辽宁省小型水库安全度汛信息管理系统研究与实现

李 禄 ，李忱庚

（1.辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110003；2.辽宁省河库管理服务中心（辽宁省水文局），辽宁 沈阳 110003）

0 引言

截至 2020 年 12 月，辽宁省小型水库有 667 座，大部分建于 1958—1976 年，受当时经济条件、技术水平和管理体制等方面限制，大部分水库属于“三边工程”，长期以来工程管理粗放，老化失修，存在不同程度的安全隐患。辽宁省小型水库的自身安全已成为防洪抗旱工程体系中的薄弱环节，也是全省实现安全度汛的关键所在，小型水库报汛是全省防汛工作的重中之重。目前，辽宁省小型水库度汛管理工作主要依托 2013 年完成的辽宁省小型水库报汛系统（以下简称报汛系统）实现信息报送，基于短信报汛模式，运行效果良好，在实际防汛工作中发挥了重要作用[1]。短信报汛的流程是水库管理员按照指定的手机短信报汛规则，对水库水位进行手机短信编码，发送短信到中国移动专用号码，中国移动将该专用号码接受的数据存入服务器，再用软件自动读取中国移动服务器上的数据到报汛服务器[2]。但目前，短信慢慢淡出公众视野，这种模式的弊端也慢慢显现。由于采用短信报汛方式始终要通过第三方运营商中转短信信息，难免出现转发不及时和漏报现象。为进一步提高报汛系统运行效率及稳定性，2019 年对报汛系统进行升级改造，采用最新云 MAS（移动代理服务器）技术实现短信收发[3]。

随着信息技术的快速发展，智能手机已经普及，使用手机 App 作为报汛手段也成为一种必然趋势，成为建设和完善智慧水利的重要部分。智能手机报汛具有操作简单、人为误差少、兼容性好、运行费低、故障率低、信息量更加丰富、便于扩展和进行考勤等一系列优势。智能手机报汛的流程是水库管理员通过手机 App 界面，编制水位报讯信息，利用 Wi-Fi 或者移动通信网发送到报汛服务器[4]。同时，小型水库除了有日常报汛需求外，还有防洪预警、巡查监管、维修养护等需求，需要围绕小型水库防汛工作业务，基于智能手机 App 研发，增加预警预测、巡查监管及日常办公等功能模块，满足小型水库安全度汛管理需求[5-6]。为保证辽宁省小型水库报汛工作能够做到“有主、有备、有应急”，实现对全省小型水库的巡查监管，及时发现并解决问题，强化对全省小型水库的监管力度，进一步强化小型水库度汛管理工作，提高小型水库报汛水平，完善防汛体系建设，研发辽宁省小型水库安全度汛信息管理系统（以下简称安全度汛信息管理系统），包括度汛信息管理系统与智能手机报汛巡检 App，以满足各级水库管理单位对全省小型水库的监管需求[7-8]。

2 总体设计

2.1 总体架构

安全度汛信息管理系统由 4 个层级和 2 个体系构成，总体架构图如图1 所示。

图1 总体架构图

4 个层级分析如下：

1）硬件支撑层。硬件支撑层是整个安全度汛信息管理系统运行的基石，由短信接收器、App报汛、数据库等服务器，以及网络通信、安全设备构成。

2）数据库层。数据库严格按照国家相关标准设计，雨水情数据库表按照 SL 323—2011《实时雨水情数据库表结构与标识符》标准执行，数据库层由报汛、多媒体 2 个数据库组成。

3）应用中间层。应用中间层是承接用户与数据库联系的中间环节，是保证数据一致性的重要环节，由数据存取、分发及短信平台（消息推送）等服务组成。

4）用户交互层。用户交互层是各级防汛部门使用智能手机小型水库报汛平台的工具集合，由数据接收与处理、GIS、短信、预警等模块构成，形成统一平台的安全度汛信息管理系统，满足应用需求。

2.2 关键技术

本研究综合运用云计算、大数据、移动互联网等技术，进一步提高全省小型水库报汛的时效性与可靠性，强化对小型水库的监管力度，补齐全省小型水库报汛短板。

1）基于云 MAS 短信报汛技术，建立全省小型水库短信报汛平台，实现汛情信息的准确快速获取，为各级防汛指挥决策提供依据，强化对小型水库的监管，改变水库粗放管理模式，实现集群化管理。

2）基于 Android 和 iOS 2 种手机 App 开发框架，研发智能手机小型水库报汛平台，实现全省小型水库的智能手机报汛模式。可实现注册用户与水库管理员信息的自动匹配，上报水情信息的自动校核，以及水情信息的图表交互查询。

3）采用 PC，App 和微信端 3 种形式，研发水库巡检及问题处置系统。给人员值守、巡检及问题处置提供支撑，设定一人一账户，对水库管理员的巡检记录进行自动跟踪，支持对各类问题的上报、受理、处置、反馈、结案，以及全过程的跟踪和督办。

4）采用“一级部署、三级应用”的建设原则，开发面向省、市、县各级工作及管理用户的统一框架的小型水库防洪预警及监管平台，对水库基础信息、采集信息、分析结果进行直观展示和统计，实现小型水库的智慧化管理，便于对全省小型水库的监管考核。

