疏勒河灌区信息化系统集成应用研究

惠 磊，张发荣

(甘肃省疏勒河流域水资源局，甘肃 玉门 735211)

1 概述

水资源短缺是制约我国灌区农业可持续发展的重要因素[1- 3]。随着工业信息化、自动化、智能化及互联网技术的发展，灌区信息化建设将是灌区水资源优化配置、水资源高效利用及生态环境保护的重要途径[4- 8]。近年来，国内灌区水利信息化发展较快[9-10]，但互联网技术、通讯技术更是飞速发展，导致部分水利管理单位及灌区建成的信息化系统无法赶上互联网技术、工业信息化和通讯技术的发展；很多水利管理单位都是陆续分阶段建成了一些水利信息化系统，但是新旧系统整合力度不够，重复建设严重，造成资金和资源浪费[11- 13]。疏勒河灌区信息化系统工程于2008年建成投入运行，该系统建成后，基本实现了灌区水情、工情等方面的信息采集、传输和处理功能。该项目的完成为实现灌区水资源优化配置、统一调度和高效管理提供了强有力的技术支撑和运行条件。近年来，随着互联网和软件技术的快速发展，疏勒河灌区原有信息化系统工程中软、硬件设备相对落后，大部分硬件设备已老化严重，部分软件系统运行条件与当前的信息化技术已不相适应，已无法满足当前水利信息化对灌区的发展要求[14- 15]。同时，近年来在疏勒河灌区又陆续建成了灌区斗口水量在线监测系统[16]、昌马南干渠全渠道控制系统、双塔水库信息化管理系统等信息化子系统，这些信息化子系统都亟待集成与整合，才能充分发挥好疏勒河灌区信息化系统工程的整体作用。因此，根据灌区信息化建设需求，开展疏勒河灌区信息化管理系统集成研究十分迫切，同时对疏勒河灌区灌溉水资源的优化配置和调度，推动灌区现代化建设及高效管理具有十分重要的意义。

2 灌区信息化系统集成原则与策略

2.1 原则

灌区信息化应用系统集成是整个应用系统的关键和基础，必须遵循以下原则：

(1)互联互通、资源共享。各应用子系统之间能够进行信息互通和共享是灌区信息化系统集成的首要原则，能满足本系统对共享信息实时、多样、可变的需求，建立各应用系统互联互通体系，实现相关信息在体系中按规则有序流动和交互交流。

(2)统筹规划，统一标准。坚持灌区信息化建设与疏勒河工程建设与管理工作互相促进，协调发展，符合疏勒河灌区整个工程的战略目标，也是灌区水资源高效管理的重要举措。应统一领导、组织、规划、实施、统一技术和标准。

(3)经济合理，注重实效。在信息化系统满足功能和要求的前提下，尽可能降低建设成本和运行成本，同时满足先进性、实用性、安全性、可靠性和可扩充性。

图1 数据汇集与交换示意图

(4)加强管理，保障安全。加强信息化建设管理对信息化系统的高效运行至关重要，同时也是保证信息化建设成败的关键所在。通过借鉴国外先进的系统管理办法，建立起科学的工程管理制度，确保信息化工程的建设质量和成效。按照新理念，采用新办法，依靠新手段，建立信息化管理的责任制，强化信息系统的运营管理和安全措施，确保信息化系统充分发挥作用。

(5)协同开发，分步推进。综合应用平台的建设和应用，涉及到多个单位和部门，多家开发单位必须确保各方紧密配合，协同开发。整个系统以支撑平台为基础，有计划、有步骤逐步开展其它相关专业系统和管理系统的建设工作，逐步建立和建水资源优化和调度数据库、模型库、知识库及相关的智能化辅助决策系统。

2.2 策略

(1)松耦合集成。松耦合程序结构具有易维护、易测试、易扩展、适应变化的需求等优点，是该系统集成所遵循的重要原则。

(2)阶段集成。由于项目建设要配合疏勒河供水工程建设分段实施，系统集成也需要具有分段进行的方案，从而保障最大限度地发挥工程作用。

(3)分层集成。表现层、业务层、数据层多层软件体系结构的采用，系统集成将从界面集成、业务集成、数据集成进行分层集成。

(4)技术导向集成思想。合适的系统架构和集成技术方案，将有效地提高系统性能，软件技术导向是整个系统集成实现有效协调的基础，系统各部分的集成将根据各自技术特点采用不同的集成技术方案。

