城市防洪信息化系统的设计与应用

2020-06-04殷奇红

陕西水利 2020年4期

王强，殷奇红，许瑛

（1.常州市城市防洪工程管理处,江苏常州 213100；2.常州市城市防洪工程管理处,江苏常州 213100；3.常州市武进区中西医结合医院,江苏常州 213101）

0 前言

常州市地处长江之南，太湖北岸，京杭大运河穿城而过，属于太湖流域，境内水网密布，纵横交错，低洼圩区众多，一旦遭遇暴雨，极易形成洪涝灾害，城市的防洪形势及其严峻，治水任务任重而道远。

2012年5月8日，《江苏水利现代化规划》（2010-2020）获国家水利部和江苏省人民政府联合批复，这为常州水利现代化建设提供了有力的科学依据和支撑。2018年常州市城市防洪工程管理处决定建设城市防洪信息化系统，以便推进城市防洪工作的高效有序开展。综合应用新一代信息技术与传统水利相结合，已成为城市防洪行业发展的必然选择。无论是从经济效益还是社会效益进行分析，城市防洪信息化系统的建设都将对常州市防洪事业的发展带来极大的提升作用。

1 城市防洪信息化的现状

随着计算机技术和通讯技术的快速发展，水利行业也开始逐步推广这些新技术。与水利信息化发展较快的城市相比，常州市城市防洪信息化系统的建设还存在着一些问题：业务平台分散；通讯网络不健全；工程电子资料不全；巡查管理手段落后；信息化基础设备老旧。

2018 年常州市城市防洪工程管理处所辖各型泵闸站已达51 座，随着站点数量的增多，管理处本已存在的人员紧缺问题日益严重，急需通过配备统一完善的信息化系统进行辅助管理，而原有的零散的业务平台尚未实现全面整合和集中，工作人员无法在统一的系统上实现对所有工程的调度管理和监控，无法满足城市防洪的管理工作要求，因此在2018 年底管理处决定对原有的业务平台进行统一的整合提升。

2 信息化系统的构成

常州市城市防洪信息化系统是通过计算机技术、通讯技术、传感器技术、自动监测及传输技术，建立起辖区内排涝泵站的自动监控系统。该信息化系统使用了Java开发技术，采用B/S架构和统一的通讯接口，运行在Tomcat服务器上，数据库系统为Oracle11g，将多种业务进行了高度集成。

从逻辑结构上来分，城市防洪信息化系统主要包括设备自动化监控平台、防洪业务管理平台、综合数据中心。

设备自动化监控平台：对泵闸站进行远程监控，完善设备的自动化控制能力、数据采集处理能力，以便实现管理处对泵闸站的统一调度和指挥。

防洪业务管理平台：通过防洪业务管理平台，管理处实现日常办公、工程运行管理、调度指挥等工作的统一管理。

综合数据中心：综合数据中心与实时监测系统、视频监控系统相连接，采集并汇聚前端站点雨量、水位、设备状态等信息，为城市防洪信息化系统提供数据支撑，并向市局一级平台上传相关数据。

3 信息化系统的设计与实现

为保证城市防洪信息自动化系统成功开发和应用，在系统开发中应遵循统一性、稳定性、实用性、扩展性、经济性的原则。此次项目在管理处实际需求基础上，构建了设备自动监控平台、防洪业务管理平台、综合数据中心，形成以城市防洪调度管理为核心业务的信息化系统。

3.1 网络架构的设计

该系统网络主要包括管理处调度层远程实时监控平台和51座枢纽工程（闸泵站）现地自动化控制系统，主要由管理处工控机和各枢纽工程（闸泵站）现地控制单元等设备组成，构成了一个完整的分布式、实时过程控制系统。

数据中心通过新建网络实现了与各泵站的网络互通，同时也将采集的信息通过水利专网上传给市局一级平台，实现了泵站管理信息的自动交换和共享，为信息畅通、指挥调度科学提供有效通信保证。根据市水利局统一规划，为了节约成本，同时达到最好的效果，各枢纽与数据中心之间用VPN的网络通信方式。

系统网络拓扑结构见图1。

图1 系统网络拓扑结构图

3.2 设备自动化监控平台的设计

自动化监控平台包括工情监控采集和视频监视两大部分。城市防洪信息化系统是一个与泵闸站业务有关的各种工程信息的数据集合，自动化监控平台是信息化系统的重要组成部分，主要包括以下功能：

（1）数据采集和处理

泵站配置现地监控单元、水位计、雨量计、闸位计等设备，采集和长期存储本地信息，并按水资源标准格式向中心站报送信息，并采集每台泵的工况状态。

（2）运行安全监视

在泵站均安装了摄像头，将重要工位和设备情况通过VPN公用网络实时传输到监控平台。

（3）泵组、闸门及单台设备的控制操作

设备自动化监控平台可以对泵组、闸门等设备远程启停，设备自动化监控平台网络结构见图2。

3.3 防洪业务管理平台的设计

系统采用统一的架构，统一用户管理，统一工作流模式，高效集成各种应用，统一管理并高度共享各种基础数据和地理信息。该平台各个子系统可以在一体化平台间实现快速切换，并高度的与市局一级平台各子系统对应衔接，有效的支持市局各软件系统的落地应用。

