阮洋

摘 ?要：為實現(xiàn)廣東省“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代水利”頂層設計提出的全面感知現(xiàn)代水利體系，運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)手段，打通重點水利樞紐的信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)壁壘，建設水利樞紐監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯集共享管理。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代水利;互聯(lián)網(wǎng)+;數(shù)據(jù)匯集;數(shù)據(jù)管理

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）13-0172-03

Abstract： In order to realize the comprehensive perception of the modern water conservancy system put forward by the top-level design of "Internet Plus Modern Water Conservancy" in Guangdong Province， the Internet of things， big data， cloud computing and other technical means are used to break through the data barriers of the information system of key water conservancy projects. The monitoring data collection platform of water conservancy project is constructed to realize the collection and sharing management of data.

Keywords： modern water conservancy; Internet Plus; data collection; data management

自《國務院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》[1]出臺以來，“互聯(lián)網(wǎng)+”已在各行各業(yè)得到深入的研究和應用[2、3]，水利行業(yè)的學者也進行了相關(guān)應用的探討[4-6]。為落實水利部提出水利工作重點轉(zhuǎn)變到“水利工程補短板，水利行業(yè)強監(jiān)管”等精神，廣東省開展了以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為引領(lǐng)的“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代水利”系統(tǒng)研究[7、8]，先后出臺了《廣東省“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代水利”行動計劃》《廣東省“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代水利”頂層設計》，明確了廣東省“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代水利”四大建設目標，其中打造全面感知體系是重要組成部分。為了全面感知體系能在全省范圍內(nèi)高效推廣，決定以信息化基礎(chǔ)條件較好、監(jiān)測類型全面的重點水利樞紐作為試點開展工作，從實踐中研究出可復制的建設模式，邁出全面感知的第一步。

1 目標與架構(gòu)

1.1 建設目標

廣東省重點水利樞紐已基本在本地建成信息化系統(tǒng)，具有完善的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。通過在樂昌峽、飛來峽等重點水利樞紐部署數(shù)據(jù)感知前置機，打造一個全省范圍的信息資源高速互通數(shù)據(jù)感知網(wǎng)，將分散在不同工程信息化系統(tǒng)的信息資源進行整合。在省級建立水利樞紐智能感知數(shù)據(jù)管理中心，接入各水利樞紐的監(jiān)測感知數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各水利工程監(jiān)測感知數(shù)據(jù)的傳輸及共享，提高信息資源的利用率，邁出全面感知的第一步。

1.2 總體技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)交換層和感知應用層，數(shù)據(jù)交換層承載全省重點水利樞紐工程數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)，感知應用層實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息資源的統(tǒng)一管理和應用。

數(shù)據(jù)交換層由數(shù)據(jù)服務節(jié)點和數(shù)據(jù)管理中心組成，其中數(shù)據(jù)服務節(jié)點實現(xiàn)各個水利樞紐數(shù)據(jù)的接入及數(shù)據(jù)傳輸。整個數(shù)據(jù)交換層基于底層IP承載網(wǎng)提供可靠的點對點傳輸服務，具備路由選擇、流量控制、壓縮加密、鑒權(quán)管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ躘9]。

感知應用層：根據(jù)《廣東省“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代水利”頂層設計》的要求，搭建基于微服務架構(gòu)的省重點水利樞紐感知應用層，實現(xiàn)其信息資源的統(tǒng)一管理和應用。

2 數(shù)據(jù)歸集

在各水利樞紐開展現(xiàn)場調(diào)研，進行感知數(shù)據(jù)梳理、數(shù)據(jù)目錄設計等工作，完成信息化系統(tǒng)改造、數(shù)據(jù)服務節(jié)點和數(shù)據(jù)感知微服務的建設，使數(shù)據(jù)能順暢地傳送到智能感知數(shù)據(jù)管理中心。

2.1 感知數(shù)據(jù)梳理

數(shù)據(jù)資源梳理是水利樞紐智能感知過程的一個重要環(huán)節(jié)，對眾多的數(shù)據(jù)進行科學合理的分類規(guī)劃[10]，是實現(xiàn)全面感知目標的基礎(chǔ)保證。通過數(shù)據(jù)資源梳理，能使分散的、標準不一的數(shù)據(jù)實現(xiàn)由數(shù)據(jù)到信息的轉(zhuǎn)化。通過分析、梳理數(shù)據(jù)交換及應用所涉及的重要業(yè)務概念，同時考慮和其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型之間的對接關(guān)系，建立業(yè)務模型。

