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南水北調(diào)東線一期工程江蘇段數(shù)據(jù)中臺的設(shè)計研究

2023-12-25 03:25傅漢霖陸克一游旭晨吳志峰楊釩
電腦知識與技術(shù) 2023年31期
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)共享

傅漢霖 陸克一 游旭晨 吳志峰 楊釩

摘要:南水北調(diào)工程是緩解我國北方水資源嚴重短缺局面的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施,但隨著相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用,產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)資源,如何整合并利用這些數(shù)據(jù)并為工程運行服務(wù),是智慧水利中的熱點問題?;跂|線一期工程江蘇段的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)特點,開展數(shù)據(jù)資源梳理,形成了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準體系,構(gòu)建數(shù)據(jù)管理體系;建設(shè)貼源庫、標準庫、主題庫,推動各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一聚合;搭建數(shù)據(jù)資源管理系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,形成數(shù)據(jù)可持續(xù)使用的機制。通過構(gòu)建數(shù)據(jù)中臺,將在工程管理、調(diào)度運行等南水北調(diào)工程運行業(yè)務(wù)中發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。

關(guān)鍵詞:南水北調(diào)工程;智慧水利;數(shù)據(jù)管理體系;數(shù)據(jù)共享;數(shù)據(jù)中臺

中圖分類號:TP391? ? ? 文獻標識碼:A

文章編號:1009-3044(2023)31-0085-03

開放科學(xué)(資源服務(wù))標識碼(OSID)

0 引言

南水北調(diào)工程是緩解我國北方水資源嚴重短缺局面的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施,事關(guān)戰(zhàn)略全局、事關(guān)長遠發(fā)展、事關(guān)人民福祉,其中南水北調(diào)江蘇境內(nèi)輸水干線404公里,共設(shè)9個梯級,14座大型泵站,匯聚了亞洲乃至世界大型泵站數(shù)量最集中的現(xiàn)代化泵站群[1]。

南水北調(diào)東線一期工程江蘇段調(diào)度運行管理系統(tǒng)主要包括信息采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、工程監(jiān)控與視頻監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用系統(tǒng)、實體運行環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)信息安全8個部分建設(shè)[2]。2022年3月,調(diào)度運行管理系統(tǒng)順利通過項目完工驗收,實現(xiàn)江蘇段工程全線智能調(diào)度管理。

近年,隨著調(diào)度運行管理系統(tǒng)的建成,共新增了14個業(yè)務(wù)系統(tǒng),但也帶來了兩個問題:一方面由于不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)和維護相對獨立,煙囪式業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)無法聯(lián)通,形成了“數(shù)據(jù)孤島”[3]。另一方面,各業(yè)務(wù)系統(tǒng)獨立存放自身業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)不集中,無法利用和挖掘業(yè)務(wù)系統(tǒng)中沉積的數(shù)據(jù)價值。

結(jié)合以上問題,通過數(shù)據(jù)治理來解決南水北調(diào)東線工程中的數(shù)據(jù)孤島是非常緊要的。通過參考水務(wù)企業(yè)[4-5],建立整體規(guī)劃和數(shù)據(jù)標準體系[6],建設(shè)數(shù)據(jù)中臺體系,打通調(diào)度運行管理系統(tǒng)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù),實現(xiàn)南水北調(diào)工程的智慧化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 南水北調(diào)東線一期工程江蘇段數(shù)據(jù)中臺建設(shè)思路

1.1 總體目標

從整體視角打造南水北調(diào)東線工程江蘇段數(shù)據(jù)中臺整體數(shù)據(jù)運營能力,改變目前數(shù)據(jù)自治的建設(shè)模式,構(gòu)建安全可靠的數(shù)據(jù)管理機制,對南水北調(diào)東線第一期工程江蘇段的預(yù)測預(yù)報、調(diào)度運行、工程管理、統(tǒng)一運維、內(nèi)部管控等提供決策支撐,為水利部“數(shù)字孿生南水北調(diào)”建設(shè)提供數(shù)據(jù)底板,實現(xiàn)統(tǒng)一、融合、驅(qū)動三大目標。

