水利工程標準化運行管理平臺的設計與實現(xiàn)

沈文忠，張澤鋒，呂 斌

（杭州定川信息技術有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

信息化建設是水利工程標準化管理的重要組成部分，是標準能否真正落地的關鍵所在。作為水利工程管理單位從事水利工程日常運行管理的平臺，將水利工程管理手冊中的管理事項搬到平臺上，實現(xiàn)管理工作任務化、管理事項流程化、流程處置閉環(huán)化和管理記錄電子化的“四化”要求，精細化和標準化管理水平，保障水利工程安全、規(guī)范、專業(yè)運行，為水利工程管理者提供全方位的支撐，確保水利工程安全運行，并有效提高管理效率[1]。

水利工程標準化運行管理平臺主要包括綜合地圖、監(jiān)測監(jiān)控、工程檢查、維修養(yǎng)護、應急管理、運行管理、臺賬管理等主要功能模塊，平臺同時配套手機端軟件進行巡查養(yǎng)護等操作。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 系統(tǒng)建設目標

水利工程管理安全化是目的，標準化是途徑，信息化是手段，水利工程的標準化管理需要信息化落地。本平臺依托信息化技術，轉(zhuǎn)變水利工程日常管理模式，做到視頻可控、巡查留痕、工程上圖、數(shù)據(jù)入庫，實現(xiàn)水利工程運行全過程管理，提升水利工程專業(yè)化、精細化和標準化管理水平，保障水利工程安全、規(guī)范、專業(yè)運行。將標準固化為程序，讓管理人員被動去習慣標準，從而“讓標準成為習慣”變?yōu)榭尚小?/p>

2.2 系統(tǒng)總體架構

本系統(tǒng)包括5個主要層次，自上而下依次為：應用層，即系統(tǒng)具體的功能應用；應用支撐層，即應用層的支撐功能；數(shù)據(jù)層，即數(shù)據(jù)資源等內(nèi)容；硬件網(wǎng)絡層，即系統(tǒng)運行的配套硬件和網(wǎng)絡環(huán)境；采集層，即水雨情、水質(zhì)等各類數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)。

（1）應用層：系統(tǒng)為水利工程管理單位的管理人員提供了Web端的水利工程標準化運行管理平臺和移動端的巡查管護平臺。

（2）應用支撐層：通過統(tǒng)一的總線服務實現(xiàn)包括用戶認證、消息服務、流程引擎等應用組件進行有效的整合和管理，對下匯集數(shù)據(jù)資源，對上支撐應用服務。

（3）數(shù)據(jù)層：負責對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、存儲、維護等。主要包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文件系統(tǒng)以及各種應用數(shù)據(jù)庫。

（4）硬件網(wǎng)絡層：提供平臺運行的相關硬件網(wǎng)絡設施。

（5）采集層：包括工情、水雨情、安全監(jiān)測、流量、水質(zhì)、視頻和移動巡查等各類數(shù)據(jù)。

另外還需要數(shù)據(jù)安全：包括基于MD5的數(shù)字簽名認證、驗證碼和防火墻等和標準體系：包括水利工程標準化相關管理規(guī)程、技術要求[2]等。

2.3 系統(tǒng)功能設計

本平臺主要包括綜合地圖、監(jiān)測監(jiān)控、工程檢查、維修養(yǎng)護、調(diào)度運行、應急管理、臺賬管理等功能模塊，基本涵蓋水利工程管理的各個方面。

（1）綜合地圖：在地圖上疊加各類工程以及工程相關監(jiān)控監(jiān)測設施的分布，提供詳細信息的查詢展示；實現(xiàn)工程巡查軌跡的在線回放。

（2）監(jiān)測監(jiān)控：實現(xiàn)對各類工程的工情、視頻、水雨情、安全監(jiān)測、消毒過濾反沖（農(nóng)村供水工程特有的）等信息的實時數(shù)據(jù)接入和查詢統(tǒng)計分析?？梢愿鶕?jù)用戶管理的工程類型配置具體的監(jiān)測內(nèi)容，比如潮位僅涉及海塘工程，過濾和消毒僅涉及農(nóng)村供水工程。

（3）工程檢查：實現(xiàn)對各類工程日常巡查、汛前檢查、年度檢查、特別檢查、臨時檢查等各類安全檢查[3-5]進行管理，對周期性的檢查工作系統(tǒng)設置自動提醒功能，同時提供對巡查檢查工作的任務下達功能。各工程的各類巡查檢查工作在移動巡查管護端（Android）進行巡查記錄上報，當存在隱患時，系統(tǒng)會根據(jù)設置好的隱患處理流程自動逐級上報處理。平臺上能夠?qū)z查記錄進行分類統(tǒng)計，同時提供巡查的軌跡在線查看功能。

