基于三层架构的湖北水资源应急管理系统建设研究

陶 锋，朱光军，余 梦，杨海坤

（1. 鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹），湖北 武汉 430071；2. 湖北省水利厅信息中心，湖北 武汉 430071；3. 北京慧图科技股份有限公司，北京 100085）

基于三层架构的湖北水资源应急管理系统建设研究

陶 锋1，朱光军2，余 梦3，杨海坤3

（1. 鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹），湖北 武汉 430071；2. 湖北省水利厅信息中心，湖北 武汉 430071；3. 北京慧图科技股份有限公司，北京 100085）

根据水资源应急管理的业务需求，基于三层架构的软件开发模式，搭建湖北省水资源突发污染事件应急管理系统，重点介绍应急管理系统架构和功能设计，并结合水污染事件实例介绍应急管理系统的数据及其业务处理流程，对提升水资源应急处理能力具有重要意义。

水资源；应急管理；系统设计；三层架构

0 引言

近年来，我国水环境污染事件频发。2007年5 月，无锡太湖爆发大规模蓝藻，导致无锡市发生供水危机；2010年5 月，荆州沙市发生甲基氯化物泄漏事故，附近村落多名居民中毒住院；2014年 4 月，甘肃省兰州市因石化管道泄漏，引发兰州自来水苯超标事件，以致全市自来水供水异常。水环境突发污染事件对人民生命、财产安全造成重大影响，在“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展新理念下，湖北省对水资源安全性提出了更高的要求，如何科学应对和及时有效地处置水资源突发公共事件，成为国家水资源监控能力建设项目中必须解决的一个重大课题[1]。

湖北省搭建的水资源应急管理系统针对不同类型水质突发事件，对事件的原因、发展过程及负面影响进行科学分析，快速搭建应急管理业务应用，高效整合社会资源，采用现代技术手段和管理方法提出应对措施，降低水资源突发污染事件的危害程度。

系统开发过程中，采用表现层、服务层、数据层三层设计模式，有利于开发人员只关注整体结构的某一层，极大降低层与层的依赖，有利于模块开发中的标准化，便于各层逻辑上的复用。因此，湖北省水资源应急管理系统的总体框架和功能模块在此基础上进行设计搭建。

1 应急管理系统总体设计

1.1 总体框架

水资源应急管理系统是湖北省国家水资源监控能力建设项目监控管理信息平台的重要组成部分，在遵循国家顶层和标准规范等设计的基础上，构建水资源应急管理系统业务流程和功能体系。水资源应急管理系统由 6个层面、两大保障体系共同构成，系统框架结构如图1所示[2]。

从图1 可知，湖北省水源地自动在线或人工采样的水质数据经网络传输，汇集到监测存储平台中，在应用层经过提取、交换后将数据推送到业务层中进行分析、处理，最终通过水资源内外网门户在应用交互层中展示。

1.2 功能设计

水资源应急管理系统包括应急信息服务、会商、调度、知识库及预警配置 5个功能模块，应急处理流程如图2所示。

1）应急事件。应急信息服务能对监测的水量、水质数据和图片、视频等多媒体信息进行实时监控，并结合 GIS 地图展示，对接收的数据进行分析并创建会商，给预警和调度提供依据。该功能通过应急事件与地图要素实现交互，可查看应急事件水质、水情、现场画面和历史类似事件处置方案等信息。对于本级用户不能处理的应急事件，填写相应的事件接收、抄送单位、发件人信息后可进行事件上报。通过周边信息可对事件影响的地表水取水口、地表水水源地、取用水户、行政区划、水功能区、湖库、闸坝、入河排污口、行政区界断面、水文测站、水质测站、河流等对象进行分析渲染，并将分析结果用数据列表及 GIS 渲染等方式保存输出。

图1 应急管理系统框架图

2）应急会商。应急会商管理通过群体会商的方式，从预先准备的应急方案中，协调各部门，进行群体决策，选择出满意的应急响应方案。包括创建会商、会商准备和分析 3 块内容。在发生等级较高的应急事件，或当前级别用户无较好的应急处置方案时创建会商。创建会商需要填写会商邀请，会商邀请填写完成后，可发送给所有参会人员。用户发起会商后，在会商分析之前需要进行会商准备工作，会商准备主要是在会商分析之前创建对应突发事件的应急调度方案，以供会商分析阶段进行决策。参加会商人员接收会商之后，每个参与会商人员都可进行会商分析，可查看事件的描述、影响分析、调度方案等详细信息，最终决议出应急方案以处理应急事件。

