基于三層架構(gòu)的湖北水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)建設(shè)研究

陶 鋒，朱光軍，余 夢(mèng)，楊海坤

（1. 鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局（籌），湖北 武漢 430071；2. 湖北省水利廳信息中心，湖北 武漢 430071；3. 北京慧圖科技股份有限公司，北京 100085）

基于三層架構(gòu)的湖北水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)建設(shè)研究

陶 鋒1，朱光軍2，余 夢(mèng)3，楊海坤3

（1. 鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局（籌），湖北 武漢 430071；2. 湖北省水利廳信息中心，湖北 武漢 430071；3. 北京慧圖科技股份有限公司，北京 100085）

根據(jù)水資源應(yīng)急管理的業(yè)務(wù)需求，基于三層架構(gòu)的軟件開(kāi)發(fā)模式，搭建湖北省水資源突發(fā)污染事件應(yīng)急管理系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹應(yīng)急管理系統(tǒng)架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)，并結(jié)合水污染事件實(shí)例介紹應(yīng)急管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及其業(yè)務(wù)處理流程，對(duì)提升水資源應(yīng)急處理能力具有重要意義。

水資源；應(yīng)急管理；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；三層架構(gòu)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)水環(huán)境污染事件頻發(fā)。2007年5 月，無(wú)錫太湖爆發(fā)大規(guī)模藍(lán)藻，導(dǎo)致無(wú)錫市發(fā)生供水危機(jī)；2010年5 月，荊州沙市發(fā)生甲基氯化物泄漏事故，附近村落多名居民中毒住院；2014年 4 月，甘肅省蘭州市因石化管道泄漏，引發(fā)蘭州自來(lái)水苯超標(biāo)事件，以致全市自來(lái)水供水異常。水環(huán)境突發(fā)污染事件對(duì)人民生命、財(cái)產(chǎn)安全造成重大影響，在“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”的發(fā)展新理念下，湖北省對(duì)水資源安全性提出了更高的要求，如何科學(xué)應(yīng)對(duì)和及時(shí)有效地處置水資源突發(fā)公共事件，成為國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目中必須解決的一個(gè)重大課題[1]。

湖北省搭建的水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)針對(duì)不同類型水質(zhì)突發(fā)事件，對(duì)事件的原因、發(fā)展過(guò)程及負(fù)面影響進(jìn)行科學(xué)分析，快速搭建應(yīng)急管理業(yè)務(wù)應(yīng)用，高效整合社會(huì)資源，采用現(xiàn)代技術(shù)手段和管理方法提出應(yīng)對(duì)措施，降低水資源突發(fā)污染事件的危害程度。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用表現(xiàn)層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層三層設(shè)計(jì)模式，有利于開(kāi)發(fā)人員只關(guān)注整體結(jié)構(gòu)的某一層，極大降低層與層的依賴，有利于模塊開(kāi)發(fā)中的標(biāo)準(zhǔn)化，便于各層邏輯上的復(fù)用。因此，湖北省水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)的總體框架和功能模塊在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)搭建。

1 應(yīng)急管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 總體框架

水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)是湖北省國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)控管理信息平臺(tái)的重要組成部分，在遵循國(guó)家頂層和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程和功能體系。水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)由 6個(gè)層面、兩大保障體系共同構(gòu)成，系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

從圖1 可知，湖北省水源地自動(dòng)在線或人工采樣的水質(zhì)數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸，匯集到監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)平臺(tái)中，在應(yīng)用層經(jīng)過(guò)提取、交換后將數(shù)據(jù)推送到業(yè)務(wù)層中進(jìn)行分析、處理，最終通過(guò)水資源內(nèi)外網(wǎng)門戶在應(yīng)用交互層中展示。

1.2 功能設(shè)計(jì)

水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)包括應(yīng)急信息服務(wù)、會(huì)商、調(diào)度、知識(shí)庫(kù)及預(yù)警配置 5個(gè)功能模塊，應(yīng)急處理流程如圖2所示。

