水利工程運(yùn)行與維護(hù)移動(dòng)巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

黃藏青 ，朱艾欽 ，張東方 ，劉金武

（1.水利部信息中心，北京 100053；2.鄭州天誠(chéng)信息工程有限公司，河南 鄭州 450008；3.黃河水利委員會(huì)建設(shè)與管理局，河南 鄭州 450003）

0 引言

自水管體制改革及新的運(yùn)行機(jī)制建立以來(lái)，水利工程運(yùn)行與維修養(yǎng)護(hù)任務(wù)日益繁重。為強(qiáng)化這方面工作，2009 年年初，黃河水利委員會(huì)提出建立以崗位責(zé)任制為核心的內(nèi)部獎(jiǎng)罰制度，對(duì)運(yùn)行觀測(cè)及維修養(yǎng)護(hù)人員劃分工作崗位，明確工作內(nèi)容與考核標(biāo)準(zhǔn)，逐步建立起規(guī)范有序、和諧高效的運(yùn)行管理機(jī)制。為了形成有效的監(jiān)督機(jī)制和巡查制度，特別需要建立 1 種信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化和現(xiàn)代化的監(jiān)督檢查系統(tǒng)。

在這種背景下，基于 GPS 智能手機(jī)的無(wú)線移動(dòng)巡檢模式[1]，開(kāi)發(fā)了水利工程運(yùn)行與維護(hù)移動(dòng)巡檢系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)），系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來(lái)極大提高了水利工程運(yùn)行與維護(hù)的工作效率和質(zhì)量。本文以該系統(tǒng)在黃河水利工程運(yùn)行與維護(hù)工作中的應(yīng)用為例介紹相關(guān)工作。

1 問(wèn)題分析

黃河防洪工程戰(zhàn)線長(zhǎng)，工程類別齊全、內(nèi)容多，工程維護(hù)管理任務(wù)十分繁重。同時(shí)，由于黃河工程管理復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)高、任務(wù)重、分工明細(xì)、責(zé)任明確，而現(xiàn)有的工程維修養(yǎng)護(hù)工作在方法、手段、工具等方面都比較落后，維護(hù)決策水平和工作效率較低，因而常遇到以下問(wèn)題：

1）巡檢人員往往不能主動(dòng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程問(wèn)題，即使發(fā)現(xiàn)，也無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確描述地點(diǎn)和信息；

2）工程管理人員進(jìn)行調(diào)度時(shí)，因無(wú)法實(shí)時(shí)獲知巡檢和養(yǎng)護(hù)人員的具體位置，無(wú)法實(shí)施高效的指揮調(diào)度工作；

3）巡查人員不按規(guī)定時(shí)間巡查上崗，易給管理人員決策造成失誤；

4）工程配套設(shè)施經(jīng)常遭不法分子破壞、偷盜，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，或在追捕不法分子過(guò)程中，因獲取有效證據(jù)較為困難，追捕工作量大，時(shí)間長(zhǎng)。

在目前工程管理調(diào)度模式下，處理運(yùn)行觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)上報(bào)、工程管理核實(shí)與調(diào)度、養(yǎng)護(hù)公司施工和績(jī)效流程效率較低，不能滿足現(xiàn)代化管理的需要。因此，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理是提高工程管理水平的必要手段，是共享科技成果的必由之路，也是水利工程管理的迫切需求。

2 系統(tǒng)總體方案

為在水利工程巡檢過(guò)程中形成有效的信息溝通與監(jiān)督約束機(jī)制，需要借助現(xiàn)代信息技術(shù)，建立一種信息化、智能化的監(jiān)督檢查系統(tǒng)，以有效實(shí)現(xiàn)黃河工程管理、運(yùn)行觀測(cè)、維修養(yǎng)護(hù)、監(jiān)理等人員的考勤，完成位置查詢、工程安排、運(yùn)行觀測(cè)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、問(wèn)題處理、統(tǒng)計(jì)分析、緊急調(diào)度和路徑優(yōu)化等任務(wù)。

同時(shí)，需要為綜合決策分析提供可視化、數(shù)字化的管理手段，建立高速度高質(zhì)量的，以空間地理信息為背景的巡查、搶險(xiǎn)調(diào)度綜合信息系統(tǒng)，使河道管理系統(tǒng)信息處理方法、手段得以革新和普及，使其具有及時(shí)、迅速、準(zhǔn)確的處理能力。從而在有限的資源條件下，最大限度地提高工程管理水平，降低管理成本。理論與實(shí)踐證明，基于手機(jī)的無(wú)線移動(dòng)巡檢模式比較適合這種大區(qū)域的移動(dòng)巡檢業(yè)務(wù)需求。

