水利信息化管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究

馬舒文

（浙江省錢(qián)塘江管理局勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310016）

1 水利信息化管理概述

我國(guó)水利信息包含水生態(tài)信息、水資源分布信息、水環(huán)境監(jiān)測(cè)信息、水利防旱防汛信息和水利工程管理信息等多個(gè)維度。我國(guó)水利資源主要分布在大型河流、湖泊及人造運(yùn)河附近，水利資源的利用關(guān)系到自然資源維護(hù)、自然環(huán)境保護(hù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿腿丝诜植嫉榷囗?xiàng)國(guó)家發(fā)展要素，具有非常重要的戰(zhàn)略意義。

我國(guó)水利信息化管理工作最早開(kāi)端于上世紀(jì)70年代，經(jīng)歷了啟動(dòng)階段、試點(diǎn)應(yīng)用階段和全面落地階段三個(gè)時(shí)期，各個(gè)時(shí)期的主要工作進(jìn)展見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)水利信息化發(fā)展階段概述

2 水利信息化管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究

2.1 水利信息化管理平臺(tái)需求分析與建模

2.1.1 系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)性能需求分析

水利信息具有動(dòng)態(tài)性、不確定性和分散性這些特征，這就要求水利信息化管理平臺(tái)在信息采集、數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)運(yùn)行方面都要穩(wěn)定可靠：（1）在線(xiàn)監(jiān)測(cè)模塊要具有數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)防篡改等保護(hù)功能。（2）水利信息數(shù)據(jù)要符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、必要的冗余和可擴(kuò)展性。（3）系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠運(yùn)行的能力和必要的容錯(cuò)能力。

2.1.2 工程運(yùn)行管理模塊需求分析

某水利管理處所管轄的工程管理所定期開(kāi)展水利工程設(shè)備設(shè)施安全檢查工作，排查重點(diǎn)包含但不限于閘門(mén)、主機(jī)泵、啟閉機(jī)、清污機(jī)、高低壓電氣設(shè)備等。水利工程運(yùn)維人員奔赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面檢查并填報(bào)巡檢記錄表，對(duì)部分隱患進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)就地整改，將暫時(shí)無(wú)法解決的問(wèn)題整合成隱患排查報(bào)告后上報(bào)給領(lǐng)導(dǎo)，上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)通過(guò)開(kāi)會(huì)協(xié)商敲定處置意見(jiàn)。管理所依據(jù)上級(jí)處置意見(jiàn)制定處置方案并落地執(zhí)行，將處置過(guò)程和處置結(jié)果反饋。

2.1.3 河湖巡查管理模塊需求分析

某水利管理處需要對(duì)所管轄地區(qū)的多處湖泊河流的陸地陸域、水域進(jìn)行巡查管理，巡查重點(diǎn)包含但不限于水域、水文觀測(cè)設(shè)施、水利管理標(biāo)識(shí)、沿湖口門(mén)控制設(shè)施、湖堤湖灘等，見(jiàn)表2。

表2 河湖巡查重點(diǎn)內(nèi)容

2.1.4 系統(tǒng)功能性需求分析

水利信息化管理平臺(tái)至少要包含信息采集模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和日常業(yè)務(wù)管理模塊，各個(gè)模塊的基本功能為（1）信息采集模塊。包含閘站監(jiān)控、流量采集和視頻監(jiān)視3個(gè)子模塊。閘站監(jiān)控子模塊主要負(fù)責(zé)監(jiān)控某水利管理處所轄的M個(gè)水利工程閘站的閘位、水泵機(jī)組運(yùn)行情況、設(shè)備溫度、電氣量和水位等信息進(jìn)行采集，并可以通過(guò)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制M個(gè)閘站。流量采集子模塊負(fù)責(zé)采集某水利管理處所轄的M個(gè)水利工程過(guò)閘上下游引排水流量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析生成各種電子文檔。視頻監(jiān)視子模塊負(fù)責(zé)對(duì)某水利管理處所轄的M個(gè)水利工程進(jìn)行場(chǎng)所宏觀監(jiān)視、重點(diǎn)區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)視和安防監(jiān)控。（2）數(shù)據(jù)管理模塊。該模塊收集某水利管理處所轄的M個(gè)水利工程的行政辦公檔案、人力物料資源檔案、工程基本信息、工程觀測(cè)信息、河湖巡檢信息及工程檢查信息等，各種數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，并對(duì)水利管理處、地方水文單位、地方氣象單位等機(jī)關(guān)開(kāi)放部分?jǐn)?shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享。（3）日常業(yè)務(wù)管理模塊。該模塊包含水利工程管理、河湖管理、防汛指揮管理和運(yùn)維管理4個(gè)子模塊。水利工程管理包含工程基本信息管理、工程監(jiān)控與告警管理、應(yīng)急處置管理、工程巡查與觀測(cè)管理和工程維修養(yǎng)護(hù)管理等功能。河湖管理包括河湖基本信息管理、河湖巡查執(zhí)法養(yǎng)護(hù)管理和遙感信息管理等功能。防汛指揮管理包括水情監(jiān)視、雨情監(jiān)視、工情監(jiān)視及防汛調(diào)度管理等功能。運(yùn)維管理包括信息采集設(shè)施管理、服務(wù)器設(shè)施管理、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)施管理和存儲(chǔ)設(shè)施管理等功能。

