常州市城市防洪管理信息化系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

張吉成，任慶海，張新宇，劉啟超

（1. 常州市城市防洪工程管理處，江蘇 常州 213017；2. 水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012；3. 水利部水文水資源監(jiān)控工程技術研究中心，江蘇 南京 210012；4. 江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012；5. 雷丁大學，英格蘭 雷丁 RG6 6AH ）

常州市城市防洪管理信息化系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

張吉成1，任慶海2，3，張新宇3，4，劉啟超5

（1. 常州市城市防洪工程管理處，江蘇 常州 213017；2. 水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012；3. 水利部水文水資源監(jiān)控工程技術研究中心，江蘇 南京 210012；4. 江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012；5. 雷丁大學，英格蘭 雷丁 RG6 6AH ）

為滿足常州市城市防洪工程管理業(yè)務的需求，結合常州市防汛工作的實際情況，設計一套靈活易用的城市防洪管理信息化系統(tǒng)。系統(tǒng)基于 B/S 架構設計，并結合 WebGIS 技術，在常州市城市防洪水系圖基礎上，將監(jiān)控、工情、管理、分析、預測、防洪調度等功能內嵌其中。通過防洪調度、辦公管理、設施設備管理、防洪物資管理、水環(huán)境改善管理、巡檢管理、移動端操作等 7 個子系統(tǒng)，實現(xiàn)以城市防洪為核心業(yè)務的防汛調度綜合管理信息化平臺。常州市城市防洪管理信息化系統(tǒng)可提高防洪及水資源管理部門的管理水平和工作效率，也可為其它城市類似的水利信息化系統(tǒng)建設提供參考和依據。

城市防洪工程管理；信息化系統(tǒng)；平臺軟件；防洪調度

0　引言

常州市地處太湖流域西部，北臨長江，東瀕太湖，腹部有洮、滆兩湖。全市地勢高低相間，湖圩相連，河網密布，特殊的地理位置和氣候、地形特點決定了常州市洪澇災害發(fā)生機率高，水環(huán)境比較脆弱，水安全、水資源、水環(huán)境問題日漸突出，城市治水和防洪任務艱巨［1］。

經過多年創(chuàng)新探索和不懈努力，常州城市防洪泵閘站工況、視頻、水位水文等數據建設基本實現(xiàn)了從地方到市局，從單一到集成質的飛躍，一套覆蓋全市范圍的工情數據資源體系基本建立。目前，城市防洪工程信息化管理方面有待進一步完善，尚缺乏相應的輔助手段。為此，主要針對常州市防汛工作的實際情況，設計一套靈活易用的城市防洪管理信息化系統(tǒng)，針對城市防洪工程管理業(yè)務要求，形成以城市防洪為核心業(yè)務的防汛調度綜合管理平臺，為全市水利信息化平臺提供相應的數據支撐。

1　系統(tǒng)設計任務和目標

按照常州市區(qū)防洪工程總體規(guī)劃，從實際需求出發(fā)，借助采集設備和信息處理技術設計信息自動化平臺系統(tǒng)，實現(xiàn)管控一體化功能，控制人員可以通過防汛調度綜合平臺，遠程利用瀏覽方式查看報表數據，與泵站的計算機系統(tǒng)通信，同時也可遠程控制各站點設備的開啟和關閉，實現(xiàn)遙測、遙視、遙控，傳輸下達控制指令，同時將泵站和節(jié)制閘的運行狀態(tài)、參數及視頻圖像等上傳給遠控級［2］。

系統(tǒng)的建設目標是完善泵閘站點的自動化控制、數據采集處理、決策和組織協(xié)調指揮等能力。全面提高防洪及水資源管理部門的管理水平、效率及服務質量，實現(xiàn)指揮和決策的電子化、網絡化、智能化。建立一套快速及時，準確可靠，先進實用，高度自動化的工程信息采集、監(jiān)測和監(jiān)控信息化平臺，以便對常州市城市防洪工程管理處（以下簡稱城防處）管轄內樞紐的安全運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測監(jiān)控，為防洪排澇、調水調度等提供決策支持，進一步提高管理決策速度和水平，充分利用現(xiàn)有的工程設施，提高工程的運行效益。

