疏勒河灌區信息化系統集成應用研究

惠 磊，張發榮

(甘肅省疏勒河流域水資源局，甘肅 玉門 735211)

1 概述

水資源短缺是制約我國灌區農業可持續發展的重要因素[1- 3]。隨著工業信息化、自動化、智能化及互聯網技術的發展，灌區信息化建設將是灌區水資源優化配置、水資源高效利用及生態環境保護的重要途徑[4- 8]。近年來，國內灌區水利信息化發展較快[9-10]，但互聯網技術、通訊技術更是飛速發展，導致部分水利管理單位及灌區建成的信息化系統無法趕上互聯網技術、工業信息化和通訊技術的發展；很多水利管理單位都是陸續分階段建成了一些水利信息化系統，但是新舊系統整合力度不夠，重復建設嚴重，造成資金和資源浪費[11- 13]。疏勒河灌區信息化系統工程于2008年建成投入運行，該系統建成后，基本實現了灌區水情、工情等方面的信息采集、傳輸和處理功能。該項目的完成為實現灌區水資源優化配置、統一調度和高效管理提供了強有力的技術支撐和運行條件。近年來，隨著互聯網和軟件技術的快速發展，疏勒河灌區原有信息化系統工程中軟、硬件設備相對落后，大部分硬件設備已老化嚴重，部分軟件系統運行條件與當前的信息化技術已不相適應，已無法滿足當前水利信息化對灌區的發展要求[14- 15]。同時，近年來在疏勒河灌區又陸續建成了灌區斗口水量在線監測系統[16]、昌馬南干渠全渠道控制系統、雙塔水庫信息化管理系統等信息化子系統，這些信息化子系統都亟待集成與整合，才能充分發揮好疏勒河灌區信息化系統工程的整體作用。因此，根據灌區信息化建設需求，開展疏勒河灌區信息化管理系統集成研究十分迫切，同時對疏勒河灌區灌溉水資源的優化配置和調度，推動灌區現代化建設及高效管理具有十分重要的意義。

2 灌區信息化系統集成原則與策略

2.1 原則

灌區信息化應用系統集成是整個應用系統的關鍵和基礎，必須遵循以下原則：

(1)互聯互通、資源共享。各應用子系統之間能夠進行信息互通和共享是灌區信息化系統集成的首要原則，能滿足本系統對共享信息實時、多樣、可變的需求，建立各應用系統互聯互通體系，實現相關信息在體系中按規則有序流動和交互交流。

(2)統籌規劃，統一標準。堅持灌區信息化建設與疏勒河工程建設與管理工作互相促進，協調發展，符合疏勒河灌區整個工程的戰略目標，也是灌區水資源高效管理的重要舉措。應統一領導、組織、規劃、實施、統一技術和標準。

(3)經濟合理，注重實效。在信息化系統滿足功能和要求的前提下，盡可能降低建設成本和運行成本，同時滿足先進性、實用性、安全性、可靠性和可擴充性。

圖1 數據匯集與交換示意圖

(4)加強管理，保障安全。加強信息化建設管理對信息化系統的高效運行至關重要，同時也是保證信息化建設成敗的關鍵所在。通過借鑒國外先進的系統管理辦法，建立起科學的工程管理制度，確保信息化工程的建設質量和成效。按照新理念，采用新辦法，依靠新手段，建立信息化管理的責任制，強化信息系統的運營管理和安全措施，確保信息化系統充分發揮作用。

(5)協同開發，分步推進。綜合應用平臺的建設和應用，涉及到多個單位和部門，多家開發單位必須確保各方緊密配合，協同開發。整個系統以支撐平臺為基礎，有計劃、有步驟逐步開展其它相關專業系統和管理系統的建設工作，逐步建立和建水資源優化和調度數據庫、模型庫、知識庫及相關的智能化輔助決策系統。

2.2 策略

(1)松耦合集成。松耦合程序結構具有易維護、易測試、易擴展、適應變化的需求等優點，是該系統集成所遵循的重要原則。

(2)階段集成。由于項目建設要配合疏勒河供水工程建設分段實施，系統集成也需要具有分段進行的方案，從而保障最大限度地發揮工程作用。

(3)分層集成。表現層、業務層、數據層多層軟件體系結構的采用，系統集成將從界面集成、業務集成、數據集成進行分層集成。

(4)技術導向集成思想。合適的系統架構和集成技術方案，將有效地提高系統性能，軟件技術導向是整個系統集成實現有效協調的基礎，系統各部分的集成將根據各自技術特點采用不同的集成技術方案。

