朱澤宇， 陳四海， 張成中， 王晶晶

(1.揚州大學廣陵學院， 江蘇 揚州 225000； 2.阜寧縣自來水有限公司信息中心， 江蘇 鹽城 224400)

經過多年的建設發(fā)展，江蘇省防汛抗旱服務組織在數(shù)量、規(guī)模、能力等方面取得了一定的進展，并成功抗御了洪澇、干旱等各類突發(fā)災害[1]。但是隨著城市化進程的加快，不透水的硬質化地面不斷增加，原有的產匯流模式發(fā)生了變化，地表徑流大幅增加，雨水管網、河道的匯水速率及匯水量都有所增加，城市防汛壓力加大。公眾對城市內澇的敏感度與關注度逐年提升，這也對防汛搶險應急管理工作提出了新的挑戰(zhàn)[2]。面對新的防汛抗旱形勢和復雜的水旱災害，加快推進全省防汛防旱應急能力建設，提高水旱災害應對能力，顯得十分必要和迫切[3]。

各地為應對汛期突發(fā)狀況積極籌備，南京市開展應急演練，采用無人機和無人船巡堤，以增加防汛巡堤預警的能力。無錫市研究水陸兩棲車，為消防救援隊伍的防汛工作提供強有力的保障。淮安市建設智慧化管理系統(tǒng)，科學提升應急防汛能力。

總的來說，目前江蘇對防汛救援的研究已經取得了一定的成果。本文針對長江汛情監(jiān)測預警與應急處置救援問題，運用深度學習技術，提高災害預測的進度，研究動態(tài)多變的環(huán)境下防汛救災任務分配，提高應急救援效率?；谡Z義數(shù)據(jù)管理的長江汛情監(jiān)測預警與智能應急救援平臺研發(fā)，有利于有效提升基層綜合減災能力。

1 需求分析

1.1 問題分析

江蘇省獨特的地理環(huán)境使得汛情類型十分復雜，長江河勢變化可能導致的坍江，京杭大運河在南水北調高水位情況下的堤防滲流破壞、水庫大壩的滲流破壞，里下河圩區(qū)圩堤坍塌，超歷史暴雨情況下的城市內澇，薄弱工程的安全隱患等。加之地處南北氣候的過渡地帶，流域性、區(qū)域性、局部性洪水頻發(fā)，且多為突發(fā)性、災害性的暴雨洪水，沿海地區(qū)還要面對風暴潮的威脅[4]。極端天氣頻率的增加，也使得江蘇省的防汛防旱任務繁重，對防汛防旱搶險能力提出了更高的要求。因此，要做好水旱災害突發(fā)事件防范與處置工作，提高全省防汛防旱能力，保證防汛防旱工作依法、規(guī)范、有序地進行，最大限度地減少災害損失，保障經濟社會全面、協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展。

1.2 功能需求

汛情監(jiān)測預警與應急救援平臺，利用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術，實現(xiàn)防患點的監(jiān)測、預警和災害應急救援方案生成等目標。

(1)防患點的監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析：防患點數(shù)據(jù)的接入、傳輸與分析，數(shù)據(jù)的高度集成。

(2)險情預測與自動預警：挖掘歷史汛情的隱含價值，為預測算法提供基礎，提高汛情在動態(tài)環(huán)境下的預測能力。

(3)汛情應急處置救援指揮方案生成：綜合考慮安全風險和時間花費最小的最優(yōu)救援路線生成，以救援及時、物資供給公平為目標，應急救援資源(救援人員及設備)調配方案生成。

1.3 功能要求

1.3.1 精確度要求

精確度要求詳見表1。

表1 精確度要求

1.3.2 時間特殊性要求

平臺對于隱患點的監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集，需要每隔5 min記錄一次，氣象信息連續(xù)顯示一周并按天記錄。