2　系統(tǒng)組成和總體框架

常州市城市防洪工程管理信息化建設在水雨情監(jiān)測、工情監(jiān)測、泵閘站監(jiān)控、視頻監(jiān)視等的基礎上，通過數據庫建設，將多信息源、尺度、類型的水利信息（空間/屬性）有效組織起來，實現(xiàn)信息的集成應用及數據共享。應用層從業(yè)務職責出發(fā)，開發(fā)業(yè)務應用模塊和相應管理系統(tǒng)，通過集成應用，逐步建立防汛防臺決策、水量水質聯(lián)合調度管理等系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用層次化的結構，整體架構自下而上可分 7 個層次，具體組成如圖 1 所示。

圖1　常州市城市防洪工程管理信息化整體框架結構圖

2.1信息采集與傳輸層

信息采集與生產主要包括水雨情、泵閘站、氣象、流量、視頻等基礎和業(yè)務數據，通過自動監(jiān)測、GPS 監(jiān)控、空間數據生產、外部數據交換等方式，提供所需的多空間尺度、時間尺度、數據格式、記錄方式、精度的各類數據信息。

2.2數據層

數據層是服務平臺的運行基礎，包括網絡環(huán)境、集成配置、數據庫服務器、應用服務器、存儲設備，以及操作系統(tǒng)、中間件、數據庫管理軟件、存儲備份系統(tǒng)等軟件環(huán)境。

2.3交換層

數據交換是將存放信息資源的實體，通過整合已有數據，按照既定的采集標準和數據格式，通過對水利信息公開資源、行業(yè)和項目管理信息的采集，轉換和加載，不斷補充形成的數據庫群。

2.4服務層

服務層提供了一系列的工具和通用構件，使得應用開發(fā)者能夠比較快速地建立和升級更新上層的專項應用。應用服務支撐平臺為水利信息化系統(tǒng)的應用建設提供了一些必不可少的統(tǒng)一的基礎構件，包括權限管理、工作流、門戶框架、GIS、信息發(fā)布、消息管理、數據轉換、數據傳輸、模板管理、報表管理等。這些構件不是最終的應用系統(tǒng)，但它們提供了實現(xiàn)最終應用所需要的一些通用功能。

2.5應用層

應用層主要由防洪調度、辦公管理、設施設備管理、防洪物資管理、水環(huán)境改善管理、巡檢管理、移動端操作等 7 個業(yè)務子系統(tǒng)組成。業(yè)務應用層是在服務支撐層基礎上，通過使用服務支撐層提供的工具和通用構件進行建設的，從而減少公用服務的重復建設，降低業(yè)務應用建設的耦合度。

2.6門戶層

支持訪問各種應用和數據資源的各種服務，本次建設中，主要通過建立網站門戶實現(xiàn)對應用的訪問。水利信息化各業(yè)務應用系統(tǒng)通過門戶統(tǒng)一入口登陸，同時結合權限控制，對不同人員看到的內容實現(xiàn)個性化信息服務。

