張淑嬋，董華梅，章新川

（陜西省水利信息宣傳教育中心，陜西 西安 710004）

1 引言

陜西省有13 座大型、85 座中型、300 座?。ㄒ唬┬退畮旒?01 座庫容大于100 萬m3的攔泥淤地壩。數(shù)量眾多的中小型水庫絕大部分建于二十世紀(jì)六七十年代，地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，工程建設(shè)質(zhì)量差，防洪標(biāo)準(zhǔn)低，泥沙淤積嚴(yán)重，病險隱患多，全省病險水庫最多時達(dá)到376 座，占到全省水庫的1/3 之多，且處于“無專職人員管理、無防汛搶險道路、無通信預(yù)警手段、無防汛搶險物料”的狀態(tài)。據(jù)2008 年調(diào)查統(tǒng)計全省13 座大型水庫通信設(shè)施、水雨情自動測報系統(tǒng)健全；85 座中型水庫基本配公網(wǎng)電話或移動電話，其中15 座中型水庫水雨情自動測報系統(tǒng)基本健全；289 座小型水庫只有固定電話，166 座小型水庫配有移動電話，小型水庫基本沒有水雨情自動測報設(shè)施。中小水庫由于位置分散、管理部門眾多、專業(yè)人員缺乏、報汛設(shè)施不足，致使水庫報汛工作多年來難以推進(jìn)，中小型水庫的水雨情觀測基本依靠人工觀測，手工記錄，僅能作為歷史資料，加之缺乏通信手段，存在缺報、漏報、遲報等現(xiàn)象，根本無法實現(xiàn)有效的預(yù)警，嚴(yán)重影響全省防汛抗旱工作，致使近年來水庫頻頻出險。

2 系統(tǒng)目標(biāo)

落實水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管，以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為手段，以經(jīng)濟(jì)適用為原則，以提高水庫及下游防災(zāi)避險能力為出發(fā)點，以確保人民生命財產(chǎn)安全為目標(biāo)，著力解決水庫防汛工作中存在的通信不暢、水雨情信息采集處理手段落后、防汛預(yù)警自動化程度不高和時效不強、信息共享機(jī)制不健全、管理水平和效能低下等突出問題，以水庫人工報汛手機(jī)APP 和具備條件的水庫自動測報系統(tǒng)相結(jié)合方式完成水庫信息的快速采集、傳輸、處理、交換、分析、決策，滿足全省各級政府部門、社會公眾及時掌握水庫實時水情信息，切實提高防汛搶險快速反應(yīng)能力，最大限度地減少災(zāi)害損失，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

陜西省水庫報汛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 陜西省水庫報汛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

水庫報汛信息采集：（1）各水庫報汛人員基于GPRS/4G無線網(wǎng)絡(luò)，采用智能手機(jī)APP，實時輸入水庫各類信息，報送至水庫手機(jī)報汛接收處理系統(tǒng)。（2）部分具有自動測報系統(tǒng)的大中型水庫，實時采集水庫水位、雨量、閘門開度、壓力、視頻等信息。

水庫報汛信息匯集交換：水庫報汛信息前置機(jī)處理人工手機(jī)APP 和自動測報系統(tǒng)報送的信息，以數(shù)據(jù)適配器、數(shù)據(jù)交換平臺完成各級交換節(jié)點的信息交換，實現(xiàn)信息資源共享。

水利數(shù)據(jù)中心：對結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化水利基礎(chǔ)信息、空間信息、事務(wù)信息，以數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加載形成水利數(shù)據(jù)中心，提供數(shù)據(jù)資源共享服務(wù)。

水庫防汛信息可視化應(yīng)用：以“一張圖”WebGIS 方式實時監(jiān)視水庫動態(tài)信息，水庫信息統(tǒng)計報表，水庫水位、蓄水、調(diào)度過程線，水庫預(yù)報調(diào)度、風(fēng)險評估、應(yīng)急指揮、協(xié)同會商、視頻監(jiān)視等，為水庫安全運行提供決策依據(jù)。