數(shù)據(jù)規(guī)劃采用自下而上的驗證方法進行。總體信息資源分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、文件數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)等多類。

（1）基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)：存儲水利樞紐的各項基本信息，如名稱、地址、部門、各業(yè)務負責人、感知設備情況等等。

（2）監(jiān)測感知數(shù)據(jù)：存儲結(jié)構(gòu)化的水利樞監(jiān)測感知數(shù)據(jù)，通過與水利樞紐本地數(shù)據(jù)環(huán)境開放的數(shù)據(jù)接口進行對接，其中包括防洪調(diào)度感知監(jiān)測、發(fā)電安全感知監(jiān)測、工程安全感知監(jiān)測三大類。

（3）業(yè)務資源數(shù)據(jù)：業(yè)務資源數(shù)據(jù)涵蓋了防汛、氣象、海事等成員單位共享的專業(yè)業(yè)務數(shù)據(jù)。通過合理的資源目錄編制，對數(shù)據(jù)信息進行高效的分類分層管理，為水利工程樞紐感知和災情評估工作提供相關(guān)的數(shù)據(jù)服務，并通過數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)的交換和共享。

（4）空間地理數(shù)據(jù)：存儲空間地理數(shù)據(jù)，主要將水利工程感知過程中用到的基礎(chǔ)地理圖、地形圖、行政圖、水利樞紐模型、河道水域、遙感影像、高清航拍以及相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)、多媒體等數(shù)據(jù)存入空間地理信息數(shù)據(jù)庫中，方便各項功能的地圖服務調(diào)用。

（5）文件資源數(shù)據(jù)：主要包括業(yè)務過程中所產(chǎn)生的相關(guān)文件數(shù)據(jù)，包括文檔、文本。

2.2 數(shù)據(jù)目錄設計

感知數(shù)據(jù)目錄設計是在省重點水利樞紐智能感知體系建立的重要基礎(chǔ)，將基于感知數(shù)據(jù)梳理的成果上，結(jié)合各個水利樞紐的自身特點進行設計，以滿足感知數(shù)據(jù)分類存儲及數(shù)據(jù)分析需求。通過元數(shù)據(jù)與分類表、主題詞表的結(jié)合，組織信息資源分類目錄、主題目錄和其他目錄，實現(xiàn)對感知資源的導航、檢索、定位和交換服務。

2.3 數(shù)據(jù)服務節(jié)點

數(shù)據(jù)服務節(jié)點是基于廣東省重點水利樞紐數(shù)據(jù)的標準對接規(guī)范，采用數(shù)據(jù)接口方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸，主要功能如下：

（1）標準接口規(guī)范接入

構(gòu)建省重點水利樞紐統(tǒng)一的數(shù)據(jù)的標準接口服務，具備推廣至全省水利工程的擴展性。采用改造已建工程信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，在建、新建水利工程信息化系統(tǒng)按要求建設數(shù)據(jù)接口的方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯集上傳。

（2）數(shù)據(jù)交換流程

數(shù)據(jù)服務節(jié)點前置機根據(jù)數(shù)據(jù)交換流程，支持部署不同協(xié)議的接口模塊，完成數(shù)據(jù)感知過程，并轉(zhuǎn)送到只能感知數(shù)據(jù)管理中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換過程。

（3）安全傳輸

數(shù)據(jù)服務節(jié)點通過消息加密和IP地址認證等技術(shù)手段，形成數(shù)據(jù)訪問安全體系，實現(xiàn)水利工程感知數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)服務平臺的安全傳輸。

3 智能感知數(shù)據(jù)管理中心

智能感知數(shù)據(jù)管理中心負責實現(xiàn)省重點水利樞紐感知數(shù)據(jù)的匯集，同時按防洪、發(fā)電、工程安全三大板塊實現(xiàn)對集約化感知數(shù)據(jù)的標準化處理和分類分目錄存儲管理，并提供開放性的數(shù)據(jù)接口給上層業(yè)務應用進行調(diào)用。

