山东省水利防汛调度会商系统构建及应用

庄 磊，葛召华

（山东省水利综合事业服务中心，山东 济南 250013）

0 引言

近几年，山东省连续遭到强台风侵袭，“温比亚”“利奇马”“巴威”等台风先后登陆，暴雨、大暴雨等极端天气频发，给防汛工作带来严重考验[1]。面对防汛新形势新要求，山东省水利信息化在支撑水旱灾害防御方面的短板也愈发明显，汛情数据渠道单一，应急调度手段滞后，智慧化决策水平不高，业务协同和统一调配难度较大，防汛指挥调度的整体能力亟待改善。

为着力解决“十三五”发展中的“支撑决策能力不足”等问题[2]，2018 年底，山东省水利厅做出建设省防汛调度会商系统的重大决策。该系统基于现有水利数据中心、云平台开发建设，充分运用“互联网 +”、大数据、人工智能、5G 等新兴技术，初步打造集综合指挥调度、数据汇聚应用、风险防范预警、事件应急处置、服务科学决策等功能为一体的省级防汛调度指挥中枢。

1 建设目标及功能设计

1.1 建设目标

全面整合水旱灾害防御、水文水情、河湖管理、视频监控、气象预报等信息数据，优化集成防御调度、指挥会商、远程监控、集中展示等需求功能，超前建设功能完备、可靠稳定的音视频展示系统，打造智慧化、科学化的水利行业一体化调度平台。防汛调度会商系统深度融合卫星遥感、大数据、无人机、5G 等新兴技术，将各类水利信息要素集成到省级决策中枢，建立水利信息全范围感知、行业调度全流程支撑的信息化体系，使各类应急调度有章可循，进一步推动水利防汛工作现代化[3]。

1.2 功能设计

防汛调度会商系统应具备以下主要功能：

1）实现大数据智能应用。集成山东省河湖水系、水文水资源、水利工程、防汛抗旱等业务历史数据，以及水利信息化和智能化建设产生的各类成果数据，利用可视化大屏和智能检索技术，实现水利业务数据的集中展示和智能应用。

2）实现一张图指挥。利用山东省地理信息数据，对省内主要河流湖库及监测站点进行图上标绘，形成山东省河湖一张图，对河流信息要素等实现动态更新，并利用可视化大屏技术进行全景展示，为水旱灾害防御调度指挥提供决策依据。

3）保障应急调度。建设覆盖山东省各市、县级水行政主管部门和重点水利工程的可视化值班系统，使应急调度指令第一时间传达至各有关单位，并随时对行业值班情况进行检查。

4）融合多源信号。集成视频会议、视频监控、音频视频、5G 设备、无人机、遥感卫星等多种信号，健全水利感知平台，实现多路信号的全数字融合，做到统一管理、集中控制。

5）推动资源共享。在系统建设及开发过程中，充分考虑多部门间防汛调度会商需求，在系统端预留接口，方便防汛业务厅局随时接入网络，调取数据。

1.3 整体架构

山东省水利防汛调度会商系统整体架构由以下内容组成：5 个层面，包括基础设施支撑层、数据资源层、应用支撑层、智能应用层、决策层；2 类保障体系，包括运行维护、标准规范 2 个体系；3 类服务对象，包括省防汛抗旱指挥部（以下简称省防指），省级水行政主管、应急管理部门。总体架构设计如图 1 所示。

5 个层面具体分析如下：

1）决策层。山东省防汛调度会商系统主要供3 类服务对象有关领导及人员使用。

图 1 防汛调度会商系统整体架构

2）智能应用层。智能应用层基于防汛调度等业务需求，以及应用支撑层提供的标准化服务接口，开发大数据智能服务、行业一体化调度、多场景会商等功能模块，为防汛工作提供数据参考和决策支撑。

3）应用支撑层。应用支撑层在基础设施层和数据资源层的基础上，建立“统一门户、统一用户”的应用建设规范体系，结合机器学习、智能识别、深度学习等技术，提供不同场景下的水利应用模型服务，为业务系统提供统一的标准化服务接口。

