朱向遠(yuǎn)

（江蘇省灌溉總渠管理處 淮安 223200）

1 管理處水利信息資源整合現(xiàn)狀

2015年，江蘇省灌溉總渠管理處利用省級水利工程維修養(yǎng)護(hù)資金建設(shè)了集中控制中心，將管理處各下屬管理所的閘、站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)畫面（每座工程點(diǎn)4 路畫面）接入管理處調(diào)度中心并進(jìn)行綜合運(yùn)算和發(fā)布。目前16 座閘、站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)已采集接入處集控中心，20 座閘、站工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)畫面已采集接入處集控中心。管理處集控中心主要包括歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信與應(yīng)用服務(wù)器、視頻管理平臺、視頻工作站、視頻監(jiān)視電視墻、水情工作站以及防火墻、單向隔離裝置等主要設(shè)備，可以采集監(jiān)控到與現(xiàn)地閘、站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)里一樣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 管理處新的需求

集控中心主要實(shí)現(xiàn)了工程現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)資源匯聚采集，但集控平臺功能相對簡單，沒有實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)移動(dòng)瀏覽與二次應(yīng)用。結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢和信息數(shù)據(jù)應(yīng)用、管理的需求，管理處需對原有集控系統(tǒng)平臺進(jìn)行升級開發(fā)，建設(shè)移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)平臺，增加實(shí)現(xiàn)了地圖服務(wù)、位置定位、空間數(shù)據(jù)采集、多媒體數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、預(yù)警分析與報(bào)警等系統(tǒng)功能。

3 移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

圖2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

江蘇省灌溉總渠管理處移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)采用面向服務(wù)架構(gòu)（SOA），將基礎(chǔ)地理信息服務(wù)，閘站、泵站各座閘站管理業(yè)務(wù)服務(wù)，用戶權(quán)限服務(wù)等通過簡單、精確的接口進(jìn)行通訊，通過松散耦合的方式進(jìn)行有機(jī)集成。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)采用B/S 多層架構(gòu)進(jìn)行組織，分為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層，應(yīng)用邏輯層和網(wǎng)絡(luò)支撐層，充分利用Internet 具有的標(biāo)準(zhǔn)化、開放性、分布式等眾多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合閘站、泵站與各座閘站監(jiān)控信息管理業(yè)務(wù)特點(diǎn)，建成先進(jìn)、實(shí)用的移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從系統(tǒng)開發(fā)和構(gòu)建的邏輯結(jié)構(gòu)上看，移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)自底向上可分為：基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)存儲層、應(yīng)用服務(wù)層、信息表示層。

基礎(chǔ)設(shè)施層是支撐平臺運(yùn)行的基礎(chǔ)，主要包括：互聯(lián)網(wǎng)、水利政務(wù)專網(wǎng)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)、移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和計(jì)算機(jī)服務(wù)器及監(jiān)控移動(dòng)設(shè)備等。

數(shù)據(jù)存儲層是平臺服務(wù)的核心，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、閘站空間信息與屬性信息數(shù)據(jù)庫、閘站實(shí)時(shí)監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫、移動(dòng)監(jiān)控服務(wù)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)庫，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)資源。對應(yīng)的數(shù)據(jù)主要包括：基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、高分遙感數(shù)據(jù)、閘站、泵站及其閘站基本信息數(shù)據(jù)、閘站、泵站及其閘站空間分布數(shù)據(jù)、各座閘站實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、移動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等，以及地觀測遙感影像，水利設(shè)施數(shù)據(jù)，巡查路線數(shù)據(jù)等。

應(yīng)用服務(wù)層基于SOA 框架建設(shè)，主要包括兩個(gè)方面的功能：一是管理功能，如：用戶注冊管理、單點(diǎn)登錄與權(quán)限認(rèn)證、數(shù)據(jù)匯總集成與更新維護(hù)；二是應(yīng)用功能，如數(shù)據(jù)管理、查詢?yōu)g覽、空間服務(wù)、以及移動(dòng)監(jiān)控業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊等。

信息表示層是在應(yīng)用服務(wù)層的支持下，根據(jù)閘站移動(dòng)監(jiān)控管理的業(yè)務(wù)需求，建立的面向業(yè)務(wù)管理及面向決策支持的信息服務(wù)。

上述各應(yīng)用層均在系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系及安全防護(hù)體系支持下進(jìn)行。

4 移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

江蘇省灌溉總渠管理處水利工程移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)分為Web管理子系統(tǒng)和移動(dòng)終端系統(tǒng)兩個(gè)部分。功能結(jié)構(gòu)如圖4。