3）应急调度。应急调度功能模块主要根据选择的应急事件，结合 GIS 地图实时查看会商分析模块决策出的应急调度方案，并可在线更新调度方案执行情况，调度方案执行完成后，填写调度方案的执行情况和评价等信息，并将完成该应急事件相关的处置方案存入应急知识库。

图2 应急管理系统功能流程图

4）应急知识库。应急知识库功能模块主要用于建立完善可用的水资源应急管理知识库，包括常见的引起水环境污染事件的化学品名录、湖北省常发的应急事件监测指标、湖北省应急资源信息、应急管理人员和专家名录、全省重要水源地、重要取用水户、潜在污染源、入河排污口、重要河流水系、重要交通路网信息和历史应急事件等内容，实现为应急事件预警和处置提供全面的信息支撑功能。

5）预警配置。预警管理主要用于配置水源地水质在线站的水质预警阈值，当在线监测数据超过预警上下限阈值时，在应急管理系统中自动创建应急事件，以及时发现险情并作出应急响应。

1.3 技术实现

水资源应急管理系统需在满足用户使用需求的基础上，同时满足高复用性和易扩展性，以便后期维护和升级。经分析，采用表现层、服务层、数据层三层设计模式作为应急管理系统开发软件框架，体现高内聚低耦合的设计思想。三层结构之间使用spring 容器进行统一管理，并通过 spring 控制反转及事务管理[3]。各层具体设计如下：

1）表现层。表现层主要负责面对用户的展示界面，通过 json，servlet，jsp，过滤器等实现数据传值及处理；通过 velocity，easyui，ligerui，html 等实现页面组件构成及展示。

2）服务层。服务层主要负责各系统业务逻辑处理，作为表现层与数据层的中间部分，根据业务逻辑对数据进行相应处理并达到数据层与表现层之间的数据传递目的。通过 springBean，WebService，jbpm，ehcah，以及各类服务框架实现业务逻辑及数据处理。

3）数据层。数据层主要负责与数据库的交互，实现数据 CURD 操作。通过 hibernate 将数据关系映射为对象进行处理，通过 springjdbc 进行数据库连接，通过 GIS 服务客户端实现 GIS 数据交互及处理。

系统技术架构设计图如图3所示。

2 应急管理系统应用实例研究

水华事件是湖北省境内常见的突发污染事件类型，为此以湖北省内汉江饮用水源地突发水华事件为例，说明本系统在处理突发水污染事件时业务和数据流程。

图3 应急管理系统技术架构图

2.1 业务处理流程

系统业务处理流程方面，首先，应急事件上报人员通过在地图上选点，填写应急事件基本及影响信息，系统可根据地图选点位置自动完成事发地的经纬度、行政区、水源地和地点等应急事件基本信息的填写，提高了用户使用的便捷性和人机操作的友好性。此外，用户还能编辑和查看应急事件影响、水质与水情、多媒体和先期处置情况等信息，方便用户全方位了解应急事件影响和发展态势。

应急事件创建后，可对事件进行上报、短信通知相关人员和事件终止等处理，还能结合国家水资源监控能力建设项目办公室提供的各类水文、水资源对象专题图层空间服务，利用缓冲区分析的方法，对突发污染事件周边自定义范围内影响的取水口、水源地、取用水户、水功能区等各类水资源对象的基础信息和空间分布情况进行统计查看。以汉江水源地水华事件事发地为中心，取周边 20 km 范围，详细地表水取水口分布情况如图4所示，可直观形象地将应急事件周边影响对象信息展示给应急管理人员，应急管理人员可直观、高效地对可能受水质影响的对象重点监测。

同时，结合应急知识库里面重要水源地功能模块，可查看事发水源地相关的水质站点监测与评价信息，由于本例中事发水源地为湖北省国控水源地，附近建有 2个自动水质监测站点，可每隔 4 h 查看事发水源地最新水质监测信息，为应急管理人员决策提供及时有效的数据支撑。