4）数据资源层。数据资源层通过建立规范统一的水利数据资源目录和仓库，制定资源处理、汇聚、共享等方面的规范标准，实现各类数据的汇聚交换和资源管理，推动多业务领域的数据资源共享。

5）基础设施支撑层。基础设施支撑层由省级水利云、信息感知和通信网络体系构成，为各类信息化应用提供通信网络支撑和基础数据保障。

2 主要建设内容及创新点

2.1 水利大数据可视化应用

基于山东省水利海量数据，采用大数据基础组件、虚拟化、智能感知、挖掘建模、机器学习、多学科融合展现等技术，开展多业务领域的数据整合、共享，实现已有数据在出入口上的一数一源和智能管理，建立完备的山东省水利资源池[4]。开发水利数据垂直搜索引擎基础理论模型，实现数据智能检索和智慧应用，将面向专业人员的表格数据转换成面向领导决策的可视化展示数据，应用人工智能技术对信息进行自动分类，构建水利知识图谱，打造基于业务需求的多场景可视化大数据应用。具体应用分析如下：

1）开发河湖一张图。利用天地图和水利基础数据，整合卫星遥感、视频监控、工程信息等，对全省 9 000 余条乡镇级以上河流、6 436 个湖库及相关建筑和监测点进行矢量标绘，涵盖河道控制线、保护区、保留区及开发利用区等范围[5]。使用遥感影像数据，对河道划界岸线进行监测，建立岸线遥感监测底片。研发面向对象分割和深度学习结合的河湖岸线提取算法，快速提取监测范围内的违章建筑、侵占滩地、违法养殖、违法采砂、涉水建设项目等信息，并进行人工目视校核和修正。

2）开发专题数据可视化展示。应用大数据技术对现有水利数据中心、互联网水利等的数据进行分析整理，开发多个场景的专题演示界面。目前已完成水利概况、防汛抗旱、重点项目建设、河（湖）长制、水文水资源、水利移民等业务的综合和专题数据的可视化展示。通过可视化形式可宏观了解水利信息，促进不同水利系统之间的互联互通，为业务创新和正确决策提供依据，也为水利业务强监管提供有力支撑。

2.2 多源信号可视化展现

将会议终端、视频监控、单兵设备、无人机、卫星电话、4G/5G 设备、宽带集群系统等与水利业务进行深度融合，以可视化形式呈现各类数据资源，快速实现可视化扁平调度和汛情现场全景可视，广泛应用于水文水资源、防汛抗旱、水利项目建设等工作中，尤其为应急指挥调度和水利项目推进提供强有力的信息化支撑，实现动态感知、资源整合、智能分析、辅助决策[6]。

2.3 视频展示优化提升

建设完成综合可视化展示平台，整合 LED 大屏显示系统、超高分可视化和大屏幕综合应用管理平台等设备，应用软、硬件拼接技术，可针对不同业务、场景需求，对图像进行定制，开发多种调度、会商、演示模式，有效满足水利行业指挥调度需求。建设完成超高清全融合显示系统，实现端到端真 4K 高清效果，可实现 4K 视频会商、监控及全视频 4K 融合上墙，使各类视频信号更加真实清晰，显著提升视频会商效果。

2.4 行业调度一体化联动

建设水利行业可视化值班系统，完成山东省16 个市、150 余个县、30 余个水库的视频终端安装配置。市、县、水库三级值班画面分层级集中演示，市级画面采取固定模式展示，县级及水库画面采取轮巡模式展示，省防汛值班室可随时对任一部门进行调度，实现省、市、县三级水行政主管部门无障碍实时会商，满足值班轮询、水情会商、防汛调度的可视化需要，为汛期政令畅通和突发事件处置提供保障[7]。

