疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)集成應(yīng)用研究

惠 磊，張發(fā)榮

(甘肅省疏勒河流域水資源局，甘肅 玉門 735211)

1 概述

水資源短缺是制約我國灌區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1- 3]。隨著工業(yè)信息化、自動化、智能化及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，灌區(qū)信息化建設(shè)將是灌區(qū)水資源優(yōu)化配置、水資源高效利用及生態(tài)環(huán)境保護的重要途徑[4- 8]。近年來，國內(nèi)灌區(qū)水利信息化發(fā)展較快[9-10]，但互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通訊技術(shù)更是飛速發(fā)展，導(dǎo)致部分水利管理單位及灌區(qū)建成的信息化系統(tǒng)無法趕上互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)信息化和通訊技術(shù)的發(fā)展；很多水利管理單位都是陸續(xù)分階段建成了一些水利信息化系統(tǒng)，但是新舊系統(tǒng)整合力度不夠，重復(fù)建設(shè)嚴重，造成資金和資源浪費[11- 13]。疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)工程于2008年建成投入運行，該系統(tǒng)建成后，基本實現(xiàn)了灌區(qū)水情、工情等方面的信息采集、傳輸和處理功能。該項目的完成為實現(xiàn)灌區(qū)水資源優(yōu)化配置、統(tǒng)一調(diào)度和高效管理提供了強有力的技術(shù)支撐和運行條件。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和軟件技術(shù)的快速發(fā)展，疏勒河灌區(qū)原有信息化系統(tǒng)工程中軟、硬件設(shè)備相對落后，大部分硬件設(shè)備已老化嚴重，部分軟件系統(tǒng)運行條件與當(dāng)前的信息化技術(shù)已不相適應(yīng)，已無法滿足當(dāng)前水利信息化對灌區(qū)的發(fā)展要求[14- 15]。同時，近年來在疏勒河灌區(qū)又陸續(xù)建成了灌區(qū)斗口水量在線監(jiān)測系統(tǒng)[16]、昌馬南干渠全渠道控制系統(tǒng)、雙塔水庫信息化管理系統(tǒng)等信息化子系統(tǒng)，這些信息化子系統(tǒng)都亟待集成與整合，才能充分發(fā)揮好疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)工程的整體作用。因此，根據(jù)灌區(qū)信息化建設(shè)需求，開展疏勒河灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)集成研究十分迫切，同時對疏勒河灌區(qū)灌溉水資源的優(yōu)化配置和調(diào)度，推動灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)及高效管理具有十分重要的意義。

2 灌區(qū)信息化系統(tǒng)集成原則與策略

2.1 原則

灌區(qū)信息化應(yīng)用系統(tǒng)集成是整個應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，必須遵循以下原則：

(1)互聯(lián)互通、資源共享。各應(yīng)用子系統(tǒng)之間能夠進行信息互通和共享是灌區(qū)信息化系統(tǒng)集成的首要原則，能滿足本系統(tǒng)對共享信息實時、多樣、可變的需求，建立各應(yīng)用系統(tǒng)互聯(lián)互通體系，實現(xiàn)相關(guān)信息在體系中按規(guī)則有序流動和交互交流。

(2)統(tǒng)籌規(guī)劃，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。堅持灌區(qū)信息化建設(shè)與疏勒河工程建設(shè)與管理工作互相促進，協(xié)調(diào)發(fā)展，符合疏勒河灌區(qū)整個工程的戰(zhàn)略目標(biāo)，也是灌區(qū)水資源高效管理的重要舉措。應(yīng)統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、組織、規(guī)劃、實施、統(tǒng)一技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。

(3)經(jīng)濟合理，注重實效。在信息化系統(tǒng)滿足功能和要求的前提下，盡可能降低建設(shè)成本和運行成本，同時滿足先進性、實用性、安全性、可靠性和可擴充性。

圖1 數(shù)據(jù)匯集與交換示意圖

(4)加強管理，保障安全。加強信息化建設(shè)管理對信息化系統(tǒng)的高效運行至關(guān)重要，同時也是保證信息化建設(shè)成敗的關(guān)鍵所在。通過借鑒國外先進的系統(tǒng)管理辦法，建立起科學(xué)的工程管理制度，確保信息化工程的建設(shè)質(zhì)量和成效。按照新理念，采用新辦法，依靠新手段，建立信息化管理的責(zé)任制，強化信息系統(tǒng)的運營管理和安全措施，確保信息化系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。