（4）維修養(yǎng)護：實現(xiàn)對各類工程的日常維修養(yǎng)護、年度維修養(yǎng)護、維修養(yǎng)護計劃、維修養(yǎng)護資金（資金籌措、資金落實）的管理[6-8]。維修養(yǎng)護工作的具體落實在移動巡查管護端進行維養(yǎng)記錄的上報。維修養(yǎng)護計劃的審批和維修養(yǎng)護資金的籌措落實情況均能在系統(tǒng)上實現(xiàn)管理。

（5）調(diào)度運行：實現(xiàn)對各類工程的調(diào)度運行的管理。因各類工程的調(diào)度運行事項和處理流程存在差異，系統(tǒng)采用工程類型綁定調(diào)度運行事項的方式進行靈活配置。如大中型水庫的調(diào)度運行包括調(diào)度令下達、操作票下達及執(zhí)行反饋等流程，操作票執(zhí)行包括首次預警、開閘前檢查、下游預警反饋、高配電操作、再次預警、開閘后檢查等步驟。各類工程的調(diào)度運行均配合移動端進行操作[9-10]。

（6）應急管理：實現(xiàn)各類工程應急預案、歷史險情處置情況查詢，對防汛物資進行出入庫的在線管理[11-12]。

（7）臺賬管理：實現(xiàn)對各類工程紙質(zhì)檔案借閱、記錄等的管理；提供各類工程的工程檢查、維修養(yǎng)護和調(diào)度運行等各個事項的電子臺賬統(tǒng)計功能。

2.4 系統(tǒng)工作流程

平臺主要包括工程檢查、維修養(yǎng)護和調(diào)度運行3大業(yè)務流程。在日常運行管理過程匯總發(fā)現(xiàn)問題上報后，進入待辦事項（問題處理）；工程檢查和調(diào)度運行產(chǎn)生的問題通過手機端APP采集信息提交到平臺，平臺根據(jù)流程自動生成待辦事項（其中APP數(shù)據(jù)采集根據(jù)不同工程類型有所區(qū)分，對于大中型工程管理單位管理人員素質(zhì)較高的實際，要求也適當提高，如閘泵巡查與操作中實現(xiàn)操作員與觀察員的步步確認，要求記錄、輸入更多的運行參數(shù)；而在小型工程中，盡量減化巡查員、維養(yǎng)人員的操作，僅以軌跡、照片和語音實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集），流程自動流轉(zhuǎn)到下一環(huán)節(jié)進行處理，處理方式包括持續(xù)觀察（持續(xù)跟蹤）、立即修理、專項維修、建議年度維修（年度計劃）和隱患上報（請求上級協(xié)助）等。維修養(yǎng)護處理方式主要包括加強檢查、責令整改和問題上報等方式。

系統(tǒng)主要業(yè)務流程：

（1）調(diào)度運行處理流程見圖1。

圖1 調(diào)度運行流程圖

（2）工程檢查問題處理流程見圖2。

圖2 工程檢查問題處理流程圖

（3）維修養(yǎng)護專項處理流程見圖3。

圖3 維修養(yǎng)護流程圖

3 關鍵技術研究

3.1 事項流程流轉(zhuǎn)與控制的實現(xiàn)

平臺實現(xiàn)事項操作流程化的關鍵是讓每個管理事項的操作流程在平臺中體現(xiàn)，按手冊的流程進行流轉(zhuǎn)，也就是通過計算機軟件實現(xiàn)流程的流轉(zhuǎn)與控制，將原先手冊傳遞信息變成在網(wǎng)絡中傳輸信息流。通過流程控制，可以規(guī)范整個事項處理流程，并記錄整個流轉(zhuǎn)過程，實現(xiàn)臺賬的自動生成，讓整個過程在平臺上留下痕跡，讓管理者從繁瑣的臺賬記錄和整理中解放出來。

流程流轉(zhuǎn)與控制的要素有：

（1）流程路徑。流轉(zhuǎn)路徑可以根據(jù)實際管理手冊中規(guī)定的需求自行設定，每一個路徑只能包括一個開始節(jié)點和結束節(jié)點，但可以定義多個處理節(jié)點。設置好流轉(zhuǎn)路徑后就等同于設定事項的處理流程，用戶只能按流轉(zhuǎn)路徑在處理流程中執(zhí)行各個環(huán)節(jié)的操作。