2.2 水利信息化管理平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)軟硬件總體框架設(shè)計(jì)

水利信息化管理平臺(tái)以某省水利數(shù)據(jù)中心、水利工程管理系統(tǒng)和河湖資源管理系統(tǒng)為支撐，包含用戶(hù)界面層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)資源層、通信網(wǎng)絡(luò)層和采集傳輸層5個(gè)層次，各個(gè)層次的設(shè)計(jì)框架：（1）采集傳輸層。采集傳輸層的數(shù)據(jù)來(lái)源主要為人工監(jiān)測(cè)信息、直接監(jiān)測(cè)信息和間接監(jiān)測(cè)信息。直接監(jiān)測(cè)信息由各種現(xiàn)地段采集設(shè)備進(jìn)行收集；間接監(jiān)測(cè)信息主要來(lái)源于地方水文局、地方氣象局、省水利廳、水利管理局現(xiàn)有的可共享數(shù)據(jù)。（2）通信網(wǎng)絡(luò)層。通過(guò)水利控制專(zhuān)網(wǎng)、政務(wù)內(nèi)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳送。（3）數(shù)據(jù)資源層。該層主要負(fù)責(zé)各類(lèi)采集數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)的匯總與存儲(chǔ)。為各類(lèi)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)災(zāi)備和數(shù)據(jù)管理等服務(wù)。主要數(shù)據(jù)庫(kù)包含元數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)和共享交換數(shù)據(jù)庫(kù)。（4）業(yè)務(wù)應(yīng)用層。該層由各類(lèi)應(yīng)用支撐軟件、平臺(tái)運(yùn)行支撐環(huán)境和各類(lèi)定制應(yīng)用服務(wù)構(gòu)成，是系統(tǒng)用戶(hù)使用各種功能的后臺(tái)支撐。該層提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)、事務(wù)處理服務(wù)、業(yè)務(wù)圖標(biāo)自動(dòng)化服務(wù)、用戶(hù)認(rèn)證服務(wù)及告警服務(wù)等。（5）用戶(hù)界面層。該層為用戶(hù)調(diào)用水利信息化管理平臺(tái)功能提供統(tǒng)一功能集成界面、登錄界面、后臺(tái)管理界面和權(quán)限控制界面。該層針對(duì)不同級(jí)別的用戶(hù)分配相應(yīng)的查看、管理和編輯權(quán)限，確保各級(jí)別用戶(hù)有序配合維護(hù)系統(tǒng)安全。

2.2.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

水利信息化管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循《基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》等管理規(guī)范，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求完成元數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)和共享交換數(shù)據(jù)庫(kù)的字段設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)與實(shí)地部署，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理與存儲(chǔ)，見(jiàn)表3。

表3 水利信息化管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)分類(lèi)及存儲(chǔ)內(nèi)容

2.2.3 重點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

水利信息化管理平臺(tái)包含數(shù)據(jù)管理中心、水利工程監(jiān)控和日常業(yè)務(wù)管理3個(gè)重點(diǎn)模塊，各個(gè)模塊之間相對(duì)獨(dú)立并通過(guò)定制開(kāi)發(fā)的業(yè)務(wù)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通和功能組合：（1）數(shù)據(jù)管理中心模塊提供數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)資源目錄管理和數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)維管理3項(xiàng)服務(wù)。（2）水利工程監(jiān)控模塊提供統(tǒng)一遠(yuǎn)程控制和統(tǒng)一視頻監(jiān)視2項(xiàng)服務(wù)。（3）日常業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)提供工程管理、河湖管理、防汛指揮管理和運(yùn)維管理4項(xiàng)服務(wù)，各模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)見(jiàn)表4。

表4 水利信息化管理平臺(tái)重點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

3 結(jié)束語(yǔ)

以“需求推動(dòng)信息系統(tǒng)建設(shè)，技術(shù)提升水利管理效能”為切入視角，展開(kāi)討論水利信息化管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)策略，內(nèi)容涉及系統(tǒng)需求分析、水利信息化管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等多個(gè)維度。隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和應(yīng)用技術(shù)的不斷推進(jìn)，影響水利信息化管理平臺(tái)的硬件瓶頸和計(jì)算能力瓶頸將被逐步克服，基于5G高速網(wǎng)絡(luò)的水利信息化虛擬現(xiàn)實(shí)與遠(yuǎn)程調(diào)度指揮平臺(tái)將是水利信息化未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。