(5)協(xié)同開發(fā)，分步推進。綜合應(yīng)用平臺的建設(shè)和應(yīng)用，涉及到多個單位和部門，多家開發(fā)單位必須確保各方緊密配合，協(xié)同開發(fā)。整個系統(tǒng)以支撐平臺為基礎(chǔ)，有計劃、有步驟逐步開展其它相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的建設(shè)工作，逐步建立和建水資源優(yōu)化和調(diào)度數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫及相關(guān)的智能化輔助決策系統(tǒng)。

2.2 策略

(1)松耦合集成。松耦合程序結(jié)構(gòu)具有易維護、易測試、易擴展、適應(yīng)變化的需求等優(yōu)點，是該系統(tǒng)集成所遵循的重要原則。

(2)階段集成。由于項目建設(shè)要配合疏勒河供水工程建設(shè)分段實施，系統(tǒng)集成也需要具有分段進行的方案，從而保障最大限度地發(fā)揮工程作用。

(3)分層集成。表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層多層軟件體系結(jié)構(gòu)的采用，系統(tǒng)集成將從界面集成、業(yè)務(wù)集成、數(shù)據(jù)集成進行分層集成。

(4)技術(shù)導(dǎo)向集成思想。合適的系統(tǒng)架構(gòu)和集成技術(shù)方案，將有效地提高系統(tǒng)性能，軟件技術(shù)導(dǎo)向是整個系統(tǒng)集成實現(xiàn)有效協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)各部分的集成將根據(jù)各自技術(shù)特點采用不同的集成技術(shù)方案。

(5)應(yīng)用導(dǎo)向集成思想。該系統(tǒng)是一個綜合應(yīng)用平臺系統(tǒng)，根據(jù)需要應(yīng)確定合適的集成技術(shù)方案和系統(tǒng)業(yè)務(wù)導(dǎo)向。

3 灌區(qū)信息化應(yīng)用系統(tǒng)集成建設(shè)任務(wù)

疏勒河灌區(qū)信息化應(yīng)用系統(tǒng)集成建設(shè)任務(wù)主要是完成水信息綜合管理、地表水水資源優(yōu)化調(diào)度、地下水監(jiān)測、泉水監(jiān)測、植被監(jiān)測、綜合效益評價、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視、遠程閘控、綜合展示與信息服務(wù)、辦公自動化、工程維護管理等應(yīng)用的總集成任務(wù)，完成與已建的698處斗口水量監(jiān)測系統(tǒng)、60孔南干渠全渠道控制系統(tǒng)、16個骨干渠系各分水口雷達監(jiān)測斷面系統(tǒng)、24套斗口測控一體化系統(tǒng)、水權(quán)交易系統(tǒng)、綜合試驗站、雙塔水庫信息化系統(tǒng)、已建成的95個網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視終端、電站監(jiān)控系統(tǒng)及其它需接入的系統(tǒng)的總集成任務(wù)。包括審核各應(yīng)用系統(tǒng)方案，完成全部業(yè)務(wù)應(yīng)用與支撐平臺軟件的集成；完成公共服務(wù)組件的開發(fā)與統(tǒng)一管理，各應(yīng)用系統(tǒng)的整合和統(tǒng)一部署以及整個系統(tǒng)的實施管理等工作。

隨著我國改革的進一步深化，航空設(shè)備在軍用和民用領(lǐng)域的集成式開發(fā)、軍民融合發(fā)展是必然的趨勢。我國軍用航空金屬材料是航空設(shè)備的基礎(chǔ)，可應(yīng)用于民用航空、汽車等各個方面。由MIL-HDBK-5發(fā)展而來的美國MMPDS《金屬材料性能研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化》，是航空材料標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域的重大手冊，其軍民融合式的管理為我國航空材料標(biāo)準(zhǔn)的管理提供了新思路，即由軍方聯(lián)合裝備設(shè)計制造商和材料供應(yīng)商，依航空材料專業(yè)領(lǐng)域成立委員會，對該領(lǐng)域內(nèi)因裝備需求而研發(fā)的新材料及其標(biāo)準(zhǔn)進行聯(lián)合管理推廣，既做到對軍用航空材料標(biāo)準(zhǔn)的切實管控，又促進了其民用發(fā)展。同時，該委員會也將促進優(yōu)質(zhì)民用材料標(biāo)準(zhǔn)的軍民交流。[12]

4 信息化應(yīng)用系統(tǒng)集成設(shè)計與應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)集成設(shè)計

