太湖流域管理局工情信息采集系統(tǒng)開發(fā)與應用

李 超，金照青

(太湖流域管理局蘇州管理局，江蘇 蘇州 215011)

當前，移動互聯(lián)網、大數據、云計算等新技術發(fā)展迅猛，正在重塑信息技術格局，也改變了各行各業(yè)、政府乃至社會的管理方式和手段。水利工程調度管理作為傳統(tǒng)行業(yè)，面臨著標準化、精細化、智能化的新要求，僅依靠自動化手段難以滿足要求，需要借助信息化提升管理水平。太湖流域管理局（以下簡稱太湖局）蘇州管理局（以下簡稱蘇州局）作為太湖流域工情分中心，根據國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程太湖局項目要求，結合太浦閘、望亭水利樞紐的運行管理需要，運用新技術、新理念，充分整合流域信息資源，開發(fā)了太湖局工情信息采集系統(tǒng)（以下簡稱工情信息采集系統(tǒng)），實現覆蓋工程指揮調度、工情險情信息采集、綜合業(yè)務管理等全過程的信息化管理。

1 工情信息采集系統(tǒng)的建設目標

工情信息采集系統(tǒng)建設目標是：在蘇州局機房配備必要的軟、硬件設施，建立太湖局工情分中心；開發(fā)工情險情移動采集系統(tǒng)，實現與工情分中心的信息傳輸，以及工情險情的采集、上報、處理和現場處置支持；完善工情分中心骨干網接入設施，增強網絡接入能力；建設工情業(yè)務應用系統(tǒng)，實現工程指揮調度、應急預案管理、現場應急處置支持與綜合業(yè)務管理服務。

2 工情信息采集系統(tǒng)的結構

工情信息采集系統(tǒng)由分中心后臺信息處理平臺、采集站前端支持和網絡通信系統(tǒng) 3 部分組成。系統(tǒng)設計嚴格遵循指揮系統(tǒng)“兩臺一庫”體系架構，通過數據匯集平臺將報汛、現場采集、巡查監(jiān)測等工情信息匯總到工情數據庫，通過應用支撐平臺對工情信息，以及工程基礎、水文氣象、工程綜合管理等資料進行訪問，為工程指揮調度、應急預案管理、現場應急處置支持與綜合業(yè)務管理提供服務。

工情信息采集系統(tǒng)以工情分中心為基本單元，以工情險情信息采集站為基本模塊，采集站、分中心、流域工情中心之間通過 MSTP（基于 SDH 的多業(yè)務傳送平臺）專用鏈路及 4G 無線網絡相連通，實現數據實時共享。工情采集由分中心通過工情上報系統(tǒng)從本地數據庫中提取并存儲，包括閘門監(jiān)控、防汛值班系統(tǒng)等數據庫；險情采集通過險情移動采集站將現場的圖片、視頻、地理坐標、工程位置及文字說明上報至分中心數據庫。工情分中心及流域工情中心按照實時工情數據庫要求上報工程運行、險情和防汛抗旱動態(tài)等信息，同時也可從上級部門獲取相關信息進行各項業(yè)務處理。工情信息采集系統(tǒng)整體結構如圖1 所示，采集站有 3 種類型，工情信息采集站采集的是數據庫存儲的非實時信息，實時工程信息采集站采集的是各監(jiān)測系統(tǒng)的實時信息，險情移動采集站采集的是現場信息。

圖1 工情信息采集系統(tǒng)整體結構圖

3 工情信息采集系統(tǒng)的功能和實現方法

3.1 分中心

蘇州局工情分中心通過配置必要的軟、硬件服務器，部署安裝水利部國家水資源監(jiān)控能力建設項目辦公室（以下簡稱水利部項目辦）統(tǒng)一開發(fā)的實時工情信息上報系統(tǒng)，規(guī)范化和標準化各種統(tǒng)計上報的工情信息，并通過工情分中心逐級匯總上報。分中心實時工情信息上報系統(tǒng)采用 B/S 結構，具有數據錄入、審核、報送、查詢、管理，以及警示信息、上報情況分析和日志管理等功能，可在蘇州局PC 機、便攜機、平板電腦等終端設備上運行，通過有線、無線方式上報信息。