4 系統(tǒng)功能

4.1 水庫手機(jī)報汛APP

水庫手機(jī)報汛APP 基于Android 智能手機(jī)、平板電腦，采用GPRS、4G、Wifi 無線通訊方式，集水情信息的錄入、傳輸、瀏覽、過程線繪制、圖像采集于一體，各水庫報汛人員在手機(jī)報汛APP 軟件上進(jìn)行報汛。首次使用，需要進(jìn)行“用戶注冊”和“報送設(shè)置”，然后進(jìn)行“信息報送”。系統(tǒng)經(jīng)過注冊、設(shè)置正式使用后，默認(rèn)進(jìn)入“信息報送”狀態(tài)。測站編碼為全省統(tǒng)一的8 位編碼。測站類型為：雨量站、河道站、水庫站。用戶注冊：設(shè)置本水庫名稱、報汛站碼、站類、用戶姓名、手機(jī)號碼；報送設(shè)置：選擇水庫報送信息（時段降水、日降水量、天氣、旬降水量、月降水量、日蒸發(fā)量、旬蒸發(fā)量、月蒸發(fā)量；入庫流量、入庫時段長，日均入庫流量、旬均入庫流量、月均入庫流量、庫上水位、庫上水勢、蓄水量、出庫流量、日均出庫流量、旬均出庫流量、月均出庫流量、閘門開啟孔數(shù)、輸水設(shè)備類別A、輸水設(shè)備編號A，閘門開度A、輸水設(shè)備流量A、輸水設(shè)備類別B、輸水設(shè)備編號B，閘門開度B、輸水設(shè)備流量B 等）；信息報送：輸入水庫各類實時信息，點擊“確定”后即可完成水庫報汛工作，系統(tǒng)自動連接水情中心接收程序，發(fā)送報汛信息并返回發(fā)送成功與否的信息，并以聲音提示；報文瀏覽：顯示報文發(fā)送時間和報送的報文信息，方便水庫報汛人員查詢、校核所報送的信息，報文內(nèi)容為數(shù)據(jù)庫操作語句，按發(fā)送時間逆序排列，即最后發(fā)送的報文在第一條。雙擊報文，調(diào)出報文翻譯表格，顯示對應(yīng)的項目、說明、內(nèi)容等；過程查詢：以過程線形式顯示報汛水庫一個月以來的水庫報汛信息，根據(jù)站類顯示過程線條數(shù)會有所不同，如河道站是水位過程線和流量過程線，水庫站有庫上水位、蓄水量、入庫流量、出庫流量過程線，過程線依次向下排列，可以向上拖動屏幕，察看其它過程線。圖片上傳：采用智能手機(jī)照相功能，實時采集水庫圖像信息，實時發(fā)送。有【拍照上傳】【瀏覽上傳】和【拍照保存】三種方式；在網(wǎng)絡(luò)性能不太好時，可以先拍照保存，等到使用Wifi 或網(wǎng)絡(luò)正常時，用“瀏覽上傳”把需要的圖片上傳到接收中心，也可以直接拍照立即上傳；在附注框中輸入說明文字，可以隨圖片上傳到接收中心；發(fā)送成功后，以文字和聲音提示，具體可根據(jù)實際信息報送要求，增加或減少報送項目。

4.2 水庫報汛信息前置處理

手機(jī)報汛：在全省水情中心服務(wù)器安裝水庫手機(jī)報汛實時信息接收軟件，接收系統(tǒng)基于無線網(wǎng)絡(luò)信道首先對報送的水庫手機(jī)號碼進(jìn)行注冊確認(rèn)，在移動設(shè)備管理上勾選設(shè)備“注冊生效”后，就可以處理該設(shè)備發(fā)送的請求，否則不予處理；選中一條記錄，點擊“刪除記錄”按鈕，刪除該設(shè)備注冊信息。確認(rèn)的用戶信息進(jìn)行自動接收水庫報送信息，寫入實時雨水情數(shù)據(jù)庫中；水庫實時信息接收系統(tǒng)有自動入庫和手動入庫模式2 種工作模式，自動入庫模式下，接收手機(jī)端發(fā)送的雨水情信息，如果是注冊生效用戶，依據(jù)信息種類自動寫入實時雨水情數(shù)據(jù)庫，手動入庫模式，需要人工處理，檢查報文正確性、人工編報、錯誤修改等，入庫并記錄到日志中；點擊收報入庫情況，顯示接收到的雨水情信息具體內(nèi)容，包括發(fā)送報文的站點名稱、接收時間、報文具體內(nèi)容、入庫情況等。雙擊報文，可以顯示相應(yīng)的翻譯內(nèi)容；接收處理日志用于顯示上傳時間、上傳標(biāo)識、具體工作內(nèi)容及信息處理情況。