4.1 Web 管理平臺

Web 管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)移動(dòng)終端的用戶分配，軌跡實(shí)時(shí)跟蹤與移動(dòng)監(jiān)控、查詢、分析與報(bào)警業(yè)務(wù)的監(jiān)控。主要包括用戶管理 、Web GIS 地圖管理、設(shè)備管理、移動(dòng)用戶作業(yè)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)與日志管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。

Web 管理平臺采用B/S 架構(gòu)，前端頁面采用響應(yīng)式設(shè)計(jì)框架，主要通過HTML5+CSS3+BootStrap 來實(shí)現(xiàn)，后端服務(wù)采用Spring MVC 架構(gòu)，保證系統(tǒng)良好的耦合性和一定彈性，數(shù)據(jù)庫SQL Server；采用Spring Security 控制整個(gè)平臺的權(quán)限。

4.1.1 WebGIS 功能

該模塊主要分為地圖應(yīng)用、地圖與閘/泵站基本信息結(jié)合、地圖與移動(dòng)巡檢人員跟蹤數(shù)據(jù)結(jié)合、地圖與監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)、地圖與移動(dòng)監(jiān)控記錄結(jié)合、地圖與報(bào)警信息結(jié)合六個(gè)部分。上述功能模塊能夠?qū)崟r(shí)在地圖上進(jìn)行閘/泵站基本信息（坐標(biāo)、位置、機(jī)組臺數(shù)、裝機(jī)容量等）的展示；實(shí)時(shí)查詢巡檢人員的跟蹤情況（行進(jìn)路線、距離等）；在地圖上提供監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)信息（機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)、水位、流量等工情水情信息）；實(shí)時(shí)在地圖上查詢某站/設(shè)備的巡檢圖片及記錄數(shù)據(jù)；在地圖上提示現(xiàn)場系統(tǒng)或設(shè)備報(bào)警并推送報(bào)警類別。

此功能是Web 管理平臺的核心功能，通過使用地理信息服務(wù)平臺地圖，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，將有效信息通過一張電子地圖全部展示出來，動(dòng)態(tài)直觀。

圖4 功能結(jié)構(gòu)圖

4.1.2 設(shè)備管理功能

該模塊主要分為設(shè)備查詢、設(shè)備添加、設(shè)備地理信息管理、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控、設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)管理五部分。該模塊能夠在平臺上對所轄設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢、添加等，同時(shí)結(jié)合GIS 系統(tǒng)對設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)及巡檢情況提供查詢功能。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：管理員在系統(tǒng)中添加設(shè)備，系統(tǒng)自動(dòng)給每個(gè)設(shè)備生成唯一一個(gè)二維碼，此二維碼關(guān)聯(lián)設(shè)備的基本信息（如品牌、用途等）、運(yùn)轉(zhuǎn)信息（當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)）、地理位置信息（設(shè)備的經(jīng)緯度坐標(biāo)）、巡檢記錄信息。

4.1.3 移動(dòng)用戶作業(yè)數(shù)據(jù)管理

該模塊主要分為移動(dòng)用戶軌跡管理、移動(dòng)用戶作業(yè)數(shù)據(jù)管理兩部分。管理員在后臺可以查詢所有用戶信息，同時(shí)可以查看每個(gè)移動(dòng)用戶上傳的現(xiàn)場信息，包括照片、視頻、地理位置信息、作業(yè)對象、作業(yè)內(nèi)容等，可以導(dǎo)出成報(bào)表文件。同時(shí)對移動(dòng)用戶的軌跡信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4.1.4 統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能

該模塊主要實(shí)現(xiàn)各類報(bào)表信息的統(tǒng)計(jì)與展示，如：機(jī)組運(yùn)行報(bào)表、站點(diǎn)水情報(bào)表、人員巡查統(tǒng)計(jì)報(bào)表及各種數(shù)據(jù)曲線、柱狀圖等。報(bào)表是記錄交付各項(xiàng)工作過程和結(jié)果、承載各項(xiàng)運(yùn)行管理數(shù)據(jù)，以及向單位相關(guān)部門傳遞業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)的重要載體。報(bào)表中的內(nèi)容和數(shù)據(jù)是交付部門各項(xiàng)工作的體現(xiàn)，也可為單位提供用于決策的數(shù)據(jù)支持和內(nèi)容依據(jù)。

4.2 手機(jī)移動(dòng)APP 客戶端

移動(dòng)客戶端則向Web 管理子系統(tǒng)發(fā)送實(shí)時(shí)位置，提交移動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、查詢、分析、報(bào)警等記錄和請求地圖與數(shù)據(jù)服務(wù)。

移動(dòng)APP 客戶端基于Android 和IOS 操作平臺，移動(dòng)巡查端則向Web 管理子系統(tǒng)發(fā)送實(shí)時(shí)位置，提交移動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、查詢、分析、報(bào)警等記錄和請求地圖與數(shù)據(jù)服務(wù)。主要包括APP 用戶登錄、實(shí)時(shí)位置報(bào)送、設(shè)備巡檢、手機(jī)端地圖管理、移動(dòng)用戶作業(yè)數(shù)據(jù)管理等功能。

