“智慧黃家灣”綜合信息化云平臺研建

王茂洋,羅天文,吳恒友,徐 銳

(貴州省水利水電勘測設計研究院,貴州 貴陽 550002)

2018年1月2～3日，水利部在北京召開全國水利廳局長會議，水利部黨組書記、部長陳雷在會上明確要求“要全面加快智慧水利建設，大力推進水利科技創(chuàng)新。推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、衛(wèi)星遙感、人工智能等高新技術與水利業(yè)務深度融合，加強水利科技基礎研究和高新技術研發(fā)，破解影響我國水安全的科技難題，加快科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化應用?！?/p>

智慧水庫是智慧水利中的一部分，是國家相關政策的要求之一，具有良好的建設條件，為了積極的響應國家的政策，推行智慧水庫建設是水利工程建設中的首要任務。

黃家灣水利樞紐工程作為“十三五”開局之年開工建設的一座大型水利樞紐工程，其建設規(guī)模大、管理任務重，涉及的行業(yè)、專業(yè)、交叉作業(yè)繁多，因此僅僅依靠傳統(tǒng)管理方式很難實現(xiàn)預期的工程目標。相關主管部門對黃家灣水利樞紐工程信息化建設提出了新的更高要求，提出建設“智慧黃家灣”的理念。“智慧黃家灣”的核心是實現(xiàn)水利樞紐工程的大數(shù)據(jù)管理，建設“智慧黃家灣”必須借助我省大數(shù)據(jù)平臺優(yōu)勢，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)以及GIS技術，將海量的水利工程數(shù)據(jù)從采集、組織、傳輸、存儲到查詢、分析，真正實現(xiàn)黃家灣水利樞紐工程智慧化、精細化管理。

1 項目區(qū)概況與系統(tǒng)研究分析

1.1 項目區(qū)概況

黃家灣水利樞紐工程位于貴州安順市南部紫云縣境內(nèi)，擬建壩址在紅水河的一級支流格凸河中游河段，壩址位置位于紫云縣板當鎮(zhèn)黃家灣河道上，處于東經(jīng)106°11′～106°13′，北緯25°47′～25°48′之間。壩址距紫云縣城距離約20km，距板當鎮(zhèn)約17km。有紫云—板當—長順的S309省級公路從壩址右岸下游1km左右附近通過，目前有鄉(xiāng)村公路通至壩址，另外有惠(水)興(仁)高速從壩址右岸附近通過，惠興高速在板當、紫云有匝道口。故黃家灣水利樞紐工程壩址交通極為便利。

1.2 系統(tǒng)分析

信息化、智能化建設在黃家灣水利樞紐工程項目中起著非常重要的作用。在項目管理方面，能對涉及到的多個單位或機構(gòu)進行統(tǒng)一管理；在質(zhì)量管理方面，能對施工過程及材料等質(zhì)量密切相關的場地或配套設備進行全方位的監(jiān)控管理，保證工程質(zhì)量；在人員安全管理方面，能實時跟蹤人員位置，為應急預案提供數(shù)據(jù)支持，提高施工工地安全性；在車輛管理方面，實現(xiàn)工程車輛軌跡、載料情況、門禁、車牌號等統(tǒng)一管理；通過平臺管理將各個系統(tǒng)有效無縫的集成在一起，實行統(tǒng)一管理。

2 支撐體系建設

2.1 標準規(guī)范和安全保障體系建設

建立完善的信息化標準規(guī)范體系，整理、編制一套符合“智慧黃家灣”綜合信息管理云平臺的標準規(guī)范，為各部件、環(huán)節(jié)、部門實現(xiàn)互聯(lián)互通和信息共享提供依據(jù)。主要包括：

(1)數(shù)據(jù)標準規(guī)范，包括地圖數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)共享接口、數(shù)據(jù)評價體系。

(2)運維標準規(guī)范，包括基礎架構(gòu)庫(ITIL)。

建立完善的信息化安全保障體系，按照國家網(wǎng)絡安全等級保護要求，開展定級備案，安全建設整改及測評工作，遵循同步規(guī)劃、同步建設、同步投入運行的原則，從物理安全、網(wǎng)絡安全、應用安全、數(shù)據(jù)安全四個方面完善系統(tǒng)安全建設，構(gòu)建信息化網(wǎng)絡安全防御體系。

