基于总渠管理处水利工程移动监控系统解决方案探究

朱向远

（江苏省灌溉总渠管理处 淮安 223200）

1 管理处水利信息资源整合现状

2015年，江苏省灌溉总渠管理处利用省级水利工程维修养护资金建设了集中控制中心，将管理处各下属管理所的闸、站自动化监控系统实时运行数据、视频监视系统画面（每座工程点4 路画面）接入管理处调度中心并进行综合运算和发布。目前16 座闸、站自动化监控系统数据已采集接入处集控中心，20 座闸、站工程视频监视系统画面已采集接入处集控中心。管理处集控中心主要包括历史数据服务器、通信与应用服务器、视频管理平台、视频工作站、视频监视电视墙、水情工作站以及防火墙、单向隔离装置等主要设备，可以采集监控到与现地闸、站自动化监控系统里一样的实时数据。系统结构如图1所示。

2 管理处新的需求

集控中心主要实现了工程现地数据资源汇聚采集，但集控平台功能相对简单，没有实现信息数据移动浏览与二次应用。结合监控系统发展趋势和信息数据应用、管理的需求，管理处需对原有集控系统平台进行升级开发，建设移动监控系统平台，增加实现了地图服务、位置定位、空间数据采集、多媒体数据采集、数据查询、预警分析与报警等系统功能。

3 移动监控系统总体设计方案

图2 系统总体设计结构图

江苏省灌溉总渠管理处移动监控系统采用面向服务架构（SOA），将基础地理信息服务，闸站、泵站各座闸站管理业务服务，用户权限服务等通过简单、精确的接口进行通讯，通过松散耦合的方式进行有机集成。系统总体设计结构如图2所示。

系统采用B/S 多层架构进行组织，分为数据标准层，应用逻辑层和网络支撑层，充分利用Internet 具有的标准化、开放性、分布式等众多优点，结合闸站、泵站与各座闸站监控信息管理业务特点，建成先进、实用的移动监控系统。系统逻辑结构如图3所示。

从系统开发和构建的逻辑结构上看，移动监控系统自底向上可分为：基础设施层、数据存储层、应用服务层、信息表示层。

基础设施层是支撑平台运行的基础，主要包括：互联网、水利政务专网、内部网络、卫星定位导航系统、移动通讯网络、数据存储设备和计算机服务器及监控移动设备等。

数据存储层是平台服务的核心，由数据采集系统、基础地理数据库、闸站空间信息与属性信息数据库、闸站实时监控信息数据库、移动监控服务数据库构成移动监控系统的综合数据库，为系统提供数据资源。对应的数据主要包括：基础地理空间数据、高分遥感数据、闸站、泵站及其闸站基本信息数据、闸站、泵站及其闸站空间分布数据、各座闸站实时监控数据、移动监控数据等，以及地观测遥感影像，水利设施数据，巡查路线数据等。

应用服务层基于SOA 框架建设，主要包括两个方面的功能：一是管理功能，如：用户注册管理、单点登录与权限认证、数据汇总集成与更新维护；二是应用功能，如数据管理、查询浏览、空间服务、以及移动监控业务应用模块等。

信息表示层是在应用服务层的支持下，根据闸站移动监控管理的业务需求，建立的面向业务管理及面向决策支持的信息服务。

上述各应用层均在系统建设标准体系及安全防护体系支持下进行。

4 移动监控系统功能设计

江苏省灌溉总渠管理处水利工程移动监控系统分为Web管理子系统和移动终端系统两个部分。功能结构如图4。

4.1 Web 管理平台

Web 管理子系统负责移动终端的用户分配，轨迹实时跟踪与移动监控、查询、分析与报警业务的监控。主要包括用户管理 、Web GIS 地图管理、设备管理、移动用户作业数据管理、数据与日志管理、统计报表等功能。

Web 管理平台采用B/S 架构，前端页面采用响应式设计框架，主要通过HTML5+CSS3+BootStrap 来实现，后端服务采用Spring MVC 架构，保证系统良好的耦合性和一定弹性，数据库SQL Server；采用Spring Security 控制整个平台的权限。

4.1.1 WebGIS 功能

该模块主要分为地图应用、地图与闸/泵站基本信息结合、地图与移动巡检人员跟踪数据结合、地图与监控设备数据、地图与移动监控记录结合、地图与报警信息结合六个部分。上述功能模块能够实时在地图上进行闸/泵站基本信息（坐标、位置、机组台数、装机容量等）的展示；实时查询巡检人员的跟踪情况（行进路线、距离等）；在地图上提供监控设备的数据信息（机组运行数据、水位、流量等工情水情信息）；实时在地图上查询某站/设备的巡检图片及记录数据；在地图上提示现场系统或设备报警并推送报警类别。