5）按照 SL 502—2010《水文测站代码编制导则》要求，对全省小型水库的水文测站编码进行统一编制，制定标准 8 位水文编码；开发水情数据共享平台，按照 SL 323—2011《雨水情数据库表结构及标识符》要求，实现全省大、中、小型水库水情数据的共享。

2.3 性能设计

主要进行以下 4 个方面的设计：

1）数据显示设计。采用优化内存缓存、分页存取数据、数据库索引，以及严谨高效的数据库事务处理等策略，提高安全度汛信息管理系统的相应速度，使系统支持不少于 1 000 个使用用户连接，200 个用户并发访问普通页面响应时间不大于 3 s。

2）安全度汛信息管理系统可靠性设计。系统提供 7 × 24 h 的连续运行，保障平均年故障时间小于24 h，平均故障修复时间小于 30 min，系统重建时间不多于 4 h。非人为因素下，本系统宕机等故障率小于等于 2 次/a。

3）开放性标准设计。支持不同主流开发平台的设计编码规范，有良好的可移植性及对不同浏览器兼容性的支持能力，支持与现有业务系统的数据交换和共享适配接口标准。

4）安全性设计。安全度汛信息管理系统支持用户认证、授权和访问安全控制，支持数据库数据存储、交换与共享访问、传输通道的加密，发生安全事件时，系统内事件通知机制能以事件触发的方式及时通知系统，将错误信息主动推送到平台内。

2.4 界面设计

系统界面友好美观，采用智能的模糊查找减轻用户的记忆负担，方便用户操作，易学习，易操作，功能名称定义明确无歧义，业务流程符合用户实际工作需求；系统具有良好的简体中文操作界面及详细的帮助信息，参数的维护与管理通过操作界面完成，提示和帮助信息准确及时，避免用户误操作带来的损失；系统采用菜单、下拉菜单、工具条、功能按钮、复选框等 Windows 提供的控件，且控件组织保持与业务划分和操作过程一致。系统主页面设计如图2 所示。

图2 中左侧为度汛信息管理系统，包括水库报汛和报汛数据处理 2 个子系统，满足接收全省报汛数据和信息查询需求；右侧为智能手机报汛 App 的主要界面，满足水库管理员进行报汛及水库管理单位进行未报汛监管需求。

图2 界面图

3 主要研究内容

3.1 度汛信息管理系统开发

开发的度汛信息管理系统涵盖以下 5 类功能：

1）综合查询。可实现以下信息的查询和展示：a.地理信息查询。完成地理信息一张图的制作与发布，涵盖各类水利要素和图源，可进行多项地图空间操作。b.一张图查询。在一张图的基础上，实现各类信息的综合展示与交互查询，可制作生成多种水量专题图。c.大数据展示。在一个界面上综合展示小型水库报汛各类信息，满足防汛宏观决策的需要。d.水情信息查询。采用图表等多种形式，实现水情信息的查询。e.工情信息查询。对水库的基础信息进行查询与维护。f.特征信息查询。对水库的各类特征值及曲线进行查询与维护，同时可进行各类特征曲线的计算。

2）动态报汛。可实现以下功能：a.建立短信提醒和接收保障机制。针对未报汛水库采用短信提醒方式提醒水库管理员进行报汛；针对漏报、误报、延迟报及报汛成功水库，设置短信提醒功能，保证短信发送的可靠性，有效解决短信弊端；采用自动推送和主动抓取 2 种技术，解决短信未接收问题，保障已报汛水库信息接收的可靠性。b.研发短信群发平台。针对重要通知公告及特殊天气预报信息的推送，研发短信群发平台，保障全省小型水库管理员第一时间收到上级部门发布的信息，同时接收来自全省小型水库接收状况及存在问题情况的反馈，并对发送及反馈情况按条件进行过滤和统计。c.进行报汛情况统计。采用图表等多种展现形式，对全省小型水库报汛情况进行自动统计，并可自动整编输出。

3）预警预测。可实现以下预警预测：a.超汛限预警。对超汛限水位的水库进行动态预警。b.抗雨能力预测。根据辽宁省小型水库抗雨能力计算公式，直接或人工导入前期影响雨量、各地预报降雨量，结合安全度汛信息管理系统中水库现时水位、校核洪水位、集水面积等工程情况，计算分析全省或重点地区小型水库抗雨能力，对低于预报降雨量的水库及时提出预警。c.水库泄洪预报。根据水库现时水位、集水面积、泄流曲线等，结合气象部门预报降雨量，计算水库预计到达水位、泄洪的洪峰流量，为水库下游地区及时开展抢险、避险工作提出指导性建议。

4）巡查监管。水库管理员可通过 App 上报水库图片及视频，管理平台负责接收和查看。同时，通过管理平台可实时了解水库管理员当前位置，便于对水库管理员报汛情况的核对，以及对水库管理员的考核。具体功能包括：a.巡查记录查询。对水库巡查记录进行查询与管理。b.问题记录查询。对水库问题处置过程进行跟踪与查询。 c.考核评估。根据制定的考核方案，对各水库进行打分，主要包括方案管理、自动打分、结果展示等功能。d.统计分析。采用多种图表样式，对水库巡查、问题处置情况，以及考核评估结果进行统计分析。