1）應(yīng)急事件。應(yīng)急信息服務(wù)能對(duì)監(jiān)測(cè)的水量、水質(zhì)數(shù)據(jù)和圖片、視頻等多媒體信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并結(jié)合 GIS 地圖展示，對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并創(chuàng)建會(huì)商，給預(yù)警和調(diào)度提供依據(jù)。該功能通過(guò)應(yīng)急事件與地圖要素實(shí)現(xiàn)交互，可查看應(yīng)急事件水質(zhì)、水情、現(xiàn)場(chǎng)畫面和歷史類似事件處置方案等信息。對(duì)于本級(jí)用戶不能處理的應(yīng)急事件，填寫相應(yīng)的事件接收、抄送單位、發(fā)件人信息后可進(jìn)行事件上報(bào)。通過(guò)周邊信息可對(duì)事件影響的地表水取水口、地表水水源地、取用水戶、行政區(qū)劃、水功能區(qū)、湖庫(kù)、閘壩、入河排污口、行政區(qū)界斷面、水文測(cè)站、水質(zhì)測(cè)站、河流等對(duì)象進(jìn)行分析渲染，并將分析結(jié)果用數(shù)據(jù)列表及 GIS 渲染等方式保存輸出。

圖1 應(yīng)急管理系統(tǒng)框架圖

2）應(yīng)急會(huì)商。應(yīng)急會(huì)商管理通過(guò)群體會(huì)商的方式，從預(yù)先準(zhǔn)備的應(yīng)急方案中，協(xié)調(diào)各部門，進(jìn)行群體決策，選擇出滿意的應(yīng)急響應(yīng)方案。包括創(chuàng)建會(huì)商、會(huì)商準(zhǔn)備和分析 3 塊內(nèi)容。在發(fā)生等級(jí)較高的應(yīng)急事件，或當(dāng)前級(jí)別用戶無(wú)較好的應(yīng)急處置方案時(shí)創(chuàng)建會(huì)商。創(chuàng)建會(huì)商需要填寫會(huì)商邀請(qǐng)，會(huì)商邀請(qǐng)?zhí)顚懲瓿珊螅砂l(fā)送給所有參會(huì)人員。用戶發(fā)起會(huì)商后，在會(huì)商分析之前需要進(jìn)行會(huì)商準(zhǔn)備工作，會(huì)商準(zhǔn)備主要是在會(huì)商分析之前創(chuàng)建對(duì)應(yīng)突發(fā)事件的應(yīng)急調(diào)度方案，以供會(huì)商分析階段進(jìn)行決策。參加會(huì)商人員接收會(huì)商之后，每個(gè)參與會(huì)商人員都可進(jìn)行會(huì)商分析，可查看事件的描述、影響分析、調(diào)度方案等詳細(xì)信息，最終決議出應(yīng)急方案以處理應(yīng)急事件。

3）應(yīng)急調(diào)度。應(yīng)急調(diào)度功能模塊主要根據(jù)選擇的應(yīng)急事件，結(jié)合 GIS 地圖實(shí)時(shí)查看會(huì)商分析模塊決策出的應(yīng)急調(diào)度方案，并可在線更新調(diào)度方案執(zhí)行情況，調(diào)度方案執(zhí)行完成后，填寫調(diào)度方案的執(zhí)行情況和評(píng)價(jià)等信息，并將完成該應(yīng)急事件相關(guān)的處置方案存入應(yīng)急知識(shí)庫(kù)。

圖2 應(yīng)急管理系統(tǒng)功能流程圖

4）應(yīng)急知識(shí)庫(kù)。應(yīng)急知識(shí)庫(kù)功能模塊主要用于建立完善可用的水資源應(yīng)急管理知識(shí)庫(kù)，包括常見(jiàn)的引起水環(huán)境污染事件的化學(xué)品名錄、湖北省常發(fā)的應(yīng)急事件監(jiān)測(cè)指標(biāo)、湖北省應(yīng)急資源信息、應(yīng)急管理人員和專家名錄、全省重要水源地、重要取用水戶、潛在污染源、入河排污口、重要河流水系、重要交通路網(wǎng)信息和歷史應(yīng)急事件等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)為應(yīng)急事件預(yù)警和處置提供全面的信息支撐功能。

5）預(yù)警配置。預(yù)警管理主要用于配置水源地水質(zhì)在線站的水質(zhì)預(yù)警閾值，當(dāng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警上下限閾值時(shí)，在應(yīng)急管理系統(tǒng)中自動(dòng)創(chuàng)建應(yīng)急事件，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情并作出應(yīng)急響應(yīng)。

1.3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)需在滿足用戶使用需求的基礎(chǔ)上，同時(shí)滿足高復(fù)用性和易擴(kuò)展性，以便后期維護(hù)和升級(jí)。經(jīng)分析，采用表現(xiàn)層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層三層設(shè)計(jì)模式作為應(yīng)急管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件框架，體現(xiàn)高內(nèi)聚低耦合的設(shè)計(jì)思想。三層結(jié)構(gòu)之間使用spring 容器進(jìn)行統(tǒng)一管理，并通過(guò) spring 控制反轉(zhuǎn)及事務(wù)管理[3]。各層具體設(shè)計(jì)如下：