2.7接入層

接入層支持不同的終端及人群，終端主要包括普通電腦及大屏，訪問人群主要包括水利系統(tǒng)組織架構下的各級業(yè)務人員、領導、系統(tǒng)管理員。

3　系統(tǒng)功能設計和實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)功能設計

常州市城市防洪工程管理信息化建設主要為市區(qū)內的防洪除澇、水資源管理和引水改善水環(huán)境服務，總體功能滿足以下要求：

1）實時采集傳輸常州市主要河道、低洼地區(qū)防洪除澇引水所需的水位和雨量信息，為常州市城區(qū)防汛抗旱工作提供重要的實時信息。

2）實時采集主要河口的工情信息，為水利工程的實時監(jiān)測、優(yōu)化調度管理提供決策支持。

3）為各類信息的傳輸提供信息傳輸平臺。

4）為各類信息的存儲、共享和應用提供數據服務平臺。

5）為各類信息的集成應用、可視化展示等建立統(tǒng)一的水利地理信息系統(tǒng)，建立信息的集中管理、查詢、發(fā)布服務平臺。

6）逐步開展重點河道水質監(jiān)測，實現(xiàn)水量水質同步監(jiān)測，為水功能區(qū)管理和引水改善水環(huán)境提供決策信息。

7）為逐步實現(xiàn)防洪除澇、水資源配置、引水改善水環(huán)境的數字模擬和仿真運行提供數據接口［3］。

3.2泵閘自動監(jiān)控站建設

為實現(xiàn)對水利工程運行的實時監(jiān)測、監(jiān)控，進行嚴格管理，提高水利工程運行管理水平，并推算流量、水量，建設和整合常州市城市防洪泵閘站監(jiān)測系統(tǒng)。

泵閘監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式監(jiān)控網絡結構，根據閘站的分布、通信網絡及管理模式，監(jiān)控系統(tǒng)設管理中心遠程（閘門監(jiān)控工作站）、現(xiàn)地集中（現(xiàn)地控制單元 LCU）與手動（手動控制柜）等 3 層控制級。系統(tǒng)的控制權限以越接近設備，控制權限越高?？刂茩囗樞驗椋菏謩蛹?、現(xiàn)地級、遠程控制級?，F(xiàn)場手動控制設備，是系統(tǒng)最后一級也是最優(yōu)先的一級控制［4］。

遠程控制級設于中心站控制室內，負責系統(tǒng)的計算機集中監(jiān)控；現(xiàn)地控制級設在各泵閘站房內，每個泵閘站的站房內設 1 套現(xiàn)地控制單元和現(xiàn)場手動操作機構、閘位和水位傳感器等。

水泵的開機和停機信號及前后閘門開關流程均由 PLC 控制、判斷、處理。

3.3水情信息監(jiān)測系統(tǒng)建設

為實時監(jiān)視水情的變化過程，為防洪除澇和水資源調度提供及時、可靠、準確的基礎水情數據，在所轄區(qū)域內建設 3 個水雨情站。

3.4信息網絡建設

由于城市防洪泵閘站地理位置分布較廣，一方面為避免鋪設光纜的資金耗費過大，另一方面為便于今后網絡的運維，本次信息化的網絡建設采用租用移動專網的方式。這樣，可確保各泵閘站間信息的可靠傳輸，實現(xiàn)信息共享，同時預留了與上級主管部門的網絡接口。

3.5數據服務平臺建設

為防洪除澇，水資源配置，調水改善水環(huán)境工作所需的應用系統(tǒng)開發(fā)運行和信息共享，建設水雨情、泵閘監(jiān)控、視頻監(jiān)控等專業(yè)數據庫，建成數據服務平臺，完成信息整合、數據庫集成。

3.6應用系統(tǒng)平臺建設

應用系統(tǒng)平臺設計采用統(tǒng)一的系統(tǒng)架構、標準的訪問接口，將各類應用有效集成。基于一體化平臺基礎框架，融合多個子系統(tǒng)無縫切換，通過統(tǒng)一的用戶管理、工作流定制、數據服務提供、地理信息服務，提供數據共享和軟件模塊的復用功能，支持市水利各應用系統(tǒng)實現(xiàn)落地化管理。

4　系統(tǒng)平臺設計

根據城市防洪管理的業(yè)務需求，與全市水利信息平臺對接的需要，常州市城市防洪工程管理信息化系統(tǒng)平臺在常州市城市防洪水系圖基礎上，將監(jiān)控、工情、管理、分析、預測、調度等功能內嵌其中，形成多功能為一體的管理平臺。該平臺基于 B/S架構，結合 WebGIS 技術，業(yè)務部門在此平臺上，可以實現(xiàn)城市防洪工作的綜合管理和科學決策。

