大型水利枢纽工程综合发布系统的构建及应用

薛井俊，高 萧，周开欣，袁志波

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 江都 225200）

0 引言

水利可持续发展是国民经济和社会可持续发展的基础和保障。为解决水利行业技术瓶颈，推进水治理体系和能力现代化，2016 年江苏水利提出建设智慧水利的指导意见。智慧水利是在水利信息化的基础上高度整合水利信息资源，通过物联网、“互联网 +”、云计算等新技术，基于水利大数据，建立具有模拟分析和智能优选能力的水利业务应用系统，实现水利信息资源共享和智慧管理。江都水利枢纽工程是南水北调东线和江苏江水东引北调等工程的起点[1]，江都水利工程管理处在《江苏水利现代化规划（2011—2020）》指导下，编制了《江苏省江都水利枢纽管理现代化规划（2011—2020）》[2]，这标志着江都水利枢纽工程管理工作全面迈入现代化建设的新阶段。经过多年的深耕，江都水利枢纽工程已经建成工程集中控制、监控、调度、管理等系统，以及水文信息系统等一系列信息化子系统，初步实现了水利工程业务管理的数字化。

薛井俊等[3]通过对江都水利枢纽工程改造项目中的调度中心自动化系统的重新设计，实现了工程自动化的多项功能，推动了江都水利枢纽调度中心自动化系统的进一步完善；雍成林等[4]在江都水利枢纽中心自动化系统的基础上，探索集中控制系统的技术方案、功能应用及保障措施，实现了大型水利枢纽工程自动控制系统的改造和升级；许媛等[5]对江都水利枢纽工程管理信息化建设现状及问题进行了分析，根据目标规划及构建思路提出了补充建议。由这些研究可见，江都水利枢纽工程项目正逐渐完善，信息化综合发布系统是现阶段江都水利枢纽工程重要项目之一，迫切需要对现有信息化应用功能重新梳理，资源重新整合，数据重新分析，界面重新设计，抽取各专业信息化系统的重要数据，以完善江都水利枢纽工程的日常管理、应急调度功能及工作人员对信息的获取效率，为智慧型工程管理奠定基础。基于此，对江都水利枢纽工程信息化建设主要问题进行总结和归纳，研究江都水利枢纽工程信息化综合发布系统（以下简称综合发布系统）的构建与应用，探索如何用直观、形象的方式展示综合发布系统各子系统的数据，以提高工作人员对实时数据、工程信息的获取效率。

1 江都水利枢纽工程信息化建设主要问题

受信息化各子系统的建设年代和当时技术水平的限制，当前江都水利枢纽工程管理信息化体系尚不够完善，各子系统还相对独立分散，应用软件之间的信息关联、数据共享，特别是统计分析功能不够健全，综合信息查询、主动提示反馈能力不足，应用不够直观、便捷，还不能适应工程管理现代化、智能化的要求[4]。

1.1 信息化各子系统信息无法实现共享

由于缺乏统一的设计规范和建设标准，使得信息化各子系统的网络结构、硬件配置、软件开发等方面存在较大差异，各子系统兼容性、扩展性不高，造成信息孤立的问题，导致各系统无法实现信息共享。

1.2 信息化各子系统信息难以整合

由于缺乏统一的数据结构、标准的通讯协议，对信息化各子系统的信息整合难度较大，无法实现信息的整合。

1.3 信息化各子系统信息无法集中展示

由于缺乏统一的管理要求、功能定位和展示方式，使得信息化各子系统都存在单一服务多、整合联动少，监测控制多、展示发布少，被动响应多、主动服务少等功能性问题，各子系统中的信息无法进行集中展示，在一定程度上限制了信息化系统在日常管理和应急调度工作中效益的发挥。

1.4 信息化各子系统信息无法主动响应及预警

2 江都水利枢纽工程信息化建设总体设计方案

2.1 综合发布系统框架结构

综合发布系统总体结构由业务应用、应用支撑、数据资源、基础设施和感知等 5 个部分构成，具体框架结构如图 1 所示。

图1 综合发布系统总体结构

2.2 综合发布系统体系结构

综合发布系统的主要功能是实现对各已建信息化系统重要数据的综合信息查询展示，因此在体系结构的设计上，要保证层次之间的相对独立性和接口的规范性，保证综合信息发布系统与原有各信息化系统之间的联系和数据交换，使得核心服务模块能最大限度地实现共享。以此为出发点，按照 B/S体系结构进行设计，具体体系结构如图 2 所示。

