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、自動化的、運行穩(wěn)定可靠的、操作簡便、功能完備的站務(wù)管理系統(tǒng)，實現(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水利信息的采集、傳輸、存儲、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］。充分利用自動控制技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、遠程控制技術(shù)、GIS地理信息系統(tǒng)等這些技術(shù)，建立起完善而先進的數(shù)字化監(jiān)控體系，是實現(xiàn)智慧水利的一項重要內(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)相互獨立運行，未實現(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)都要安排專人管理與運行，運維成本高。

為解決這些問題，充分發(fā)揮沙口水利樞紐的工程效益，必須建設(shè)一個能將各系統(tǒng)有效集成在一起，實現(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，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。本文對此進行研究。

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，以閘門和河道三維圖形為輔助，運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、MIS技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等手段，整合各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息的實時展示與監(jiān)控，為沙口水利樞紐的綜合管理工作提供先進、科學(xué)、有力的支持；并實現(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)管理類系統(tǒng)和水利業(yè)務(wù)類系統(tǒng)作為整個智慧水利信息化的基礎(chǔ)和支柱，通過綜合信息管理平臺實現(xiàn)各個系統(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現(xiàn)

2.1總體設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便模型擴展和完善［2］；能夠?qū)Ω鞣N預(yù)報模型的輸入與輸出信息進行有效的管理。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)運行平臺，包括模型及預(yù)案管理、站網(wǎng)信息管理、水情會商及服務(wù)、實時監(jiān)測、洪水預(yù)報、預(yù)警發(fā)布、協(xié)同辦公、運行維護等模塊。

設(shè)計的重點是如何實現(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，進行集中的數(shù)據(jù)分析和挖掘，做到數(shù)據(jù)的聯(lián)動分析，并提供通用的數(shù)據(jù)訪問接口，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

通過綜合信息管理平臺內(nèi)置的消息調(diào)度模塊，以SOA架構(gòu)實現(xiàn)平臺與各子系統(tǒng)之間的命名消息傳遞，以此來實現(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

信息采集層通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交互接口將來自于不同子系統(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

通過有線（光纖線路）和無線（GSM）的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時遠程通信。

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)不同來源及應(yīng)用方式，將綜合數(shù)據(jù)庫從邏輯上劃分為空間數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫、模型庫、預(yù)案庫、專家知識庫等。

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)，對數(shù)據(jù)層提供數(shù)據(jù)進行深度挖掘和科學(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、運行調(diào)度管理、三防決策、實時信息查詢與發(fā)布等。

2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

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

在運行過程中，存在以下3種信息流。

（1）遠程監(jiān)測設(shè)備與現(xiàn)地監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)采集流。

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

（3）信息中心與客戶端的數(shù)據(jù)發(fā)布流。

為實現(xiàn)高效、可靠的數(shù)據(jù)存儲與管理，采取了如下設(shè)計方案。

（1）對入庫數(shù)據(jù)進行完整性、一致性校驗。

（2）采用實時入庫和歸檔入庫相結(jié)合的入庫策略。

（3）數(shù)據(jù)建模管理：以面向?qū)ο蟮乃枷雽Σ煌M織形態(tài)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一建模，使得存儲統(tǒng)一，管理統(tǒng)一，具備良好的擴展性和可維護性。

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

（5）實現(xiàn)數(shù)據(jù)與應(yīng)用之間的風(fēng)險隔離，提高數(shù)據(jù)保護能力。

而在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用方面，將混合架構(gòu)支持多類應(yīng)用作為沙口水利樞紐綜合信息智能管理平臺建設(shè)的基本思路。目前數(shù)據(jù)庫行業(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)庫架構(gòu)都不能完全滿足應(yīng)用場景對海量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲管理、復(fù)雜分析、關(guān)聯(lián)查詢、實時性處理和控制建設(shè)成本等多方面的需要，因此不同架構(gòu)數(shù)據(jù)庫混合部署應(yīng)用成為滿足本項目應(yīng)用的必然選擇。

2.4業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)

從高穩(wěn)定性、高性能、高擴展性的特點出發(fā)，綜合信息智能管理平臺采用3層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)搭建底層應(yīng)用平臺，將表示邏輯、業(yè)務(wù)邏輯以及對數(shù)據(jù)庫的訪問有效地分離，提高應(yīng)用的兼容性和可擴展性，保證整個應(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的定位，將系統(tǒng)應(yīng)用建設(shè)內(nèi)容歸結(jié)為10個方面：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)計分析模塊；4）數(shù)據(jù)權(quán)限管理模塊；5）水質(zhì)監(jiān)測與報警模塊；6）調(diào)度分析與計劃模塊；7）防汛分析與計劃模塊；8）水利工程安全監(jiān)測管理模塊；9）移動信息發(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)對接的監(jiān)控數(shù)據(jù)和視頻信息，同時與拼接屏控制系統(tǒng)對接實現(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方面的功能集合。

2.4.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊

數(shù)據(jù)統(tǒng)計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)度工作提供專業(yè)、科學(xué)的數(shù)據(jù)分析，以實現(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，本期實現(xiàn)與視頻系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、大屏管理系統(tǒng)的對接，以后需要實現(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)部門系統(tǒng)之間的交互對接。

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)共享平臺中各接入平臺的系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享等級和范圍。

2.4.5水質(zhì)監(jiān)測與報警模塊

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，實現(xiàn)水質(zhì)實時監(jiān)控、預(yù)測、報警、統(tǒng)計、分析，以及提供引水計劃指引、閘門開度參考等決策信息。

2.4.6調(diào)度分析與計劃模塊

根據(jù)歷史水位、以及水文水位預(yù)測自動提供開機計劃，對于降雨天氣則提供動態(tài)調(diào)整，所提供的開機計劃可供值班人員和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)進行參考，做到智慧決策、科學(xué)管理。

2.4.7防汛分析與計劃模塊

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

2.4.8水利工程安全監(jiān)測管理

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

2.4.9移動信息發(fā)布與接收

主要是針對移動應(yīng)用端的數(shù)據(jù)發(fā)送與調(diào)度指令的接收，綜合信息管理平臺可以把重要的水文數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、以及預(yù)警信息推送到用戶手機上，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采用先進的J2EE企業(yè)架構(gòu)、面向?qū)ο蟮哪K化開發(fā)，通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交互接口、完善的數(shù)據(jù)存儲管理平臺和統(tǒng)一的操作界面將各個子系統(tǒng)集成在一起，實現(xiàn)了信息共享與統(tǒng)一管理。具有運行穩(wěn)定、通訊可靠、操作簡便、功能完備的優(yōu)點。通過本平臺的應(yīng)用，使沙口水利樞紐實現(xiàn)管理自動化、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的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化和擴展，通過流域信息云平臺，建立流域聯(lián)動運行機制，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］.中國水利，2001（1）：39-40.

［2］王會娥，王新萍，薛婷婷，等.面向?qū)ο笾蟹謱幽K化設(shè)計的運用［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［J］.電子工業(yè)專用設(shè)備，2011（1）：42-46.

［4］中國軟件網(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。