分中心軟、硬件服務器配置主要包括 4 臺 PC 服務器，其中 1 臺為蘇州局分中心提供 FTP 和 DNS 等網絡服務，另外 3 臺為蘇州局分中心提供數據庫、GIS 和應用中間件等服務。

3.2 采集站

采集站是工情險情信息的主要信息源，太湖局工情信息采集站分為 3 種類型，通過配備相應的采集終端，開發(fā)采集支持、工程險情地圖標注與會商支持等軟件，將采集的實時險情信息上傳到工情分中心，并通過匯集平臺逐級上傳。

采集支持軟件運行在移動端，基于 Android 4.4開發(fā)，在工情險情現場，采集人員借助手持終端可快捷地開展現場險情圖片、視頻、語音、圖像、地理位置及險情基本情況等信息的采集與填報，并直接通過 GPS 定位、無線通訊（GPRS 或 3G 網絡等）及時將采集的險情信息上報到工情分中心和太湖局。工程險情信息包括陷坑、裂縫、閘門破壞、滲水、坍塌，以及控導工程沖毀和發(fā)生位置、規(guī)模等信息。

工程險情地圖標注與會商支持運行在 PC 端，基于 Windows ASP.net 開發(fā)，針對重大災害性氣象、突發(fā)險情，工程管理人員能根據險情信息采集情況，及時結合流域電子地圖、工程結構和三維模型等開展工程險情地圖標注，險情動態(tài)發(fā)布，險情綜合查詢與統(tǒng)計分析，并能根據工程險情和當前汛情的特點，及時便利地組織各種汛情信息進行匯報材料的準備與成果輸出，為蘇州局和太湖局防汛抗旱辦公室（以下簡稱太湖局防辦）的應急會商與領導決策提供支持。

3.3 網絡通信系統(tǒng)

網絡通信系統(tǒng)主要利用已建的流域骨干網絡，通過補充無線控制器和 AP（無線接入點）實現網絡全覆蓋。蘇州局與太湖局建立 8 MB/s 網絡連接，與太浦河和望亭水利等樞紐管理所建立 4 MB/s 網絡連接，與江蘇省太湖地區(qū)水利工程管理處建立 2 MB/s網絡連接，能滿足上連太湖局及下接管理所的視頻會商、工程控制信息的實時傳輸、工程和水文水資源管理信息的調閱等正常業(yè)務通訊需要。具體拓撲圖如圖2 所示。

3.4 工情業(yè)務應用系統(tǒng)

工情業(yè)務應用系統(tǒng)是工情信息采集系統(tǒng)的核心，也是最具特色的子系統(tǒng)，所有功能均在指揮系統(tǒng)的框架標準下，以太湖局直管工程管理實際需求和問題為導向，結合元素化、精細化管理理念，進行定制開發(fā)，可為太湖局防辦和蘇州局提供工程指揮調度、應急預案管理、現場應急處置支持與綜合業(yè)務管理等多項服務。具體功能和實現方式如圖3所示。

3.4.1 工程指揮調度管理

主要實現以下管理：

圖2 網絡通信系統(tǒng)拓撲圖

圖3 工情業(yè)務應用系統(tǒng)結構示意圖

1）專題地圖建立?；诹饔虻貓D，建立直管和兩河（望虞河、太浦河）等工程的分布專題圖，調用太湖局已建的專題地圖服務和數據，利用已建的直管工程三維仿真模型，實現基于流域地圖的流域氣象、水情等信息的疊加顯示與查詢。