图2 江都水利枢纽工程综合发布系统体系结构图

在 3 层模型结构设计中，第 1 层为表达层，由操作、技术人员等用户构成，直接面向桌面进行操作；第 2 层是应用层，运行在服务器上，接收桌面用户层提出的数据请求，组织数据发布；第 3 层是数据层，由数据库和数据文件等构成。

2.3 综合发布系统建设内容

2.3.1 数据汇集平台

数据汇集平台主要完成工程集中控制等子系统数据的自动汇集，通过对各种数据进行分析，按照不同数据来源设计相应的汇集录入工作流程，最大程度地实现数据汇总录入的自动化，减少数据入库的工作量。数据汇集平台可自动汇集各专业业务应用系统的动态数据，实现对数据及采集控制的集成，以供业务应用系统调用。

2.3.2 综合数据库系统

综合数据库系统是应用系统的信息支撑平台，用于存储和管理各应用软件系统所需的数据，为业务应用系统提供信息支持服务。数据库系统的设计，在遵循国家颁布的行业标准和地方相关行业综合数据库设计规范的基础上，结合业务系统的实际需要进行建设。数据库按照逻辑分为水利工程信息库、地理信息及空间数据库等，是以地理信息系统为基础，多种数据形式共存的综合数据库，数据形式主要有表格、文本、图形、图像、声音等。

记t为前景与背景的分割阈值，此时前景点数占图像比例为w0，平均灰度为u0；背景点数占图像比例为w1，平均灰度为u1，图像的总平均灰度为u，前景和背景图象的方差为g.有：

2.3.3 应用支撑 GIS 平台

系统设计和开发统一的 GIS 平台，提供支持谷歌地图等高分辨率的数字地图，并提供灵活的业务应用配置功能，同时对外提供丰富的应用接口供业务系统调用。本次项目充分利用前期项目建设的GIS 平台和江苏省水利厅发布的水利工程专题图层服务，在此基础上进行深化开发。

2.3.4 业务应用系统

业务应用系统主要由工程总览等 14 个专题构成。

1）工程总览。在业务应用系统工程总览中可以获得如下信息：工程概况，主要是枢纽工程规划建设简况；单位情况，包括单位名称、机构、人员及人才结构、主要荣誉等，人才结构主要是数量、年龄、性别、学历、职务、职称等的分析统计；功能演示，通过 Flash 演示几大功能；实时工情，展示各个泵站、水闸的实时运行状态；全景漫游，主要是枢纽工程的高空、主浏览线全景漫游，重要建筑物、景点的近景 360° 信息查询，包括文字、图片、语音等格式；动态信息，主要是相关管理动态信息；通知提醒，实时提示待办事项、系统提醒和管理处通知公告等。

2）“一张图”展示专题。“一张图”展示专题基于 GIS 地图，能够在地图上直观展示当前的水情、雨情、视频监控、巡查、卫星云图、气象雷达等监测及采集和应用信息，并关联显示各类站点基本信息，实现“一张图”内各类数据、设备的监测及站点基本信息查询等功能。

3）调度运行专题。此专题与“一张图”内容相对应，实现水闸、泵站自动控制系统重要数据的集中发布，主要包括泵站设备的运行状态、温度、报警、报表、实时流量等数据，水闸的闸门开度、开孔数、上下游水位、流量等数据，并以过程线、柱状图和统计报表的方式集中发布工程运行统计信息。

4）工程状况专题。此专题也与“一张图”内容相对应，具体内容如下：工程主要技术指标查询，建筑物及设备评级成果及资料查询，工程安全鉴定成果及资料查询，存在的工程隐患展示及处理情况。

5）检查监测专题。具体内容如下：工程检查类型、次数、结果，电气、特种设备检测和试验；工程观测项目、成果、存在问题及处理情况。

6）维修养护专题（预留接口）。具体内容如下：维修养护项目统计（分年），项目进展资料、经费，按年、分类、分单位展示下达项目数，已完成数和正实施数，对正在实施的项目展示进展情况。