2.5 涉水数据有效整合共享

实现不同省直部门间的数据共享和联合应用：

1）数据共享方面。接入山东省气象局云图、雷达等数据，实时跟踪并动态演示云图、雷达图。将河湖岸线规划数据与自然资源厅相关数据进行共享交换，确保划界数据的权威性和准确性。与生态环境厅实现水质监测系统联网和数据共享，扩展河湖水质监测覆盖范围。

2）联合应用方面。通过运营商专线，实现与山东省应急管理厅、气象局、武警总队的数据共享联通，各单位可实时查看雨水情信息，调度降水情况。通过省电子政务专网，实现与省应急管理厅值班室高清防汛会商。

3 应用效益分析

3.1 全面提升防汛统筹协调能力

山东省防汛调度会商系统投入运行以来，应急调度、雨水情查询、台风实时监测、行业会商 4 种能力效益显著，有效确保了全省灾情应对统一指挥、调度和统筹协调。2019 年以来，山东省主要领导多次通过调度会商系统集成的雨水情查询、气象研判、台风路径分析、视频会商等业务应用，召开跨地域、部门的应急会商会议 10 余次，调度各市防指 40 余次，多次做出抢险救灾重要指示，有效确保了全省灾情应对科学有效。

3.2 扎实推进行业一体化调度监管

1）建设全省水利可视化值班系统，打造覆盖省、市、县三级水行政主管部门和大型水库的调度会商网络。汛期各级可视化值班设备保持 7×24 h开机，配备专人值班值守，值班画面在山东省调度中心全天候显示，可随时进行视频会商、调度检查，有效确保全省水利系统灾情应对的协同高效。

2）开发重点水利工程大数据平台，实时显示山东省 1 705 个重点水利工程计划投资、资金执行、项目进展等情况。根据项目类型和所属地域，定制开发多种对比、分析、查询模式，全省项目状态、各市建设进度一目了然并可随时调度，做到“一屏观全省、一屏管全省”。

3.3 不断深化涉水数据互联共享

借助山东省水利防汛调度系统，实现了涉水数据在水利、应急、自然资源、生态环境、气象、武警等部门之间无障碍流通，以及水利、应急部门之间的实时视频会商。汛期，省防指各部门、防汛专家多次联合会商，调度各市县汛情、险情、工情，研判台风趋势和水库、河道水情变化，为灾情应对提供了可靠支撑。同时，依托自然资源和生态环境部门提供的河湖岸线、水质监测等方面的数据，为水利行业强监管提供可靠依据。

3.4 有效助力突发事件应急处置

1）化工厂紧急事件处置。2019 年“利奇马”台风过境期间，小清河一河段发生溃堤，某化工厂可能因化学物质泄露引发爆炸。通过调度指挥系统，省防指第一时间与现场视频联通，根据一张图全面了解河流信息，调取溃堤河段监测站点数据，迅速形成解决方案并下达，现场处理情况通过平台数据、视频影像实时反馈到调度中心。通过紧急抢险，险情迅速解除。

2）小清河壅水事件处置。受“利奇马”台风影响，小清河下游某段出现壅水现象，造成水位暴涨，随时可能出现溃坝。省防指迅速根据一张图了解河流信息，调度河段监测数据，第一时间开展汛情分析和联合调度，紧急调整应急方案，现场防汛抢险人员迅速做出响应，顺利解决危机。

4 结语

山东省水利防汛调度会商系统充分运用“互联网 +”、大数据、人工智能、遥感影像、5G 等技术，打造了智慧化、科学化的水利行业一体化指挥调度监管平台，为水情监测预警和防汛会商提供有力支撑，为行业调度指挥和应急处置提供决策依据。经2019，2020 年汛期不间断运行检验，防汛调度会商系统成效得到了初步验证，信息联通快捷高效，防汛调度稳定可靠，满足了山东省防汛工作需求。为进一步提升防汛调度会商系统的服务能力和应用水平，还需要不断提升业务应用和信息数据的整合共享力度，建立完善防汛调度会商系统与水利业务应用的业务协同、数据更新等机制，提高全面准确的信息支撑服务能力。