1.3.3 靈活性要求

(1)多發(fā)汛情下人員物資分配的博弈機制應滿足實際情況，避免兩處以上險情的防汛方案中共用同一資源時，由于資源競爭出現(xiàn)的匱乏問題。

(2)隱患點采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，及時提示。

(3)搶險方案生成后由專家指導，經過人工干預后形成最優(yōu)方案。

1.3.4 可靠性需求

系統(tǒng)服務器的CPU為4核，內存為8 G，磁盤500 GB～1 T，帶寬10 MB，系統(tǒng)實時24 h進行數(shù)據(jù)解析，監(jiān)測可控，并且具有運行出錯處理機制，例如網絡異常導致監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸失敗處理機制，數(shù)據(jù)庫連接失敗處理機制等。

2 總體設計

總體框架由6個主要部分組成，包括汛情監(jiān)測設備、指揮控制中心、數(shù)據(jù)中心、預警決策系統(tǒng)、應急救援系統(tǒng)和接受用戶。系統(tǒng)采用C/S架構開發(fā)，可連接多種類型數(shù)據(jù)庫，總體框架如圖1所示。

圖1 汛情監(jiān)測預警與應急救援框架

汛情監(jiān)測預警與應急救援平臺的具體實現(xiàn)如下。

(1)長江沿線的汛情監(jiān)測設備收集防患點的精確數(shù)據(jù)，并實時傳送到指揮控制中心。

(2)指揮控制中心將實時數(shù)據(jù)上傳到云端，并建立數(shù)據(jù)中心。

(3)數(shù)據(jù)中心將汛情數(shù)據(jù)交給預警決策系統(tǒng)處理，當出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的時候，預警決策系統(tǒng)會及時向控制指揮中心發(fā)出預警。

(4)指揮控制中心收到預警后，將預警決策系統(tǒng)生成的預測情況及數(shù)據(jù)發(fā)送給應急救援指揮系統(tǒng)，由其生成合理的救援方案并發(fā)送給控制指揮中心。

(5)在收到應急救援指揮系統(tǒng)的方案后，指揮控制中心將救援方案與預計情況進行合理通告，以方便救援與疏散。

3 系統(tǒng)功能

本文提出的防汛搶險應急管理系統(tǒng)分為4個模塊，分別為用戶管理模塊、險情管理模塊、物資儲備管理模塊、搶險方案生成管理模塊。如圖2所示。

圖2 防汛搶險應急管理系統(tǒng)模塊結構

3.1 用戶信息管理

3.1.1 角色管理

系統(tǒng)中的用戶有不同的角色，對應不同的權限展示不同的用戶界面，該模塊提供增加角色、修改角色、刪除角色和分配角色。

3.1.2 用戶管理

根據(jù)用戶的角色不同有不同的權限，管理員擁有系統(tǒng)的最高權限，可以對所有用戶進行信息管理，主要包括添加系統(tǒng)用戶信息，刪除無用系統(tǒng)用戶信息，修改系統(tǒng)用戶的個人信息。普通用戶僅可以對自己的個人用戶信息進行管理。

3.2 險情管理

險情管理模塊主要負責對隱患點監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息進行處理、存儲及分析，讓用戶能夠通過直觀的數(shù)據(jù)對隱患點的情況進一步了解并分析評估險情狀況。該模塊包含以下3個功能模塊。

3.2.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及存儲

通過傳感器、攝像頭等隱患點采集數(shù)據(jù)，進行處理加工后，將格式轉為數(shù)據(jù)庫存儲類型，并錄入數(shù)據(jù)庫。

3.2.2 地圖及天氣信息顯示

獲取高德地圖收集來的隱患點地理位置信息及天氣情況，并錄入數(shù)據(jù)庫。在平臺上連續(xù)顯示一周的氣象信息，為險情分析提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2.3 險情分析

將采集來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，用圖表的形式展示，實時且直觀反映隱患點的情況。系統(tǒng)自動分析隱患點情況，并給出相關的險情評估情況描述，供用戶參考。

