惠 磊，張發(fā)榮

(甘肅省疏勒河流域水資源局，甘肅 玉門 735211)

1 概述

水資源短缺是制約我國灌區(qū)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1- 3]。隨著工業(yè)信息化、自動化、智能化及互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，灌區(qū)信息化建設將是灌區(qū)水資源優(yōu)化配置、水資源高效利用及生態(tài)環(huán)境保護的重要途徑[4- 8]。近年來，國內灌區(qū)水利信息化發(fā)展較快[9-10]，但互聯(lián)網(wǎng)技術、通訊技術更是飛速發(fā)展，導致部分水利管理單位及灌區(qū)建成的信息化系統(tǒng)無法趕上互聯(lián)網(wǎng)技術、工業(yè)信息化和通訊技術的發(fā)展；很多水利管理單位都是陸續(xù)分階段建成了一些水利信息化系統(tǒng)，但是新舊系統(tǒng)整合力度不夠，重復建設嚴重，造成資金和資源浪費[11- 13]。疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)工程于2008年建成投入運行，該系統(tǒng)建成后，基本實現(xiàn)了灌區(qū)水情、工情等方面的信息采集、傳輸和處理功能。該項目的完成為實現(xiàn)灌區(qū)水資源優(yōu)化配置、統(tǒng)一調度和高效管理提供了強有力的技術支撐和運行條件。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和軟件技術的快速發(fā)展，疏勒河灌區(qū)原有信息化系統(tǒng)工程中軟、硬件設備相對落后，大部分硬件設備已老化嚴重，部分軟件系統(tǒng)運行條件與當前的信息化技術已不相適應，已無法滿足當前水利信息化對灌區(qū)的發(fā)展要求[14- 15]。同時，近年來在疏勒河灌區(qū)又陸續(xù)建成了灌區(qū)斗口水量在線監(jiān)測系統(tǒng)[16]、昌馬南干渠全渠道控制系統(tǒng)、雙塔水庫信息化管理系統(tǒng)等信息化子系統(tǒng)，這些信息化子系統(tǒng)都亟待集成與整合，才能充分發(fā)揮好疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)工程的整體作用。因此，根據(jù)灌區(qū)信息化建設需求，開展疏勒河灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)集成研究十分迫切，同時對疏勒河灌區(qū)灌溉水資源的優(yōu)化配置和調度，推動灌區(qū)現(xiàn)代化建設及高效管理具有十分重要的意義。

2 灌區(qū)信息化系統(tǒng)集成原則與策略

2.1 原則

灌區(qū)信息化應用系統(tǒng)集成是整個應用系統(tǒng)的關鍵和基礎，必須遵循以下原則：

(1)互聯(lián)互通、資源共享。各應用子系統(tǒng)之間能夠進行信息互通和共享是灌區(qū)信息化系統(tǒng)集成的首要原則，能滿足本系統(tǒng)對共享信息實時、多樣、可變的需求，建立各應用系統(tǒng)互聯(lián)互通體系，實現(xiàn)相關信息在體系中按規(guī)則有序流動和交互交流。

(2)統(tǒng)籌規(guī)劃，統(tǒng)一標準。堅持灌區(qū)信息化建設與疏勒河工程建設與管理工作互相促進，協(xié)調發(fā)展，符合疏勒河灌區(qū)整個工程的戰(zhàn)略目標，也是灌區(qū)水資源高效管理的重要舉措。應統(tǒng)一領導、組織、規(guī)劃、實施、統(tǒng)一技術和標準。

(3)經(jīng)濟合理，注重實效。在信息化系統(tǒng)滿足功能和要求的前提下，盡可能降低建設成本和運行成本，同時滿足先進性、實用性、安全性、可靠性和可擴充性。

圖1 數(shù)據(jù)匯集與交換示意圖

(4)加強管理，保障安全。加強信息化建設管理對信息化系統(tǒng)的高效運行至關重要，同時也是保證信息化建設成敗的關鍵所在。通過借鑒國外先進的系統(tǒng)管理辦法，建立起科學的工程管理制度，確保信息化工程的建設質量和成效。按照新理念，采用新辦法，依靠新手段，建立信息化管理的責任制，強化信息系統(tǒng)的運營管理和安全措施，確保信息化系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。