2）綜合信息查詢與應用。基于專題地圖，疊加來自太湖局氣象，實時水情、水質、報汛，直管工程本地等數據庫數據及藍藻監(jiān)測資料，實現氣象、水情、雨情、水質、工程、藍藻監(jiān)測等信息的查詢與應用。

3）運行調度決策支持接入。通過接入太湖局防辦建設的流域運行調度決策支持系統(tǒng)，為流域工程運行指揮調度與會商提供支持，為工程指揮調度會商提供直觀的人機界面服務，具體包括流域工程綜合、特定區(qū)域、重大災害及水事件的指揮調度。

3.4.2 應急預案管理

主要實現以下管理：

1）應急預案管理。為望亭水利樞紐和太浦閘2 個直管工程的防汛防臺、抗旱引水、突發(fā)事件和反恐等的應急預案及調度方案建立數字化管理平臺，實現應急預案在線調閱、編輯與評估。

2）應急響應發(fā)布。根據應急預案，通過工情業(yè)務應用系統(tǒng)綜合管理防汛、抗旱、防臺等的應急響應啟動，中止和處置，以及上下級應急響應的協(xié)調等，具體包括但不限于應急組織、搶險隊伍、預防預警、應急響應和后期處置。

3）應急搶險措施制定。針對應急響應類型，通過工情業(yè)務應用系統(tǒng)實現應急搶險措施的快速制定，包括防御洪水、臺風的應急搶險措施，以及突發(fā)性事件的反應和反恐怖襲擊的應急處置措施。

3.4.3 綜合業(yè)務管理

綜合業(yè)務管理可實現工程運行、檢查、觀測、維修養(yǎng)護、基礎資料及設施設備等管理功能，同時支持 PC 及移動端使用，具體功能和實現方式如下：

1）工程運行管理。通過整合直管工程運行實時監(jiān)控、視頻實時監(jiān)視、上下游實時水情和水質等信息，為工程管理人員建立統(tǒng)一的工程實時監(jiān)測應用界面，實現工程運行實時監(jiān)視、閘門及附屬設備運行監(jiān)測、工程視頻監(jiān)視、工程運行統(tǒng)計分析、閘門調整業(yè)務管理和調度指令執(zhí)行情況監(jiān)視，便于各級用戶能夠在一個應用界面中，全面了解工程運行的各項信息。

基于直管工程平面圖和三維模型，整合工程運行監(jiān)測、監(jiān)控與上下游的水文和水資源信息，實現直管工程運行的現場模擬與監(jiān)視，對工程運行信息進行直觀的可視化查詢和展示，為工程管理人員隨時監(jiān)控工程及設備運行情況提供“一張圖”的數據表現服務。工程運行監(jiān)視可利用流域地圖、工程圖，對直管工程在防洪、水資源調度所采取的措施等進行可視化表現，實現直管工程動畫、工程示意圖展示，以及報表統(tǒng)計、現場視頻監(jiān)視影像資料調閱等。

利用太浦閘、望亭水利樞紐工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實現直管工程視頻監(jiān)視的統(tǒng)一管理。工作人員根據需要，進行直管工程視頻監(jiān)視的查看，實現對直管工程重點區(qū)域的實時視頻監(jiān)視，對現場關鍵設備的運行狀態(tài)進行直接的觀察了解。

實現直管工程閘門調整過程的業(yè)務管理，實現閘門調整信息獲取、調整報告編制、審核與報送等功能。對工程當前是否依據調度指令執(zhí)行進行監(jiān)督并記錄，查詢歷史調度指令及執(zhí)行、監(jiān)督情況。

對工程運行情況進行統(tǒng)計分析，對直管工程在某一時間段內的閘門、逐孔開啟次數，開啟高度、狀態(tài)，流量過程，累計、日均、極值流量等逐個進行統(tǒng)計分析，自動編制水位-流量關系圖。