數(shù)據(jù)集成數(shù)據(jù)獲取集成和數(shù)據(jù)交換集成。數(shù)據(jù)獲取主要包括從各監(jiān)測站直接獲取的實時數(shù)據(jù)、由人工錄入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)等，同時對數(shù)據(jù)進行補全、勘正、入庫、校核和查漏補缺；數(shù)據(jù)交換主要包括與其他相關(guān)業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)交換，主要采用基于數(shù)據(jù)庫復(fù)制的數(shù)據(jù)同步和基于消息機制的數(shù)據(jù)推送。數(shù)據(jù)匯集與交換示意圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)類型主要包括以下方面：

(1)實時雨水情數(shù)據(jù)：監(jiān)測系統(tǒng)采集的水雨情數(shù)據(jù)需按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)寫入到實時雨水情數(shù)據(jù)庫中，監(jiān)測獲得的信息通過數(shù)據(jù)傳輸信道傳輸?shù)狡脚_后，進入數(shù)據(jù)接收處理計算機，通過數(shù)據(jù)接收軟件實時完成監(jiān)測站水位數(shù)據(jù)的入庫。其他相關(guān)已建水雨情測站數(shù)據(jù)由省級水文部門通過本項目新建專網(wǎng)實時向數(shù)據(jù)中心推送。

(2)供水工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：供水項目建設(shè)工程中所涉及的各類水利工程、取水口、排污口的基本信息表、工情數(shù)據(jù)表、工程安全情況等信息，在完成人工調(diào)查核實的基礎(chǔ)上，通過相應(yīng)軟件進行處理，存入數(shù)據(jù)庫，在項目運行維護期間按需進行動態(tài)修改和更新。

(3)實時流量、水質(zhì)、取水量數(shù)據(jù)：由各監(jiān)測站將采集獲得的實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)直接進入數(shù)據(jù)中心相應(yīng)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計與全省水資源管理平臺相應(yīng)數(shù)據(jù)庫相兼容。

(4)閘門開度數(shù)據(jù)：對于本項目新建站，通過網(wǎng)絡(luò)直接將采集數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)中心相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，對于需要接入的站點數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式存入數(shù)據(jù)庫中。

(5)視頻監(jiān)視信息數(shù)據(jù)：通過前端監(jiān)視點設(shè)備，通過通訊網(wǎng)絡(luò)，將所采集的圖像信息傳送到視頻信息服務(wù)器。再通過相應(yīng)軟件處理后，存入數(shù)據(jù)庫。

(6)工程巡查信息數(shù)據(jù)：由巡查人員依托移動巡查設(shè)備，根據(jù)工程實際情況和指揮部指令到達現(xiàn)場，通過拍照，獲取現(xiàn)場直觀數(shù)據(jù)，于第一時間通過3G網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)中心。

(8)空間數(shù)據(jù)：這方面主要包括基礎(chǔ)地理要素(地名、交通、境界、居民地、地形地貌)及水利專題要素(河道、水閘、堤防、排灌站、水文站網(wǎng)、流量站、閘位站、水質(zhì)監(jiān)測站、視頻監(jiān)控站)，在系統(tǒng)功能開發(fā)完成直接部署于數(shù)據(jù)中心。

4.2 新舊系統(tǒng)集成與應(yīng)用

綜合應(yīng)用平臺的建設(shè)將對疏勒河所轄所有工程進行集中管控，疏勒河已建的相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)按照業(yè)務(wù)功能分類將與本平臺系統(tǒng)集成。被本綜合應(yīng)用平臺功能涵蓋的已建應(yīng)用可以由本平臺替代，系統(tǒng)集成的關(guān)鍵是綜合平臺替換與涵蓋原有平臺，完成對原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)來源的遷移，利用本綜合應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與交互平臺及應(yīng)用支撐平臺提供的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，可以實現(xiàn)與原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。通過集成的門戶平臺，實現(xiàn)將原來的B/S結(jié)構(gòu)應(yīng)用包含于portlets中，同時將原來的C/S結(jié)構(gòu)應(yīng)用通過，表示邏輯和業(yè)務(wù)處理邏輯分離后封裝到portlet中。新舊系統(tǒng)集成主要包括：

(1)斗口水量監(jiān)測系統(tǒng)。疏勒河灌區(qū)已實現(xiàn)698處斗口水量信息的采集，本次集成將698套現(xiàn)地斗口水量監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)及水量信息等主要數(shù)據(jù)實時保存至數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崟r顯示在信息中心的水信息綜合管理系統(tǒng)中，并為地表水資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)南干渠全渠道控制系統(tǒng)。南干渠現(xiàn)有60孔由澳大利亞潞碧墾公司安裝的一體化板閘，并通過全渠道控制系統(tǒng)實現(xiàn)閘門的自動運行。該系統(tǒng)的前端硬件、通信線路、數(shù)據(jù)庫和后臺管理軟件自成一體，且無法獲取其數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和軟件代碼，因此與信息中心無法實現(xiàn)界面級的集成嵌入。但該系統(tǒng)提供有中間數(shù)據(jù)庫訪問接口，通過該接口可以實現(xiàn)南干渠自動測控一體化閘門的實時狀態(tài)等數(shù)據(jù)在應(yīng)用系統(tǒng)中集成顯示。

