基于MapGIS的防汛抗旱指揮決策支持系統(tǒng)（定稿）

1、基于MapGIS的防汛抗旱指揮決策支持系統(tǒng)陳緒 黃友昕 劉家奎摘要：防汛抗旱指揮決策支持系統(tǒng)是防災(zāi)減災(zāi)的重要非工程措施，是實現(xiàn)防汛指揮決策科學(xué)化和現(xiàn)代化的重要手段。本文以MapGIS防汛抗旱指揮決策支持系統(tǒng)為例，重點介紹了幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)和主要的功能應(yīng)用，借此展現(xiàn)GIS技術(shù)應(yīng)用于防汛抗旱指揮決策，提高決策水平，實現(xiàn)防汛指揮調(diào)度可視化方面的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：GIS；防汛抗旱；指揮決策；MapGIS1 引言水資源是人類賴以生存和發(fā)展所需不可替代的自然資源，水旱災(zāi)害又是人類面臨的主要自然災(zāi)害之一，防治水旱災(zāi)害是我國水利工作的一項重要任務(wù)。隨著社會經(jīng)濟(jì)與工程技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，采用現(xiàn)代信息技術(shù)，以加強(qiáng)防汛抗旱

2、指揮的科學(xué)性，提高信息采集、傳輸、處理和防汛調(diào)度決策的時效性和準(zhǔn)確性為主要目的的非工程措施日益成為重要的減災(zāi)手段。水利信息是防汛抗旱決策的基礎(chǔ)，是正確分析和判斷防汛抗旱形勢、科學(xué)制定防汛抗旱調(diào)度方案的依據(jù)。防汛抗旱指揮決策支持系統(tǒng)結(jié)合3S技術(shù)和最新的信息化技術(shù)，通過提高雨情、水情、工情、旱情和災(zāi)情信息采集傳輸?shù)臅r效性，提高預(yù)測和預(yù)報的及時性和準(zhǔn)確性，為制定防洪抗旱調(diào)度方案、提高決策水平提供科學(xué)依據(jù)，為科學(xué)輔助防汛抗旱指揮調(diào)度決策工作提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，最終達(dá)到充分發(fā)揮已建水利工程設(shè)施效能的作用。2 系統(tǒng)概述依據(jù)全國水利信息化規(guī)劃（暨“金水工程”規(guī)劃）、全國水利信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃和國家

3、防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程初步設(shè)計技術(shù)要求，該防汛抗旱指揮決策支持系統(tǒng)以MapGIS IGSS共享服務(wù)平臺為依托，參照全國各省市防汛抗旱指揮系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗，遵循國家水利行業(yè)政策法規(guī)，充分利用最新的計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及3S技術(shù)等來開展實時水情、雨情、臺風(fēng)、工情、旱情、洪澇災(zāi)情的采集、傳輸、處理及應(yīng)用工作，并建立水利信息共享服務(wù)平臺，開發(fā)面向防汛抗旱數(shù)據(jù)采集傳輸、工情信息管理、防汛抗旱指揮管理、汛情監(jiān)視、遙感洪澇監(jiān)測等業(yè)務(wù)的專業(yè)軟件產(chǎn)品，為水利行業(yè)的防汛抗旱指揮應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)提供完善的解決方案。3 總體架構(gòu)防汛抗旱指揮系統(tǒng)根據(jù)防汛抗旱工作的需求，依據(jù)國家安全體系與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，結(jié)合

4、防汛防風(fēng)抗旱指揮調(diào)度決策工作的實際業(yè)務(wù)需求，采用面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）思想，在軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施和水利數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，依托GIS支撐平臺，建設(shè)水利信息共享服務(wù)平臺；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)、工情信息管理系統(tǒng)、防汛抗旱指揮管理系統(tǒng)、汛情監(jiān)視系統(tǒng)、遙感洪澇監(jiān)測系統(tǒng)、臺風(fēng)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)先進(jìn)實用，能為各級防汛抗旱部門及時地提供各類防汛抗旱信息，較準(zhǔn)確地做出降雨、洪水和旱情的預(yù)測預(yù)報，為防洪抗旱調(diào)度決策和指揮搶險救災(zāi)提供有力的技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施、水利數(shù)據(jù)中心、GIS支撐平臺、水利共享服務(wù)平臺和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成（圖1）。圖1 防汛抗旱指揮系統(tǒng)總體架構(gòu)圖4 系統(tǒng)功能

