關(guān)于沙口水利樞紐綜合信息智能管理的研究
——水利樞紐智能化實(shí)踐研究Ⅱ

彭智欣

（佛山市沙口水利樞紐站，廣東佛山528000）

關(guān)于沙口水利樞紐綜合信息智能管理的研究
——水利樞紐智能化實(shí)踐研究Ⅱ

彭智欣

（佛山市沙口水利樞紐站，廣東佛山528000）

佛山市沙口水利樞紐為了實(shí)現(xiàn)資源整合與共享、提高工作效率和管理水平，建立了高效的、智慧的、自動(dòng)化的、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的、操作簡(jiǎn)便、功能完備的站務(wù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了綜合信息智能管理。

水利樞紐；水利信息化；智慧水利；信息集成

水利信息化主要是對(duì)水利信息的采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和利用，提高水利信息資源的應(yīng)用水平和共享程度，從而提高水利工程的利用效率［1］。充分利用自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)、GIS地理信息系統(tǒng)等這些技術(shù)，建立起完善而先進(jìn)的數(shù)字化監(jiān)控體系，是實(shí)現(xiàn)智慧水利的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

沙口水利樞紐目前已有泵站控制、船閘控制、視頻監(jiān)控、三防預(yù)警、辦公OA等系統(tǒng)，但由于數(shù)據(jù)格式和通信接口的差異，各系統(tǒng)相互獨(dú)立運(yùn)行，未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，統(tǒng)一管理和調(diào)度，造成系統(tǒng)某些功能重疊、數(shù)據(jù)發(fā)布不一致，各系統(tǒng)都要安排專(zhuān)人管理與運(yùn)行，運(yùn)維成本高。

為解決這些問(wèn)題，充分發(fā)揮沙口水利樞紐的工程效益，必須建設(shè)一個(gè)能將各系統(tǒng)有效集成在一起，實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)一管理的綜合信息智能管理平臺(tái)，使數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多樣化，直觀化，分析決策智能化，全面提高工作效率和管理水平。本文對(duì)此進(jìn)行研究。

1　信息化規(guī)劃

沙口水利樞紐綜合信息智能管理平臺(tái)以現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控信息、內(nèi)部OA系統(tǒng)、其他相關(guān)部門(mén)系統(tǒng)（三防、氣象等）以及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以水閘平面地圖為核心，以閘門(mén)和河道三維圖形為輔助，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、MIS技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等手段，整合各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)展示與監(jiān)控，為沙口水利樞紐的綜合管理工作提供先進(jìn)、科學(xué)、有力的支持；并實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有水利信息化系統(tǒng)內(nèi)不同業(yè)務(wù)應(yīng)用之間的互聯(lián)互通、信息共享和協(xié)同辦公。沙口水利樞紐信息化規(guī)劃體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，以站務(wù)管理類(lèi)系統(tǒng)和水利業(yè)務(wù)類(lèi)系統(tǒng)作為整個(gè)智慧水利信息化的基礎(chǔ)和支柱，通過(guò)綜合信息管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)共享、數(shù)據(jù)整合展示以及數(shù)據(jù)的使用權(quán)限管理等功能。在數(shù)據(jù)整合的基礎(chǔ)上，將水利數(shù)據(jù)和外單位相關(guān)的氣象、三防數(shù)據(jù)一起建立多種數(shù)學(xué)模型，提供智慧水利應(yīng)用功能。

圖1　信息化規(guī)劃體系結(jié)構(gòu)

2　綜合信息智能管理的實(shí)現(xiàn)

2.1總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便模型擴(kuò)展和完善［2］；能夠?qū)Ω鞣N預(yù)報(bào)模型的輸入與輸出信息進(jìn)行有效的管理。系統(tǒng)采用B/S和C/S相結(jié)合的模式［3］，以空間服務(wù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)，包括模型及預(yù)案管理、站網(wǎng)信息管理、水情會(huì)商及服務(wù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、洪水預(yù)報(bào)、預(yù)警發(fā)布、協(xié)同辦公、運(yùn)行維護(hù)等模塊。

設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和業(yè)務(wù)整合。

2.1.1數(shù)據(jù)集成

將各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯總到綜合信息管理平臺(tái)，進(jìn)行集中的數(shù)據(jù)分析和挖掘，做到數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)分析，并提供通用的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，為不同層次的使用者提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

2.1.2業(yè)務(wù)整合

通過(guò)綜合信息管理平臺(tái)內(nèi)置的消息調(diào)度模塊，以SOA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與各子系統(tǒng)之間的命名消息傳遞，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)水利業(yè)務(wù)的整合。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)沙口水利樞紐綜合信息智能管理平臺(tái)的業(yè)務(wù)流程和信息流程，分為信息采集層、通信網(wǎng)絡(luò)層、綜合數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層4部分，另外還包含標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全保障部分。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

2.2.1信息采集層

信息采集層通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交互接口將來(lái)自于不同子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換并匯總到綜合信息管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)服務(wù)器中。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交互接口隔離了各系統(tǒng)之間的差異，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的互聯(lián)互通，為信息集成的提供了基礎(chǔ)支持。