1) 統(tǒng)一:改變目前數(shù)據(jù)自治的建設(shè)模式,打造統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準體系,構(gòu)建自頂向下的數(shù)據(jù)管理服務(wù)體系,達成對各系統(tǒng)間公用數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)價值數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一、集中管理的目的,加強數(shù)據(jù)庫完整性、一致性、安全性保障,為后續(xù)開展規(guī)范化的數(shù)據(jù)服務(wù)、標準化的應(yīng)用研發(fā)打下堅實的基礎(chǔ)。

2) 融合:已建的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)未進行統(tǒng)一的聚合管理,系統(tǒng)間各自互相對接獲取數(shù)據(jù),無法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一更新與維護,導(dǎo)致不同系統(tǒng)同一數(shù)據(jù)更新狀態(tài)、數(shù)據(jù)標識等不統(tǒng)一。因此,需要推進多專業(yè)、跨系統(tǒng)的資源整合,增強協(xié)調(diào)聯(lián)動、數(shù)據(jù)共享。

3) 驅(qū)動:形成數(shù)據(jù)可持續(xù)使用的機制,建立信息化建設(shè)的戰(zhàn)略選擇和組織形式,利用數(shù)字化技術(shù)手段把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)生產(chǎn)力,同時數(shù)據(jù)生產(chǎn)力產(chǎn)生的數(shù)據(jù)反哺業(yè)務(wù),形成迭代循環(huán)的數(shù)據(jù)決策、調(diào)度運行的閉環(huán)過程,驅(qū)動業(yè)務(wù)的優(yōu)化開拓和服務(wù)創(chuàng)新。

1.2 南水北調(diào)東線工程江蘇段數(shù)據(jù)源

南水北調(diào)東線工程江蘇段數(shù)據(jù)來源主要分兩大類,內(nèi)部數(shù)據(jù)及外部數(shù)據(jù)。其中內(nèi)部數(shù)據(jù)主要來源于業(yè)務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)庫,包括物聯(lián)網(wǎng)平臺、水文水質(zhì)系統(tǒng)、調(diào)度運行管理應(yīng)用軟件系統(tǒng)、OA辦公系統(tǒng)、工程管理系統(tǒng)等,外部數(shù)據(jù)包括外部采購數(shù)據(jù)與外部共享數(shù)據(jù),如雨情數(shù)據(jù)、臺風數(shù)據(jù)以及水情數(shù)據(jù)。

1.3 總體框架

南水北調(diào)東線工程江蘇段數(shù)據(jù)中臺遵循核心分層框架,總體框架如圖1所示。貼源庫、標準庫、主題庫三個存儲區(qū)域的數(shù)據(jù)都可以形成數(shù)據(jù)服務(wù),統(tǒng)籌已建、待建業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù),對外提供服務(wù)支撐,達到反哺業(yè)務(wù)系統(tǒng)的目的。同時,數(shù)據(jù)在采集、加工、分析、治理等過程中需調(diào)用數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)質(zhì)量審計、數(shù)據(jù)資源目錄、數(shù)據(jù)共享等平臺功能模塊,各功能模塊集成至數(shù)據(jù)資源服務(wù)門戶中,為數(shù)據(jù)資源提供方、需求方、管理方提供統(tǒng)一服務(wù)。

2 南水北調(diào)東線一期工程江蘇段數(shù)據(jù)中臺主要建設(shè)內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)資源規(guī)劃

數(shù)據(jù)資源規(guī)劃包括現(xiàn)狀分析和需求調(diào)研、資源分析和數(shù)據(jù)標準體系建設(shè)等。

現(xiàn)狀分析和需求調(diào)研通過了解對業(yè)務(wù)部門的職能、業(yè)務(wù)、流程、資源、標準規(guī)范等情況通過多種調(diào)研方式明確各部門數(shù)據(jù)使用需求,明確部門數(shù)據(jù)公開內(nèi)容,數(shù)據(jù)共享內(nèi)容。

數(shù)據(jù)標準體系建設(shè)包括元數(shù)據(jù)標準建設(shè)[7]、數(shù)據(jù)采集標準建設(shè)、數(shù)據(jù)資源目錄標準建設(shè)、數(shù)據(jù)服務(wù)標準建設(shè)、數(shù)據(jù)質(zhì)量標準建設(shè),奠定數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)。