（2）用戶角色。用戶是使用流程的主體，每個流程節(jié)點對應一個或多個用戶角色，每個用戶都處在特定流程的特定節(jié)點中，用戶登錄界面后，系統(tǒng)會自動顯示所處的流程和環(huán)節(jié)。

（3）權限。每個用戶都有特定的權限，在流程的每個環(huán)節(jié)中只能做特定的工作。如有的用戶可以錄入資料，有的用戶只能進行審批操作，有的用戶則可以推動流程執(zhí)行下一環(huán)節(jié)。流程中已經(jīng)完成的環(huán)節(jié)將被控制為只讀，否則流程控制將失去意義。

（4）信息流。用戶輸入的信息在整個流程中不斷向后流轉(zhuǎn)，之前輸入的信息對后續(xù)的環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響，后續(xù)環(huán)節(jié)中很多信息是根據(jù)之前環(huán)節(jié)輸入的信息產(chǎn)生的。

本平臺通過以下方法實現(xiàn)事項流程的流轉(zhuǎn)與控制。

（1）對路徑的工作流模式進行流轉(zhuǎn)與控制。流程設計器為每個節(jié)點路徑提供串行、分支/合并2種基本模式，通過設置Gateway節(jié)點屬性實現(xiàn)。通過節(jié)點的工作流模式保證流程按規(guī)定的流程方向流轉(zhuǎn)。其中串行模式控制事項任務是依照次序順序執(zhí)行，沒有分支選擇，循環(huán)等路由功能。而分支/合并模式是對工作流流程中的任務執(zhí)行條件進行限定，在執(zhí)行過程中，根據(jù)條件判斷執(zhí)行路徑。Gateway節(jié)點屬性類型包括：①并行分支：解析所有必需類型連線上的條件是否都滿足，如果滿足，則執(zhí)行并行分支節(jié)點的所有后續(xù)節(jié)點。②多選分支：解析滿足條件的分支連線，如果條件為真，則執(zhí)行這些連線上的后續(xù)節(jié)點。③互斥分支：根據(jù)優(yōu)先級，解析出第一個滿足條件的連線，然后執(zhí)行該連線的后續(xù)節(jié)點，其它分支上的節(jié)點不再執(zhí)行。④并行合并：當所有必需連線上的條件都滿足時候，才能執(zhí)行并行合并節(jié)點的后續(xù)節(jié)點。⑤選擇合并：根據(jù)連線上的條件定義，解析條件，如果滿足，則選擇合并節(jié)點之后的節(jié)點可以被執(zhí)行；此時，其它前驅(qū)分支節(jié)點可以繼續(xù)執(zhí)行，但不再實例化互斥合并節(jié)點。⑥互斥合并：根據(jù)優(yōu)先級解析第一個滿足條件的連線，如果有，互斥合并節(jié)點的后續(xù)節(jié)點可以被執(zhí)行，其它前驅(qū)分支節(jié)點不能再執(zhí)行。

（2）流程節(jié)點的用戶權限控制。每個節(jié)點在每個事項流程中的對應角色用戶都不相同，為讓流程流轉(zhuǎn)的時候能自動識別其下一環(huán)節(jié)的目標用戶或角色，流程設計組件為路徑中每一段線路（即節(jié)點與節(jié)點間的連線）提供了“接收者類型”屬性，和“條件表達式”的設置。如：可以控制當前節(jié)點的下一個節(jié)點的接收方是當前用戶的上司、同事、下屬或流程發(fā)起人?；蛘咄ㄟ^條件表達式控制當前流程事項中問題等級達到何種級別才流轉(zhuǎn)給指定的用戶。

3.2 事項流程可配置化實現(xiàn)

由于水利工程管理的復雜性和差異性，很難形成固定的、通用性的事項處理流程，不同水利工程管理單位的機構設置不同，導致在事項處理流程中各個工作流程是不同的，所以在系統(tǒng)設計時將流程設計為可配置的。用戶可以根據(jù)實際需要配置每個事項處理的流程，需要幾個環(huán)節(jié)，以及每個環(huán)節(jié)需要哪個用戶處理。

為了達到事項流程的高度可配置的目的，平臺引用SlickFlow流程引擎，提供基于HTML5技術，純Javascript /JsPlumb 腳本實現(xiàn)SVG的B/S架構的設計器，圖形元素參考BPMN定義，采用XML存儲流程定義，這種存儲格式更加適合用戶和商務人員理解業(yè)務過程定義。流程定義文件默認采用數(shù)據(jù)庫存儲方式存儲，同時可以通過導出功能將流程定義描述進行XML、PNG格式的導出，提高流程的復用性。