(5)協(xié)同開發(fā)，分步推進。綜合應用平臺的建設和應用，涉及到多個單位和部門，多家開發(fā)單位必須確保各方緊密配合，協(xié)同開發(fā)。整個系統(tǒng)以支撐平臺為基礎，有計劃、有步驟逐步開展其它相關專業(yè)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的建設工作，逐步建立和建水資源優(yōu)化和調度數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫及相關的智能化輔助決策系統(tǒng)。

2.2 策略

(1)松耦合集成。松耦合程序結構具有易維護、易測試、易擴展、適應變化的需求等優(yōu)點，是該系統(tǒng)集成所遵循的重要原則。

(2)階段集成。由于項目建設要配合疏勒河供水工程建設分段實施，系統(tǒng)集成也需要具有分段進行的方案，從而保障最大限度地發(fā)揮工程作用。

(3)分層集成。表現(xiàn)層、業(yè)務層、數(shù)據(jù)層多層軟件體系結構的采用，系統(tǒng)集成將從界面集成、業(yè)務集成、數(shù)據(jù)集成進行分層集成。

(4)技術導向集成思想。合適的系統(tǒng)架構和集成技術方案，將有效地提高系統(tǒng)性能，軟件技術導向是整個系統(tǒng)集成實現(xiàn)有效協(xié)調的基礎，系統(tǒng)各部分的集成將根據(jù)各自技術特點采用不同的集成技術方案。

(5)應用導向集成思想。該系統(tǒng)是一個綜合應用平臺系統(tǒng)，根據(jù)需要應確定合適的集成技術方案和系統(tǒng)業(yè)務導向。

3 灌區(qū)信息化應用系統(tǒng)集成建設任務

疏勒河灌區(qū)信息化應用系統(tǒng)集成建設任務主要是完成水信息綜合管理、地表水水資源優(yōu)化調度、地下水監(jiān)測、泉水監(jiān)測、植被監(jiān)測、綜合效益評價、網(wǎng)絡視頻監(jiān)視、遠程閘控、綜合展示與信息服務、辦公自動化、工程維護管理等應用的總集成任務，完成與已建的698處斗口水量監(jiān)測系統(tǒng)、60孔南干渠全渠道控制系統(tǒng)、16個骨干渠系各分水口雷達監(jiān)測斷面系統(tǒng)、24套斗口測控一體化系統(tǒng)、水權交易系統(tǒng)、綜合試驗站、雙塔水庫信息化系統(tǒng)、已建成的95個網(wǎng)絡視頻監(jiān)視終端、電站監(jiān)控系統(tǒng)及其它需接入的系統(tǒng)的總集成任務。包括審核各應用系統(tǒng)方案，完成全部業(yè)務應用與支撐平臺軟件的集成；完成公共服務組件的開發(fā)與統(tǒng)一管理，各應用系統(tǒng)的整合和統(tǒng)一部署以及整個系統(tǒng)的實施管理等工作。

隨著我國改革的進一步深化，航空設備在軍用和民用領域的集成式開發(fā)、軍民融合發(fā)展是必然的趨勢。我國軍用航空金屬材料是航空設備的基礎，可應用于民用航空、汽車等各個方面。由MIL-HDBK-5發(fā)展而來的美國MMPDS《金屬材料性能研發(fā)和標準化》，是航空材料標準化領域的重大手冊，其軍民融合式的管理為我國航空材料標準的管理提供了新思路，即由軍方聯(lián)合裝備設計制造商和材料供應商，依航空材料專業(yè)領域成立委員會，對該領域內因裝備需求而研發(fā)的新材料及其標準進行聯(lián)合管理推廣，既做到對軍用航空材料標準的切實管控，又促進了其民用發(fā)展。同時，該委員會也將促進優(yōu)質民用材料標準的軍民交流。[12]

4 信息化應用系統(tǒng)集成設計與應用

4.1 數(shù)據(jù)集成設計

數(shù)據(jù)集成數(shù)據(jù)獲取集成和數(shù)據(jù)交換集成。數(shù)據(jù)獲取主要包括從各監(jiān)測站直接獲取的實時數(shù)據(jù)、由人工錄入的基礎數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)等，同時對數(shù)據(jù)進行補全、勘正、入庫、校核和查漏補缺；數(shù)據(jù)交換主要包括與其他相關業(yè)務部門的數(shù)據(jù)交換，主要采用基于數(shù)據(jù)庫復制的數(shù)據(jù)同步和基于消息機制的數(shù)據(jù)推送。數(shù)據(jù)匯集與交換示意圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)類型主要包括以下方面：

