“智慧黄家湾”综合信息化云平台研建

王茂洋,罗天文,吴恒友,徐 锐

(贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州 贵阳 550002)

2018年1月2～3日，水利部在北京召开全国水利厅局长会议，水利部党组书记、部长陈雷在会上明确要求“要全面加快智慧水利建设，大力推进水利科技创新。推动互联网、大数据、云计算、卫星遥感、人工智能等高新技术与水利业务深度融合，加强水利科技基础研究和高新技术研发，破解影响我国水安全的科技难题，加快科技创新成果转化应用。”

智慧水库是智慧水利中的一部分，是国家相关政策的要求之一，具有良好的建设条件，为了积极的响应国家的政策，推行智慧水库建设是水利工程建设中的首要任务。

黄家湾水利枢纽工程作为“十三五”开局之年开工建设的一座大型水利枢纽工程，其建设规模大、管理任务重，涉及的行业、专业、交叉作业繁多，因此仅仅依靠传统管理方式很难实现预期的工程目标。相关主管部门对黄家湾水利枢纽工程信息化建设提出了新的更高要求，提出建设“智慧黄家湾”的理念。“智慧黄家湾”的核心是实现水利枢纽工程的大数据管理，建设“智慧黄家湾”必须借助我省大数据平台优势，结合物联网、云计算、移动互联网以及GIS技术，将海量的水利工程数据从采集、组织、传输、存储到查询、分析，真正实现黄家湾水利枢纽工程智慧化、精细化管理。

1 项目区概况与系统研究分析

1.1 项目区概况

黄家湾水利枢纽工程位于贵州安顺市南部紫云县境内，拟建坝址在红水河的一级支流格凸河中游河段，坝址位置位于紫云县板当镇黄家湾河道上，处于东经106°11′～106°13′，北纬25°47′～25°48′之间。坝址距紫云县城距离约20km，距板当镇约17km。有紫云—板当—长顺的S309省级公路从坝址右岸下游1km左右附近通过，目前有乡村公路通至坝址，另外有惠(水)兴(仁)高速从坝址右岸附近通过，惠兴高速在板当、紫云有匝道口。故黄家湾水利枢纽工程坝址交通极为便利。

1.2 系统分析

信息化、智能化建设在黄家湾水利枢纽工程项目中起着非常重要的作用。在项目管理方面，能对涉及到的多个单位或机构进行统一管理；在质量管理方面，能对施工过程及材料等质量密切相关的场地或配套设备进行全方位的监控管理，保证工程质量；在人员安全管理方面，能实时跟踪人员位置，为应急预案提供数据支持，提高施工工地安全性；在车辆管理方面，实现工程车辆轨迹、载料情况、门禁、车牌号等统一管理；通过平台管理将各个系统有效无缝的集成在一起，实行统一管理。

2 支撑体系建设

2.1 标准规范和安全保障体系建设

建立完善的信息化标准规范体系，整理、编制一套符合“智慧黄家湾”综合信息管理云平台的标准规范，为各部件、环节、部门实现互联互通和信息共享提供依据。主要包括：

(1)数据标准规范，包括地图数据标准、数据库元数据、数据共享接口、数据评价体系。

(2)运维标准规范，包括基础架构库(ITIL)。

建立完善的信息化安全保障体系，按照国家网络安全等级保护要求，开展定级备案，安全建设整改及测评工作，遵循同步规划、同步建设、同步投入运行的原则，从物理安全、网络安全、应用安全、数据安全四个方面完善系统安全建设，构建信息化网络安全防御体系。

2.2 基础设施建设

2.2.1 智能信息采集

智能信息采集包括:水情、雨情、流量、蒸发量、水质、视频、闸门、电站、泵站、动力环境、混凝土生产信息、砂石料生产信息、水库工情等信息。水利工程相关数据可以按照前期的方式通过设置固定站点进行信息采集，最终集成到云平台，也可以通过移动手机智能化客户端对相关数据、实物照片进行信息采集，将数据上传到云平台。采用数据仓库系统架构进行整合、归集业务系统数据，为数据的统一管理及共享提供保障；信息资源目录系统提供全生命周期大数据管理信息资源的统一管理和导航，为工程全过程数据管理相关信息查询、导出和共享服务提供快速便捷的手段和途径。“智慧黄家湾”信息采集技术架构如图1所示。

图1 “智慧黄家湾”信息采集技术架构

2.2.2 远程监控平台

对尚未进行远程监控的重要站点增加远程监控设备，完善远程监控平台，整合前期已有的远程监控系统，实现监测监控一体化的控制体系。

2.2.3 传输网络通信平台

保障数据传输及时、信息畅通是实现“智慧黄家湾”的基础。建设高性能的通信传输系统是保证信息自动化系统信息畅通和支撑应用系统实现安全输水、精确配水目标的前提条件。建立各信息采集点为数据单元的通信网络结构，信息中心与分中心分别建有自己的内部局域网，它们之间通过VPN形成广域网连接。

