城市防洪信息化系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

王 強，殷奇紅，許 瑛

（1.常州市城市防洪工程管理處,江蘇 常州 213100；2.常州市城市防洪工程管理處,江蘇 常州 213100；3.常州市武進區(qū)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院,江蘇 常州 213101）

0 前言

常州市地處長江之南，太湖北岸，京杭大運河穿城而過，屬于太湖流域，境內(nèi)水網(wǎng)密布，縱橫交錯，低洼圩區(qū)眾多，一旦遭遇暴雨，極易形成洪澇災(zāi)害，城市的防洪形勢及其嚴峻，治水任務(wù)任重而道遠。

2012年5月8日，《江蘇水利現(xiàn)代化規(guī)劃》（2010-2020）獲國家水利部和江蘇省人民政府聯(lián)合批復(fù)，這為常州水利現(xiàn)代化建設(shè)提供了有力的科學(xué)依據(jù)和支撐。2018年常州市城市防洪工程管理處決定建設(shè)城市防洪信息化系統(tǒng)，以便推進城市防洪工作的高效有序開展。綜合應(yīng)用新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)水利相結(jié)合，已成為城市防洪行業(yè)發(fā)展的必然選擇。無論是從經(jīng)濟效益還是社會效益進行分析，城市防洪信息化系統(tǒng)的建設(shè)都將對常州市防洪事業(yè)的發(fā)展帶來極大的提升作用。

1 城市防洪信息化的現(xiàn)狀

隨著計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的快速發(fā)展，水利行業(yè)也開始逐步推廣這些新技術(shù)。與水利信息化發(fā)展較快的城市相比，常州市城市防洪信息化系統(tǒng)的建設(shè)還存在著一些問題：業(yè)務(wù)平臺分散；通訊網(wǎng)絡(luò)不健全；工程電子資料不全；巡查管理手段落后；信息化基礎(chǔ)設(shè)備老舊。

2018 年常州市城市防洪工程管理處所轄各型泵閘站已達51 座，隨著站點數(shù)量的增多，管理處本已存在的人員緊缺問題日益嚴重，急需通過配備統(tǒng)一完善的信息化系統(tǒng)進行輔助管理，而原有的零散的業(yè)務(wù)平臺尚未實現(xiàn)全面整合和集中，工作人員無法在統(tǒng)一的系統(tǒng)上實現(xiàn)對所有工程的調(diào)度管理和監(jiān)控，無法滿足城市防洪的管理工作要求，因此在2018 年底管理處決定對原有的業(yè)務(wù)平臺進行統(tǒng)一的整合提升。

2 信息化系統(tǒng)的構(gòu)成

常州市城市防洪信息化系統(tǒng)是通過計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動監(jiān)測及傳輸技術(shù)，建立起轄區(qū)內(nèi)排澇泵站的自動監(jiān)控系統(tǒng)。該信息化系統(tǒng)使用了Java開發(fā)技術(shù)，采用B/S架構(gòu)和統(tǒng)一的通訊接口，運行在Tomcat服務(wù)器上，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為Oracle11g，將多種業(yè)務(wù)進行了高度集成。

從邏輯結(jié)構(gòu)上來分，城市防洪信息化系統(tǒng)主要包括設(shè)備自動化監(jiān)控平臺、防洪業(yè)務(wù)管理平臺、綜合數(shù)據(jù)中心。

設(shè)備自動化監(jiān)控平臺：對泵閘站進行遠程監(jiān)控，完善設(shè)備的自動化控制能力、數(shù)據(jù)采集處理能力，以便實現(xiàn)管理處對泵閘站的統(tǒng)一調(diào)度和指揮。

防洪業(yè)務(wù)管理平臺：通過防洪業(yè)務(wù)管理平臺，管理處實現(xiàn)日常辦公、工程運行管理、調(diào)度指揮等工作的統(tǒng)一管理。

綜合數(shù)據(jù)中心：綜合數(shù)據(jù)中心與實時監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)相連接，采集并匯聚前端站點雨量、水位、設(shè)備狀態(tài)等信息，為城市防洪信息化系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，并向市局一級平臺上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 信息化系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

為保證城市防洪信息自動化系統(tǒng)成功開發(fā)和應(yīng)用，在系統(tǒng)開發(fā)中應(yīng)遵循統(tǒng)一性、穩(wěn)定性、實用性、擴展性、經(jīng)濟性的原則。此次項目在管理處實際需求基礎(chǔ)上，構(gòu)建了設(shè)備自動監(jiān)控平臺、防洪業(yè)務(wù)管理平臺、綜合數(shù)據(jù)中心，形成以城市防洪調(diào)度管理為核心業(yè)務(wù)的信息化系統(tǒng)。