5、結(jié)構(gòu)防汛抗旱指揮決策支持系統(tǒng)是一個功能強(qiáng)大、實用性強(qiáng)的綜合性信息系統(tǒng)。包括數(shù)據(jù)采集傳輸、工情管理、防汛抗旱指揮管理、汛情監(jiān)視、遙感洪澇監(jiān)測、臺風(fēng)災(zāi)害監(jiān)測等子系統(tǒng)，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2 MapGIS防汛抗旱指揮決策支持系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖5 系統(tǒng)功能介紹5.1 數(shù)據(jù)采集傳輸子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸子系統(tǒng)具有實時地采集、傳輸來自各市縣級水利部門、氣象部門、農(nóng)業(yè)部門、海洋部門、民政部門等的各類水情、雨情、臺風(fēng)、工情、旱情、洪澇災(zāi)情、氣象信息、防汛抗旱物資信息、預(yù)案信息及防汛統(tǒng)計信息等的能力。其主要功能是完成防汛抗旱實際工作中所需的各類信息的采集、傳輸及入庫（圖3）。圖3 數(shù)據(jù)采集過程示意圖5.2 工情信

6、息管理子系統(tǒng)工情信息管理子系統(tǒng)是以防汛防風(fēng)抗旱業(yè)務(wù)為導(dǎo)向，實現(xiàn)對水庫、堤防、防洪樓、水電站、河流、水閘、泵站等工程設(shè)施的運(yùn)行狀況的集中管理。系統(tǒng)提供了及時更新、查詢定位、信息關(guān)聯(lián)、綜合展示的功能。將基礎(chǔ)工情信息和實時工情信息與數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)銜接起來，及時更新工程設(shè)施運(yùn)行情況；通過查詢，快速定位工程設(shè)施；通過關(guān)聯(lián)操作，查看工程設(shè)施運(yùn)行狀況、災(zāi)害預(yù)案、周邊信息以及最短路徑等，使相關(guān)結(jié)果在同一頁面中展現(xiàn)，達(dá)到對工情信息的有效管理，為預(yù)期的防災(zāi)指揮提供數(shù)據(jù)支撐（圖4）。圖3 工程設(shè)施查詢展示5.3 防汛抗旱指揮管理子系統(tǒng)防汛抗旱指揮管理子系統(tǒng)是對防汛抗旱業(yè)務(wù)相關(guān)的信息進(jìn)行管理，實現(xiàn)防汛指揮調(diào)度、洪水

7、模擬、水（雨）情信息監(jiān)視與預(yù)警、防汛抗旱物資管理等功能，為正確分析和判斷防汛抗旱形勢、制定防洪抗旱調(diào)度決策以及指揮搶險救災(zāi)提供有利的技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)（圖5）。圖5 防汛抗旱指揮管理子系統(tǒng)功能示意圖（1）防汛指揮調(diào)度運(yùn)用GPS定位技術(shù)，對救援隊伍的信息進(jìn)行信息化跟蹤管理。提供地圖標(biāo)繪的操作方式，支持點線面的繪制、數(shù)據(jù)保存，動態(tài)演示等。（2）洪水模擬輔助分析洪水的演進(jìn)趨勢、分析險情，以及分析洪水的淹沒范圍，進(jìn)而輔助進(jìn)行防汛指揮調(diào)度并評估洪水災(zāi)害的損失情況。（3）水（雨）情信息監(jiān)視與預(yù)警快速、高效、全面地監(jiān)視各個遙測站點的水（雨）情信息，采用地圖與表格形式結(jié)合，形象、直觀地展現(xiàn)汛情形勢，同時，提供

8、實時水情預(yù)警功能，為防汛指揮調(diào)度提供有效的決策支持。（4）防汛抗旱物資管理基于電子地圖，提供綜合查詢、報表統(tǒng)計等功能，實現(xiàn)對防汛抗旱物資的信息化、圖形化管理。5.4 汛情監(jiān)視子系統(tǒng)汛情監(jiān)視系統(tǒng)依托監(jiān)測站網(wǎng)，實現(xiàn)對工程的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，并提供短信自助服務(wù)功能，以輔助防災(zāi)救災(zāi)工作，提高決策服務(wù)水平和效率（圖6）。圖4 水利工程遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控5.5 遙感洪澇監(jiān)測子系統(tǒng)洪澇災(zāi)害是各種自然災(zāi)害中發(fā)生頻率高、造成經(jīng)濟(jì)損失最嚴(yán)重的一種自然災(zāi)害。對洪澇災(zāi)害的發(fā)生范圍、變化情況進(jìn)行全方位的實時監(jiān)控，獲取及時、客觀、準(zhǔn)確的洪澇災(zāi)情信息，是抗災(zāi)救災(zāi)工作中必不可少的重要環(huán)節(jié)。通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測，獲取陸地表面宏觀、動態(tài)信息，