(1)實時雨水情數(shù)據(jù)：監(jiān)測系統(tǒng)采集的水雨情數(shù)據(jù)需按照行業(yè)標準寫入到實時雨水情數(shù)據(jù)庫中，監(jiān)測獲得的信息通過數(shù)據(jù)傳輸信道傳輸?shù)狡脚_后，進入數(shù)據(jù)接收處理計算機，通過數(shù)據(jù)接收軟件實時完成監(jiān)測站水位數(shù)據(jù)的入庫。其他相關已建水雨情測站數(shù)據(jù)由省級水文部門通過本項目新建專網(wǎng)實時向數(shù)據(jù)中心推送。

(2)供水工程基礎數(shù)據(jù)：供水項目建設工程中所涉及的各類水利工程、取水口、排污口的基本信息表、工情數(shù)據(jù)表、工程安全情況等信息，在完成人工調查核實的基礎上，通過相應軟件進行處理，存入數(shù)據(jù)庫，在項目運行維護期間按需進行動態(tài)修改和更新。

(3)實時流量、水質、取水量數(shù)據(jù)：由各監(jiān)測站將采集獲得的實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡直接進入數(shù)據(jù)中心相應數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫庫表結構設計與全省水資源管理平臺相應數(shù)據(jù)庫相兼容。

(4)閘門開度數(shù)據(jù)：對于本項目新建站，通過網(wǎng)絡直接將采集數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)中心相應數(shù)據(jù)庫，對于需要接入的站點數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式存入數(shù)據(jù)庫中。

(5)視頻監(jiān)視信息數(shù)據(jù)：通過前端監(jiān)視點設備，通過通訊網(wǎng)絡，將所采集的圖像信息傳送到視頻信息服務器。再通過相應軟件處理后，存入數(shù)據(jù)庫。

(6)工程巡查信息數(shù)據(jù)：由巡查人員依托移動巡查設備，根據(jù)工程實際情況和指揮部指令到達現(xiàn)場，通過拍照，獲取現(xiàn)場直觀數(shù)據(jù)，于第一時間通過3G網(wǎng)絡上傳至數(shù)據(jù)中心。

(8)空間數(shù)據(jù)：這方面主要包括基礎地理要素(地名、交通、境界、居民地、地形地貌)及水利專題要素(河道、水閘、堤防、排灌站、水文站網(wǎng)、流量站、閘位站、水質監(jiān)測站、視頻監(jiān)控站)，在系統(tǒng)功能開發(fā)完成直接部署于數(shù)據(jù)中心。

4.2 新舊系統(tǒng)集成與應用

綜合應用平臺的建設將對疏勒河所轄所有工程進行集中管控，疏勒河已建的相關業(yè)務系統(tǒng)按照業(yè)務功能分類將與本平臺系統(tǒng)集成。被本綜合應用平臺功能涵蓋的已建應用可以由本平臺替代，系統(tǒng)集成的關鍵是綜合平臺替換與涵蓋原有平臺，完成對原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)來源的遷移，利用本綜合應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與交互平臺及應用支撐平臺提供的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，可以實現(xiàn)與原有業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。通過集成的門戶平臺，實現(xiàn)將原來的B/S結構應用包含于portlets中，同時將原來的C/S結構應用通過，表示邏輯和業(yè)務處理邏輯分離后封裝到portlet中。新舊系統(tǒng)集成主要包括：

(1)斗口水量監(jiān)測系統(tǒng)。疏勒河灌區(qū)已實現(xiàn)698處斗口水量信息的采集，本次集成將698套現(xiàn)地斗口水量監(jiān)測設備的工作狀態(tài)及水量信息等主要數(shù)據(jù)實時保存至數(shù)據(jù)庫，能夠實時顯示在信息中心的水信息綜合管理系統(tǒng)中，并為地表水資源優(yōu)化調度系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)。

(2)南干渠全渠道控制系統(tǒng)。南干渠現(xiàn)有60孔由澳大利亞潞碧墾公司安裝的一體化板閘，并通過全渠道控制系統(tǒng)實現(xiàn)閘門的自動運行。該系統(tǒng)的前端硬件、通信線路、數(shù)據(jù)庫和后臺管理軟件自成一體，且無法獲取其數(shù)據(jù)庫結構和軟件代碼，因此與信息中心無法實現(xiàn)界面級的集成嵌入。但該系統(tǒng)提供有中間數(shù)據(jù)庫訪問接口，通過該接口可以實現(xiàn)南干渠自動測控一體化閘門的實時狀態(tài)等數(shù)據(jù)在應用系統(tǒng)中集成顯示。

