水利工程运行与维护移动巡检系统设计与应用

黄藏青 ，朱艾钦 ，张东方 ，刘金武

（1.水利部信息中心，北京 100053；2.郑州天诚信息工程有限公司，河南 郑州 450008；3.黄河水利委员会建设与管理局，河南 郑州 450003）

0 引言

自水管体制改革及新的运行机制建立以来，水利工程运行与维修养护任务日益繁重。为强化这方面工作，2009 年年初，黄河水利委员会提出建立以岗位责任制为核心的内部奖罚制度，对运行观测及维修养护人员划分工作岗位，明确工作内容与考核标准，逐步建立起规范有序、和谐高效的运行管理机制。为了形成有效的监督机制和巡查制度，特别需要建立 1 种信息化、标准化、智能化和现代化的监督检查系统。

在这种背景下，基于 GPS 智能手机的无线移动巡检模式[1]，开发了水利工程运行与维护移动巡检系统（以下简称系统），系统自投入运行以来极大提高了水利工程运行与维护的工作效率和质量。本文以该系统在黄河水利工程运行与维护工作中的应用为例介绍相关工作。

1 问题分析

黄河防洪工程战线长，工程类别齐全、内容多，工程维护管理任务十分繁重。同时，由于黄河工程管理复杂、标准高、任务重、分工明细、责任明确，而现有的工程维修养护工作在方法、手段、工具等方面都比较落后，维护决策水平和工作效率较低，因而常遇到以下问题：

1）巡检人员往往不能主动及时发现工程问题，即使发现，也无法在现场准确描述地点和信息；

2）工程管理人员进行调度时，因无法实时获知巡检和养护人员的具体位置，无法实施高效的指挥调度工作；

3）巡查人员不按规定时间巡查上岗，易给管理人员决策造成失误；

4）工程配套设施经常遭不法分子破坏、偷盗，无法及时发现，或在追捕不法分子过程中，因获取有效证据较为困难，追捕工作量大，时间长。

在目前工程管理调度模式下，处理运行观测与统计上报、工程管理核实与调度、养护公司施工和绩效流程效率较低，不能满足现代化管理的需要。因此，实现现代化管理是提高工程管理水平的必要手段，是共享科技成果的必由之路，也是水利工程管理的迫切需求。

2 系统总体方案

为在水利工程巡检过程中形成有效的信息沟通与监督约束机制，需要借助现代信息技术，建立一种信息化、智能化的监督检查系统，以有效实现黄河工程管理、运行观测、维修养护、监理等人员的考勤，完成位置查询、工程安排、运行观测、规划设计、问题处理、统计分析、紧急调度和路径优化等任务。

同时，需要为综合决策分析提供可视化、数字化的管理手段，建立高速度高质量的，以空间地理信息为背景的巡查、抢险调度综合信息系统，使河道管理系统信息处理方法、手段得以革新和普及，使其具有及时、迅速、准确的处理能力。从而在有限的资源条件下，最大限度地提高工程管理水平，降低管理成本。理论与实践证明，基于手机的无线移动巡检模式比较适合这种大区域的移动巡检业务需求。

无线移动巡检主要技术内容分为 2 个方面：1）借助 GPS、GPRS 技术制作智能手机嵌入式应用；2）借助 GIS 和数据库技术制作指挥服务中心应用系统[2]。其它与这 2 方面应用相关的都属于辅助应用。

智能手机嵌入式应用是对一线人员的位置信息，以及工程观测、维修养护、巡堤查水、河道管理等一线问题的语音文字和图像信息的采集，并上报到中心数据库[3-4]。指挥中心应用系统是利用 GIS技术将数据平面化（或立体化），实现人员、部件、事件的地图定位；分析处理一线问题，实时追踪巡查与养护轨迹；实现可视化指挥调度管理；提供事务处理机制，与一线智能手机应用系统联动共同完成巡检任务。

2.1 系统架构

手机终端将所有传送到中心服务器的消息通过内嵌的 GPS 模块附加上 GPS 即时位置信息，通过移动基站（GPRS 通道）将位置信息传送到中心服务器；指挥服务中心通过互联网接收上报的数据，利用 GIS 技术，将数据信息实时显示在电子地图上，并以此为数据源头，制作基于 GIS 与数据库技术的位置定位和轨迹回放模块、业务处理和统计考核子系统。

整体结构与系统工作流程如图 1 所示。

2.2 手机终端系统功能设计

手机终端系统在功能设计上包括桌面今日插件、电源管理、GPS 模块操作、GPRS 唤醒与释放、嵌入式数据库操作模块、拍照及预览、录音、中心信息、查询功能接口和升级等功能[3-4]。其功能设计及流程如图 2 所示。

