发展，完善扩展现有架构系统，积极应用和推广智慧型信息技术，构建一个数据集中、管理统一、安全可靠、节能高效、业务连续的智慧型山洪灾害防治体系，建立服务于省级山洪灾害预报、水情查询、站网管理、综合业务管理、预警预报服务、空间服务的信息化作业平台和决策会商支撑环境，确保发生山洪灾害时能及时预警，提高山洪预报精度，延长预见期，提升系统的服务能力和服务水平，实现省、市、县不同业务部门之间的数据共享，实现全省流域水文、水动力及工程调度实时三维模拟，并能根据地形、工程承载等因素，对各类防灾对象进行智能灾害评估，启动灾害预警响应，调度防汛物资，启动防汛预案，本次研究属于省级顶层体系规划研究。

二、总体架构探索

省级山洪灾害防治智慧型系统应制定一个科学合理、切实可行的高效、稳定、节能、环保的系统建设目标，建立统一的技术基础平台和规范的山洪灾害防治系统建设业务应用流程。按照统一制定的规划和有关业务应用、技术标准，做到省级山洪灾害防治系统建设一盘棋，避免重复建设及资源浪费，完成“一个平台，两级交互，三处覆盖，多个系统，全面智能”的体系建设。

“一个平台”是指建立一个基于虚拟化云技术的包含网络硬件和基础软件的统一技术基础平台，通过内网、外网、公网三个层面的应用，形成一体化管理体系。该一体化管理体系能对终端信息采集设备进行统一远程维护，降低原有分散终端运维的难度，从而使省级山洪灾害防治系统建设从硬件层、数据层、网络层和应用层多个层次实现一体化管理。

“两级交互”是指依托完善、高效的信息化平台，逐步实现与山洪灾害相关的信息系统在数据中心进行集中加工处理，与上级防汛系统及下属节点形成信息交互、集中处理的模式，既保证了信息的及时处理反馈，也保证了数据的集中存放以及安全备份。

“三处覆盖”是指山洪灾害防治智慧型系统建设通过数据库标准接口及数据同化技术，横向到边、纵向到底，全面覆盖气象、水文、国土、历史等数据；全面覆盖省市县、大中小流域等各级监控信息；全面覆盖各级山洪灾害防治监控预警系统及山洪数据采集和处理的所有工作环节。

“多个系统”是指通过虚拟化云技术实现对原有业务系统的重构优化、硬件设备的整合规范和信息管理程序的规范，逐步形成一个包括内部业务应用、外部信息交互、综合数据处理及决策、与防汛中心信息系统互通等多个系统为主要内容的山洪灾害防治综合信息化系统体系，并实现“工作自动化、数据集中化、信息处理高效化、管理便捷化、设备应用节能化”的应用目标。

“全面智能”是指传输网络智能化、采集终端物联网化、基础信息数字化、分析判断专家智能化模型化、预警演示三维化。通过引进最新的研究成果，研发关键技术，构建水文预报、山洪预警、智能调控模拟、流域仿真、灾情评估等一系列模型，为流域山洪灾害防治及管理提供专业决策支持和信息服务。

三、关键技术及解决方案

1.大规模感知设备共享和综合服务平台

现有感知设备存在多部分重复建设的现象，例如，可能在非常近的地方，既有气象部门的雨量计，也有水文部门的雨量计。因此，如何充分有效地利用已有的大规模感知设备，避免重复建设，以及如何提高监控网络的共享与感知效率，是智慧山洪建设不得不面临的问题。大规模感知设备共享和综合服务平台的建设目标在于：充分有效地利用已有的大规模感知设备，突破大规模感知信息的关联分析、融合利用等关键技术，实现对防治区目标的多维全面感知，提升智慧山洪服务水平与应急能力。

2.GIS三维平台

GIS三维平台由数据仓库、功能仓库和搭建平台组成。数据仓库集成分布、多源、异构、多时段的基础地理数据和三维建模数据、影像数据、矢量数据等各类数据，同时通过目录配置工具实现对各种数据分门别类的组织和管理。功能仓库集成了GIS通用基本功能和三维数据存储、管理、显示、分析等功能，同时在目录系统上实现对各种功能资源的仓库式管理，提供相关的调用、查询与检索机制。搭建平台提供可视化的搭建配置管理工具，实现搭建式、插件式、配置式二次开发模式，用于灵活搭建C/S、B/S结构的面向各种主题的GIS三维应用系统。

