太湖流域管理局工情信息采集系统开发与应用

2018-05-07金照青

水利信息化 2018年2期

李超，金照青

(太湖流域管理局苏州管理局，江苏苏州 215011)

当前，移动互联网、大数据、云计算等新技术发展迅猛，正在重塑信息技术格局，也改变了各行各业、政府乃至社会的管理方式和手段。水利工程调度管理作为传统行业，面临着标准化、精细化、智能化的新要求，仅依靠自动化手段难以满足要求，需要借助信息化提升管理水平。太湖流域管理局（以下简称太湖局）苏州管理局（以下简称苏州局）作为太湖流域工情分中心，根据国家防汛抗旱指挥系统二期工程太湖局项目要求，结合太浦闸、望亭水利枢纽的运行管理需要，运用新技术、新理念，充分整合流域信息资源，开发了太湖局工情信息采集系统（以下简称工情信息采集系统），实现覆盖工程指挥调度、工情险情信息采集、综合业务管理等全过程的信息化管理。

1 工情信息采集系统的建设目标

工情信息采集系统建设目标是：在苏州局机房配备必要的软、硬件设施，建立太湖局工情分中心；开发工情险情移动采集系统，实现与工情分中心的信息传输，以及工情险情的采集、上报、处理和现场处置支持；完善工情分中心骨干网接入设施，增强网络接入能力；建设工情业务应用系统，实现工程指挥调度、应急预案管理、现场应急处置支持与综合业务管理服务。

2 工情信息采集系统的结构

工情信息采集系统由分中心后台信息处理平台、采集站前端支持和网络通信系统 3 部分组成。系统设计严格遵循指挥系统“两台一库”体系架构，通过数据汇集平台将报汛、现场采集、巡查监测等工情信息汇总到工情数据库，通过应用支撑平台对工情信息，以及工程基础、水文气象、工程综合管理等资料进行访问，为工程指挥调度、应急预案管理、现场应急处置支持与综合业务管理提供服务。

工情信息采集系统以工情分中心为基本单元，以工情险情信息采集站为基本模块，采集站、分中心、流域工情中心之间通过 MSTP（基于 SDH 的多业务传送平台）专用链路及 4G 无线网络相连通，实现数据实时共享。工情采集由分中心通过工情上报系统从本地数据库中提取并存储，包括闸门监控、防汛值班系统等数据库；险情采集通过险情移动采集站将现场的图片、视频、地理坐标、工程位置及文字说明上报至分中心数据库。工情分中心及流域工情中心按照实时工情数据库要求上报工程运行、险情和防汛抗旱动态等信息，同时也可从上级部门获取相关信息进行各项业务处理。工情信息采集系统整体结构如图1 所示，采集站有 3 种类型，工情信息采集站采集的是数据库存储的非实时信息，实时工程信息采集站采集的是各监测系统的实时信息，险情移动采集站采集的是现场信息。

图1 工情信息采集系统整体结构图

3 工情信息采集系统的功能和实现方法

3.1 分中心

苏州局工情分中心通过配置必要的软、硬件服务器，部署安装水利部国家水资源监控能力建设项目办公室（以下简称水利部项目办）统一开发的实时工情信息上报系统，规范化和标准化各种统计上报的工情信息，并通过工情分中心逐级汇总上报。分中心实时工情信息上报系统采用 B/S 结构，具有数据录入、审核、报送、查询、管理，以及警示信息、上报情况分析和日志管理等功能，可在苏州局PC 机、便携机、平板电脑等终端设备上运行，通过有线、无线方式上报信息。

分中心软、硬件服务器配置主要包括 4 台 PC 服务器，其中 1 台为苏州局分中心提供 FTP 和 DNS 等网络服务，另外 3 台为苏州局分中心提供数据库、GIS 和应用中间件等服务。

3.2 采集站

采集站是工情险情信息的主要信息源，太湖局工情信息采集站分为 3 种类型，通过配备相应的采集终端，开发采集支持、工程险情地图标注与会商支持等软件，将采集的实时险情信息上传到工情分中心，并通过汇集平台逐级上传。

采集支持软件运行在移动端，基于 Android 4.4开发，在工情险情现场，采集人员借助手持终端可快捷地开展现场险情图片、视频、语音、图像、地理位置及险情基本情况等信息的采集与填报，并直接通过 GPS 定位、无线通讯（GPRS 或 3G 网络等）及时将采集的险情信息上报到工情分中心和太湖局。工程险情信息包括陷坑、裂缝、闸门破坏、渗水、坍塌，以及控导工程冲毁和发生位置、规模等信息。