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計

該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要包括管理處調(diào)度層遠程實時監(jiān)控平臺和51座樞紐工程（閘泵站）現(xiàn)地自動化控制系統(tǒng)，主要由管理處工控機和各樞紐工程（閘泵站）現(xiàn)地控制單元等設(shè)備組成，構(gòu)成了一個完整的分布式、實時過程控制系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中心通過新建網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了與各泵站的網(wǎng)絡(luò)互通，同時也將采集的信息通過水利專網(wǎng)上傳給市局一級平臺，實現(xiàn)了泵站管理信息的自動交換和共享，為信息暢通、指揮調(diào)度科學(xué)提供有效通信保證。根據(jù)市水利局統(tǒng)一規(guī)劃，為了節(jié)約成本，同時達到最好的效果，各樞紐與數(shù)據(jù)中心之間用VPN的網(wǎng)絡(luò)通信方式。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖

3.2 設(shè)備自動化監(jiān)控平臺的設(shè)計

自動化監(jiān)控平臺包括工情監(jiān)控采集和視頻監(jiān)視兩大部分。城市防洪信息化系統(tǒng)是一個與泵閘站業(yè)務(wù)有關(guān)的各種工程信息的數(shù)據(jù)集合，自動化監(jiān)控平臺是信息化系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括以下功能：

（1）數(shù)據(jù)采集和處理

泵站配置現(xiàn)地監(jiān)控單元、水位計、雨量計、閘位計等設(shè)備，采集和長期存儲本地信息，并按水資源標(biāo)準(zhǔn)格式向中心站報送信息，并采集每臺泵的工況狀態(tài)。

（2）運行安全監(jiān)視

在泵站均安裝了攝像頭，將重要工位和設(shè)備情況通過VPN公用網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺。

（3）泵組、閘門及單臺設(shè)備的控制操作

設(shè)備自動化監(jiān)控平臺可以對泵組、閘門等設(shè)備遠程啟停，設(shè)備自動化監(jiān)控平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

3.3 防洪業(yè)務(wù)管理平臺的設(shè)計

系統(tǒng)采用統(tǒng)一的架構(gòu)，統(tǒng)一用戶管理，統(tǒng)一工作流模式，高效集成各種應(yīng)用，統(tǒng)一管理并高度共享各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和地理信息。該平臺各個子系統(tǒng)可以在一體化平臺間實現(xiàn)快速切換，并高度的與市局一級平臺各子系統(tǒng)對應(yīng)銜接，有效的支持市局各軟件系統(tǒng)的落地應(yīng)用。

面向服務(wù)的共享與聚合技術(shù)是新一代的數(shù)據(jù)共享技術(shù)，該平臺采用更全面的SOA架構(gòu)[1]，它能將其他服務(wù)器發(fā)布的服務(wù)和本地數(shù)據(jù)聚合起來，并將聚合的結(jié)果發(fā)布，客戶端服務(wù)的聚合則是將本地服務(wù)和其他的服務(wù)，與本地數(shù)據(jù)進行集成應(yīng)用[2]。

根據(jù)管理處的實際業(yè)務(wù)需求，防洪業(yè)務(wù)管理平臺主要包括如下業(yè)務(wù)子系統(tǒng)：綜合監(jiān)測子系統(tǒng)、調(diào)度運行子系統(tǒng)、工程管理子系統(tǒng)、巡查管理子系統(tǒng)、防洪物資管理子系統(tǒng)。

圖2 設(shè)備自動化監(jiān)控平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.4 綜合數(shù)據(jù)中心的設(shè)計

綜合數(shù)據(jù)中心由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)服務(wù)三部分構(gòu)成。其中數(shù)據(jù)采集模塊主要對專題數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、常州市空間地理數(shù)據(jù)進行采集；數(shù)據(jù)存儲模塊主要將采集到的數(shù)據(jù)存儲在兩個數(shù)據(jù)庫中，一個主要用于存儲實體環(huán)境以及設(shè)備狀況數(shù)據(jù)，一個用于存儲業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)服務(wù)模塊可以針對采集到的數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計分析，對于擁有權(quán)限的用戶可以進行相關(guān)數(shù)據(jù)查詢，此外，數(shù)據(jù)還可以通過水利專網(wǎng)被市局一級平臺調(diào)用，真正實現(xiàn)互聯(lián)互通。

在實際業(yè)務(wù)進行中，設(shè)備運行等過程存在大量數(shù)據(jù)，對城市防洪數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進行分類，有利于數(shù)據(jù)的存儲和利用。基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)來源于常州市規(guī)劃局的數(shù)據(jù)共享；監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括泵閘運行數(shù)據(jù)，水雨情數(shù)據(jù)以及泵站流量數(shù)據(jù)等；多媒體數(shù)據(jù)包括涉及泵站概況的文本數(shù)據(jù)，設(shè)備運行狀況現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)等。

綜合數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 綜合數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)圖