2）工程檢查管理。工程檢查管理利用信息化手段，幫助管理人員實現對工程檢查信息的處置、核查等業(yè)務流程的一體化管理，包括檢查信息上報、問題處置、處置后核查、信息查詢分析管理等。工程檢查內容包括工程范圍內建筑物及河道堤防、閘門啟閉系統(tǒng)、閘門、檢修閘門、工程監(jiān)控系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機、通訊設備及機房、安全設施、液壓開啟橋、人行橋、防撞設施及觀測設備等。

工程檢查管理可實現以下 3 個功能：a. 信息上報及處置功能。工程檢查人員通過該功能填制和上報巡查檢查記錄表，對于巡查發(fā)現的輕微問題，可進行就地整改處置；對于比較和特別嚴重的問題，及時上報。系統(tǒng)實時接收工程檢查人員上報的檢查問題，管理人員可根據信息所屬類別及性質，確定處置方案。管理人員可根據事件所屬的區(qū)域和性質，將其流轉到相應的單位（養(yǎng)護單位、管理部門等）進行處置，處置完畢后將實際的處理完成情況在工情業(yè)務應用系統(tǒng)中錄入登記。b. 災情及險情管理功能。工程管理所通過該功能對待發(fā)布的原始數據資料進行收集并記錄；將收集到的原始數據資料進行編輯整理，并對資料的準確性、數據格式和規(guī)范化等進行處理，處理完成后提交工程管理所負責人進行信息審核；工程管理所將審核后的災情及險情信息上報蘇州局。蘇州局組織會商提出處置方案，工程管理所按照方案，落實相關處置措施。處置完畢后，工程管理所將處置結果錄入登記。c. 工程檢查記錄查詢與分析功能。主要實現對工程檢查相關歷史資料的查詢、調閱與統(tǒng)計分析，包括工程檢查結果查詢、統(tǒng)計，并生成統(tǒng)計分析圖表。

3）工程觀測管理。工程觀測管理主要實現對工程觀測信息的采集、核查、處置的一體化管理。工程觀測人員可通過該模塊實現觀測記錄上報及處置、信息查詢分析。觀測項目主要包括防止建筑物表面變形破壞、基礎發(fā)生變化等進行的觀測，以及建筑物關鍵隱蔽、重要部位內部的變形觀測。

工程觀測管理主要有以下 2 個功能：a. 工程觀測信息移動服務功能。主要在 App 上進行，提供觀測任務管理、信息和查詢、觀測人員 GPS 位置定位等功能。b. 工程觀測信息查詢和數據分析功能。主要提供揚壓力、垂直位移、斷面、裂縫等安全監(jiān)測指標的報表查詢分析服務，對超出報警閾值的指標，用黃色、紅色等警戒顏色進行突出顯示。在現有觀測資料的基礎上，將各觀測點的歷史數據用圖表方式進行對比分析。

4）工程維修養(yǎng)護管理。主要建立直管工程維修養(yǎng)護項目管理全過程的管理體系，涵蓋維修養(yǎng)護任務和計劃制定、任務派發(fā)和進度管理、經費和過程管理等。主要實現實施方案、合同進度、中間成果、合同與經費、過程文檔的管理，以及養(yǎng)護任務維修和信息查詢統(tǒng)計等功能。

5）工程基礎資料和設施設備管理。主要實現工程基本屬性數據的管理，并形成報表進行輸出。基礎資料管理主要內容包含工程概況、圖像資料、設計施工資料、數據維護；設施設備管理主要實現工程設施設備的基本、實時運行、檢查、觀測、維修養(yǎng)護等信息管理，設施設備計劃與采購、保障與養(yǎng)護管理、查詢與盤點等。

3.4.4 現場處置支持

在突發(fā)應急事件發(fā)生后，工作組、巡查檢查和險情現場人員，需要及時了解流域及區(qū)域水文氣象、工程運行、人員物資等情況，并能方便通過計算機、手持終端、GPS 等手段，及時進行現場信息采集和地圖標注，使應急搶險救治指揮調度人員快速了解險情發(fā)生地實際情況，快速部署人員物資，開展工程調度與應急處置。具體功能和實現方法如下：