用戶通過流程設計器創(chuàng)建流程時，自動為流程創(chuàng)建一個流程編碼，作為流程的唯一標識，同時包括流程的名稱、描述、版本標識、使用狀態(tài)等附加屬性，其中版本標識用于標識該流程目前的版本號，有了版本標識將允許同一個流程不同版本同時存在，很好地解決不同流程版本管理的問題。流程設計過程中提供了開始、結束、任務、決策、會簽、子流程等可視化控件，方便用戶拖拉圖標完成節(jié)點配置。每個任務代表一個節(jié)點，每個節(jié)點中可以通過綁定該管理單位下所有的角色或用戶完成與用戶權限信息的關聯(lián)，當流程驅(qū)動到該環(huán)節(jié)時，將自動篩選擁有該事項處理權限的用戶，并推送一條待辦信息給處理用戶。用戶通過待辦事項完成審批，系統(tǒng)就將審批流程轉(zhuǎn)到下一級審批環(huán)節(jié)。

同時系統(tǒng)記錄了整個審批處理的流轉(zhuǎn)過程，當流程結束時，流程將事項處理結果推送給流程發(fā)起人，發(fā)起人可查看所有節(jié)點的審批意見。這樣就讓每件事項的處置流程形成閉環(huán)，讓事情得到切實解決，從而形成流程處置的閉環(huán)化。

3.3 業(yè)務與流程交互實現(xiàn)

流程在流轉(zhuǎn)中很多時候需要調(diào)用外部事件來滿足某些業(yè)務需求，通過提供Actions節(jié)點實現(xiàn)事件接口關聯(lián)。流程組件中每個節(jié)點均可以綁定外部事件，包括開始和結束節(jié)點。

例如在隱患處理過程中，若將隱患的處理方式定為日常維修，在流程處理過程中可以下達隱患處理的日常維修任務。在隱患處理過程中和任務下達實質(zhì)上是2個獨立的事項，沒有非常緊密的關系，只是部分信息的傳遞，但是通過業(yè)務和流程的交互可以簡化操作。隱患處理流程結束后，可以在維修養(yǎng)護任務模塊中繼續(xù)對日常維修任務進行管理。

4 平臺的初步實現(xiàn)

本平臺選擇Windows 7操作系統(tǒng)支持下的Microsoft Visual Studio C#.NET 2012和SQL Server 2010數(shù)據(jù)庫進行軟件代碼編寫。目前已經(jīng)完成系統(tǒng)設計的各項功能。

（1）流程定制：事項流程處理的第一步是為各個崗位事項處理定制流程規(guī)則，用戶可以通過流程設計器提供的節(jié)點組件，自行定義流程的流轉(zhuǎn)節(jié)點，包括節(jié)點的接收對象以及串行、分支、合并、條件、子流程、循環(huán)、會簽和加簽等流程模式規(guī)則。

（2）事項流程辦理：當流程流轉(zhuǎn)到具體節(jié)點時，將自動發(fā)送一個待辦事項消息給指定用戶，并將流程活動狀態(tài)移動到當前節(jié)點實例，用戶通過該頁面完成流程事項的處理。

（3）事項流程查看：用戶通過工作模塊，查看包括當前需要待辦流程信息和發(fā)起的流程信息，每個流程實例可以通過流程信息功能，查看當前流程的整個流轉(zhuǎn)情況，包括各環(huán)節(jié)的處理意見，當前活動節(jié)點等信息。

（4）巡查監(jiān)控：用戶通過巡查監(jiān)控功能，實時查看工程巡查中的實時狀態(tài)，包括每個部位檢查的結果，檢查時間、異常情況等都能同步顯示。真正實現(xiàn)了App與平臺的互聯(lián)互通。

5 結 語

浙江省水利工程標準化運行管理平臺以實現(xiàn)“四化”為設計開發(fā)主旨思想，實現(xiàn)臺賬信息和實時信息的全面管理，為水利工程的正常運行和水管單位的日常管理提供服務。平臺成功應用于22個水行政主管部門和水利工程管理單位，并根據(jù)產(chǎn)品的應用效果在2016年申請了“水利工程標準化運行管理平臺軟件”的著作權，是產(chǎn)品應用價值的體現(xiàn)，并且能促進產(chǎn)品的進一步推廣應用。本平臺的部署應用，推動水利工程運行管理標準的落地，確保水利工程的安全、提高水利工程管理的效率、最大化發(fā)揮水利工程效益。