無(wú)線移動(dòng)巡檢主要技術(shù)內(nèi)容分為 2 個(gè)方面：1）借助 GPS、GPRS 技術(shù)制作智能手機(jī)嵌入式應(yīng)用；2）借助 GIS 和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)制作指揮服務(wù)中心應(yīng)用系統(tǒng)[2]。其它與這 2 方面應(yīng)用相關(guān)的都屬于輔助應(yīng)用。

智能手機(jī)嵌入式應(yīng)用是對(duì)一線人員的位置信息，以及工程觀測(cè)、維修養(yǎng)護(hù)、巡堤查水、河道管理等一線問(wèn)題的語(yǔ)音文字和圖像信息的采集，并上報(bào)到中心數(shù)據(jù)庫(kù)[3-4]。指揮中心應(yīng)用系統(tǒng)是利用 GIS技術(shù)將數(shù)據(jù)平面化（或立體化），實(shí)現(xiàn)人員、部件、事件的地圖定位；分析處理一線問(wèn)題，實(shí)時(shí)追蹤巡查與養(yǎng)護(hù)軌跡；實(shí)現(xiàn)可視化指揮調(diào)度管理；提供事務(wù)處理機(jī)制，與一線智能手機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)共同完成巡檢任務(wù)。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

手機(jī)終端將所有傳送到中心服務(wù)器的消息通過(guò)內(nèi)嵌的 GPS 模塊附加上 GPS 即時(shí)位置信息，通過(guò)移動(dòng)基站（GPRS 通道）將位置信息傳送到中心服務(wù)器；指揮服務(wù)中心通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接收上報(bào)的數(shù)據(jù)，利用 GIS 技術(shù)，將數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)顯示在電子地圖上，并以此為數(shù)據(jù)源頭，制作基于 GIS 與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的位置定位和軌跡回放模塊、業(yè)務(wù)處理和統(tǒng)計(jì)考核子系統(tǒng)。

整體結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)工作流程如圖 1 所示。

2.2 手機(jī)終端系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

手機(jī)終端系統(tǒng)在功能設(shè)計(jì)上包括桌面今日插件、電源管理、GPS 模塊操作、GPRS 喚醒與釋放、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)操作模塊、拍照及預(yù)覽、錄音、中心信息、查詢功能接口和升級(jí)等功能[3-4]。其功能設(shè)計(jì)及流程如圖 2 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)思路圖

手機(jī)終端研發(fā)的重點(diǎn)是快速有效定位的設(shè)計(jì)，其直接影響系統(tǒng)的易用性和耐用性?？焖俣ㄎ豢梢越柚?A-GPS 技術(shù)，A-GPS 技術(shù)是 1 種結(jié)合網(wǎng)絡(luò)基站信息和 GPS 信息對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行定位的技術(shù)，充分利用 A-GPS 技術(shù)是對(duì)現(xiàn)有資源的充分利用[2]。

在實(shí)際巡檢過(guò)程中，許多重復(fù)的點(diǎn)或在 1 個(gè)小范圍的點(diǎn)可以定義為無(wú)效定位點(diǎn)，在實(shí)際工作中沒(méi)有什么作用，但卻損耗手機(jī)的系統(tǒng)資源。因此根據(jù) GPS 的數(shù)據(jù)集合，定義有效和無(wú)效定位點(diǎn)，即在一定速度情況下滿足一定位移量的點(diǎn)定義為有效點(diǎn)，其它為無(wú)效位置點(diǎn)。在手機(jī)終端實(shí)際工作過(guò)程中將只上報(bào)有效位置點(diǎn)，無(wú)效位置點(diǎn)將被拋棄。在工作時(shí)根據(jù) GPS 模塊返回的速度值，同時(shí)根據(jù)坐標(biāo)的變換計(jì)算位移值，形成 1 對(duì)數(shù)據(jù)寫入有效位置點(diǎn)，即可返回是否有效位置點(diǎn)的布爾標(biāo)量，以繼續(xù)后續(xù)工作。

2.3 指揮服務(wù)中心基本功能設(shè)計(jì)

指揮服務(wù)中心至少需要完成定位、軌跡回放、業(yè)務(wù)處理、指揮調(diào)度和統(tǒng)計(jì)考核等功能。其中定位功能為通用功能，能對(duì)人員位置及問(wèn)題發(fā)生位置等附帶經(jīng)緯度信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖定位；軌跡回放模塊是按時(shí)間序列從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)序列，并在地圖上生成軌跡線的過(guò)程，根據(jù)不同的地圖平臺(tái)可以形成不同的效果；業(yè)務(wù)受理與處理流程需要形成 1 個(gè)半封閉的工作流程圈，在工作流轉(zhuǎn)到特定的時(shí)候，可以按要求流轉(zhuǎn)到手機(jī)終端系統(tǒng)上，形成 1 個(gè)與手機(jī)終端互動(dòng)的業(yè)務(wù)處理過(guò)程；指揮調(diào)度模塊是基于短信下發(fā)和手機(jī)群呼模塊的聯(lián)合信息調(diào)度功能；統(tǒng)計(jì)考核模塊是個(gè)性化功能模塊研發(fā)的延伸。