2.2.2通信網(wǎng)絡(luò)層

通過(guò)有線（光纖線路）和無(wú)線（GSM）的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程通信。

2.2.3數(shù)據(jù)層

圖2　系統(tǒng)總體架構(gòu)

數(shù)據(jù)層主要用于接收并存儲(chǔ)采集到的水利業(yè)務(wù)信息，并為業(yè)務(wù)邏輯層的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。根據(jù)數(shù)據(jù)不同來(lái)源及應(yīng)用方式，將綜合數(shù)據(jù)庫(kù)從邏輯上劃分為空間數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、預(yù)案庫(kù)、專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)等。

2.2.4業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層以各種分析模型為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)層提供數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和科學(xué)分析，為沙口水利樞紐管理與調(diào)度工作提供有力支持。業(yè)務(wù)應(yīng)用包括水情預(yù)警、水質(zhì)分析、工程安全監(jiān)測(cè)、運(yùn)行調(diào)度管理、三防決策、實(shí)時(shí)信息查詢(xún)與發(fā)布等。

2.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

綜合信息智能管理平臺(tái)的運(yùn)行需要大量的數(shù)據(jù)支持以及高效、可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理平臺(tái)。因此必須實(shí)施統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)劃和管理策略，優(yōu)化海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理能力，提高數(shù)據(jù)的可維護(hù)性。

在運(yùn)行過(guò)程中，存在以下3種信息流。

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備與現(xiàn)地監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)采集流。

（2）現(xiàn)地監(jiān)控主機(jī)與信息中心的數(shù)據(jù)共享流。

（3）信息中心與客戶(hù)端的數(shù)據(jù)發(fā)布流。

為實(shí)現(xiàn)高效、可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理，采取了如下設(shè)計(jì)方案。

（1）對(duì)入庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性、一致性校驗(yàn)。

（2）采用實(shí)時(shí)入庫(kù)和歸檔入庫(kù)相結(jié)合的入庫(kù)策略。

（3）數(shù)據(jù)建模管理：以面向?qū)ο蟮乃枷雽?duì)不同組織形態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一建模，使得存儲(chǔ)統(tǒng)一，管理統(tǒng)一，具備良好的擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

（4）安全管理：提供用戶(hù)權(quán)限的管理，功能權(quán)限和數(shù)據(jù)權(quán)限的分配，用戶(hù)訪問(wèn)日志記錄，從多方位保障系統(tǒng)安全。

（5）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與應(yīng)用之間的風(fēng)險(xiǎn)隔離，提高數(shù)據(jù)保護(hù)能力。

而在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用方面，將混合架構(gòu)支持多類(lèi)應(yīng)用作為沙口水利樞紐綜合信息智能管理平臺(tái)建設(shè)的基本思路。目前數(shù)據(jù)庫(kù)行業(yè)有適用于事務(wù)處理應(yīng)用的OldSQL、適用于數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的NewSQL和適用于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的NoSQL［4］。在本系統(tǒng)中，由于單一數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)都不能完全滿(mǎn)足應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)海量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理、復(fù)雜分析、關(guān)聯(lián)查詢(xún)、實(shí)時(shí)性處理和控制建設(shè)成本等多方面的需要，因此不同架構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)混合部署應(yīng)用成為滿(mǎn)足本項(xiàng)目應(yīng)用的必然選擇。

2.4業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

從高穩(wěn)定性、高性能、高擴(kuò)展性的特點(diǎn)出發(fā)，綜合信息智能管理平臺(tái)采用3層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)搭建底層應(yīng)用平臺(tái)，將表示邏輯、業(yè)務(wù)邏輯以及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)有效地分離，提高應(yīng)用的兼容性和可擴(kuò)展性，保證整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的可用性。

根據(jù)沙口水利樞紐信息化規(guī)劃和綜合信息智能管理平臺(tái)的定位，將系統(tǒng)應(yīng)用建設(shè)內(nèi)容歸結(jié)為10個(gè)方面：1）基于平面圖和三維圖的數(shù)據(jù)展示與管理模塊；2）數(shù)據(jù)交換模塊；3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊；4）數(shù)據(jù)權(quán)限管理模塊；5）水質(zhì)監(jiān)測(cè)與報(bào)警模塊；6）調(diào)度分析與計(jì)劃模塊；7）防汛分析與計(jì)劃模塊；8）水利工程安全監(jiān)測(cè)管理模塊；9）移動(dòng)信息發(fā)布與接收模塊；10）流量分析模型。

2.4.1數(shù)據(jù)展示與管理模塊

基于平面地圖和三維模型的綜合監(jiān)視管理系統(tǒng)，主要利用本單位提供的平面地圖、以及圖表格式，多形式展示與SCADA系統(tǒng)對(duì)接的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和視頻信息，同時(shí)與拼接屏控制系統(tǒng)對(duì)接實(shí)現(xiàn)視頻和監(jiān)視信息顯示控制。提供綜合監(jiān)視和綜合管理等兩個(gè)方面的功能集合。