2.2 貼源庫

貼源庫用于存放從外部共享或業(yè)務(wù)系統(tǒng)中直接抽取出來的數(shù)據(jù)。后臺數(shù)據(jù)庫可直接從源系統(tǒng)全量復(fù)制到貼源庫層,通過數(shù)據(jù)清洗服務(wù),建立標準數(shù)據(jù)庫的映射關(guān)系,實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與標準庫的數(shù)據(jù)同步。貼源庫主要存放從業(yè)務(wù)系統(tǒng)直接抽取來的各類數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)類型包括:

1) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù):湖泊信息數(shù)據(jù)、河流信息數(shù)據(jù)、泵站數(shù)據(jù)、水閘數(shù)據(jù)等;

2) 專業(yè)數(shù)據(jù):工程監(jiān)控數(shù)據(jù)、水量調(diào)度數(shù)據(jù)、工程管理數(shù)據(jù)、工程安全管理數(shù)據(jù)、工程維護管理業(yè)務(wù)、綜合辦公相關(guān)數(shù)據(jù)等;

3) 外部共享數(shù)據(jù):水利主管部門共享數(shù)據(jù)、彩云氣象數(shù)據(jù)等。

2.3 標準庫

標準數(shù)據(jù)庫主要存放經(jīng)過清洗過的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專業(yè)數(shù)據(jù)。貼源庫中的數(shù)據(jù)來自南水北調(diào)東線一期江蘇段工程調(diào)度運行管理系統(tǒng)中已建的業(yè)務(wù)系統(tǒng),可能存在缺失、冒大數(shù)等影響上層應(yīng)用的無效數(shù)據(jù),需要通過對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的清洗處理后再存入標準數(shù)據(jù)庫中,能夠為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。標準數(shù)據(jù)庫主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)庫、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫等標準數(shù)據(jù)庫。

2.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包括公用基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫和主數(shù)據(jù)庫。

公用基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫是在已建的基礎(chǔ)庫上參照國家標準規(guī)范進行優(yōu)化,公用基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫劃分為管理域、工程與設(shè)施域、字典域和監(jiān)測域。

主數(shù)據(jù)庫是集中存儲管理歷史歸檔數(shù)據(jù)的場所,永久保管具有長期保留價值、有共享需求的、經(jīng)過數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查驗證的、規(guī)范化的數(shù)據(jù)。

2.3.2 元數(shù)據(jù)庫

主要存儲水利元數(shù)據(jù),包括標識信息、內(nèi)容信息、數(shù)據(jù)質(zhì)量信息等[8]。

元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、所處語境等特征的基礎(chǔ)定義或結(jié)構(gòu)化描述,元數(shù)據(jù)按層狀結(jié)構(gòu)進行組織,其內(nèi)容包括對數(shù)據(jù)集內(nèi)容的描述、對數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)項的數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)的邏輯、數(shù)據(jù)源頭、數(shù)據(jù)量以及數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程等的說明等。

2.3.3 動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫

確定雨水情、工情、水質(zhì)數(shù)據(jù)入庫規(guī)則,針對不同的數(shù)據(jù)來源、不同的數(shù)據(jù)生成規(guī)則、不同的數(shù)據(jù)處理邏輯,自動判斷,對報文進行解析,按照數(shù)據(jù)存儲、處理、傳輸、同步等方面的特定要求,實現(xiàn)各類測站監(jiān)測數(shù)據(jù)的“一站一數(shù)”[9]。

工程監(jiān)測數(shù)據(jù)庫存儲實時或半實時監(jiān)測的數(shù)據(jù),包括泵站水閘實時運行數(shù)據(jù)、工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、水量水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

2.4 主題庫

主題庫建設(shè)的主要內(nèi)容是通過主題數(shù)據(jù)庫利用大數(shù)據(jù)平臺技術(shù)形成數(shù)據(jù)集市,為調(diào)度運行管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。主題數(shù)據(jù)存放基于數(shù)據(jù)倉庫之上的用于支撐專題分析、專業(yè)應(yīng)用、輔助決策以及提供訪問、共享的數(shù)據(jù)。主題數(shù)據(jù)是按特定的應(yīng)用目的和業(yè)務(wù)模型進行了重新構(gòu)建、面向業(yè)務(wù)系統(tǒng)和各級用戶服務(wù)的數(shù)據(jù)[10]。