3.1 數(shù)據(jù)服務設計

按照資源共享目錄預設的數(shù)據(jù)模型，以微服務架構(gòu)劃分防洪調(diào)度、發(fā)電運行和水工安全三大服務中心，并實現(xiàn)分類別分目錄進行存儲、管理。

智能感知數(shù)據(jù)服務中心需提供多種數(shù)據(jù)源接口及數(shù)據(jù)共享接口，將相關(guān)業(yè)務領(lǐng)域的業(yè)務功能和數(shù)據(jù)進行集約化管理，將“煙囪”改變?yōu)椤俺亍?，把所有計算資源整合成云計算資源池，所有存儲資源整合成存儲資源池，再基于共享服務的核心能力去提供應用服務，最終實現(xiàn)以服務的方式去交付資源。

3.2 數(shù)據(jù)處理

（1）數(shù)據(jù)清洗：數(shù)據(jù)清洗是把采集回來的數(shù)據(jù)由零散狀態(tài)轉(zhuǎn)變成統(tǒng)一狀態(tài)，在業(yè)務需要的時候從任意來源檢索數(shù)據(jù)，編排格式后再提供給允許的對象使用。通過數(shù)據(jù)標準化，集成進而提供一致、及時、完整的信息，并且在數(shù)據(jù)的整個生命周期內(nèi)控制數(shù)據(jù)質(zhì)量。平臺從數(shù)據(jù)源抽取出所需的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行清洗，涉及到數(shù)據(jù)的矢量化處理，并基于時空多維度進行記錄管理，數(shù)據(jù)層次豐富、量級大，通過科學合理的數(shù)據(jù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)并行分治，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效融合展示。在疊加分析、緩沖區(qū)分析、拓撲分析等各種矢量數(shù)據(jù)分析過程中，通過矢量數(shù)據(jù)拓撲一致性處理。

（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：按照數(shù)據(jù)源與目標數(shù)據(jù)的定義，將數(shù)據(jù)單位傳輸?shù)侥繕藬?shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)源中抽取的數(shù)據(jù)不一定完全滿足目的庫的要求，例如數(shù)據(jù)格式的不一致、數(shù)據(jù)輸入錯誤、數(shù)據(jù)不完整等等，因此需要對抽取出的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和加工。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和加工可以在數(shù)據(jù)抽取過程中利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的特性同時進行。

（3）數(shù)據(jù)加載：將已完成傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加入數(shù)據(jù)倉庫，采用增量數(shù)據(jù)加載，即僅加載有變化的數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換和加工后的數(shù)據(jù)裝載到目的庫中是數(shù)據(jù)治理過程的最后步驟。

3.3 分布式數(shù)據(jù)存儲

利用主流的分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，協(xié)調(diào)管理所有資源節(jié)點中的數(shù)據(jù)文件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類存放，可按業(yè)務劃分為三大服務中心，分別為防洪調(diào)度服務中心、發(fā)電運行服務中心、水工安全服務中心。其中包括各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)、文件數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)等類別。經(jīng)過以上的抽取、轉(zhuǎn)換和清洗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行存儲和管理，完善大數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)標準，綜合應用分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、分布式對象存儲和分布式文件系統(tǒng)等存儲技術(shù)，針對應用按需設計多副本存儲，同時對各類數(shù)據(jù)進行分析和展示，為用戶提供數(shù)據(jù)中所需的服務。

4 結(jié)束語

水利樞紐監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集項目運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)手段，對存在于不同水利工程的信息系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采集，經(jīng)過梳理分析，設計出新的、可擴展的統(tǒng)一的編碼進行存儲管理，有效打破數(shù)據(jù)壁壘，整合各個信息孤島。項目的建設模式可復制，理論上可快速推廣至省內(nèi)的各類水利工程。基于本項目的成果，可通過大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)可視化的技術(shù)實現(xiàn)對全省水利水利工程的實時監(jiān)控。未來亦可訓練適用的人工智能模型，實現(xiàn)對全省水利工程智能安全評估、態(tài)勢分析等功能，為調(diào)度決策提供參考。

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