2.4.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析需要提供全面的數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)功能，為沙口水閘管理與調(diào)度工作提供專(zhuān)業(yè)、科學(xué)的數(shù)據(jù)分析，以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確決策。

2.4.3數(shù)據(jù)交互接口模塊

建立數(shù)據(jù)共享接口規(guī)劃，本期實(shí)現(xiàn)與視頻系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、大屏管理系統(tǒng)的對(duì)接，以后需要實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有OA系統(tǒng)、水資源與水利工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及相關(guān)部門(mén)系統(tǒng)之間的交互對(duì)接。

2.4.4數(shù)據(jù)權(quán)限管理

數(shù)據(jù)權(quán)限配置管理可以配置數(shù)據(jù)共享平臺(tái)中各接入平臺(tái)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享等級(jí)和范圍。

2.4.5水質(zhì)監(jiān)測(cè)與報(bào)警模塊

在結(jié)合汾江河和東平河水文信息和環(huán)境信息的基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)、報(bào)警、統(tǒng)計(jì)、分析，以及提供引水計(jì)劃指引、閘門(mén)開(kāi)度參考等決策信息。

2.4.6調(diào)度分析與計(jì)劃模塊

根據(jù)歷史水位、以及水文水位預(yù)測(cè)自動(dòng)提供開(kāi)機(jī)計(jì)劃，對(duì)于降雨天氣則提供動(dòng)態(tài)調(diào)整，所提供的開(kāi)機(jī)計(jì)劃可供值班人員和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行參考，做到智慧決策、科學(xué)管理。

2.4.7防汛分析與計(jì)劃模塊

按照歷史水位和氣象情況實(shí)現(xiàn)防汛預(yù)警和預(yù)案編排、計(jì)劃模版定制等功能。

2.4.8水利工程安全監(jiān)測(cè)管理

結(jié)合本次建設(shè)的水利工程安全監(jiān)測(cè)工程，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)涉及到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、分析功能。是在SCADA系統(tǒng)上增加實(shí)時(shí)監(jiān)控功能的基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)同步到綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合監(jiān)測(cè)、管理、共享，以及建立更加高級(jí)的分析模型進(jìn)行有效的安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警。

2.4.9移動(dòng)信息發(fā)布與接收

主要是針對(duì)移動(dòng)應(yīng)用端的數(shù)據(jù)發(fā)送與調(diào)度指令的接收，綜合信息管理平臺(tái)可以把重要的水文數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、以及預(yù)警信息推送到用戶(hù)手機(jī)上，并可接收上發(fā)的調(diào)度指令，然后將調(diào)度指令轉(zhuǎn)發(fā)到SCADA系統(tǒng)，作為值班人員的操作依據(jù)。

3　小結(jié)

沙口水利樞紐綜合信息智能管理平臺(tái)采用先進(jìn)的J2EE企業(yè)架構(gòu)、面向?qū)ο蟮哪K化開(kāi)發(fā)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交互接口、完善的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理平臺(tái)和統(tǒng)一的操作界面將各個(gè)子系統(tǒng)集成在一起，實(shí)現(xiàn)了信息共享與統(tǒng)一管理。具有運(yùn)行穩(wěn)定、通訊可靠、操作簡(jiǎn)便、功能完備的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)本平臺(tái)的應(yīng)用，使沙口水利樞紐實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，為水利工程的防洪減災(zāi)、科學(xué)決策發(fā)揮了重要作用。

下一步可以考慮在此綜合信息智能管理平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化和擴(kuò)展，通過(guò)流域信息云平臺(tái)，建立流域聯(lián)動(dòng)運(yùn)行機(jī)制，提高流域管理水平。

［1］周學(xué)文，張建云.水利信息化及其發(fā)展思路［J］.中國(guó)水利，2001（1）：39-40.

［2］王會(huì)娥，王新萍，薛婷婷，等.面向?qū)ο笾蟹謱幽K化設(shè)計(jì)的運(yùn)用［J］.軟件，2011（3）：37-39.

［3］楊曉靜，宋秀敏.C/S與B/S模式相結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)化管理信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2011（1）：42-46.

［4］中國(guó)軟件網(wǎng).NewSQL、NoSQL與OldSQL之混合部署應(yīng)用方案［EB/OL］.［2013-12-23］.http：//www.soft6.com/news/20131 2/23/240043.html

【責(zé)任編輯：任小平renxp90@163.com】

Research on the intelligent management of the comprehensive information of Shakou water conservancy hub

PENGZhi-xing

（Foshan Shakou Wwater ConservancyHub，F(xiàn)oshan 528000，China）

Foshan Shakou water conservancy hub in order to achieve resource integration and sharing，improve the work efficiency and management level，establish the efficient，intelligent，automatic，stable and reliable to running，easy to operate，fully functional business management system，realize the comprehensive information intelligent management.

water conservancyproject；water conservancyinformatization；wisdomwater conservancy；information integration

TV61

A

1008-0171（2016）04-0034-05

2015-10-13

彭智欣（1974-），男，廣東佛山人，佛山市沙口水利樞紐站工程師。