4.2.1 用戶登錄

APP 用戶的賬戶，是管理平臺的管理人員分配用戶名和密碼，登錄之后，客戶端將登錄賬戶提交至服務(wù)器端，進(jìn)行安全驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后，服務(wù)器端返回登錄成功并將安全Token 返回給APP，后面APP 每次業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提交需要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的同時(shí)也需要提交Token，服務(wù)器端程序?qū)Ⅱ?yàn)證數(shù)據(jù)的來源是否正確。

4.2.2 設(shè)備管理(閘站、泵站與閘站基本信息查詢)

在手機(jī)端，通過引用地理信息服務(wù)平臺地圖Android SDK 開發(fā)包，用戶基于手機(jī)地理信息服務(wù)平臺地圖，加載閘站、泵站及其閘站空間分布圖層，通過選擇某個(gè)閘站、泵站或閘站，可快速顯示相應(yīng)閘站的基本信息，包括影像與視屏信息，實(shí)現(xiàn)圖形與屬性的一體化查詢。

4.2.3 定位跟蹤及工程外部巡查

用戶登錄后，客戶端通過安卓service 程序，通過心跳機(jī)制，間隔5s 將GPS 定位信息上報(bào)到服務(wù)器，移動(dòng)用戶可實(shí)時(shí)查看自己當(dāng)前在地圖上的位置和移動(dòng)路線，管理員用戶可查看當(dāng)前正在進(jìn)行移動(dòng)監(jiān)控人員及其移動(dòng)軌跡，并且能夠?qū)崿F(xiàn)歷史記錄的軌跡重現(xiàn)。

該模塊為手持移動(dòng)客戶端提供監(jiān)控過程中的表單記錄，移動(dòng)監(jiān)控用戶通過填寫監(jiān)控表單并上傳。服務(wù)端用戶可實(shí)時(shí)查看移動(dòng)監(jiān)控人員上報(bào)的問題和報(bào)警信息。

同時(shí)在工程巡查結(jié)束后生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)及分析報(bào)表供管理人員查詢。

4.2.4 移動(dòng)監(jiān)控與分析

移動(dòng)監(jiān)控用戶通過點(diǎn)擊移動(dòng)設(shè)備上的移動(dòng)監(jiān)控模塊，選擇需要實(shí)時(shí)監(jiān)控的目標(biāo)水閘、泵站，則可顯示目標(biāo)泵站、閘站的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。其中泵站的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括：上下游水位、泵站流量、開機(jī)臺數(shù)、開機(jī)狀態(tài)、功率因素、有效功率、無功功率、葉片角度等；閘站運(yùn)行數(shù)據(jù)包括：上下游水位、閘流量、開啟孔數(shù)、閘門開高、升降狀態(tài)等。如果選擇某個(gè)監(jiān)控時(shí)間段，則可從中心數(shù)據(jù)庫中調(diào)用該時(shí)間段的有關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，以時(shí)間過程曲線的形式展示序列監(jiān)控信息，從而分析泵站與閘站的運(yùn)行狀態(tài)。

5 數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計(jì)

江蘇省灌溉總渠管理處移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的管理對象主要分為基礎(chǔ)地理信息、閘站與泵站空間信息、用戶信息、監(jiān)控對象基本信息、實(shí)時(shí)監(jiān)控信息、移動(dòng)監(jiān)控采集信息等。其中基礎(chǔ)地理信息、閘站與泵站空間信息為短時(shí)頻繁請求數(shù)據(jù)，監(jiān)控對象基本信息與實(shí)時(shí)監(jiān)控信息為長時(shí)間請求數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中為保證短時(shí)請求的及時(shí)響應(yīng)和長時(shí)請求的穩(wěn)定性，需采取松散耦合方式，基本不采取外鍵鏈接，盡可能地使用分布式存取技術(shù)。

移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在使用過程中，為多用戶并發(fā)使用，且數(shù)據(jù)讀寫頻繁。因此，對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器性能要求較高，綜合考慮服務(wù)性能及穩(wěn)定性和可擴(kuò)充性，采用SQL Server 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行持久化保存。

移動(dòng)監(jiān)控終端的緩存數(shù)據(jù)庫則使用輕便、體積較小、易于擴(kuò)展的SQLite 數(shù)據(jù)庫。

6 結(jié)語

水利工程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)最大的特點(diǎn)應(yīng)為實(shí)用，本文針對原有集控平臺給出了升級開發(fā)的解決方案，也將是提高管理處水利信息資源共享和智慧管理水平的又一次探索與實(shí)踐■