標準庫通過ETL服務(wù)對ODS數(shù)據(jù)進行抽取、清洗、轉(zhuǎn)換、加載等得到,主題數(shù)據(jù)則通過ETL服務(wù)對標準庫數(shù)據(jù)進行抽取轉(zhuǎn)換和加載得到。主題數(shù)據(jù)直接引用標準庫中生成的派生指標數(shù)據(jù)和匯總數(shù)據(jù),從而保證整體統(tǒng)計口徑的一致性。主題數(shù)據(jù)共同組成數(shù)據(jù)集市,直接支撐管理層和分析人員的個性化、深層次的分析需求,作為面向報表服務(wù)、多維分析服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)的數(shù)據(jù)輸入。

數(shù)據(jù)集市的建設(shè)內(nèi)容主要根據(jù)對業(yè)務(wù)應(yīng)用管理及綜合服務(wù)、決策會商、可視化展示等綜合性應(yīng)用的數(shù)據(jù)需求進行分析,結(jié)合綜合數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)收集的各類數(shù)據(jù)進行規(guī)劃,針對不同業(yè)務(wù)部門分析數(shù)據(jù)需求設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)集市,包括監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)集市、水量調(diào)度數(shù)據(jù)集市、工程管理數(shù)據(jù)集市、安全管理數(shù)據(jù)集市、綜合內(nèi)控數(shù)據(jù)集市等。

2.5 數(shù)據(jù)資源管理系統(tǒng)

2.5.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集模塊通過工作流組件和規(guī)則引擎定義采集任務(wù),實現(xiàn)定時采集,人工觸發(fā)采集,多任務(wù)并行采集等,利用多種數(shù)據(jù)采集方式,充分提高數(shù)據(jù)匯聚效率[11]??赏ㄟ^可視化方式自主配置采集流程,并對采集流程、狀態(tài)進行實時監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)異常,有效保障數(shù)據(jù)采集的質(zhì)效。數(shù)據(jù)采集模塊將有效匯聚水利行業(yè)數(shù)據(jù),為數(shù)據(jù)采集提供強有力的渠道保證。

2.5.2 數(shù)據(jù)治理

數(shù)據(jù)治理是為過濾或修改那些不完整的、錯誤的、重復(fù)的數(shù)據(jù)。主要根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)規(guī)律對數(shù)據(jù)進行清洗,將不符合規(guī)則的數(shù)據(jù)打上標記,自動進行預(yù)警,并通過自動或者人工干預(yù)的方式將其處理為符合規(guī)則的數(shù)據(jù),不符合要求的數(shù)據(jù)包括冒大數(shù)、數(shù)據(jù)異常、數(shù)據(jù)缺測等。

2.5.3 數(shù)據(jù)審計

數(shù)據(jù)質(zhì)量審計模塊對整合的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校驗、規(guī)則審計、審計任務(wù)以及審計發(fā)布進行管理。出具數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測報告等工作,支持數(shù)據(jù)質(zhì)量問題集中監(jiān)控和管理,提供全方位的數(shù)據(jù)質(zhì)量分析評估能力,為南水北調(diào)東線一期工程江蘇段數(shù)據(jù)質(zhì)量管理提供支撐。

2.5.4 數(shù)據(jù)資源目錄管理

數(shù)據(jù)資源目錄維護管理系統(tǒng)的主要作用是保證目錄服務(wù)系統(tǒng)的可用性,它的功能包括數(shù)據(jù)和服務(wù)資源目錄庫的建立、更新、備份與恢復(fù)等,并支持批量模板導(dǎo)入。管理者能夠通過系統(tǒng)保存、備份、注銷與恢復(fù)信息資源目錄內(nèi)容,目錄內(nèi)容的更新維護由提供者負責,目錄系統(tǒng)的更新維護工作由管理者承擔[12]。