针对应急事件的处理，应急管理系统建立了一整套应急事件会商应对流程，包括创建会商、会商准备和分析、应急调度等功能，实现了突发水污染事件过程的在线结构化处理记录，可将应急事件发生、发展、处理措施等方面的信息全面记录下来，并存储在应急知识库中的历史应急事件模块中，可在今后发生类似应急事件时提供决策参考和依据。此外，应急事件处理完成后，可从行政管理和技术分析层面对应急事件的处置情况进行评价，为应急管理人员积累应急处理的经验教训提供多角度平台。

2.2 数据处理流程

以应急知识库下入河排污口监测查询功能为例，三层架构在实现应急管理系统功能过程中的数据处理流程如下：

图4 应急事件周边影响分析功能界面

1）从用户点击查询按钮开始，表现层向后台发起数据请求。

2）后台 spring 框架根据请求地址匹配选择对应的调用指定服务层的方法，在服务层中根据查询条件进行业务逻辑的处理，如请求参数的格式化、添加请求默认条件等。

3）服务层调用数据访问层的方法，在数据访问层进行数据库的访问与操作，并将数据返回给服务层；服务层接收数据访问层返回数据，根据查询条件再对数据进行处理，并返回给表现层；最后表现层对返回的数据进行渲染展示，呈现出最终用户看到的界面。

数据处理流程如图5所示，基于三层架构的水资源应急管理系统将前台显示页面与后台逻辑代码分隔开，在开发过程中，既降低了系统复杂性，也减小了后期测试维护难度[4]。二者独立性高，方便进行代码移植和复用。同时，随着项目越来越大，水资源应急管理系统在满足用户需求的基础上，还满足重用性高和拓展性好的要求，便于后期系统进行维护和升级。

图5 三层架构数据处理流程图

3 结语

水资源应急管理系统平台建设是辅助决策优化水资源配置，提高水资源承载力的重要非工程措施，该系统的设计突出高效、直观、协调、科学，使之能够在遇到突发水资源污染事件时确实起到辅助决策作用，同时，系统选用基于三层架构的模式框架，有利于系统后期运行、维护和升级，对于提升湖北省水资源信息化管理能力具有重要的实际意义。

[1] 韩丽峰，姜冲，王爽爽，等. 水资源决策支持数据库及应急管理系统建设[C]// 中国（国际）水务高峰论坛在线——2014（第二届）中国水利信息化与数字水利技术论坛（论文集）. 南京：中国水利学会，河海大学，2014: 342-351.

[2] 水利部水利信息中心. 国家水资源监控能力建设项目湖北省技术方案（2012—2014年）[R]. 武汉：湖北省水利厅，2013: 260-262.

[3] 陈明明. 基于MVC 和三层架构的水资源管理系统的研究与应用[D]. 合肥：安徽大学，2015: 88-95.

[4] 程晓冰，石玉波，蒋云钟. 国家水资源管理系统建设总体架构[J]. 中国水利，2008 (19): 19-20.

Research on Construction of Water Resources Emergency Management System based on Three-tier Architecture in Hubei

TAO Feng1, ZHU Guangjun2, YU Meng3, YANG Haikun3
(1. Construction and Management Bureau of North Hubei Water Transfer Project (preparing), Wuhan 430071, China；2. Information Center of Hubei Provincial Department of Water Resouces, Wuhan 430071, China；3. Beijing Huitu Stock Company Limited, Beijing 100085, China)

According to the business requirements of water resources emergency management, this paper sets up the emergency management system for water resources pollution incidents based on the software development model of three-layer architecture, focuses on introducing the architecture and function design of the emergency management system, and introduces its data processes and business processes combined with examples of water pollution incidents, which has important significance for enhancing the water resources emergency response capacity.

water resources； emergency management； system design； three-tier architecture

TV21

A

1674-9405(2016)06-0067-06

10.19364/j.1674-9405.2016.06.014

2016-05-11

陶 锋（1980-），男，湖北钟祥人，工程师，主要从事水利信息化、水资源项目建管等方面工作。