工程险情地图标注与会商支持运行在 PC 端，基于 Windows ASP.net 开发，针对重大灾害性气象、突发险情，工程管理人员能根据险情信息采集情况，及时结合流域电子地图、工程结构和三维模型等开展工程险情地图标注，险情动态发布，险情综合查询与统计分析，并能根据工程险情和当前汛情的特点，及时便利地组织各种汛情信息进行汇报材料的准备与成果输出，为苏州局和太湖局防汛抗旱办公室（以下简称太湖局防办）的应急会商与领导决策提供支持。

3.3 网络通信系统

网络通信系统主要利用已建的流域骨干网络，通过补充无线控制器和 AP（无线接入点）实现网络全覆盖。苏州局与太湖局建立 8 MB/s 网络连接，与太浦河和望亭水利等枢纽管理所建立 4 MB/s 网络连接，与江苏省太湖地区水利工程管理处建立 2 MB/s网络连接，能满足上连太湖局及下接管理所的视频会商、工程控制信息的实时传输、工程和水文水资源管理信息的调阅等正常业务通讯需要。具体拓扑图如图2 所示。

3.4 工情业务应用系统

工情业务应用系统是工情信息采集系统的核心，也是最具特色的子系统，所有功能均在指挥系统的框架标准下，以太湖局直管工程管理实际需求和问题为导向，结合元素化、精细化管理理念，进行定制开发，可为太湖局防办和苏州局提供工程指挥调度、应急预案管理、现场应急处置支持与综合业务管理等多项服务。具体功能和实现方式如图3所示。

3.4.1 工程指挥调度管理

主要实现以下管理：

图2 网络通信系统拓扑图

图3 工情业务应用系统结构示意图

1）专题地图建立。基于流域地图，建立直管和两河（望虞河、太浦河）等工程的分布专题图，调用太湖局已建的专题地图服务和数据，利用已建的直管工程三维仿真模型，实现基于流域地图的流域气象、水情等信息的叠加显示与查询。

2）综合信息查询与应用。基于专题地图，叠加来自太湖局气象，实时水情、水质、报汛，直管工程本地等数据库数据及蓝藻监测资料，实现气象、水情、雨情、水质、工程、蓝藻监测等信息的查询与应用。

3）运行调度决策支持接入。通过接入太湖局防办建设的流域运行调度决策支持系统，为流域工程运行指挥调度与会商提供支持，为工程指挥调度会商提供直观的人机界面服务，具体包括流域工程综合、特定区域、重大灾害及水事件的指挥调度。

3.4.2 应急预案管理

主要实现以下管理：

1）应急预案管理。为望亭水利枢纽和太浦闸2 个直管工程的防汛防台、抗旱引水、突发事件和反恐等的应急预案及调度方案建立数字化管理平台，实现应急预案在线调阅、编辑与评估。

2）应急响应发布。根据应急预案，通过工情业务应用系统综合管理防汛、抗旱、防台等的应急响应启动，中止和处置，以及上下级应急响应的协调等，具体包括但不限于应急组织、抢险队伍、预防预警、应急响应和后期处置。

3）应急抢险措施制定。针对应急响应类型，通过工情业务应用系统实现应急抢险措施的快速制定，包括防御洪水、台风的应急抢险措施，以及突发性事件的反应和反恐怖袭击的应急处置措施。

3.4.3 综合业务管理

综合业务管理可实现工程运行、检查、观测、维修养护、基础资料及设施设备等管理功能，同时支持 PC 及移动端使用，具体功能和实现方式如下：

1）工程运行管理。通过整合直管工程运行实时监控、视频实时监视、上下游实时水情和水质等信息，为工程管理人员建立统一的工程实时监测应用界面，实现工程运行实时监视、闸门及附属设备运行监测、工程视频监视、工程运行统计分析、闸门调整业务管理和调度指令执行情况监视，便于各级用户能够在一个应用界面中，全面了解工程运行的各项信息。

基于直管工程平面图和三维模型，整合工程运行监测、监控与上下游的水文和水资源信息，实现直管工程运行的现场模拟与监视，对工程运行信息进行直观的可视化查询和展示，为工程管理人员随时监控工程及设备运行情况提供“一张图”的数据表现服务。工程运行监视可利用流域地图、工程图，对直管工程在防洪、水资源调度所采取的措施等进行可视化表现，实现直管工程动画、工程示意图展示，以及报表统计、现场视频监视影像资料调阅等。

利用太浦闸、望亭水利枢纽工程视频监视系统，实现直管工程视频监视的统一管理。工作人员根据需要，进行直管工程视频监视的查看，实现对直管工程重点区域的实时视频监视，对现场关键设备的运行状态进行直接的观察了解。

实现直管工程闸门调整过程的业务管理，实现闸门调整信息获取、调整报告编制、审核与报送等功能。对工程当前是否依据调度指令执行进行监督并记录，查询历史调度指令及执行、监督情况。