3.数据驱动的水情模拟云计算平台

构建水情模拟云计算平台是山洪灾害防治智慧系统的重要组成部分。在各类监测数据融合分析的基础上，基于云设施，构建全省水情实时连续模拟服务，从而获得各河段、水库的水情预报信息，为各业务系统功能和防汛决策提供不同情景的模拟结果。构建水情模拟云计算平台的关键技术包括以下三个方面：①构建多模型自耦合的水情模拟框架；②构建基于HPC高性能集群为核心的云计算基础设施平台及任务调度系统；③构建模型参数自动率定修正系统，基于云计算提供的资源，采用并行计算程序，根据每年动态更新的雨水情数据，动态率定及修正模型参数，提高模型计算精度。

4.基于移动智能终端的会商及灾情服务平台

建设基于移动智能终端的视频会商平台，实现随时、随地、随身的防汛管理及视频会议，真正做到能够实时了解，即知即晓。同时建立以会商准备信息汇集、会商会议支持和会商成果处理功能为主，会商知识库、相关系统链接为辅的灾情服务平台，通过直接调用山洪灾害预警预报系统相关子系统，实现在对相关业务应用系统的信息查询、分析基础上，辅以系统本身建设的会商知识库，对各类信息按照会商主题的要求集成化后进行可视化显示，同时具备即时提问的应答能力，能够对会上的时间、地点、参会人员、会上成果进行系统管理，对所提出的多种方案进行讨论评估。

5.“互联网+”技术

2015年3月5日十二届全国人大三次会议上，李克强总理在政府工作报告中提出“互联网+”行动计划，正式将 “互联网+”纳入国家顶层设计，提升至国家战略层面。通过“互联网+”计划，山洪灾害防治智慧型系统能够更透彻地感应和度量世界的本质和变化。其中的物联网是“互联网+”的底层技术，就通过各种通信网络实现互联互通、应用大集成，全面采集山洪灾害防治相关状态，形成山洪灾害防治智慧型系统的泛在信息源。

6.异构数据集成技术

对于异构、异质的不同平台的空间数据，系统应提供中间件技术，可克服无法对数据进行混合分析的问题。该技术规定内部数据的读/写接口，通过驱动程序完成对不同来源数据的处理，从而实现多格式数据直接访问、格式无关数据集成、位置无关数据集成和多源数据复合分析，完成多源异构数据的无缝集成。对于自定义的数据类型和其他格式的数据，系统应提供一套标准的支持扩展的接口，可以在此基础上开发驱动，从而实现对其他数据类型的集中操作和管理。

7.智慧型洪水预报技术

智慧型洪水预报技术应以雨水情、历史洪水、地理空间、气象等信息资源为基础，建立可共享的洪水预报模型库，并能方便灵活地调用模型库中的模型，能够对流域数据、模型参数、运行条件等进行配置，并且可以改变预报断面和预报方案。预报系统应建立与洪水、气象等数据库交换的接口，定制预报成果比选交互和洪水预报发布，支持人工试错、自动优选以及两者耦合的率定方法，对任何预报模型单值参数和组合参数进行率定，以完成系统建模工作。系统可基于建立的预报方案，选用一定时期的连续历史资料进行模拟计算，将计算结果与实测结果进行比较，求出误差，再调整参数值，比较其结果和误差，直到最后误差为最小，完成模型参数率定。

四、结 语

智慧系统核心思想就是通过全面感知及计算机的强大模拟分析和展示能力，提供比以往系统更为及时、准确、优化的各类信息，促进社会、经济、自然的良性循环。通过构建山洪灾害防治智慧型系统，将改变传统工作模式，大幅度提升防汛减灾服务水平，促进水利信息化的发展，也是体现水利现代化水平的重要标志，更是实现防汛现代化的重要手段和目标。

[1]孙加龙.省级山洪灾害预警监测系统的开发[J].中国防汛抗旱，2012（1）.

[2]郑灿堂，王庆华，张洪芳.浅谈“智慧水利”[J].山东水利，2012（7）.