传输网络通信系统采用分层分布式管理，即贵阳总调度中心控制层、调度中心监控层和泵站、闸站、电站现地控制监控层。

2.2.4 构建“智慧黄家湾”私有云

“智慧黄家湾”私有云主要包括基础设施和应用支撑两个方面内容。

(1)基础设施，租赁云上贵州大数据云服务。

(2)应用支撑，包括地图服务引擎、用户管理、权限控制等。

2.2.5 灾备系统

灾备系统是指在一个数据中心发生故障或灾难的情况下，其他数据中心可以正常运行并对关键业务或全部业务实现接管，达到互为备份的效果。容灾备份系统采用多元化数据保护技术，着眼于数据的实时备份容灾与瞬间恢复，保证最小的数据丢失，致力于业务不间断运行的一体化综合信息保护平台(容灾备份)。它弥补了传统数据备份方式的诸多不足，通过保护数据、应用、操作系统、存储设备等实现全面立体保护以及强大的快速恢复能力，能有效防范各类系统灾难和人为错误，并且针对不同数据库应用，提供快速的应用恢复能力，保障灌区业务不间断运行。

3 系统设计与实现

系统以现地测控系统为基础，以数据处理与交互平台为纽带，全面、及时采集所需数据，进行统一处理，存入实时数据库和历史数据库；构建统一的数据共享平台，安全、可靠地进行数据存储管理；通过一体化应用支撑平台，对统一数据平台中的数据进行专业化数据分析与处理，并提供不同应用领域以及综合的数据、应用服务支撑。在一体化应用支撑平台上提供电站、泵站、闸门、水情、视频、机房动力环境等各类综合监控监测应用，并在此基础上实现指挥调度与预警预测、综合展现等应用。通过强有力的一体化基础支撑、安全防护管理及标准规范体系，为全面提高工程各项业务的处理能力、工程安全管理提供有力支撑。

系统逻辑构成包括五层二体系：基础设施层、通信网络层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层，各层遵循建设运行管理与标准规范体系、系统实体环境和信息安全体系支撑。系统总体框架图如图2所示。

(1)基础设施层。主要包括现地测控系统，是信息化系统的主要信息(数据)来源与控制信息输出关键平台，是信息化系统关键平台/子系统。包括各类信息从采集、传输、加工处理、存储和管理，包括自动采集、人工上报、外单位接入的各类信息；包括接受上级应用系统及本地测控系统的阀门监控、闸门监控、电站监控、视频控制等控制信息，并转发至现场执行机构及摄像机，实现闸门等设备自动控制及摄像机的远程操作。

(2)通信网络层。包括网络系统与通信系统，网络系统为信息化系统各平台及平台中的各节点间提供数据交换网络通道。网络系统承载在通信传输系统上，即由通信传输系统为网络系统提供组网链路。在网络与通信传输网之间依据不同层次和宽带需求采用不同的接口连接。通信系统主要由程控交换系统、通信传输系统、时钟同步及通信综合网管系统、通信管道、通信光电缆等部分组成。

(3)数据资源层。数据资源管理平台的主要作用是满足海量数据的存储管理要求：整合系统资源、避免或减少重复建设，降低数据管理成本；整合数据资源，保证数据的完整性和一致性。通过数据的容灾备份，保证数据的安全性；数据资源管理平台主要由各类数据库、数据库管理系统及数据备份系统3部分组成：①数据库包括应用系统需要的实时、历史、文件数据及元数据库。②数据库管理系统主要是对各类数据库和元数据库进行管理。③数据备份系统主要功能有数据存储管理、数据本地安全备份与恢复、数据的远程容灾备份与恢复等。

(4)应用支撑层。应用支撑平台是连接数据中心和业务应用的桥梁，其作用是实现资源的有效共享和应用系统的互联互通，为应用系统的功能实现提供技术支持、多种服务及运行环境，是实现应用系统之间、应用系统与其他平台之间进行信息交换、传输、共享的核心。应用支撑平台主要包括：统一用户认证、统一权限管理、GIS引擎、大数据分析等服务或组件。

(5)业务应用层。包括工程数据中心、水雨情监测、工情监测、墒情监测、安全监测、自动化监控、通信网络服务、指挥调度和综合业务管理9大体系。

图2 “智慧黄家湾”综合平台逻辑结构

4 结语

“智慧黄家湾”综合信息化管理云平台建设包括统一平台建设、基础信息建设、移动智能终端应用软件建设和公众版手机应用软件建设。业务模块包括工程数据中心、水雨情监测、工情监测、墒情监测、安全监测、自动化监控、通信网络服务、指挥调度、综合业务管理9大体系。功能涉及碾压监测、碾压调度、车辆管理、水情监测、雨情监测、水质监测、墒情监测、安全监测、日常巡查、补偿计算、定位系统、系统管理、数据管理等多个方面，具备监测数据实时展示、专项分布与展示、应急指挥、决策支持和综合展现等功能。