对工程运行情况进行统计分析，对直管工程在某一时间段内的闸门、逐孔开启次数，开启高度、状态，流量过程，累计、日均、极值流量等逐个进行统计分析，自动编制水位-流量关系图。

2）工程检查管理。工程检查管理利用信息化手段，帮助管理人员实现对工程检查信息的处置、核查等业务流程的一体化管理，包括检查信息上报、问题处置、处置后核查、信息查询分析管理等。工程检查内容包括工程范围内建筑物及河道堤防、闸门启闭系统、闸门、检修闸门、工程监控系统、供配电系统、柴油发电机、通讯设备及机房、安全设施、液压开启桥、人行桥、防撞设施及观测设备等。

工程检查管理可实现以下 3 个功能：a. 信息上报及处置功能。工程检查人员通过该功能填制和上报巡查检查记录表，对于巡查发现的轻微问题，可进行就地整改处置；对于比较和特别严重的问题，及时上报。系统实时接收工程检查人员上报的检查问题，管理人员可根据信息所属类别及性质，确定处置方案。管理人员可根据事件所属的区域和性质，将其流转到相应的单位（养护单位、管理部门等）进行处置，处置完毕后将实际的处理完成情况在工情业务应用系统中录入登记。b. 灾情及险情管理功能。工程管理所通过该功能对待发布的原始数据资料进行收集并记录；将收集到的原始数据资料进行编辑整理，并对资料的准确性、数据格式和规范化等进行处理，处理完成后提交工程管理所负责人进行信息审核；工程管理所将审核后的灾情及险情信息上报苏州局。苏州局组织会商提出处置方案，工程管理所按照方案，落实相关处置措施。处置完毕后，工程管理所将处置结果录入登记。c. 工程检查记录查询与分析功能。主要实现对工程检查相关历史资料的查询、调阅与统计分析，包括工程检查结果查询、统计，并生成统计分析图表。

3）工程观测管理。工程观测管理主要实现对工程观测信息的采集、核查、处置的一体化管理。工程观测人员可通过该模块实现观测记录上报及处置、信息查询分析。观测项目主要包括防止建筑物表面变形破坏、基础发生变化等进行的观测，以及建筑物关键隐蔽、重要部位内部的变形观测。

工程观测管理主要有以下 2 个功能：a. 工程观测信息移动服务功能。主要在 App 上进行，提供观测任务管理、信息和查询、观测人员 GPS 位置定位等功能。b. 工程观测信息查询和数据分析功能。主要提供扬压力、垂直位移、断面、裂缝等安全监测指标的报表查询分析服务，对超出报警阈值的指标，用黄色、红色等警戒颜色进行突出显示。在现有观测资料的基础上，将各观测点的历史数据用图表方式进行对比分析。

4）工程维修养护管理。主要建立直管工程维修养护项目管理全过程的管理体系，涵盖维修养护任务和计划制定、任务派发和进度管理、经费和过程管理等。主要实现实施方案、合同进度、中间成果、合同与经费、过程文档的管理，以及养护任务维修和信息查询统计等功能。

5）工程基础资料和设施设备管理。主要实现工程基本属性数据的管理，并形成报表进行输出。基础资料管理主要内容包含工程概况、图像资料、设计施工资料、数据维护；设施设备管理主要实现工程设施设备的基本、实时运行、检查、观测、维修养护等信息管理，设施设备计划与采购、保障与养护管理、查询与盘点等。

3.4.4 现场处置支持

在突发应急事件发生后，工作组、巡查检查和险情现场人员，需要及时了解流域及区域水文气象、工程运行、人员物资等情况，并能方便通过计算机、手持终端、GPS 等手段，及时进行现场信息采集和地图标注，使应急抢险救治指挥调度人员快速了解险情发生地实际情况，快速部署人员物资，开展工程调度与应急处置。具体功能和实现方法如下：

1）实时信息查询和工作组动态信息推送服务。在现有的实时信息移动查询系统、值班信息移动查询模块基础上，针对现有系统由于采用 WAP 方式进行开发导致系统存在响应时间慢，数据流量大，界面表现不直观等问题，对现有实时信息、值班信息移动等查询模块进行升级改造，开发基于 Android 的实时信息查询现场、工作动态信息推送服务等支持模块，提供基于移动智能终端的实时水情和雨情、控制性工程、实时气象等信息的查询与分析功能，提高防汛现场应急处置能力，提供移动办公应急处理服务。

2）工作组灾害现场支持。工作组灾害现场支持的目的是，现场人员能及时将灾害现场的实时数据准确填报、发布，使指挥调度与会商人员及时了解现场状况。发生重大险情时派人直接到出险现场，勘察险情，使用终端摄像设备拍摄险情实况，利用移动采集传输系统将险情文字描述和图象或险情视频信息及时传回太湖局。借助现场数据移动信息录入、拍照等功能，提高防汛工作的办事效率，很好地实现对数据及时有效的存储、使用，并为日后大数据分析提供有效的数据支撑。