2.2 基礎設施建設

2.2.1 智能信息采集

智能信息采集包括:水情、雨情、流量、蒸發(fā)量、水質(zhì)、視頻、閘門、電站、泵站、動力環(huán)境、混凝土生產(chǎn)信息、砂石料生產(chǎn)信息、水庫工情等信息。水利工程相關數(shù)據(jù)可以按照前期的方式通過設置固定站點進行信息采集，最終集成到云平臺，也可以通過移動手機智能化客戶端對相關數(shù)據(jù)、實物照片進行信息采集，將數(shù)據(jù)上傳到云平臺。采用數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)架構(gòu)進行整合、歸集業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理及共享提供保障；信息資源目錄系統(tǒng)提供全生命周期大數(shù)據(jù)管理信息資源的統(tǒng)一管理和導航，為工程全過程數(shù)據(jù)管理相關信息查詢、導出和共享服務提供快速便捷的手段和途徑?！爸腔埸S家灣”信息采集技術架構(gòu)如圖1所示。

圖1 “智慧黃家灣”信息采集技術架構(gòu)

2.2.2 遠程監(jiān)控平臺

對尚未進行遠程監(jiān)控的重要站點增加遠程監(jiān)控設備，完善遠程監(jiān)控平臺，整合前期已有的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)控一體化的控制體系。

2.2.3 傳輸網(wǎng)絡通信平臺

保障數(shù)據(jù)傳輸及時、信息暢通是實現(xiàn)“智慧黃家灣”的基礎。建設高性能的通信傳輸系統(tǒng)是保證信息自動化系統(tǒng)信息暢通和支撐應用系統(tǒng)實現(xiàn)安全輸水、精確配水目標的前提條件。建立各信息采集點為數(shù)據(jù)單元的通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，信息中心與分中心分別建有自己的內(nèi)部局域網(wǎng)，它們之間通過VPN形成廣域網(wǎng)連接。

傳輸網(wǎng)絡通信系統(tǒng)采用分層分布式管理，即貴陽總調(diào)度中心控制層、調(diào)度中心監(jiān)控層和泵站、閘站、電站現(xiàn)地控制監(jiān)控層。

2.2.4 構(gòu)建“智慧黃家灣”私有云

“智慧黃家灣”私有云主要包括基礎設施和應用支撐兩個方面內(nèi)容。

(1)基礎設施，租賃云上貴州大數(shù)據(jù)云服務。

(2)應用支撐，包括地圖服務引擎、用戶管理、權(quán)限控制等。

2.2.5 災備系統(tǒng)

災備系統(tǒng)是指在一個數(shù)據(jù)中心發(fā)生故障或災難的情況下，其他數(shù)據(jù)中心可以正常運行并對關鍵業(yè)務或全部業(yè)務實現(xiàn)接管，達到互為備份的效果。容災備份系統(tǒng)采用多元化數(shù)據(jù)保護技術，著眼于數(shù)據(jù)的實時備份容災與瞬間恢復，保證最小的數(shù)據(jù)丟失，致力于業(yè)務不間斷運行的一體化綜合信息保護平臺(容災備份)。它彌補了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)備份方式的諸多不足，通過保護數(shù)據(jù)、應用、操作系統(tǒng)、存儲設備等實現(xiàn)全面立體保護以及強大的快速恢復能力，能有效防范各類系統(tǒng)災難和人為錯誤，并且針對不同數(shù)據(jù)庫應用，提供快速的應用恢復能力，保障灌區(qū)業(yè)務不間斷運行。

3 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)以現(xiàn)地測控系統(tǒng)為基礎，以數(shù)據(jù)處理與交互平臺為紐帶，全面、及時采集所需數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)一處理，存入實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫；構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺，安全、可靠地進行數(shù)據(jù)存儲管理；通過一體化應用支撐平臺，對統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺中的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化數(shù)據(jù)分析與處理，并提供不同應用領域以及綜合的數(shù)據(jù)、應用服務支撐。在一體化應用支撐平臺上提供電站、泵站、閘門、水情、視頻、機房動力環(huán)境等各類綜合監(jiān)控監(jiān)測應用，并在此基礎上實現(xiàn)指揮調(diào)度與預警預測、綜合展現(xiàn)等應用。通過強有力的一體化基礎支撐、安全防護管理及標準規(guī)范體系，為全面提高工程各項業(yè)務的處理能力、工程安全管理提供有力支撐。

系統(tǒng)邏輯構(gòu)成包括五層二體系：基礎設施層、通信網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)資源層、應用支撐層、業(yè)務應用層，各層遵循建設運行管理與標準規(guī)范體系、系統(tǒng)實體環(huán)境和信息安全體系支撐。系統(tǒng)總體框架圖如圖2所示。