(5)應用導向集成思想。該系統是一個綜合應用平臺系統，根據需要應確定合適的集成技術方案和系統業務導向。

3 灌區信息化應用系統集成建設任務

疏勒河灌區信息化應用系統集成建設任務主要是完成水信息綜合管理、地表水水資源優化調度、地下水監測、泉水監測、植被監測、綜合效益評價、網絡視頻監視、遠程閘控、綜合展示與信息服務、辦公自動化、工程維護管理等應用的總集成任務，完成與已建的698處斗口水量監測系統、60孔南干渠全渠道控制系統、16個骨干渠系各分水口雷達監測斷面系統、24套斗口測控一體化系統、水權交易系統、綜合試驗站、雙塔水庫信息化系統、已建成的95個網絡視頻監視終端、電站監控系統及其它需接入的系統的總集成任務。包括審核各應用系統方案，完成全部業務應用與支撐平臺軟件的集成；完成公共服務組件的開發與統一管理，各應用系統的整合和統一部署以及整個系統的實施管理等工作。

隨著我國改革的進一步深化，航空設備在軍用和民用領域的集成式開發、軍民融合發展是必然的趨勢。我國軍用航空金屬材料是航空設備的基礎，可應用于民用航空、汽車等各個方面。由MIL-HDBK-5發展而來的美國MMPDS《金屬材料性能研發和標準化》，是航空材料標準化領域的重大手冊，其軍民融合式的管理為我國航空材料標準的管理提供了新思路，即由軍方聯合裝備設計制造商和材料供應商，依航空材料專業領域成立委員會，對該領域內因裝備需求而研發的新材料及其標準進行聯合管理推廣，既做到對軍用航空材料標準的切實管控，又促進了其民用發展。同時，該委員會也將促進優質民用材料標準的軍民交流。[12]

4 信息化應用系統集成設計與應用

4.1 數據集成設計

數據集成數據獲取集成和數據交換集成。數據獲取主要包括從各監測站直接獲取的實時數據、由人工錄入的基礎數據及空間數據等，同時對數據進行補全、勘正、入庫、校核和查漏補缺；數據交換主要包括與其他相關業務部門的數據交換，主要采用基于數據庫復制的數據同步和基于消息機制的數據推送。數據匯集與交換示意圖如圖1所示。

數據類型主要包括以下方面：

(1)實時雨水情數據：監測系統采集的水雨情數據需按照行業標準寫入到實時雨水情數據庫中，監測獲得的信息通過數據傳輸信道傳輸到平臺后，進入數據接收處理計算機，通過數據接收軟件實時完成監測站水位數據的入庫。其他相關已建水雨情測站數據由省級水文部門通過本項目新建專網實時向數據中心推送。

(2)供水工程基礎數據：供水項目建設工程中所涉及的各類水利工程、取水口、排污口的基本信息表、工情數據表、工程安全情況等信息，在完成人工調查核實的基礎上，通過相應軟件進行處理，存入數據庫，在項目運行維護期間按需進行動態修改和更新。

(3)實時流量、水質、取水量數據：由各監測站將采集獲得的實時數據通過網絡直接進入數據中心相應數據庫。數據庫庫表結構設計與全省水資源管理平臺相應數據庫相兼容。

(4)閘門開度數據：對于本項目新建站，通過網絡直接將采集數據存入數據中心相應數據庫，對于需要接入的站點數據，經處理后按照統一的數據格式存入數據庫中。

(5)視頻監視信息數據：通過前端監視點設備，通過通訊網絡，將所采集的圖像信息傳送到視頻信息服務器。再通過相應軟件處理后，存入數據庫。

(6)工程巡查信息數據：由巡查人員依托移動巡查設備，根據工程實際情況和指揮部指令到達現場，通過拍照，獲取現場直觀數據，于第一時間通過3G網絡上傳至數據中心。

(8)空間數據：這方面主要包括基礎地理要素(地名、交通、境界、居民地、地形地貌)及水利專題要素(河道、水閘、堤防、排灌站、水文站網、流量站、閘位站、水質監測站、視頻監控站)，在系統功能開發完成直接部署于數據中心。