1）表現(xiàn)層。表現(xiàn)層主要負(fù)責(zé)面對(duì)用戶的展示界面，通過(guò) json，servlet，jsp，過(guò)濾器等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳值及處理；通過(guò) velocity，easyui，ligerui，html 等實(shí)現(xiàn)頁(yè)面組件構(gòu)成及展示。

2）服務(wù)層。服務(wù)層主要負(fù)責(zé)各系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯處理，作為表現(xiàn)層與數(shù)據(jù)層的中間部分，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理并達(dá)到數(shù)據(jù)層與表現(xiàn)層之間的數(shù)據(jù)傳遞目的。通過(guò) springBean，WebService，jbpm，ehcah，以及各類服務(wù)框架實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯及數(shù)據(jù)處理。

3）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) CURD 操作。通過(guò) hibernate 將數(shù)據(jù)關(guān)系映射為對(duì)象進(jìn)行處理，通過(guò) springjdbc 進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)連接，通過(guò) GIS 服務(wù)客戶端實(shí)現(xiàn) GIS 數(shù)據(jù)交互及處理。

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

2 應(yīng)急管理系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例研究

水華事件是湖北省境內(nèi)常見(jiàn)的突發(fā)污染事件類型，為此以湖北省內(nèi)漢江飲用水源地突發(fā)水華事件為例，說(shuō)明本系統(tǒng)在處理突發(fā)水污染事件時(shí)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)流程。

圖3 應(yīng)急管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

2.1 業(yè)務(wù)處理流程

系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理流程方面，首先，應(yīng)急事件上報(bào)人員通過(guò)在地圖上選點(diǎn)，填寫應(yīng)急事件基本及影響信息，系統(tǒng)可根據(jù)地圖選點(diǎn)位置自動(dòng)完成事發(fā)地的經(jīng)緯度、行政區(qū)、水源地和地點(diǎn)等應(yīng)急事件基本信息的填寫，提高了用戶使用的便捷性和人機(jī)操作的友好性。此外，用戶還能編輯和查看應(yīng)急事件影響、水質(zhì)與水情、多媒體和先期處置情況等信息，方便用戶全方位了解應(yīng)急事件影響和發(fā)展態(tài)勢(shì)。

應(yīng)急事件創(chuàng)建后，可對(duì)事件進(jìn)行上報(bào)、短信通知相關(guān)人員和事件終止等處理，還能結(jié)合國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目辦公室提供的各類水文、水資源對(duì)象專題圖層空間服務(wù)，利用緩沖區(qū)分析的方法，對(duì)突發(fā)污染事件周邊自定義范圍內(nèi)影響的取水口、水源地、取用水戶、水功能區(qū)等各類水資源對(duì)象的基礎(chǔ)信息和空間分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查看。以漢江水源地水華事件事發(fā)地為中心，取周邊 20 km 范圍，詳細(xì)地表水取水口分布情況如圖4所示，可直觀形象地將應(yīng)急事件周邊影響對(duì)象信息展示給應(yīng)急管理人員，應(yīng)急管理人員可直觀、高效地對(duì)可能受水質(zhì)影響的對(duì)象重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

同時(shí)，結(jié)合應(yīng)急知識(shí)庫(kù)里面重要水源地功能模塊，可查看事發(fā)水源地相關(guān)的水質(zhì)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)信息，由于本例中事發(fā)水源地為湖北省國(guó)控水源地，附近建有 2個(gè)自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，可每隔 4 h 查看事發(fā)水源地最新水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息，為應(yīng)急管理人員決策提供及時(shí)有效的數(shù)據(jù)支撐。

針對(duì)應(yīng)急事件的處理，應(yīng)急管理系統(tǒng)建立了一整套應(yīng)急事件會(huì)商應(yīng)對(duì)流程，包括創(chuàng)建會(huì)商、會(huì)商準(zhǔn)備和分析、應(yīng)急調(diào)度等功能，實(shí)現(xiàn)了突發(fā)水污染事件過(guò)程的在線結(jié)構(gòu)化處理記錄，可將應(yīng)急事件發(fā)生、發(fā)展、處理措施等方面的信息全面記錄下來(lái)，并存儲(chǔ)在應(yīng)急知識(shí)庫(kù)中的歷史應(yīng)急事件模塊中，可在今后發(fā)生類似應(yīng)急事件時(shí)提供決策參考和依據(jù)。此外，應(yīng)急事件處理完成后，可從行政管理和技術(shù)分析層面對(duì)應(yīng)急事件的處置情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，為應(yīng)急管理人員積累應(yīng)急處理的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)提供多角度平臺(tái)。