此功能是Web 管理平台的核心功能，通过使用地理信息服务平台地图，结合实际业务数据，将有效信息通过一张电子地图全部展示出来，动态直观。

图4 功能结构图

4.1.2 设备管理功能

该模块主要分为设备查询、设备添加、设备地理信息管理、设备运行数据监控、设备巡检数据管理五部分。该模块能够在平台上对所辖设备进行统计、查询、添加等，同时结合GIS 系统对设备的运行数据及巡检情况提供查询功能。具体实现方法如下：管理员在系统中添加设备，系统自动给每个设备生成唯一一个二维码，此二维码关联设备的基本信息（如品牌、用途等）、运转信息（当前运行状态以及运转参数）、地理位置信息（设备的经纬度坐标）、巡检记录信息。

4.1.3 移动用户作业数据管理

该模块主要分为移动用户轨迹管理、移动用户作业数据管理两部分。管理员在后台可以查询所有用户信息，同时可以查看每个移动用户上传的现场信息，包括照片、视频、地理位置信息、作业对象、作业内容等，可以导出成报表文件。同时对移动用户的轨迹信息进行统计分析。

4.1.4 统计报表功能

该模块主要实现各类报表信息的统计与展示，如：机组运行报表、站点水情报表、人员巡查统计报表及各种数据曲线、柱状图等。报表是记录交付各项工作过程和结果、承载各项运行管理数据，以及向单位相关部门传递业务数据和业务动态的重要载体。报表中的内容和数据是交付部门各项工作的体现，也可为单位提供用于决策的数据支持和内容依据。

4.2 手机移动APP 客户端

移动客户端则向Web 管理子系统发送实时位置，提交移动实时监控、查询、分析、报警等记录和请求地图与数据服务。

移动APP 客户端基于Android 和IOS 操作平台，移动巡查端则向Web 管理子系统发送实时位置，提交移动实时监控、查询、分析、报警等记录和请求地图与数据服务。主要包括APP 用户登录、实时位置报送、设备巡检、手机端地图管理、移动用户作业数据管理等功能。

4.2.1 用户登录

APP 用户的账户，是管理平台的管理人员分配用户名和密码，登录之后，客户端将登录账户提交至服务器端，进行安全验证，验证通过后，服务器端返回登录成功并将安全Token 返回给APP，后面APP 每次业务数据提交需要业务数据的同时也需要提交Token，服务器端程序将验证数据的来源是否正确。

4.2.2 设备管理(闸站、泵站与闸站基本信息查询)

在手机端，通过引用地理信息服务平台地图Android SDK 开发包，用户基于手机地理信息服务平台地图，加载闸站、泵站及其闸站空间分布图层，通过选择某个闸站、泵站或闸站，可快速显示相应闸站的基本信息，包括影像与视屏信息，实现图形与属性的一体化查询。

4.2.3 定位跟踪及工程外部巡查

用户登录后，客户端通过安卓service 程序，通过心跳机制，间隔5s 将GPS 定位信息上报到服务器，移动用户可实时查看自己当前在地图上的位置和移动路线，管理员用户可查看当前正在进行移动监控人员及其移动轨迹，并且能够实现历史记录的轨迹重现。

该模块为手持移动客户端提供监控过程中的表单记录，移动监控用户通过填写监控表单并上传。服务端用户可实时查看移动监控人员上报的问题和报警信息。

同时在工程巡查结束后生成相应的数据及分析报表供管理人员查询。

4.2.4 移动监控与分析

移动监控用户通过点击移动设备上的移动监控模块，选择需要实时监控的目标水闸、泵站，则可显示目标泵站、闸站的实时运行数据。其中泵站的实时运行数据包括：上下游水位、泵站流量、开机台数、开机状态、功率因素、有效功率、无功功率、叶片角度等；闸站运行数据包括：上下游水位、闸流量、开启孔数、闸门开高、升降状态等。如果选择某个监控时间段，则可从中心数据库中调用该时间段的有关监控数据，以时间过程曲线的形式展示序列监控信息，从而分析泵站与闸站的运行状态。

5 数据库总体设计

江苏省灌溉总渠管理处移动监控系统数据库的管理对象主要分为基础地理信息、闸站与泵站空间信息、用户信息、监控对象基本信息、实时监控信息、移动监控采集信息等。其中基础地理信息、闸站与泵站空间信息为短时频繁请求数据，监控对象基本信息与实时监控信息为长时间请求数据。因此，数据库设计中为保证短时请求的及时响应和长时请求的稳定性，需采取松散耦合方式，基本不采取外键链接，尽可能地使用分布式存取技术。

移动监控系统在使用过程中，为多用户并发使用，且数据读写频繁。因此，对数据库服务器性能要求较高，综合考虑服务性能及稳定性和可扩充性，采用SQL Server 数据库进行持久化保存。

移动监控终端的缓存数据库则使用轻便、体积较小、易于扩展的SQLite 数据库。

6 结语

水利工程自动化监控系统最大的特点应为实用，本文针对原有集控平台给出了升级开发的解决方案，也将是提高管理处水利信息资源共享和智慧管理水平的又一次探索与实践■