(5)应用导向集成思想。该系统是一个综合应用平台系统，根据需要应确定合适的集成技术方案和系统业务导向。

3 灌区信息化应用系统集成建设任务

疏勒河灌区信息化应用系统集成建设任务主要是完成水信息综合管理、地表水水资源优化调度、地下水监测、泉水监测、植被监测、综合效益评价、网络视频监视、远程闸控、综合展示与信息服务、办公自动化、工程维护管理等应用的总集成任务，完成与已建的698处斗口水量监测系统、60孔南干渠全渠道控制系统、16个骨干渠系各分水口雷达监测断面系统、24套斗口测控一体化系统、水权交易系统、综合试验站、双塔水库信息化系统、已建成的95个网络视频监视终端、电站监控系统及其它需接入的系统的总集成任务。包括审核各应用系统方案，完成全部业务应用与支撑平台软件的集成；完成公共服务组件的开发与统一管理，各应用系统的整合和统一部署以及整个系统的实施管理等工作。

随着我国改革的进一步深化，航空设备在军用和民用领域的集成式开发、军民融合发展是必然的趋势。我国军用航空金属材料是航空设备的基础，可应用于民用航空、汽车等各个方面。由MIL-HDBK-5发展而来的美国MMPDS《金属材料性能研发和标准化》，是航空材料标准化领域的重大手册，其军民融合式的管理为我国航空材料标准的管理提供了新思路，即由军方联合装备设计制造商和材料供应商，依航空材料专业领域成立委员会，对该领域内因装备需求而研发的新材料及其标准进行联合管理推广，既做到对军用航空材料标准的切实管控，又促进了其民用发展。同时，该委员会也将促进优质民用材料标准的军民交流。[12]

4 信息化应用系统集成设计与应用

4.1 数据集成设计

数据集成数据获取集成和数据交换集成。数据获取主要包括从各监测站直接获取的实时数据、由人工录入的基础数据及空间数据等，同时对数据进行补全、勘正、入库、校核和查漏补缺；数据交换主要包括与其他相关业务部门的数据交换，主要采用基于数据库复制的数据同步和基于消息机制的数据推送。数据汇集与交换示意图如图1所示。

数据类型主要包括以下方面：

(1)实时雨水情数据：监测系统采集的水雨情数据需按照行业标准写入到实时雨水情数据库中，监测获得的信息通过数据传输信道传输到平台后，进入数据接收处理计算机，通过数据接收软件实时完成监测站水位数据的入库。其他相关已建水雨情测站数据由省级水文部门通过本项目新建专网实时向数据中心推送。

(2)供水工程基础数据：供水项目建设工程中所涉及的各类水利工程、取水口、排污口的基本信息表、工情数据表、工程安全情况等信息，在完成人工调查核实的基础上，通过相应软件进行处理，存入数据库，在项目运行维护期间按需进行动态修改和更新。

(3)实时流量、水质、取水量数据：由各监测站将采集获得的实时数据通过网络直接进入数据中心相应数据库。数据库库表结构设计与全省水资源管理平台相应数据库相兼容。

(4)闸门开度数据：对于本项目新建站，通过网络直接将采集数据存入数据中心相应数据库，对于需要接入的站点数据，经处理后按照统一的数据格式存入数据库中。

(5)视频监视信息数据：通过前端监视点设备，通过通讯网络，将所采集的图像信息传送到视频信息服务器。再通过相应软件处理后，存入数据库。

(6)工程巡查信息数据：由巡查人员依托移动巡查设备，根据工程实际情况和指挥部指令到达现场，通过拍照，获取现场直观数据，于第一时间通过3G网络上传至数据中心。

(8)空间数据：这方面主要包括基础地理要素(地名、交通、境界、居民地、地形地貌)及水利专题要素(河道、水闸、堤防、排灌站、水文站网、流量站、闸位站、水质监测站、视频监控站)，在系统功能开发完成直接部署于数据中心。