2.2 數(shù)據(jù)處理流程

以應(yīng)急知識(shí)庫(kù)下入河排污口監(jiān)測(cè)查詢功能為例，三層架構(gòu)在實(shí)現(xiàn)應(yīng)急管理系統(tǒng)功能過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理流程如下：

圖4 應(yīng)急事件周邊影響分析功能界面

1）從用戶點(diǎn)擊查詢按鈕開(kāi)始，表現(xiàn)層向后臺(tái)發(fā)起數(shù)據(jù)請(qǐng)求。

2）后臺(tái) spring 框架根據(jù)請(qǐng)求地址匹配選擇對(duì)應(yīng)的調(diào)用指定服務(wù)層的方法，在服務(wù)層中根據(jù)查詢條件進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的處理，如請(qǐng)求參數(shù)的格式化、添加請(qǐng)求默認(rèn)條件等。

3）服務(wù)層調(diào)用數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的方法，在數(shù)據(jù)訪問(wèn)層進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)與操作，并將數(shù)據(jù)返回給服務(wù)層；服務(wù)層接收數(shù)據(jù)訪問(wèn)層返回?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)查詢條件再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并返回給表現(xiàn)層；最后表現(xiàn)層對(duì)返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染展示，呈現(xiàn)出最終用戶看到的界面。

數(shù)據(jù)處理流程如圖5所示，基于三層架構(gòu)的水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)將前臺(tái)顯示頁(yè)面與后臺(tái)邏輯代碼分隔開(kāi)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，既降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，也減小了后期測(cè)試維護(hù)難度[4]。二者獨(dú)立性高，方便進(jìn)行代碼移植和復(fù)用。同時(shí)，隨著項(xiàng)目越來(lái)越大，水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)在滿足用戶需求的基礎(chǔ)上，還滿足重用性高和拓展性好的要求，便于后期系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)。

圖5 三層架構(gòu)數(shù)據(jù)處理流程圖

3 結(jié)語(yǔ)

水資源應(yīng)急管理系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)是輔助決策優(yōu)化水資源配置，提高水資源承載力的重要非工程措施，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)突出高效、直觀、協(xié)調(diào)、科學(xué)，使之能夠在遇到突發(fā)水資源污染事件時(shí)確實(shí)起到輔助決策作用，同時(shí)，系統(tǒng)選用基于三層架構(gòu)的模式框架，有利于系統(tǒng)后期運(yùn)行、維護(hù)和升級(jí)，對(duì)于提升湖北省水資源信息化管理能力具有重要的實(shí)際意義。

[1] 韓麗峰，姜沖，王爽爽，等. 水資源決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)急管理系統(tǒng)建設(shè)[C]// 中國(guó)（國(guó)際）水務(wù)高峰論壇在線——2014（第二屆）中國(guó)水利信息化與數(shù)字水利技術(shù)論壇（論文集）. 南京：中國(guó)水利學(xué)會(huì)，河海大學(xué)，2014: 342-351.

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Research on Construction of Water Resources Emergency Management System based on Three-tier Architecture in Hubei

TAO Feng1, ZHU Guangjun2, YU Meng3, YANG Haikun3
(1. Construction and Management Bureau of North Hubei Water Transfer Project (preparing), Wuhan 430071, China；2. Information Center of Hubei Provincial Department of Water Resouces, Wuhan 430071, China；3. Beijing Huitu Stock Company Limited, Beijing 100085, China)

According to the business requirements of water resources emergency management, this paper sets up the emergency management system for water resources pollution incidents based on the software development model of three-layer architecture, focuses on introducing the architecture and function design of the emergency management system, and introduces its data processes and business processes combined with examples of water pollution incidents, which has important significance for enhancing the water resources emergency response capacity.

water resources； emergency management； system design； three-tier architecture

TV21

A

1674-9405(2016)06-0067-06

10.19364/j.1674-9405.2016.06.014

2016-05-11

陶 鋒（1980-），男，湖北鐘祥人，工程師，主要從事水利信息化、水資源項(xiàng)目建管等方面工作。