图1 系统架构设计思路图

手机终端研发的重点是快速有效定位的设计，其直接影响系统的易用性和耐用性。快速定位可以借助 A-GPS 技术，A-GPS 技术是 1 种结合网络基站信息和 GPS 信息对移动台进行定位的技术，充分利用 A-GPS 技术是对现有资源的充分利用[2]。

在实际巡检过程中，许多重复的点或在 1 个小范围的点可以定义为无效定位点，在实际工作中没有什么作用，但却损耗手机的系统资源。因此根据 GPS 的数据集合，定义有效和无效定位点，即在一定速度情况下满足一定位移量的点定义为有效点，其它为无效位置点。在手机终端实际工作过程中将只上报有效位置点，无效位置点将被抛弃。在工作时根据 GPS 模块返回的速度值，同时根据坐标的变换计算位移值，形成 1 对数据写入有效位置点，即可返回是否有效位置点的布尔标量，以继续后续工作。

2.3 指挥服务中心基本功能设计

指挥服务中心至少需要完成定位、轨迹回放、业务处理、指挥调度和统计考核等功能。其中定位功能为通用功能，能对人员位置及问题发生位置等附带经纬度信息的数据进行地图定位；轨迹回放模块是按时间序列从数据库中获取对应的位置点序列，并在地图上生成轨迹线的过程，根据不同的地图平台可以形成不同的效果；业务受理与处理流程需要形成 1 个半封闭的工作流程圈，在工作流转到特定的时候，可以按要求流转到手机终端系统上，形成 1 个与手机终端互动的业务处理过程；指挥调度模块是基于短信下发和手机群呼模块的联合信息调度功能；统计考核模块是个性化功能模块研发的延伸。

指挥服务中心的功能体系应该以这些基础功能为核心，随着业务需求的变化而调整。指挥服务中心整体设计思路如图 3 所示。

图2 手机终端系统功能及流程图

图3 指挥中心基本功能设计框架

3 推广应用情况

系统于 2009 年汛期配置到黄委河南省局防办、河南省局建管处、郑州市局、开封市局、濮阳市局、新乡市局、焦作市局、豫西市局相关人员。2009年10 月，在郑州市中牟县和开封市兰考县 2 河务局进行推广试用。2010 年，在河南省下辖 6 个市局、山东省德州市局、山西省永济县局、陕西省大荔县局推广应用，应用面为辖区业务覆盖面的 1/3。

系统平台、手机终端软件及系统服务器从 2009年7 月起未间断运行至今，系统稳定，运行正常。无线移动巡检系统各项业务数据来源于实际生产，并且实现了信息数据的分权限网络化管理，业务运作贴近实际。运用技术手段，最大限度地解决了目前水利工程巡检过程中存在的问题，提升了运行观测、养护、管理之间的协作，从而大大提高综合工作效率。

4 结语

随着水管体制改革的深化，水利工程无线移动巡检在提高一线巡检人员工作效率，以及一线与办公人员之间的综合办公效率方面起到了越来越重要的作用，极大提升了水利工程管理力度。无线移动巡检以相对很小的投入解决了人员实时管理、事件即时处理和无纸化办公 3 大问题，从长远的角度看，不仅节约了生产成本，而且提高了工作效率，从而形成强大的生产力，是 1 项值得投入的工作系统。

在黄河流域，2009 年黄河水利委员会已明确提出将无线移动巡检系统在全黄河流域的部署纳入“十二五”规划中。2010 年黄委建管局 14 号文也明确了无线移动巡检系统在全黄河流域推广的任务，明确了时间表；2010 年度实现河南黄河河务局 1/3 应用覆盖的目标任务已按期完成，按时间表将于 2011 年度在黄委各河务局完成本系统的全面推广应用。同时，本系统也正向防汛和水政等业务应用进行推广，需求调研表明，本系统在其他流域或省区也有很好的应用前景。

在系统推广使用的过程中，也发现一些有待提高和亟待解决的问题，如智能手机的数据处理能力、GPS 芯片灵敏度、无线通道速度、服务中心多平台切换等，这些都或多或少约束着系统的使用和推广。这些问题有的需要由软件开发方解决，有的需要由手机提供商解决，有的需要由移动运营商解决。随着系统研发的不断深入和技术手段的不断发展，相信这些问题在不久的将来将得到完满的解决，系统也将有一个质的飞跃。

[1]李连伟，倪凯，张超. 基于多主体中间件的移动巡检系统研究[J]. 计算机工程与设计，2009: 4098-4099.

[2]黄丁发，熊永良，袁林果. 全球定位系统 (GPS)——理论与实践[M]. 成都：西南交通大学出版社，2006: 180-211.

[3]傅曦，齐宇，徐骏. Windows Mobile 手机应用开发[M].北京：人民邮电出版社，2005: 13-41.

[4]吕捷. GPRS 技术[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2001:77-124.