1）實時信息查詢和工作組動態(tài)信息推送服務。在現有的實時信息移動查詢系統(tǒng)、值班信息移動查詢模塊基礎上，針對現有系統(tǒng)由于采用 WAP 方式進行開發(fā)導致系統(tǒng)存在響應時間慢，數據流量大，界面表現不直觀等問題，對現有實時信息、值班信息移動等查詢模塊進行升級改造，開發(fā)基于 Android 的實時信息查詢現場、工作動態(tài)信息推送服務等支持模塊，提供基于移動智能終端的實時水情和雨情、控制性工程、實時氣象等信息的查詢與分析功能，提高防汛現場應急處置能力，提供移動辦公應急處理服務。

2）工作組災害現場支持。工作組災害現場支持的目的是，現場人員能及時將災害現場的實時數據準確填報、發(fā)布，使指揮調度與會商人員及時了解現場狀況。發(fā)生重大險情時派人直接到出險現場，勘察險情，使用終端攝像設備拍攝險情實況，利用移動采集傳輸系統(tǒng)將險情文字描述和圖象或險情視頻信息及時傳回太湖局。借助現場數據移動信息錄入、拍照等功能，提高防汛工作的辦事效率，很好地實現對數據及時有效的存儲、使用，并為日后大數據分析提供有效的數據支撐。

3）防汛檢查數據上報。利用智能移動終端進行工程的防汛檢查數據上報，具體實現隱患上報，工程現場拍攝，險情信息采集，險工險段地圖標繪處理。

4 工情信息采集系統(tǒng)的特點

4.1 遵循指揮系統(tǒng)統(tǒng)一標準，系統(tǒng)擴展性好

蘇州局分中心的建設總體上在指揮系統(tǒng)數據匯集、應用支撐平臺及數據庫“兩臺一庫”上進行，根據復用、共享、模塊化的設計思想，采用面向服務的 SOA 體系架構，以業(yè)務組件作為系統(tǒng)運行的基本單元。工情采集系統(tǒng)同時遵循《國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)工情險情信息采集上報技術要求（試行）》《國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)工情險情移動采集終端技術要求（試行）》《國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)工程驗收管理辦法（修訂稿）》（水建管〔2012〕100 號）等標準，功能設計和接口定義規(guī)范，系統(tǒng)可擴展性好。

4.2 與太湖局數據同源同步，數據可靠性高

在以往工作中，由于太湖局和蘇州局之間重復監(jiān)測、數據不同步等原因，多項數據存在數據不同源問題，其中工程水位數據有閘門監(jiān)控、水文遙測系統(tǒng)及人工報訊 3 個來源，導致自動監(jiān)測數據利用價值不高。在工情信息采集系統(tǒng)建設過程中，對太湖局和蘇州局監(jiān)測的數據進行了比對，刪除了重復數據庫，取消了不可靠數據源，對太湖局已采集的數據，蘇州局不再采集；太湖局未采集但蘇州局已采集的數據，分中心同步推送至太湖局；太湖局和蘇州局均未采集的數據，以現場實時采集為準，解決了“數據打架”等問題，提高了數據可靠性。

4.3 整合流域工情信息資源，系統(tǒng)耦合度高

工情信息采集系統(tǒng)充分利用太湖局和蘇州局原有信息化資源，在蘇州局工程監(jiān)控、視頻監(jiān)視、值班、預案數字化等業(yè)務系統(tǒng)基礎上，接入太湖局流域運行調度支持、值班等已建系統(tǒng)，實現了工情信息采集管理由分散到統(tǒng)一的轉變，既節(jié)約了成本，又增強了系統(tǒng)相關性和聯(lián)動性，豐富了系統(tǒng)功能，同時解決了原有系統(tǒng)信息孤島等問題，逐步提高了系統(tǒng)使用率。