常州市城防處信息管理信息化系統(tǒng)平臺主要包括 7 個子系統(tǒng)。

4.1防洪調度管理子系統(tǒng)

防洪調度管理子系統(tǒng)是一套基于 WebGIS 的在線 Web 應用軟件，實現(xiàn)基于空間與數據的雙重查詢，由綜合業(yè)務、空間數據庫，WebGIS 服務平臺，Web 應用程序和瀏覽器客戶端組成［5］。

防洪調度管理子系統(tǒng)主要完成大規(guī)模數據的存儲、基礎信息的設置與管理、電子地圖的管理與操作等，為局域網內的授權用戶提供現(xiàn)場機組運行狀態(tài)、水文信息、作業(yè)調度等方面的查詢服務，并實現(xiàn)多種防汛調度模式。

4.2辦公管理子系統(tǒng)

針對城市防洪工程管理處的實際要求，實現(xiàn)辦公用品領用、辦公郵件、公文審閱，以及車輛、工程項目、合同的管理等功能。

4.3設施設備管理子系統(tǒng)

設施設備管理子系統(tǒng)主要針對物資的選型、使用、維修、更新、改造全過程實行全面綜合管理，實現(xiàn)設備設施選型，設備請購、采購、驗收、建檔，備品備件管理，以及設備故障統(tǒng)計、維護計劃等一系列的管理功能。

4.4防洪物資管理子系統(tǒng)

防洪物資管理子系統(tǒng)針對物資資源管理的特點和要求，以現(xiàn)有的物資資源數據庫為基礎，結合地理信息技術應用，實現(xiàn)防洪物資管理的可視化、實時化、履歷化和智能化，包括地圖顯示、物資出入庫及盤點等功能。對于揀貨，具有最短路徑選擇，儲位提示功能；FIFO（先入先出），確保備品備件的先入先出，降低運行成本，能按照產品的生產日期作先入先出安排；對于即將過期的物料，能提前通過郵件告知管理者，避免原材料的浪費。

4.5水環(huán)境改善管理子系統(tǒng)

根據城市清水工程要求，對各樞紐進行水環(huán)境改善調度管理。定期和不定期接收到水環(huán)境改善調度指令后，發(fā)布調度指令，收到調度指令的各個樞紐進行換水調度操作，并把實時調度操作反饋到管理處。

4.6巡檢管理子系統(tǒng)

巡檢管理子系統(tǒng)主要包括工程、水政、內保和應急等巡檢。需要根據站點電氣、機械設備等不同類型故障，及時制定巡檢方案，直到故障排除。每個故障都有詳細癥狀，應根據這些故障積累形成故障處理應急預案，逐步形成故障庫，確保故障在最短時間內排除。

4.7移動端操作子系統(tǒng)

移動終端服務平臺可在 Android 和 IOS 系統(tǒng)的移動終端設備上實現(xiàn)電子地圖操作，可以實時查詢水雨情、工情、信息上報、衛(wèi)星云圖、視頻等重要內容。移動端操作子系統(tǒng)可實現(xiàn)定位、查詢、巡檢等服務，以及故障上報、系統(tǒng)設置等功能。

5　系統(tǒng)技術和功能特點

常州市城市防洪工程管理信息化系統(tǒng)的技術和功能特點主要表現(xiàn)在以下方面：

1）采用數據中心的 GIS 中間件技術，實現(xiàn)多源異構數據的集成。系統(tǒng)的各類業(yè)務數據能很好地與GIS 結合，使城市防洪的業(yè)務信息與空間信息能有機結合，在數據管理和共享、空間構造和分析、仿真模擬等方面得到更深入的應用。