3.3 物資儲備管理

防汛物資儲備管理模塊對防汛所用的物資及救災人員儲備進行管理，反饋物資出入情況及救災人員分配情況，對資源調度進行管控。該模塊主要包括防汛物資管理和防汛人員管理。

3.3.1 防汛物資管理

防汛物資管理主要負責記錄防汛物資的出入庫日志，便于系統(tǒng)用戶了解庫存情況，對于儲備不足的儲備點及時增補物資。主要包括3個子功能模塊。

(1)防汛物資入庫功能：記錄物資增補的信息，便于后續(xù)分析統(tǒng)計物資情況。

(2)防汛物資出庫功能：記錄物資出庫的信息，便于后續(xù)分析統(tǒng)計物資情況。

(3)防汛物資查詢功能：用于檢索庫存中的物資情況，便于用戶了解實際儲備情況。

3.3.2 防汛人員管理

防汛人員管理主要負責管理防汛人員的分配，便于人員調用及后續(xù)人員分配情況分析，具體包括4個子功能模塊。

(1)防汛人員納入功能：對招納的防汛人員進行記錄，便于后續(xù)數(shù)據(jù)查詢及人員分配使用。

(2)防汛人員修改功能：對招納的防汛人員信息進行修改維護。

(3)防汛人員派遣功能：險情發(fā)生或者制定方案時，對防汛人員的派遣工作進行處理。

(4)防汛人員查詢功能：查詢防汛人員的信息及其狀態(tài)，便于工作人員了解防汛人員動態(tài)，進行分配及其他防汛工作。

3.4 搶險方案生成管理

搶險方案生成模塊主要負責在險情發(fā)生時，制定防汛資源調配方案，記錄歷史方案并根據(jù)歷史方案進行資源分配的分析處理，主要包含防汛資源標準方案和防汛資源動態(tài)分配。

3.4.1 防汛資源標準方案

防汛資源標準方案功能主要是記錄險情發(fā)生的最低資源分配標準，為搶險方案的動態(tài)生成提供依據(jù)。該模塊提供對數(shù)據(jù)庫中記錄的防汛資源標準進行修改維護、刪除操作。

3.4.2 防汛資源動態(tài)分配

防汛資源動態(tài)分配主要是根據(jù)防汛標準及實際情況生成防汛救災的方案，以及根據(jù)歷史采用方案實現(xiàn)資源儲備的動態(tài)分配方案。

搶險方案擬定及評估：根據(jù)險情的評估情況，檢索對應的防汛資源分配標準，結合實際的資源儲備情況及地理位置，制定出高效的救災方案集，并給出每種方案的分析情況，供用戶決策，實現(xiàn)人工干預。

資源優(yōu)化儲備分析：根據(jù)歷史防汛方案，分析資源儲備點調用情況，生成資源儲備方案，便于生成更加高效的防汛方案。

4 系統(tǒng)應用

通過建立防汛搶險應急管理平臺，實現(xiàn)本文提出的防汛搶險應急管理建設規(guī)劃。平臺主要通過汛期監(jiān)測設備采集數(shù)據(jù)并通過數(shù)據(jù)中心分析，得出相對應的預警等級，并生成相應的決策方案。監(jiān)控圖可由GIS地圖動態(tài)顯示各個隱患點及物資儲備點的地理位置信息和氣象信息。

本文已經在汛情本體構建和應急處置方案兩方面進行的初探性研究，初探研究結果預示所提出的防汛搶險應急管理平臺研究可以達到預期的目標和成果要求。

5 結 語

本文提出一種自動推理與智能決策技術為防汛搶險應急管理提供了技術支撐，設計了一種面向救援質量與效率的救援物資分配機制，綜合考慮救援路徑規(guī)劃和資源分配的效用，滿足應急救援的整體效益最優(yōu)目標。整個研究基于國內應急管理體系的特色和優(yōu)勢，同時又借鑒了國外應急管理有益做法，是一個高效的、智能的現(xiàn)代化應急管理體系。