4.4 融入標準化管理理念，系統(tǒng)前瞻性強

工情信息采集系統(tǒng)在需求分析和功能設計階段融入了標準化、精細化管理理念，做到了先梳理制度、流程，再設計表格、功能。其中工程運行、檢查、觀測等嚴格按照《蘇州管理局工程管理工作手冊》設計，實現流程定制化，管理員可根據管理流程配置系統(tǒng)流程，為太湖流域直管工程標準化管理提供信息化支撐。

5 工情采集系統(tǒng)發(fā)揮的作用

2016 年 5 月，工情信息采集系統(tǒng)通過太湖局初驗并投入試運行。2016 年 7 月 3 日，太湖水位達到并超過 4.65 m，太湖流域發(fā)生超標準洪水；7 月6 日，太湖水位漲至 4.80 m，太湖流域發(fā)生特大洪水；7 月 8 日，太湖出現歷史第二高水位 4.87 m，在此期間，工情信息采集系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用。根據統(tǒng)計，2016 年 5—9 月，太浦閘、望亭水利樞紐共通過指揮調度模塊接收和執(zhí)行太湖流域防汛抗旱總指揮部調度指令 15 份，平均執(zhí)行響應時間由 20 min 縮短為 10 min；編輯發(fā)送調整報告 430 份，報告編輯發(fā)送時間由手工 15 min 縮短為 5 min；通過移動采集終端開展防汛督查 32 次，發(fā)現險情 10 余處，采集險情照片 400 余張，發(fā)布督查報告 30 余份，上報方式由 PC 端傳真上報變?yōu)橐苿佣爽F場實時上報，會商研判效率大大提高；通過工程運行模塊查詢統(tǒng)計信息2000 余次，平均查詢時間由文件查詢 8 min 縮短為2 min；通過工程檢查模塊發(fā)布檢查報告 400 余份，檢查信息均可實時查看處理；通過預案管理模塊啟動、解除應急響應 10 余次，發(fā)布通知信息 8000 余條，響應啟動完成時間由 10 min 縮短為 2 min。同時，值班人員通過工情信息系統(tǒng)實時監(jiān)視工程運行狀態(tài)，使用閘門監(jiān)控系統(tǒng)調整閘門 215 次，累計排泄太湖洪水 58.2 億m3，為防御太湖洪水提供了重要保障[6]。

實踐表明，工情信息采集系統(tǒng)功能設計合理，在試運行階段基本能夠滿足太湖局防汛會商支持、現場處置、工程調度的工作要求，也符合太浦閘和望亭水利樞紐工程運行管理實際需求，實用性較強，在防御太湖流域超標準洪水關鍵時期發(fā)揮了應有的作用。2016 年汛期工情信息采集系統(tǒng)產出與效果分析如表1 所示。

表1 2016 年汛期工情信息采集系統(tǒng)產出與效果分析

6 結語

太湖局工情信息采集系統(tǒng)設計規(guī)范、功能齊全，充分整合了太湖局、蘇州局現有信息化資源，不同于以往單一的信息管理、閘門監(jiān)控系統(tǒng)，既滿足了國家防汛抗旱總指揮部的要求，又適合太湖流域防汛抗旱和水資源調度的實際需求和精細化管理理念。

工情信息采集系統(tǒng)運用新技術、新模式，大規(guī)模建設并得到實際應用，在抗御 2016 年太湖流域超標準洪水中經受住了考驗，顯著提升了工情險情信息采集的自動化和智能化水平，提高了會商研判的效率和科學性，工情信息采集系統(tǒng)架構、實現方法、技術和應用性也得到了較好的驗證。

工情信息采集系統(tǒng)在后期擴展中，需進一步探究與物聯(lián)網技術的融合，采用射頻識別（RFID）等技術，提高對物的智能化管理水平。

參考文獻：

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