4.2 新舊系統集成與應用

綜合應用平臺的建設將對疏勒河所轄所有工程進行集中管控，疏勒河已建的相關業務系統按照業務功能分類將與本平臺系統集成。被本綜合應用平臺功能涵蓋的已建應用可以由本平臺替代，系統集成的關鍵是綜合平臺替換與涵蓋原有平臺，完成對原有系統數據、數據來源的遷移，利用本綜合應用系統的數據采集與交互平臺及應用支撐平臺提供的數據交換系統，可以實現與原有業務系統的數據交換。通過集成的門戶平臺，實現將原來的B/S結構應用包含于portlets中，同時將原來的C/S結構應用通過，表示邏輯和業務處理邏輯分離后封裝到portlet中。新舊系統集成主要包括：

(1)斗口水量監測系統。疏勒河灌區已實現698處斗口水量信息的采集，本次集成將698套現地斗口水量監測設備的工作狀態及水量信息等主要數據實時保存至數據庫，能夠實時顯示在信息中心的水信息綜合管理系統中，并為地表水資源優化調度系統提供基礎數據。

(2)南干渠全渠道控制系統。南干渠現有60孔由澳大利亞潞碧墾公司安裝的一體化板閘，并通過全渠道控制系統實現閘門的自動運行。該系統的前端硬件、通信線路、數據庫和后臺管理軟件自成一體，且無法獲取其數據庫結構和軟件代碼，因此與信息中心無法實現界面級的集成嵌入。但該系統提供有中間數據庫訪問接口，通過該接口可以實現南干渠自動測控一體化閘門的實時狀態等數據在應用系統中集成顯示。

(3)骨干渠系各分水口雷達監測斷面系統。疏勒河灌區已實現16個干渠斷面的水位實時監測，本次集成將16套水位監測設備的工作狀態及水量信息等主要數據實時保存至數據庫，能夠實時顯示在信息中心的水信息綜合管理系統中，并為地表水資源優化調度系統提供基礎數據。

(4)斗口測控一體化系統。疏勒河灌區由國電南瑞集團建成24套測控一體化閘門，本次集成除將現在監測設備的工作狀態及水量信息等主要數據實時保存至數據庫，能夠實時顯示在信息中心的水信息綜合管理系統中，同時也能遠程閘門控制系統實現這24套閘門的遠程控制。

(5)水權交易系統。水權交易系統主要是通過水權信息和交易信息的管理實現水權的實時在線交易。疏管局已經在局域網站開設了“水權交易系統”窗口，將高效集成嵌入中國水權交易所股份有限公司正在籌備的水權交易平臺。

(6)綜合試驗站數據。該綜合試驗站已經記錄形成了多年的大氣和水文歷史數據，本次集成將這些主要數據實時保存至數據庫，能夠實時顯示在信息中心的水信息綜合管理系統中，并為地表水資源優化調度系統、地下水監測系統提供基礎數據。

(7)雙塔水庫信息化系統。本次集成將雙塔水庫信息化系統的閘門遠程監控系統，出庫流量及庫水位監測、網絡視頻監視系統等建設內容通過系統預留接口集成接入疏管局信息中心綜合管理平臺，完成雙塔水庫信息系統與信息中心平臺系統的完全整合。

(8)網絡視頻監視系統。本次集成將已建成的95個網絡視頻監視終端(分布于水庫、各干渠主要分水口等處)接入信息中心網絡視頻監視系統，實現無縫結合。

(9)電站監控系統。滿足信息中心能通過信息中心綜合管理平臺實現對現有局屬電站的主要運行狀態及參數進行掌握了解，出于數據安全性考慮，在現有電站信息化管理系統的基礎上，針對各電站開發相應的數據訪問接口，將電站著重研究水利信息化系統的升級改造和系統整合，為國內水利信息化系統升級改造探索經驗和提供借鑒。的相關數據實時傳輸到信息中心，進行數據集成顯示。

(10)其它需接入系統。信息系統集成需結合現有系統的實際情況，因地制宜，將分散的資源信息進行平臺化整理，便于后期的運行管護。

5 結語

系統集成應用是疏勒河灌區信息化系統工程建設的主要技術環節，本文提出的灌區信息化系統集成應用技術，全面升級改造和整合了新、舊各時期建設的信息化系統，以此構建了涵蓋疏勒河全灌區的統一信息系統管控平臺。在系統集成應用的實踐中，目前還存在舊系統由于數據結構等因素，以及不同系統服務商的技術壁壘等原因，造成部分舊系統數據利用率低等問題。但總體來看，疏勒河灌區信息化系統集成應用技術通過完善灌區水情、工情等方面的信息采集、傳輸和處理功能，為實現水資源優化配置、統一調度、統一管理提供了重要的信息手段和技術支撐，同時也為國內同類灌區信息化系統升級改造和系統集成提供借鑒。