指揮服務(wù)中心的功能體系應(yīng)該以這些基礎(chǔ)功能為核心，隨著業(yè)務(wù)需求的變化而調(diào)整。指揮服務(wù)中心整體設(shè)計(jì)思路如圖 3 所示。

圖2 手機(jī)終端系統(tǒng)功能及流程圖

圖3 指揮中心基本功能設(shè)計(jì)框架

3 推廣應(yīng)用情況

系統(tǒng)于 2009 年汛期配置到黃委河南省局防辦、河南省局建管處、鄭州市局、開(kāi)封市局、濮陽(yáng)市局、新鄉(xiāng)市局、焦作市局、豫西市局相關(guān)人員。2009年10 月，在鄭州市中牟縣和開(kāi)封市蘭考縣 2 河務(wù)局進(jìn)行推廣試用。2010 年，在河南省下轄 6 個(gè)市局、山東省德州市局、山西省永濟(jì)縣局、陜西省大荔縣局推廣應(yīng)用，應(yīng)用面為轄區(qū)業(yè)務(wù)覆蓋面的 1/3。

系統(tǒng)平臺(tái)、手機(jī)終端軟件及系統(tǒng)服務(wù)器從 2009年7 月起未間斷運(yùn)行至今，系統(tǒng)穩(wěn)定，運(yùn)行正常。無(wú)線移動(dòng)巡檢系統(tǒng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)際生產(chǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的分權(quán)限網(wǎng)絡(luò)化管理，業(yè)務(wù)運(yùn)作貼近實(shí)際。運(yùn)用技術(shù)手段，最大限度地解決了目前水利工程巡檢過(guò)程中存在的問(wèn)題，提升了運(yùn)行觀測(cè)、養(yǎng)護(hù)、管理之間的協(xié)作，從而大大提高綜合工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著水管體制改革的深化，水利工程無(wú)線移動(dòng)巡檢在提高一線巡檢人員工作效率，以及一線與辦公人員之間的綜合辦公效率方面起到了越來(lái)越重要的作用，極大提升了水利工程管理力度。無(wú)線移動(dòng)巡檢以相對(duì)很小的投入解決了人員實(shí)時(shí)管理、事件即時(shí)處理和無(wú)紙化辦公 3 大問(wèn)題，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看，不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，而且提高了工作效率，從而形成強(qiáng)大的生產(chǎn)力，是 1 項(xiàng)值得投入的工作系統(tǒng)。

在黃河流域，2009 年黃河水利委員會(huì)已明確提出將無(wú)線移動(dòng)巡檢系統(tǒng)在全黃河流域的部署納入“十二五”規(guī)劃中。2010 年黃委建管局 14 號(hào)文也明確了無(wú)線移動(dòng)巡檢系統(tǒng)在全黃河流域推廣的任務(wù)，明確了時(shí)間表；2010 年度實(shí)現(xiàn)河南黃河河務(wù)局 1/3 應(yīng)用覆蓋的目標(biāo)任務(wù)已按期完成，按時(shí)間表將于 2011 年度在黃委各河務(wù)局完成本系統(tǒng)的全面推廣應(yīng)用。同時(shí)，本系統(tǒng)也正向防汛和水政等業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行推廣，需求調(diào)研表明，本系統(tǒng)在其他流域或省區(qū)也有很好的應(yīng)用前景。

在系統(tǒng)推廣使用的過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)一些有待提高和亟待解決的問(wèn)題，如智能手機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力、GPS 芯片靈敏度、無(wú)線通道速度、服務(wù)中心多平臺(tái)切換等，這些都或多或少約束著系統(tǒng)的使用和推廣。這些問(wèn)題有的需要由軟件開(kāi)發(fā)方解決，有的需要由手機(jī)提供商解決，有的需要由移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商解決。隨著系統(tǒng)研發(fā)的不斷深入和技術(shù)手段的不斷發(fā)展，相信這些問(wèn)題在不久的將來(lái)將得到完滿的解決，系統(tǒng)也將有一個(gè)質(zhì)的飛躍。

[1]李連偉，倪凱，張超. 基于多主體中間件的移動(dòng)巡檢系統(tǒng)研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009: 4098-4099.

[2]黃丁發(fā)，熊永良，袁林果. 全球定位系統(tǒng) (GPS)——理論與實(shí)踐[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2006: 180-211.

[3]傅曦，齊宇，徐駿. Windows Mobile 手機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2005: 13-41.

[4]呂捷. GPRS 技術(shù)[M]. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001:77-124.