3 南水北調(diào)東線工程江蘇段數(shù)據(jù)中臺發(fā)展的思考

3.1 數(shù)據(jù)中臺協(xié)助規(guī)范水利數(shù)據(jù)管理能力

隨著南水北調(diào)東線一期工程江蘇段的建設(shè),調(diào)度運行管理系統(tǒng)目前已建成財務(wù)系統(tǒng)、檔案信息化系統(tǒng)、工程管理系統(tǒng)、水量調(diào)度系統(tǒng)、工程監(jiān)控系統(tǒng)、紀檢信息系統(tǒng)、安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、水文水質(zhì)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控與分析系統(tǒng)等多個應(yīng)用系統(tǒng)。各應(yīng)用系統(tǒng)每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大,但缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管控,缺少對數(shù)據(jù)資源全局視角的管理,造成數(shù)據(jù)家底不清、數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一等問題。數(shù)據(jù)中臺的建設(shè)將解決不同業(yè)務(wù)部門之間、業(yè)務(wù)部門與技術(shù)部門之間、技術(shù)團隊之間,存在溝通和理解的歧義,降低需求從提出到實現(xiàn)存在前后不一致的風險。

3.2 數(shù)據(jù)中臺支持水利大數(shù)據(jù)的創(chuàng)新應(yīng)用

調(diào)度運行管理系統(tǒng)對監(jiān)控、調(diào)度、管理等業(yè)務(wù)進行了部分的集中,也上線了統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)平臺,搭建了水利模型、調(diào)度模型,實現(xiàn)了部分業(yè)務(wù)的聯(lián)動。但是跨業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)還是在各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中,并沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合,無法進行數(shù)據(jù)挖掘及關(guān)聯(lián)分析。通過對數(shù)據(jù)資源管理平臺的建設(shè),解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)未能用于輔助工程管理和調(diào)度運行決策等問題,從業(yè)務(wù)驅(qū)動走向數(shù)據(jù)驅(qū)動,體現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值。

3.3 數(shù)據(jù)中臺加強數(shù)據(jù)安全管理

數(shù)據(jù)安全方面,數(shù)據(jù)分散存儲在各個系統(tǒng)中,各業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)直接對接獲取數(shù)據(jù),存在數(shù)據(jù)安全隱患問題。通過本項目建設(shè),使數(shù)據(jù)權(quán)限分配使用實現(xiàn)統(tǒng)一管理,使數(shù)據(jù)獲取權(quán)限透明。

3.4 促進新應(yīng)用的快速迭代開發(fā)

結(jié)合數(shù)字孿生南水北調(diào)等“十四五”智慧水利建設(shè)規(guī)劃要求,平臺建成后將為加快構(gòu)建具有預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的新型智慧水利工程信息化體系,提供有力支撐和強力驅(qū)動,通過提前做好數(shù)據(jù)底板的規(guī)劃和布局,減少后期開發(fā)成本,提高后期數(shù)字孿生等新建信息化系統(tǒng)上線速度,實現(xiàn)快速迭代,集約發(fā)展。

4 結(jié)束語

為了解決南水北調(diào)東線一期工程江蘇段的數(shù)據(jù)資源在管理與應(yīng)用方面的問題,本文在盤點南水北調(diào)東線一期工程江蘇段調(diào)度運行管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上,提出建立一個數(shù)據(jù)倉庫,建設(shè)貼源庫、標準庫、主題庫,明確真實價值數(shù)據(jù)現(xiàn)狀;在統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施、標準規(guī)范和保障體系支撐下,搭建一套數(shù)據(jù)資源管理系統(tǒng),形成數(shù)據(jù)接入整合能力、數(shù)據(jù)資源管理能力、數(shù)據(jù)清洗治理能力、數(shù)據(jù)分析服務(wù)能力四大核心能力,建設(shè)南水北調(diào)東線一期工程江蘇段數(shù)據(jù)中臺,在工程管理、調(diào)度運行等業(yè)務(wù)應(yīng)用中發(fā)揮數(shù)據(jù)價值,可為其他水利工程項目數(shù)據(jù)資源整合和應(yīng)用提供參考。

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【通聯(lián)編輯:王 力】

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