面向服务的共享与聚合技术是新一代的数据共享技术，该平台采用更全面的SOA架构[1]，它能将其他服务器发布的服务和本地数据聚合起来，并将聚合的结果发布，客户端服务的聚合则是将本地服务和其他的服务，与本地数据进行集成应用[2]。

根据管理处的实际业务需求，防洪业务管理平台主要包括如下业务子系统：综合监测子系统、调度运行子系统、工程管理子系统、巡查管理子系统、防洪物资管理子系统。

图2 设备自动化监控平台网络结构图

3.4 综合数据中心的设计

综合数据中心由数据采集、数据存储、数据服务三部分构成。其中数据采集模块主要对专题数据、多媒体数据、常州市空间地理数据进行采集；数据存储模块主要将采集到的数据存储在两个数据库中，一个主要用于存储实体环境以及设备状况数据，一个用于存储业务数据；数据服务模块可以针对采集到的数据信息进行统计分析，对于拥有权限的用户可以进行相关数据查询，此外，数据还可以通过水利专网被市局一级平台调用，真正实现互联互通。

在实际业务进行中，设备运行等过程存在大量数据，对城市防洪数据中心的数据进行分类，有利于数据的存储和利用。基础地形数据和GIS数据来源于常州市规划局的数据共享；监测数据主要包括泵闸运行数据，水雨情数据以及泵站流量数据等；多媒体数据包括涉及泵站概况的文本数据，设备运行状况现场视频数据等。

综合数据中心结构见图3。

图3 综合数据中心结构图

4 信息化系统的功能及应用

系统采用统一平台思路，实现各类业务的统一综合应用，针对不同权限用户的应用需求，实现数据采集、综合数据库和业务管理的整合提升，并提供统一的访问机制，实现不同权限用户的数据访问和业务应用，达到信息资源共享和业务高效协同的目标[3]。

4.1 自动化监控平台子系统

安装调试PLC、组态软件、通讯设备和监控设备，通过操作站及时了解现场运行情况、各种运行参数的当前值、是否有异常发生等。并设置报警系统，当站点发生监测数据异常或者通讯故障时，系统发出报警声，通知管理人员及时处理[4]。

4.2 综合监测子系统

系统基于GIS地图，提供对工程水情、雨情、工情（泵闸站）、视频、台风、气象等信息的一张图展示，实现工程情况的实时监视和历史数据查询等功能，根据获取的实时信息，做出防洪调度决策，利用调度令的流转，指导并管理所有工程的整体调度，主要包括天气预报、台风预报、水情查询、雨情查询、工情查询、视频查看、预警设置等功能。

4.3 调度运行子系统

常州市城市防洪工程管理处根据水雨情自动化设备实测数据反映的各个泵站的水位,参照常州市防汛指挥部的预警级别，根据上级领导指令启动泵站调度功能，调度运行主要包括公告栏、调度审批发布流程、调度信息查询、运行统计等功能。

4.4 工程管理子系统

通过建立工程安全运行管理指标，及时掌握工程的基础信息、实时巡查记录、工程安全状态等信息，为相关工程的安全运行、高效管理提供支撑。工程管理系统包括组织管理、工程信息、设备管理、水行政管理等功能模块。

4.5 巡查管理子系统

检查观测包括防洪工程的日常检查、定期检查、特别检查、河道的水政巡查以及工程隐患及异常情况等，需紧密结合维修养护、水政管理、物资管理以及移动应用系统功能。同时，基于检查观测结果建立考核管理，考核管理包括工程考核、日常考核、水政绿化考核、内部绩效考核和物业监督考核等。最终实现巡查—发现问题—解决问题—完成反馈的闭合管理。

4.6 防洪物资管理子系统

针对物资资源管理的特点和要求,系统将物资数据库与现代地理信息技术相结合,通过服务界面进行高效管理，包括地图显示、物资出入库以及物资盘点等功能，最后增加商品的库存，形成一套严格的管理控制体系，从而达到更加方便快捷有效的进行物资管理。

4.7 移动终端子系统

开发了Andriod版和ios版两套移动平台，以移动互联网技术为支持，利用GPS、GIS、智能手机等设备和技术，建立水利工程移动应用系统，提供水利工程移动巡查设备的接入和注册，为水利工程管理单位提供工程调度、实时监测信息（水情、雨情、工情、视频、台风、气象等信息）查询、现场巡查和排查手段，为工程日常巡查管理和应急处置提供服务。