7）安全生产专题。主要对照安全生产标准化的要求，实现对江都水利工程管理处安全生产情况的发布查询，有效管控风险。具体内容如下：目标责任体系，包括安全生产组织体系展示、投入数据统计；制度管理，包括法规标准清单、规章制度、操作规程清单及编制修订时间；教育培训，包括培训计划与实施情况，持证及审验情况统计；现场管理，包括工程信息、设备状态、作业安全、职业健康、警示标志；风险管控及隐患排查治理，包括危险源监控、安全检查、统计分析、治理情况；应急管理，包括应急组织、防汛物资、预案演练、应急预案。

8）水政执法专题。具体内容如下：管理机构，主要是执法组织机构；确权划界，包括划界图、界桩、面积；水政巡查，包括巡查数量，问题数量及处理统计，单个巡查结果、轨迹等；水政执法，包括水事案件处理统计，单个违法事件处理流程；宣传教育活动开展情况。该专题数据由工作人员根据江都水利工程管理处现有资料进行电子化处理后，人工录入并更新。

9）河湖管理专题。此专题以链接的形式集成河湖管护系统，展示以下内容：河湖图，包括高邮湖和邵仙湖范围图，界桩图、工程分布图；巡查情况，包括巡查数量（考核表反映），问题数量及处理统计，单个巡查结果、轨迹等；执法情况，包括水事案件处理统计，违法事件处理流程及定期考核结果。

10）二维码专题。此专题连接二维码信息后台管理模块，对管理处二维码进行统一管理，为工程设备提供服务，可实现各个水利工程现场设备二维码信息的展示查询，通过扫描二维码显示水利工程对应设备的基础信息，并可对工程基本信息进行更新。

11）手机短信应用专题。可将实时通知信息通过短信机及时向江都水利工程管理处的相关领导和责任人发送目前信息的短信。

12）电子屏展示信息专题。此专题集成展播系统平台页面，为工程单位电子屏显示系统提供最新的管理动态信息，主要包括工情、水情、值班、通知、大事记、宣传等管理信息，并与展播平台同步自动更新信息内容，查看展播平台展示内容。

13）统计归纳专题。实现数据诊断与统计功能，实现对江都水利枢纽工程全年数据的统计、分析、对比、归纳和展现。

14）辅助功能。辅助功能主要有：浏览信息统计，主要实现系统访问记录的统计，支持按操作内容、IP、用户进行搜索查询，可对系统日志进行导出查阅；预留接口，为方便其他系统数据的接入及系统后期的扩展，综合发布系统将预留相关接口。

2.3.5 移动客户端系统

为适应移动客户端的需要，系统设计和开发了统一的手机 App 平台，实现电脑客户端与手机客户端的互通，提供适用于内部联络的通知及通讯录等辅助性功能，并实现对工情、水情、雨情及台风的相关数据的实时查看及追踪功能，同时提供调度管理、效益统计、水政巡查等工作台，而且还根据可视化的需求，增加了三维网上展厅及全景漫游等子系统。

3 综合发布系统实际应用情况

目前综合发布系统已经在试运行及调试阶段，基于现有工程管理系统的静态基础数据的关联整合，基本实现江都工程管理系统业务化、流程化应用；实现水雨情和工情及桥闸泵站运行等信息的统计、分析、对比、归纳、展现，并将统计分析结果数据接入综合发布系统；实现综合发布系统与原有各子系统的关联和数据的一致性，实现了既定的计划及阶段性目标。

4 结语

通过研究开发江都水利枢纽工程综合发布系统，实现水利枢纽工程基础、工情、水情、视频、调度、运行、巡查等信息的统一发布，极大提高了工程管理信息发布水平，保证相关部门通过计算机、手机掌握工程实时信息，有效地监督日常管理行为，提高工程技术管理水平和运行管理保障能力，促进工程效益的充分发挥，经实践验证，综合发布系统应用情况良好，实现了既定的计划及阶段性目标。本研究在前人研究水利信息化工作的基础之上，极大地推动了综合发布系统的构建与应用，可为其他学者研究水利信息化综合发布系统提供参考。同时，综合发布系统软件可在省内外类似水利枢纽工程管理方面进行普及推广，对提高全省工程管理单位整体管理水平具有促进作用，具有广阔的应用前景。今后将对站外跟站内数据完全共享共用、移动客户端的优化设计进行研究。