2）信息化系統(tǒng)平臺功能豐富，根據城市防洪管理處的不同業(yè)務需求集成了 7 個子系統(tǒng)，由以往各科室的工作和業(yè)務使用各自的軟件，改為使用統(tǒng)一平臺軟件，同一個入口，通過獨立的身份認證系統(tǒng)實現(xiàn)了多個業(yè)務子系統(tǒng)間的“單點登錄”（SSO）。針對不同崗位的人員設置不同的身份認證權限，所有應用子系統(tǒng)共享同一個身份認證系統(tǒng)。

3）在研發(fā)防洪調度和巡檢管理子系統(tǒng)的過程中進行了充分的用戶需求調研，針對常州市汛期防洪調度業(yè)務的特點，設計了自主、片區(qū)、單點、大包圍等多種調度模式；針對常州市城市防洪巡檢業(yè)務的需求，設計了日常、應急、定期等多種巡檢方案。

6　結語

常州市城市防洪管理信息化系統(tǒng)目前已經實施完畢，進入試運行階段，隨著汛期的到來，該系統(tǒng)將為常州市城市防洪工作提供科學指導和指揮決策，提高防洪及水資源管理部門的管理水平和工作效率，也可為其它城市類似的水利信息化系統(tǒng)建設提供參考和依據。

考慮到汛期應對突發(fā)事件的需要，本系統(tǒng)中軟件平臺還可以增加應急響應管理子系統(tǒng)，應包括應急響應知識庫、預警管理、決策指揮、處理反饋、善后處置等功能。另外，為了城市防洪的需要，還可以在路面或立交橋下易積水處增加水位監(jiān)測站點等。

［1］ 中華人民共和國水利部. 全國水利信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃（水規(guī)計［2012］190號）［A］. 北京：中華人民共和國水利部，2012: 29-32.

［2］ 常州市政府. 常州“智慧城市”發(fā)展規(guī)劃（2012—2016 年）［A］. 常州：常州市政府，2012: 1-2.

［3］ 葉聰聰. 滁州市防汛決策支持系統(tǒng)的探討［J］. 滁州學院學報，2006，8 （3）: 92-96.

［4］ 卞正鋒，王可偉，郭海壘. 泵站自動化控制系統(tǒng)研究［J］.科技與企業(yè)，2013 （19）: 127-129.

［5］ 李超，林旭. GIS 技術在水資源管理信息系統(tǒng)開發(fā)中的應用［J］. 科技成果縱橫，2009 （2）: 41-42.

Design and Implementation of Informatization System of Urban Flood Control Management in Changzhou

ZHANG Jicheng1， REN Qinghai2，3， ZHANG Xinyu3，4， LIU Qichao5
（1. The Management Office of the City Flood Control Engineering in Changzhou，Changzhou 213017，China；2. Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology， the Ministry of Water Resources，Nanjing 210012， China；
3.Research Centre on Hydrology& Water Resources Monitoring， the Ministry of Water Resources，Nanjing 210012， China；4. Jiangsu Naiwch Co.Ltd， Nanjing 210012， China；5. University of Reading， Reading RG6 6AH， UK）

To meet the needs of urban flood control work management business in Changzhou， combining with the actual situation of urban flood control work， this paper designs a set of urban flood control management information system which is flexible and easy to be used. Based on B/S architecture design， combined the WebGIS technology and on the basis of urban flood control drainage system diagram， the system completes the functions of monitor， working condition， management， analysis， forecast， flood control scheduling etc. Through seven subsystems including flood control scheduling， office management， equipment management， flood control and material management， improving water environment management， checking management and operation of mobile terminal， it implements the flood control and scheduling integrated management information platform with urban flood control as the core. The flood control management informatization system in Changzhou can improve the management level and work efficiency of flood control and water management departments. It also provides reference and basis for water conservancy informatization system construction of other similar cities.

urban flood protection project management； informatization system； platform software； flood control scheduling

TU998.4

A

1674-9405（2016）04-0059-05

10.19364/j.1674-9405.2016.04.013

2016-05-05

張吉成（1976- ），男，江蘇沛縣人，工程師，主要從事水利項目建設及工程運行管理工作。