(1)基礎設施層。主要包括現(xiàn)地測控系統(tǒng)，是信息化系統(tǒng)的主要信息(數(shù)據(jù))來源與控制信息輸出關鍵平臺，是信息化系統(tǒng)關鍵平臺/子系統(tǒng)。包括各類信息從采集、傳輸、加工處理、存儲和管理，包括自動采集、人工上報、外單位接入的各類信息；包括接受上級應用系統(tǒng)及本地測控系統(tǒng)的閥門監(jiān)控、閘門監(jiān)控、電站監(jiān)控、視頻控制等控制信息，并轉(zhuǎn)發(fā)至現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)及攝像機，實現(xiàn)閘門等設備自動控制及攝像機的遠程操作。

(2)通信網(wǎng)絡層。包括網(wǎng)絡系統(tǒng)與通信系統(tǒng)，網(wǎng)絡系統(tǒng)為信息化系統(tǒng)各平臺及平臺中的各節(jié)點間提供數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡通道。網(wǎng)絡系統(tǒng)承載在通信傳輸系統(tǒng)上，即由通信傳輸系統(tǒng)為網(wǎng)絡系統(tǒng)提供組網(wǎng)鏈路。在網(wǎng)絡與通信傳輸網(wǎng)之間依據(jù)不同層次和寬帶需求采用不同的接口連接。通信系統(tǒng)主要由程控交換系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)、時鐘同步及通信綜合網(wǎng)管系統(tǒng)、通信管道、通信光電纜等部分組成。

(3)數(shù)據(jù)資源層。數(shù)據(jù)資源管理平臺的主要作用是滿足海量數(shù)據(jù)的存儲管理要求：整合系統(tǒng)資源、避免或減少重復建設，降低數(shù)據(jù)管理成本；整合數(shù)據(jù)資源，保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。通過數(shù)據(jù)的容災備份，保證數(shù)據(jù)的安全性；數(shù)據(jù)資源管理平臺主要由各類數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)3部分組成：①數(shù)據(jù)庫包括應用系統(tǒng)需要的實時、歷史、文件數(shù)據(jù)及元數(shù)據(jù)庫。②數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要是對各類數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)庫進行管理。③數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)主要功能有數(shù)據(jù)存儲管理、數(shù)據(jù)本地安全備份與恢復、數(shù)據(jù)的遠程容災備份與恢復等。

(4)應用支撐層。應用支撐平臺是連接數(shù)據(jù)中心和業(yè)務應用的橋梁，其作用是實現(xiàn)資源的有效共享和應用系統(tǒng)的互聯(lián)互通，為應用系統(tǒng)的功能實現(xiàn)提供技術支持、多種服務及運行環(huán)境，是實現(xiàn)應用系統(tǒng)之間、應用系統(tǒng)與其他平臺之間進行信息交換、傳輸、共享的核心。應用支撐平臺主要包括：統(tǒng)一用戶認證、統(tǒng)一權(quán)限管理、GIS引擎、大數(shù)據(jù)分析等服務或組件。

(5)業(yè)務應用層。包括工程數(shù)據(jù)中心、水雨情監(jiān)測、工情監(jiān)測、墑情監(jiān)測、安全監(jiān)測、自動化監(jiān)控、通信網(wǎng)絡服務、指揮調(diào)度和綜合業(yè)務管理9大體系。

圖2 “智慧黃家灣”綜合平臺邏輯結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

“智慧黃家灣”綜合信息化管理云平臺建設包括統(tǒng)一平臺建設、基礎信息建設、移動智能終端應用軟件建設和公眾版手機應用軟件建設。業(yè)務模塊包括工程數(shù)據(jù)中心、水雨情監(jiān)測、工情監(jiān)測、墑情監(jiān)測、安全監(jiān)測、自動化監(jiān)控、通信網(wǎng)絡服務、指揮調(diào)度、綜合業(yè)務管理9大體系。功能涉及碾壓監(jiān)測、碾壓調(diào)度、車輛管理、水情監(jiān)測、雨情監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、墑情監(jiān)測、安全監(jiān)測、日常巡查、補償計算、定位系統(tǒng)、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理等多個方面，具備監(jiān)測數(shù)據(jù)實時展示、專項分布與展示、應急指揮、決策支持和綜合展現(xiàn)等功能。