(3)骨干渠系各分水口雷達監(jiān)測斷面系統(tǒng)。疏勒河灌區(qū)已實現(xiàn)16個干渠斷面的水位實時監(jiān)測，本次集成將16套水位監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)及水量信息等主要數(shù)據(jù)實時保存至數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崟r顯示在信息中心的水信息綜合管理系統(tǒng)中，并為地表水資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(4)斗口測控一體化系統(tǒng)。疏勒河灌區(qū)由國電南瑞集團建成24套測控一體化閘門，本次集成除將現(xiàn)在監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)及水量信息等主要數(shù)據(jù)實時保存至數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崟r顯示在信息中心的水信息綜合管理系統(tǒng)中，同時也能遠程閘門控制系統(tǒng)實現(xiàn)這24套閘門的遠程控制。

(5)水權(quán)交易系統(tǒng)。水權(quán)交易系統(tǒng)主要是通過水權(quán)信息和交易信息的管理實現(xiàn)水權(quán)的實時在線交易。疏管局已經(jīng)在局域網(wǎng)站開設(shè)了“水權(quán)交易系統(tǒng)”窗口，將高效集成嵌入中國水權(quán)交易所股份有限公司正在籌備的水權(quán)交易平臺。

(6)綜合試驗站數(shù)據(jù)。該綜合試驗站已經(jīng)記錄形成了多年的大氣和水文歷史數(shù)據(jù)，本次集成將這些主要數(shù)據(jù)實時保存至數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崟r顯示在信息中心的水信息綜合管理系統(tǒng)中，并為地表水資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)、地下水監(jiān)測系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(7)雙塔水庫信息化系統(tǒng)。本次集成將雙塔水庫信息化系統(tǒng)的閘門遠程監(jiān)控系統(tǒng)，出庫流量及庫水位監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)等建設(shè)內(nèi)容通過系統(tǒng)預(yù)留接口集成接入疏管局信息中心綜合管理平臺，完成雙塔水庫信息系統(tǒng)與信息中心平臺系統(tǒng)的完全整合。

(8)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)。本次集成將已建成的95個網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視終端(分布于水庫、各干渠主要分水口等處)接入信息中心網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)無縫結(jié)合。

(9)電站監(jiān)控系統(tǒng)。滿足信息中心能通過信息中心綜合管理平臺實現(xiàn)對現(xiàn)有局屬電站的主要運行狀態(tài)及參數(shù)進行掌握了解，出于數(shù)據(jù)安全性考慮，在現(xiàn)有電站信息化管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對各電站開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問接口，將電站著重研究水利信息化系統(tǒng)的升級改造和系統(tǒng)整合，為國內(nèi)水利信息化系統(tǒng)升級改造探索經(jīng)驗和提供借鑒。的相關(guān)數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)叫畔⒅行?，進行數(shù)據(jù)集成顯示。

(10)其它需接入系統(tǒng)。信息系統(tǒng)集成需結(jié)合現(xiàn)有系統(tǒng)的實際情況，因地制宜，將分散的資源信息進行平臺化整理，便于后期的運行管護。

5 結(jié)語

系統(tǒng)集成應(yīng)用是疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)工程建設(shè)的主要技術(shù)環(huán)節(jié)，本文提出的灌區(qū)信息化系統(tǒng)集成應(yīng)用技術(shù)，全面升級改造和整合了新、舊各時期建設(shè)的信息化系統(tǒng)，以此構(gòu)建了涵蓋疏勒河全灌區(qū)的統(tǒng)一信息系統(tǒng)管控平臺。在系統(tǒng)集成應(yīng)用的實踐中，目前還存在舊系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等因素，以及不同系統(tǒng)服務(wù)商的技術(shù)壁壘等原因，造成部分舊系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用率低等問題。但總體來看，疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)集成應(yīng)用技術(shù)通過完善灌區(qū)水情、工情等方面的信息采集、傳輸和處理功能，為實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理提供了重要的信息手段和技術(shù)支撐，同時也為國內(nèi)同類灌區(qū)信息化系統(tǒng)升級改造和系統(tǒng)集成提供借鑒。