3）防汛检查数据上报。利用智能移动终端进行工程的防汛检查数据上报，具体实现隐患上报，工程现场拍摄，险情信息采集，险工险段地图标绘处理。

4 工情信息采集系统的特点

4.1 遵循指挥系统统一标准，系统扩展性好

苏州局分中心的建设总体上在指挥系统数据汇集、应用支撑平台及数据库“两台一库”上进行，根据复用、共享、模块化的设计思想，采用面向服务的 SOA 体系架构，以业务组件作为系统运行的基本单元。工情采集系统同时遵循《国家防汛抗旱指挥系统工情险情信息采集上报技术要求（试行）》《国家防汛抗旱指挥系统工情险情移动采集终端技术要求（试行）》《国家防汛抗旱指挥系统工程验收管理办法（修订稿）》（水建管〔2012〕100 号）等标准，功能设计和接口定义规范，系统可扩展性好。

4.2 与太湖局数据同源同步，数据可靠性高

在以往工作中，由于太湖局和苏州局之间重复监测、数据不同步等原因，多项数据存在数据不同源问题，其中工程水位数据有闸门监控、水文遥测系统及人工报讯 3 个来源，导致自动监测数据利用价值不高。在工情信息采集系统建设过程中，对太湖局和苏州局监测的数据进行了比对，删除了重复数据库，取消了不可靠数据源，对太湖局已采集的数据，苏州局不再采集；太湖局未采集但苏州局已采集的数据，分中心同步推送至太湖局；太湖局和苏州局均未采集的数据，以现场实时采集为准，解决了“数据打架”等问题，提高了数据可靠性。

4.3 整合流域工情信息资源，系统耦合度高

工情信息采集系统充分利用太湖局和苏州局原有信息化资源，在苏州局工程监控、视频监视、值班、预案数字化等业务系统基础上，接入太湖局流域运行调度支持、值班等已建系统，实现了工情信息采集管理由分散到统一的转变，既节约了成本，又增强了系统相关性和联动性，丰富了系统功能，同时解决了原有系统信息孤岛等问题，逐步提高了系统使用率。

4.4 融入标准化管理理念，系统前瞻性强

工情信息采集系统在需求分析和功能设计阶段融入了标准化、精细化管理理念，做到了先梳理制度、流程，再设计表格、功能。其中工程运行、检查、观测等严格按照《苏州管理局工程管理工作手册》设计，实现流程定制化，管理员可根据管理流程配置系统流程，为太湖流域直管工程标准化管理提供信息化支撑。

5 工情采集系统发挥的作用

2016 年 5 月，工情信息采集系统通过太湖局初验并投入试运行。2016 年 7 月 3 日，太湖水位达到并超过 4.65 m，太湖流域发生超标准洪水；7 月6 日，太湖水位涨至 4.80 m，太湖流域发生特大洪水；7 月 8 日，太湖出现历史第二高水位 4.87 m，在此期间，工情信息采集系统发挥了重要作用。根据统计，2016 年 5—9 月，太浦闸、望亭水利枢纽共通过指挥调度模块接收和执行太湖流域防汛抗旱总指挥部调度指令 15 份，平均执行响应时间由 20 min 缩短为 10 min；编辑发送调整报告 430 份，报告编辑发送时间由手工 15 min 缩短为 5 min；通过移动采集终端开展防汛督查 32 次，发现险情 10 余处，采集险情照片 400 余张，发布督查报告 30 余份，上报方式由 PC 端传真上报变为移动端现场实时上报，会商研判效率大大提高；通过工程运行模块查询统计信息2000 余次，平均查询时间由文件查询 8 min 缩短为2 min；通过工程检查模块发布检查报告 400 余份，检查信息均可实时查看处理；通过预案管理模块启动、解除应急响应 10 余次，发布通知信息 8000 余条，响应启动完成时间由 10 min 缩短为 2 min。同时，值班人员通过工情信息系统实时监视工程运行状态，使用闸门监控系统调整闸门 215 次，累计排泄太湖洪水 58.2 亿m3，为防御太湖洪水提供了重要保障[6]。

实践表明，工情信息采集系统功能设计合理，在试运行阶段基本能够满足太湖局防汛会商支持、现场处置、工程调度的工作要求，也符合太浦闸和望亭水利枢纽工程运行管理实际需求，实用性较强，在防御太湖流域超标准洪水关键时期发挥了应有的作用。2016 年汛期工情信息采集系统产出与效果分析如表1 所示。