4 信息化系統(tǒng)的功能及應(yīng)用

系統(tǒng)采用統(tǒng)一平臺思路，實現(xiàn)各類業(yè)務(wù)的統(tǒng)一綜合應(yīng)用，針對不同權(quán)限用戶的應(yīng)用需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、綜合數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)管理的整合提升，并提供統(tǒng)一的訪問機制，實現(xiàn)不同權(quán)限用戶的數(shù)據(jù)訪問和業(yè)務(wù)應(yīng)用，達到信息資源共享和業(yè)務(wù)高效協(xié)同的目標(biāo)[3]。

4.1 自動化監(jiān)控平臺子系統(tǒng)

安裝調(diào)試PLC、組態(tài)軟件、通訊設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備，通過操作站及時了解現(xiàn)場運行情況、各種運行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常發(fā)生等。并設(shè)置報警系統(tǒng)，當(dāng)站點發(fā)生監(jiān)測數(shù)據(jù)異常或者通訊故障時，系統(tǒng)發(fā)出報警聲，通知管理人員及時處理[4]。

4.2 綜合監(jiān)測子系統(tǒng)

系統(tǒng)基于GIS地圖，提供對工程水情、雨情、工情（泵閘站）、視頻、臺風(fēng)、氣象等信息的一張圖展示，實現(xiàn)工程情況的實時監(jiān)視和歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，根據(jù)獲取的實時信息，做出防洪調(diào)度決策，利用調(diào)度令的流轉(zhuǎn)，指導(dǎo)并管理所有工程的整體調(diào)度，主要包括天氣預(yù)報、臺風(fēng)預(yù)報、水情查詢、雨情查詢、工情查詢、視頻查看、預(yù)警設(shè)置等功能。

4.3 調(diào)度運行子系統(tǒng)

常州市城市防洪工程管理處根據(jù)水雨情自動化設(shè)備實測數(shù)據(jù)反映的各個泵站的水位,參照常州市防汛指揮部的預(yù)警級別，根據(jù)上級領(lǐng)導(dǎo)指令啟動泵站調(diào)度功能，調(diào)度運行主要包括公告欄、調(diào)度審批發(fā)布流程、調(diào)度信息查詢、運行統(tǒng)計等功能。

4.4 工程管理子系統(tǒng)

通過建立工程安全運行管理指標(biāo)，及時掌握工程的基礎(chǔ)信息、實時巡查記錄、工程安全狀態(tài)等信息，為相關(guān)工程的安全運行、高效管理提供支撐。工程管理系統(tǒng)包括組織管理、工程信息、設(shè)備管理、水行政管理等功能模塊。

4.5 巡查管理子系統(tǒng)

檢查觀測包括防洪工程的日常檢查、定期檢查、特別檢查、河道的水政巡查以及工程隱患及異常情況等，需緊密結(jié)合維修養(yǎng)護、水政管理、物資管理以及移動應(yīng)用系統(tǒng)功能。同時，基于檢查觀測結(jié)果建立考核管理，考核管理包括工程考核、日常考核、水政綠化考核、內(nèi)部績效考核和物業(yè)監(jiān)督考核等。最終實現(xiàn)巡查—發(fā)現(xiàn)問題—解決問題—完成反饋的閉合管理。

4.6 防洪物資管理子系統(tǒng)

針對物資資源管理的特點和要求,系統(tǒng)將物資數(shù)據(jù)庫與現(xiàn)代地理信息技術(shù)相結(jié)合,通過服務(wù)界面進行高效管理，包括地圖顯示、物資出入庫以及物資盤點等功能，最后增加商品的庫存，形成一套嚴格的管理控制體系，從而達到更加方便快捷有效的進行物資管理。

4.7 移動終端子系統(tǒng)

開發(fā)了Andriod版和ios版兩套移動平臺，以移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支持，利用GPS、GIS、智能手機等設(shè)備和技術(shù)，建立水利工程移動應(yīng)用系統(tǒng)，提供水利工程移動巡查設(shè)備的接入和注冊，為水利工程管理單位提供工程調(diào)度、實時監(jiān)測信息（水情、雨情、工情、視頻、臺風(fēng)、氣象等信息）查詢、現(xiàn)場巡查和排查手段，為工程日常巡查管理和應(yīng)急處置提供服務(wù)。

5 結(jié)語

常州市城市防洪信息化系統(tǒng)目前已建設(shè)完成，該系統(tǒng)必將為水利部門提供科學(xué)決策依據(jù)，為進行正確調(diào)度提供有力的技術(shù)支持，減輕洪澇災(zāi)害所帶來的損失。信息化系統(tǒng)是水利現(xiàn)代化體系中的重要組成部分，該系統(tǒng)的高效應(yīng)用大大提高了水利部門的工程管理水平，使常州的水利現(xiàn)代化邁上了一個新的臺階。