安徽省水旱灾害抢险专家系统建设探讨

一、引言

安徽省地处中国南北过渡带的省份，暖湿气流和冷空气在此相遇形成锋面，带来滞留性降雨，是我国为数不多的同时拥有大江大河大湖的省份。 2020年汛期，梅雨期之长、降水总量之多、覆盖面积之广，在历史上都是罕见的，安徽省经历了极为复杂严峻的汛情考验，省内长江、淮河、巢湖南北中三线接连拉响汛情警报。河湖长时间高水位，会造成土壤松软，出现管涌、跌窝、滑坡甚至溃堤等险情隐患，险情如何处置需要水利专家给出解决方案。为指导各地开展防汛抢险工作，安徽省水利厅组建了50 个专家组150 名专家，派驻全省16 市、24 个防汛重点县（区），负责全省防汛抢险技术支撑工作，累计协助地方查险1038 处，成功处置险情900 处。

但安徽省水旱灾害防御在险情抢护与专家人员管理上，信息化程度较低，常见的做法是某处水利工程发生险情后，再就近请专家到现场临时参加制订相关抢护方案，由于受到时间紧迫，人员劳累，气氛紧张等因素，常常导致制订的险情抢护方案考虑不周全。而且参加险情抢护的巡查责任人、专家组、抢险队依然采用传统的人工方式开展工作，险情上报都是由基层巡查责任人通过现场观测的方式人工报送险情给指挥中心，不仅精准度低，而且时效性差，一旦有险情发生，很难在最快的时间内组织抢险和进行人员转移，严重威胁了群众生命安全和财产损失；二是全省水利抢险专家人数少，不能通过信息化手段进行有效调配，基本都是专家组按地域进行驻点开展工作，难以最大程度发挥效益；三是抢险业务智能化程度较低，历史的险情处置经验难以共享，新产生的险情处置方案难以积累。安徽省水旱灾害防御专家系统的建设，可以大大提高安徽省水旱灾害防御险情处置水平，实现信息实时采集、科学决策、精准处置。本文总结了系统的建设经验，对系统的总体框架、险情采集模块、专家信息管理模块、险情处置方案知识图谱模块等关键技术进行了详细介绍，以期对全国水旱灾害抢险专家系统的建设起到积极的示范和推动作用。

二、建设思路

安徽省水旱灾害防御抢险专家系统在隶属关系上是安徽省防汛决策指挥系统的子系统。系统围绕“险情信息实时采集、专家成员全省共享、业务流程协同处理、抢险方案智能推送、基础信息一站式查询”等功能，实现对水利工程巡查责任人、专家组、抢险队以及行政指挥领导等不同用户的全方位信息化支撑。详细建设思路参见图1所示。

图1 系统建设技术路线图

巡查责任人可以利用系统手机APP 对所管理水利工程进行巡查，并记录巡查轨迹，现场发现险情可以通过手机实时上报，可以通过手机查询已上报险情的处置情况。针对上报的险情类别，系统可以自动匹配并推荐相关专家名单。

专家组和行政指挥领导可以通过系统同步查看相关险情信息和历史同类险情处置方案。当前险情成功处置后，可以对指挥中心做出的险情处置方案进行格式化入库形成险情处置知识图谱。

抢险队在开展险情救援时可以通过系统查询专家组会商确定的险情处置方案，在抢险过程中遇到问题可以通过平台与专家进行实时沟通交流。

三、技术方案

1.系统总体框架设计

根据水利部水利信息化顶层设计，安徽省水旱灾害防御抢险专家系统的总体框架采用松耦合的分层架构，由业务功能、应用支撑、数据资源、硬件资源、安全防护体系、标准规范体系等几部分组成（见图2）。系统结构每层功能相对集中和独立，能够为上一层提供很好的支撑服务，层与层之间具有明确的边界划分，松耦合的结构易于未来软硬件及应用服务的调整与扩展。系统按照“省级集中部署，省市县乡四级共用”的原则，分基于浏览器的 B/S 结构电脑版平台和基于手机APP 端的移动应用软件两类成果系统。

图2 系统总体框架图

2.险情采集上报模块

当上级有巡查任务或者自动监测站点有超阈值报警时，巡查责任人会收到巡查任务指令，进而对相关工程情况进行巡查。当巡查责任人通过巡查发现有管涌、跌窝、决口、漫堤、崩岸等险情时，可以通过手机APP 向上级上报险情情况，包括采集时间、险情发生位置、现场视频或者图片、当前险情介绍等。险情信息提交后会直接上传到指挥中心平台，指挥中心平台通过险情信息管理模块为用户提供地图展示、统计分析、巡查信息管理等功能，便于不同层级用户及时掌握现场情况，为防汛管理和决策提供支撑，详细技术路线参见图3。

图3 险情采集技术路线图

3.专家信息管理模块

为科学应对水旱灾害防御工作，充分发挥专家在抗洪抢险、抗旱减灾中的指导作用，安徽省水利厅组建了水旱灾害领域专家库，专家库成员共257人。专家信息管理模块主要为全省水利专家管理提供规范化、高效化、科学化的信息化支撑。将专家按照姓名、单位、专业类别、研究领域、常住地址、联系方式等进行入库，并每年根据专家变化情况进行实时更新。针对不同水旱灾害险情场景，系统可以自动匹配并推荐专家名单，经指挥中心会商研判后，通过平台自动发送短信给指定专家，专家收到信息后即前往险情现场进行技术指导。

4.险情处置方案知识图谱

知识图谱的本质是一个存储知识实体与实体之间关系的结构化网络，可以形式化地描述现实世界的事物及其相互关系，险情处置方案知识图谱即结构化的险情处置方案知识库。创建水旱灾害防御抢险专家系统最大的难点就是专家知识经验的建立和积累。

险情处置方案知识图谱构建的流程参见图4所示，首先通过信息化手段对历史险情处置方案文本进行结构化处理，形成格式化的数据信息；然后根据险情类别从数据信息中进行相关知识抽取，主要抽取各类实体、属性以及实体属性之间的关系，并对抽取的知识进行信息融合；最后借助专家知识和现有的知识库对知识进行建模，并存入知识库形成险情处置方案知识图谱。从而达到信息共享和经验积累的作用。

图4 险情处置方案知识图谱构建流程图

系统建成后，针对基层新上报的险情，系统可以主动推送历史同类险情的处置方案，供专家进行会商研判和指导本次险情的处置。当新的险情处置成功后，可以将本次险情处置方案进行结构化处理，作为新的经验进行积累用于指导未来发生的险情。

四、结论与展望

安徽省水旱灾害抢险专家系统是利用水利信息化支撑水旱灾害防御的一项重要措施，是水利现代化发展的重要方向。本文结合实践经验对安徽省水旱灾害抢险专家系统的建设思路、总体框架以及相关技术进行了描述，该系统原型在2020年汛期已在宣城市多处防洪工程的险情处理中得到了应用，结果表明：本专家系统的创建思路和方法是可行的，开发工作量也是现阶段技术经济条件允许的，它能较好地解决传统水旱灾害抢险过程中存在的困难与弊端。后续在开发和推广过程中笔者将继续对系统各方面进行完善和优化，使系统经历更多实战险情，积累更多经验数据，更好为安徽省水旱灾害防御提供支持■