自動測報：對于部分具有自動測報系統(tǒng)的大中型水庫，在全省水情中心服務(wù)器安裝水庫自動測報信息接收軟件實時接收處理水庫水位、雨量、閘門開度、壓力、視頻等信息，自動寫入實時雨水情數(shù)據(jù)庫。

4.3 水庫報汛信息匯集交換

實現(xiàn)全省水庫報汛信息的匯聚和共享，滿足全省各級水利防汛部門、各級政府和社會公眾對水庫報汛信息的服務(wù)需求。由于各水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)技術(shù)體系的異構(gòu)性、自治性、封閉性和緊耦合特點，水庫報汛信息匯集交換采用面向服務(wù)的軟件構(gòu)架和數(shù)據(jù)交換云的概念，以松耦合、自描述、可伸縮、可維護(hù)、集中式和分布式相結(jié)合的模式進(jìn)行信息交換。集中式是信息提供者將交換的數(shù)據(jù)按照信息交換模型定義的格式發(fā)布到交換數(shù)據(jù)庫中，信息使用者在交換數(shù)據(jù)庫中檢索，獲取所需數(shù)據(jù)；分布式是信息提供者將待交換的數(shù)據(jù)按照信息交換模型定義以WebServices 方式發(fā)布，并在服務(wù)注冊庫中注冊，信息使用者在服務(wù)注冊庫中查找滿足自己需求的服務(wù)，然后調(diào)用服務(wù)。

數(shù)據(jù)交換云由交換節(jié)點、交換傳輸、交換路由、交換管理等子系統(tǒng)組成，通過云隊列提供消息服務(wù)實現(xiàn)異步通訊、存儲轉(zhuǎn)發(fā)、可靠傳輸、跨互聯(lián)網(wǎng)，為應(yīng)用程序提供高性能、高可靠、大容量的信息傳遞服務(wù)。

交換節(jié)點子系統(tǒng)是水庫報汛信息系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)交換云的設(shè)施，與交換傳輸子系統(tǒng)形成總線型結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)信息系統(tǒng)與交換傳輸子系統(tǒng)之間的信息交換。數(shù)據(jù)交換云將一套前置交換軟硬件虛擬為多個交換節(jié)點，為不同的部門提供服務(wù)。交換節(jié)點可以實現(xiàn)交換服務(wù)自動化配置，便于接入。

交換傳輸子系統(tǒng)是交換節(jié)點之間以及交換節(jié)點與交換路由子系統(tǒng)間的信息交換通道，根據(jù)部署的交換流程，實現(xiàn)可靠、穩(wěn)定、不間斷的信息傳遞。

交換路由子系統(tǒng)是與其他數(shù)據(jù)交換平臺間的信息交換接口，根據(jù)配置的路由表，實現(xiàn)上下級多級平臺間的信息交換。交換路由子系統(tǒng)支持與同構(gòu)、異構(gòu)數(shù)據(jù)交換平臺間的消息路由和消息格式轉(zhuǎn)換。

交換管理子系統(tǒng)通過提供的管理接口提供統(tǒng)一的管理界面，實現(xiàn)對系統(tǒng)信息的維護(hù)，對信息交換過程的流程配置、部署和執(zhí)行以及交換云運行情況的監(jiān)控和分析。數(shù)據(jù)交換云通過虛擬化技術(shù)將交換節(jié)點、交換傳輸和交換管理系統(tǒng)虛擬化，虛擬成一個個邏輯上獨立的數(shù)據(jù)交換子平臺—交換域，為多項信息共享或業(yè)務(wù)協(xié)同應(yīng)用提供信息交換服務(wù)。數(shù)據(jù)交換云具有分交換域管理功能，交換域管理員能對本交換域內(nèi)的交換節(jié)點、交換通道、交換服務(wù)等進(jìn)行管理。

圖2 水庫報汛數(shù)據(jù)匯集交換結(jié)構(gòu)圖

4.4 水利數(shù)據(jù)中心

低水準(zhǔn)重復(fù)、信息資源分散、資源共享不到位等問題使得水利數(shù)據(jù)中心建設(shè)迫在眉睫。依托現(xiàn)有水利信息基礎(chǔ)設(shè)施，以基于空間（地理空間與知識空間）的信息融合為基礎(chǔ)，以支持業(yè)務(wù)協(xié)同處理為重點，以知識發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用為支撐，以提供主題信息產(chǎn)品服務(wù)為手段，整合重構(gòu)各類水利信息資源，以水利數(shù)據(jù)中心打造新一代水利業(yè)務(wù)應(yīng)用綜合體系，為水利的可持續(xù)發(fā)展提供服務(wù)。從水利數(shù)據(jù)資源庫（水文、水資源、防汛抗旱、水土保持、農(nóng)村水利、水利普查、水利工程、水利行政等）抽取建立主題數(shù)據(jù)庫，并建立元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)目錄，供數(shù)據(jù)分析決策[1]。