(3)骨干渠系各分水口雷達監(jiān)測斷面系統(tǒng)。疏勒河灌區(qū)已實現(xiàn)16個干渠斷面的水位實時監(jiān)測，本次集成將16套水位監(jiān)測設備的工作狀態(tài)及水量信息等主要數(shù)據(jù)實時保存至數(shù)據(jù)庫，能夠實時顯示在信息中心的水信息綜合管理系統(tǒng)中，并為地表水資源優(yōu)化調度系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)。

(4)斗口測控一體化系統(tǒng)。疏勒河灌區(qū)由國電南瑞集團建成24套測控一體化閘門，本次集成除將現(xiàn)在監(jiān)測設備的工作狀態(tài)及水量信息等主要數(shù)據(jù)實時保存至數(shù)據(jù)庫，能夠實時顯示在信息中心的水信息綜合管理系統(tǒng)中，同時也能遠程閘門控制系統(tǒng)實現(xiàn)這24套閘門的遠程控制。

(5)水權交易系統(tǒng)。水權交易系統(tǒng)主要是通過水權信息和交易信息的管理實現(xiàn)水權的實時在線交易。疏管局已經(jīng)在局域網(wǎng)站開設了“水權交易系統(tǒng)”窗口，將高效集成嵌入中國水權交易所股份有限公司正在籌備的水權交易平臺。

(6)綜合試驗站數(shù)據(jù)。該綜合試驗站已經(jīng)記錄形成了多年的大氣和水文歷史數(shù)據(jù)，本次集成將這些主要數(shù)據(jù)實時保存至數(shù)據(jù)庫，能夠實時顯示在信息中心的水信息綜合管理系統(tǒng)中，并為地表水資源優(yōu)化調度系統(tǒng)、地下水監(jiān)測系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)。

(7)雙塔水庫信息化系統(tǒng)。本次集成將雙塔水庫信息化系統(tǒng)的閘門遠程監(jiān)控系統(tǒng)，出庫流量及庫水位監(jiān)測、網(wǎng)絡視頻監(jiān)視系統(tǒng)等建設內容通過系統(tǒng)預留接口集成接入疏管局信息中心綜合管理平臺，完成雙塔水庫信息系統(tǒng)與信息中心平臺系統(tǒng)的完全整合。

(8)網(wǎng)絡視頻監(jiān)視系統(tǒng)。本次集成將已建成的95個網(wǎng)絡視頻監(jiān)視終端(分布于水庫、各干渠主要分水口等處)接入信息中心網(wǎng)絡視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)無縫結合。

(9)電站監(jiān)控系統(tǒng)。滿足信息中心能通過信息中心綜合管理平臺實現(xiàn)對現(xiàn)有局屬電站的主要運行狀態(tài)及參數(shù)進行掌握了解，出于數(shù)據(jù)安全性考慮，在現(xiàn)有電站信息化管理系統(tǒng)的基礎上，針對各電站開發(fā)相應的數(shù)據(jù)訪問接口，將電站著重研究水利信息化系統(tǒng)的升級改造和系統(tǒng)整合，為國內水利信息化系統(tǒng)升級改造探索經(jīng)驗和提供借鑒。的相關數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)叫畔⒅行?，進行數(shù)據(jù)集成顯示。

(10)其它需接入系統(tǒng)。信息系統(tǒng)集成需結合現(xiàn)有系統(tǒng)的實際情況，因地制宜，將分散的資源信息進行平臺化整理，便于后期的運行管護。

5 結語

系統(tǒng)集成應用是疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)工程建設的主要技術環(huán)節(jié)，本文提出的灌區(qū)信息化系統(tǒng)集成應用技術，全面升級改造和整合了新、舊各時期建設的信息化系統(tǒng)，以此構建了涵蓋疏勒河全灌區(qū)的統(tǒng)一信息系統(tǒng)管控平臺。在系統(tǒng)集成應用的實踐中，目前還存在舊系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)結構等因素，以及不同系統(tǒng)服務商的技術壁壘等原因，造成部分舊系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用率低等問題。但總體來看，疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)集成應用技術通過完善灌區(qū)水情、工情等方面的信息采集、傳輸和處理功能，為實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置、統(tǒng)一調度、統(tǒng)一管理提供了重要的信息手段和技術支撐，同時也為國內同類灌區(qū)信息化系統(tǒng)升級改造和系統(tǒng)集成提供借鑒。