5）日常办公。为各级水库管理单位及人员的日常办公提供支撑，可实现通知公告、新闻动态的发布，以及文件接收与发送。具体功能包括：a.通知公告发布。可发布和接收通知公告及新闻动态。b.文件收发。实现邮件的单发与群发。c.工作上报。满足下级向上级报送各类文件的需要。d.防汛值班。满足各级防汛部门防汛值班的需要。e.组织保障。对 3 个责任人、卫星电话、防汛物资、抢险队伍、防洪预案、规章制度等内容进行查询与维护。

3.2 智能手机报汛巡检 App 开发

开发智能手机报汛 App，为全省水库管理员及各级水库管理单位提供水库报汛、查询统计、巡查管理、问题处置和日常办公的技术手段，主要功能如下：

1）水库报汛。可完成以下工作：a.用户验证。实现水库管理员身份验证，报汛 App 会根据水库管理员信息自动匹配所在地区及所负责水库，未通过验证的用户无法使用软件。b.水库报汛。水库管理员可通过水库报汛界面，将时间、水位、天气、位置、照片等信息上报到辽宁省水库中心。c.上报查询。水库管理员可以查询自己所负责的水库在任意历史时间段的报汛数据，也便于进行水库水位数据的对比。d.气象信息查询。可查询气象部门发布的云图和雷达信息。e.消息通知。在消息界面，用户可以读取上级部门下达的通知及消息，并接收未报汛提醒信息。f.个人中心修改。可进行个人资料和服务器设置的修改。本项内容是智能手机报汛 App 的核心，可为其他类似地区水库报汛工作提供参考。

2）综合查询统计。可综合查询统计以下内容：a.实时汛情。实现对当前全省小型水库水情信息的统计，主要对小型水库的水情信息进行查询显示，自动统计超汛限水库数量，第一时间为用户提供告警信息。b.水情信息。采用地理信息、数据表、过程线等多种形式对全省小型水库水情信息进行交互查询。在查询界面，水库管理员可以查询自己所负责的水库在任意历史时间段的报汛数据，通过查询界面，用户可以查看自己报汛的记录，便于进行水库水位数据的对比。c.未报汛统计。采用柱状图、数据表等多种形式，对全省小型水库中未报汛水库进行统计，同时可对未报汛水库发布提醒信息。d.工情信息。实现对全省小型水库工情信息的交互查询，可以以列表形式进行展示，按政区、流域对查询结果进行过滤，可查看详细信息。e.特征信息。实现对所管辖范围内的水库特征值、特征曲线的查询与维护，可对各类特征曲线进行相关计算。

3）巡查管理。可实现以下巡查管理：a.水库巡查。为水库管理员的水库巡查提供支撑，可实时记录巡查轨迹、里程、时间，以及图片和视频等信息。b.巡查记录。可查看巡查记录详情，包括巡河基础信息、巡查采集内容，以及巡河轨迹信息，便于对水库管理员进行管理。c.考勤管理。采用 GIS定位的方式，对水库管理员每天的上报工作进行管理，保证数据及时有效的上报。

4）问题处置及统计。可实现以下处置：a.问题上报。水库管理员选择问题类型，上报问题的位置、图片、视频和描述等内容，可同步上报到上级主管部门和省水利厅。b.问题处置。对发现的问题进行立案、交办、处置、结案，以及全过程的跟踪与督办，实现对具体问题的整个闭环处置。c.综合统计。采用多种图表展现形式对水库巡查、问题处置等情况按照时间和区域等条件进行筛选。

5）日常办公。可实现以下办公内容：a.群发信息。可向管辖范围内的所有用户发布信息。b.通知公告。可接收上级部门发布的通知公告及新闻动态。c.通信管理。各级用户可查看本级及下级的通信信息。d.规章制度。对各类规章制度进行查询与管理。e.指令下达。支持上级给下级下达的指令，督促相关事宜办理。f.意见建议。支持下级给上级提出意见建议。

4 结语

辽宁省小型水库安全度汛信息管理系统的实现，对北方地区小型水库报汛手段落后问题提出了有效的解决方案，为全省小型水库的报汛及巡查监管工作提供了全面的技术支撑，具有明显的实用和社会价值。通过多个汛期的实际检验，安全度汛信息管理系统运行稳定，在实际防汛工作中发挥了重要作用，已经成为各级防汛部门不可替代的报汛手段。本研究内容可为其他类似地区水库报汛工作提供参考，具有一定的借鉴意义。但也存在一定的局限性，由于小型水库大多位于偏远地区，信号覆盖较弱，部分水库在报汛过程中存在无法报汛问题。另外，针对极端恶劣天气，无法开展报汛工作，缺乏应急报汛手段。下一步将以国家开展的“小型水库雨水情监测与工程安全监测系统”项目建设为契机，进一步开展小型水库自动化监测相关技术的研究与实现，构建满足水库应用的智慧水库管家平台。