圖3 水利數(shù)據(jù)中心

4.5 水庫報汛信息可視化應(yīng)用

基于GIS 地理信息系統(tǒng)，以“一張圖”方式實現(xiàn)快速的水庫信息檢索服務(wù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖表分層次展示流域、縣市、地區(qū)等水庫信息；分析水庫安全運行影響因素，確定運行管理的范圍、形式、內(nèi)容和措施，提出定期檢查、觀測、監(jiān)測、養(yǎng)護(hù)、維修、防汛與搶險等運行管理措施。

應(yīng)用系統(tǒng)采用后臺自主加工、主動推送的面向服務(wù)架構(gòu)，自動滾動加工各種自定義的服務(wù)產(chǎn)品，平均10 min 可完成服務(wù)產(chǎn)品更新，主動推送至客戶端，自動實時更新用戶端顯示信息。用戶端基于WebGIS 對陜西省雨情、江河水情、水庫水情以圖形、表格、過程線等三種方式進(jìn)行查詢、統(tǒng)計分析，為防汛會商、汛期值班、信息發(fā)布提供支撐。

動態(tài)監(jiān)視：通過個性化設(shè)置監(jiān)視對象，動態(tài)監(jiān)視水情，以標(biāo)注方式形象直觀、操作簡便獲取水庫信息，依托系統(tǒng)自主服務(wù)更新，確保顯示最新信息。

信息查詢：從地圖上找到所需的水庫，點擊鼠標(biāo)左鍵，即可查詢水庫實時信息；水庫蓄水過程線（庫水位、入庫流量、出庫流量、蓄水量、汛限水位）；水庫庫容曲線、水庫洪量計算；水庫基礎(chǔ)信息等。

統(tǒng)計查詢：按全部、大型水庫、中型水庫、小型水庫獲行政區(qū)劃等類型，統(tǒng)計查詢年逐月、月逐日、日逐時水庫信息，按洪水告警、枯水告警、水位變幅、水情預(yù)報、蓄水統(tǒng)計、納雨能力統(tǒng)計分析水庫信息。

可視化分析：同時基于全省水利數(shù)據(jù)中心大數(shù)據(jù)庫開展以數(shù)據(jù)～信息～知識～決策可視化設(shè)計，開展水庫防洪錯峰與興利優(yōu)化調(diào)度、復(fù)雜過程的業(yè)務(wù)應(yīng)用。結(jié)合氣象信息、歷史數(shù)據(jù)、淤地壩壩體特征數(shù)據(jù)及相關(guān)算法模型實現(xiàn)淤地壩攔泥、蓄洪能力的智能估算。圖4 是顯示安康水庫入出庫過程線及交互式積分計算入庫出庫水量。

圖4 安康水庫入出庫可視化應(yīng)用

5 結(jié)論

陜西省水庫水電站淤地壩報汛系統(tǒng)建于2013 年，有效解決了我省目前水庫防汛信息環(huán)節(jié)多、實時性差、故障率高等問題，提高了水庫的安全防御能力，是解決水庫安全防御費省效宏的有效措施，在歷年的水庫防汛、保障水庫安全運行、優(yōu)化水資源配置、充分發(fā)揮有限水資源的作用、提高水資源的利用率、以水資源的可持續(xù)利用促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用。但是目前系統(tǒng)平臺尚不能滿足水庫洪水預(yù)報調(diào)度、風(fēng)險評估、潰壩預(yù)測、搶險調(diào)度的實時性要求，下一步需要結(jié)合氣象信息、水雨情信息、歷史數(shù)據(jù)、水庫工程數(shù)據(jù)、調(diào)度規(guī)則及庫區(qū)社經(jīng)信息，以大數(shù)據(jù)和智能算法模型智能估算產(chǎn)匯流，提供水庫蓄洪能力演算、優(yōu)化調(diào)度預(yù)案、潰壩風(fēng)險預(yù)測和搶險措施制定。