4.2 新旧系统集成与应用

综合应用平台的建设将对疏勒河所辖所有工程进行集中管控，疏勒河已建的相关业务系统按照业务功能分类将与本平台系统集成。被本综合应用平台功能涵盖的已建应用可以由本平台替代，系统集成的关键是综合平台替换与涵盖原有平台，完成对原有系统数据、数据来源的迁移，利用本综合应用系统的数据采集与交互平台及应用支撑平台提供的数据交换系统，可以实现与原有业务系统的数据交换。通过集成的门户平台，实现将原来的B/S结构应用包含于portlets中，同时将原来的C/S结构应用通过，表示逻辑和业务处理逻辑分离后封装到portlet中。新旧系统集成主要包括：

(1)斗口水量监测系统。疏勒河灌区已实现698处斗口水量信息的采集，本次集成将698套现地斗口水量监测设备的工作状态及水量信息等主要数据实时保存至数据库，能够实时显示在信息中心的水信息综合管理系统中，并为地表水资源优化调度系统提供基础数据。

(2)南干渠全渠道控制系统。南干渠现有60孔由澳大利亚潞碧垦公司安装的一体化板闸，并通过全渠道控制系统实现闸门的自动运行。该系统的前端硬件、通信线路、数据库和后台管理软件自成一体，且无法获取其数据库结构和软件代码，因此与信息中心无法实现界面级的集成嵌入。但该系统提供有中间数据库访问接口，通过该接口可以实现南干渠自动测控一体化闸门的实时状态等数据在应用系统中集成显示。

(3)骨干渠系各分水口雷达监测断面系统。疏勒河灌区已实现16个干渠断面的水位实时监测，本次集成将16套水位监测设备的工作状态及水量信息等主要数据实时保存至数据库，能够实时显示在信息中心的水信息综合管理系统中，并为地表水资源优化调度系统提供基础数据。

(4)斗口测控一体化系统。疏勒河灌区由国电南瑞集团建成24套测控一体化闸门，本次集成除将现在监测设备的工作状态及水量信息等主要数据实时保存至数据库，能够实时显示在信息中心的水信息综合管理系统中，同时也能远程闸门控制系统实现这24套闸门的远程控制。

(5)水权交易系统。水权交易系统主要是通过水权信息和交易信息的管理实现水权的实时在线交易。疏管局已经在局域网站开设了“水权交易系统”窗口，将高效集成嵌入中国水权交易所股份有限公司正在筹备的水权交易平台。

(6)综合试验站数据。该综合试验站已经记录形成了多年的大气和水文历史数据，本次集成将这些主要数据实时保存至数据库，能够实时显示在信息中心的水信息综合管理系统中，并为地表水资源优化调度系统、地下水监测系统提供基础数据。

(7)双塔水库信息化系统。本次集成将双塔水库信息化系统的闸门远程监控系统，出库流量及库水位监测、网络视频监视系统等建设内容通过系统预留接口集成接入疏管局信息中心综合管理平台，完成双塔水库信息系统与信息中心平台系统的完全整合。

(8)网络视频监视系统。本次集成将已建成的95个网络视频监视终端(分布于水库、各干渠主要分水口等处)接入信息中心网络视频监视系统，实现无缝结合。

(9)电站监控系统。满足信息中心能通过信息中心综合管理平台实现对现有局属电站的主要运行状态及参数进行掌握了解，出于数据安全性考虑，在现有电站信息化管理系统的基础上，针对各电站开发相应的数据访问接口，将电站着重研究水利信息化系统的升级改造和系统整合，为国内水利信息化系统升级改造探索经验和提供借鉴。的相关数据实时传输到信息中心，进行数据集成显示。

(10)其它需接入系统。信息系统集成需结合现有系统的实际情况，因地制宜，将分散的资源信息进行平台化整理，便于后期的运行管护。

5 结语

系统集成应用是疏勒河灌区信息化系统工程建设的主要技术环节，本文提出的灌区信息化系统集成应用技术，全面升级改造和整合了新、旧各时期建设的信息化系统，以此构建了涵盖疏勒河全灌区的统一信息系统管控平台。在系统集成应用的实践中，目前还存在旧系统由于数据结构等因素，以及不同系统服务商的技术壁垒等原因，造成部分旧系统数据利用率低等问题。但总体来看，疏勒河灌区信息化系统集成应用技术通过完善灌区水情、工情等方面的信息采集、传输和处理功能，为实现水资源优化配置、统一调度、统一管理提供了重要的信息手段和技术支撑，同时也为国内同类灌区信息化系统升级改造和系统集成提供借鉴。