9、實現(xiàn)對洪澇災(zāi)害遙感數(shù)據(jù)的監(jiān)測，并提供遙感洪澇數(shù)據(jù)查看、常規(guī)影像洪澇分析、遙感洪澇信息編輯、遙感洪澇動態(tài)分析等功能，為快速反映、緊急救災(zāi)提供依據(jù)（圖7）。圖7 遙感洪澇數(shù)據(jù)查看5.6 臺風(fēng)災(zāi)害監(jiān)測子系統(tǒng)臺風(fēng)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)借助GIS強(qiáng)大的空間分析功能，對正在形成的臺風(fēng)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)風(fēng)力、強(qiáng)度達(dá)到強(qiáng)臺風(fēng)等級時提供聲音自動報警功能；對臺風(fēng)影響區(qū)域進(jìn)行分析預(yù)測，以便指揮部門及時組織臺風(fēng)影響破壞區(qū)域范圍內(nèi)的人畜財物安全撤離；綜合管理臺風(fēng)災(zāi)害預(yù)案，提供對臺風(fēng)預(yù)案的查詢、瀏覽功能，為相關(guān)部門的決策者快速準(zhǔn)確地了解當(dāng)前形勢、分析判斷各種防御方案的利弊提供支持（圖8）。圖8 臺風(fēng)災(zāi)害監(jiān)測子系統(tǒng)功能示意圖（1）臺風(fēng)信息

10、監(jiān)視實時接收監(jiān)視的臺風(fēng)數(shù)據(jù)，分析展示臺風(fēng)信息。（2）臺風(fēng)信息預(yù)警不同地區(qū)發(fā)生不同等級的臺風(fēng)情況用不同顏色在三維模型上予以閃爍顯示，同時提供聲音自動報警功能。（3）防風(fēng)預(yù)案查詢與瀏覽對防風(fēng)工作預(yù)案、防風(fēng)工作流程圖等預(yù)案信息進(jìn)行查詢與瀏覽。（4）臺風(fēng)影響區(qū)域分析按照設(shè)定的緩沖區(qū)對臺風(fēng)的影響區(qū)域進(jìn)行分析。在電子地圖上直觀顯示受臺風(fēng)影響的區(qū)域，以便及時指揮調(diào)度，防風(fēng)減災(zāi)（圖9）。圖9 臺風(fēng)影響區(qū)域分析（5）臺風(fēng)災(zāi)害指揮調(diào)度提供地圖標(biāo)繪功能，在三維地圖上完成點線面的繪制，分析最短路徑、確定安全點、規(guī)劃轉(zhuǎn)移路線，以便指導(dǎo)臺風(fēng)影響破壞區(qū)域范圍內(nèi)的人畜財物進(jìn)行快速撤離。6 技術(shù)特色和功能特點防汛抗旱指揮決策支

11、持系統(tǒng)的技術(shù)特色和功能特點主要表現(xiàn)在以下方面：（1）采用數(shù)據(jù)中心的GIS中間件技術(shù)，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成；（2）具備海量空間數(shù)據(jù)存儲與管理能力，矢量、柵格、影像、三維四位一體的海量數(shù)據(jù)存儲，高效的空間索引；（3）基于三維模型，實現(xiàn)真三維地球立體展現(xiàn)，使整個系統(tǒng)都在三維環(huán)境中展示、運(yùn)行與操作；（4）提供全文搜索引擎服務(wù)：可通過輸入關(guān)鍵字對所有防汛抗旱信息進(jìn)行全盤搜索；（5）從基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)可視化以及開發(fā)集成四個方面，實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)中心的二、三維一體化；（6）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)能很好地與GIS結(jié)合，使防汛抗旱的業(yè)務(wù)信息與空間信息能有機(jī)結(jié)合，在數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)共享、空間構(gòu)造和分析、仿真模擬等方面

12、能得到更深入地應(yīng)用。7 結(jié)語基于MapGIS開發(fā)平臺開發(fā)的防汛抗旱指揮決策支持系統(tǒng)，對水情氣象、防汛業(yè)務(wù)、抗旱管理、天氣雷達(dá)等數(shù)據(jù)處理服務(wù)在防汛抗旱減災(zāi)方面的應(yīng)用進(jìn)行了探索。通過集成三維、遙感、GIS等現(xiàn)代高新信息技術(shù)，大大提高了防汛抗旱指揮系統(tǒng)的處理、分析、展示等能力。將實時水雨情、旱情、災(zāi)情、防汛物資等防汛抗旱業(yè)務(wù)信息與空間信息相結(jié)合，完成水、雨、旱、災(zāi)情信息的采集匯總和分析，天氣和水文預(yù)報以及旱情趨勢的預(yù)測；將GIS技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)共享、空間構(gòu)造和分析、仿真模擬等方面，使業(yè)務(wù)處理變得更加直觀，為防汛抗旱調(diào)度決策和指揮搶險救災(zāi)提供有力的技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。隨著工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，水利信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)將得到進(jìn)一步的完善和功能擴(kuò)展，其在二三維一體化、仿真模擬等多個方面具有廣泛的研究前景和推廣價值。參考文獻(xiàn)1 黃詩峰，李紀(jì)人. GIS支持下的防汛指揮決策支持系統(tǒng)的系統(tǒng)分析與設(shè)計J. 中國管理科學(xué)，2001，9（6）：73-75.2 束慶鵬決策支持系統(tǒng)M北京：中國水利水電出版社，