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1引言

蘭溪市是浙江省18個重點防洪縣市之一，“三江口”以上集雨面積1.82萬km2，多年平均過境水量166.5億m3。“三江”支流縱橫，流域面積大于10km2的河流有34條，其中大于100km2的有5條，下游還受富春江電站的尾水頂托。由于蘭溪市特殊的地理位置，幾乎每年都要發生不同程度的洪澇災害，是全省重點防洪城市之一。目前，蘭溪市堤防經過多年建設和加固，雖然取得了較大進展，河道堤防管理工作也有管護人員及制度的落實，但整個管理工作在方法、手段、工具等方面都還比較落后。2010年1月29日，中央一號文件《中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定》正式公布。這是新中國成立60年來中共中央首次系統部署水利改革發展全面工作的決定，文件出臺了一系列針對性強、覆蓋面廣、含金量高的新政策、新舉措。文件中明確提出:推進水利信息化建設，全面實施“金水工程”，加快建設國家防汛抗旱指揮系統和水資源管理信息系統，提高水資源調控、水利管理和工程運行的信息化水平，以水利信息化帶動水利現代化。

浙江省政府隨之推出了“五水共治”(即治污水、防洪水、排澇水、保供水、抓節水)，是推進浙江新一輪改革發展的關鍵之策，同時它也對水資源調控、水利管理的信息化水平提出了更高的要求。國標《堤防工程設計規范》和水利行業標準《堤防工程管理設計規范》等法律法規，都對堤防工程管理設計提出正規化、制度化、規范化等要求，強調提高現代化管理水平［1］，并明確要求堤防工程管理設計，應與堤防主體工程設計同步進行［2］。水利信息化建設是水利行業管理實現信息共享和資源整合的一項基礎工作。為積極響應中央一號文件，響應五水共治大政方針，全方位地提升蘭溪市河道堤防管理的綜合水平、實現河道堤防管理的現代化(即數字化、信息化)和規范化是十分必要的。

為此，浙江省水利水電勘測設計院在開展“蘭溪市錢塘江農防加固工程”勘測設計工作的同時，設計開發“蘭溪市河道堤防數字化管理控制系統”，并開展課題“河道堤防數字化管理控制系統”的研究，該課題被列為浙江省水利廳重點科技項目。“蘭溪市河道堤防數字化管理控制系統”由管理控制中心和以下9個子系統組成:現地數字化標識監測系統;移動巡檢辦公系統;現地視頻監視系統;便攜式實時視頻監視系統;水情監測系統;防洪防汛堤壩安全監測系統(即河道堤防水下部分實時檢測系統);辦公自動化系統;泵站現地計算機、視頻監視系統;閘站現地視頻監視系統。管理控制中心將建立河道堤防數字化管理控制系統平臺，實現對各子系統的管理控制、通信調度，并實現與上級(各級)河道堤防行政管理部門、上級(各級)防汛指揮調度中心的通信調度。能實現河道堤防所有實情數據、信息的采集、存儲、共享、交換、、上傳等功能，為相關部門人員提供準確、可靠、快捷的數據和信息，充分發揮計算機技術的功能，實現遠程監測監視管理、遠程調度指揮。

2系統平臺設計原則

蘭溪市河道堤防數字化管理控制系統平臺的建設是一項涉及多領域、多學科、跨行業、跨部門的項目，系統必須具備開放性、可擴展性，在硬件資源上支持無限的擴展能力，靈活的集成擴展各類先進主機、存儲網絡設備;在應用軟件上，系統平臺采用當前先進的技術框架、中間件技術等，建成對外具備各類標準接口規范，對內獨立、模塊化、分層設計，實現可動態擴展的智慧河道管理應用系統。系統平臺的設計將遵循以下原則。

2.1先進實用GIS是地理信息系統的簡稱，是地理信息技術三大技術核心之一，是用于采集，表達，處理，檢索，分析和輸出地理信息的計算機信息系統［3］。系統在開發過程中結合先進的GIS技術、技術框架、中間件技術等，并且系統數據實時同步，在很大程度上根據用戶的需求進行設計，盡可能使用戶對系統的操作更便捷。

2.2高效穩定在系統設計、開發過程中，從系統結構、技術措施、軟硬件平臺、技術服務和維護能力等方面綜合考慮，確保系統較高的性能和較低的故障率。

2.3保障安全河道資源數據屬于國家水利工程核心數據，必須保證數據的安全和系統的安全。通過數據庫結構上的安全設計、用戶權限認證、權限超時處理、內網用戶訪問控制、外網用戶域認證控制等一系列技術手段保障河道堤防管理控制系統安全運行。具體包括以下幾個主要方面。

2.3.1訪問控制加強操作系統的用戶管理、權限管理;限制用戶口令規則和長度，禁止用戶使用簡單口令，強制用戶定期修改口令;按照登錄時間、登錄方式限制用戶的登錄請求;加強文件訪問控制管理，根據訪問的用戶范圍，設置文件的讀、寫、執行權限;對重要資料設置被訪問的時間和日期。

2.3.2權限控制和管理按照單位、部門、職務、工作性質等對用戶進行分類，不同的用戶賦予不同的權限、可以訪問不同的系統、可以操作不同的功能模塊;應用系統的權限實行分級管理，每個系統的管理員自己定義各類用戶對該系統資源的可訪問內容。

2.3.3身份驗證通過采用口令識別、數字認證方式，來確保用戶的登錄身份與其真實身份相符，保證數據的安全性、完整性、可靠性。

2.4兼容靈活目前系統平臺的架構可分為2種:B/S架構和C/S架構。B/S(Browser/Sever)架構是經歷了主機(Host)系統、工作站、文件服務器(Workstation/FileSever)系統兩個階段之后發展起來的［4］。本項目建設采用B/S架構，具有靈活方便的二次開發接口、具有良好擴展性、兼容性和靈活方便數據接口的平臺，為以后的信息化建設奠定堅實基礎。

2.5穩定的部署架構管理系統具備全天候的河道堤防信息檢測、分析和應急處置功能，系統必須優化各個環節，確保在大數據量數據運算時的響應速度和性能。非敏感數據的客戶端加密存儲機制，比如一些常用下拉框的數據，不需要每次加載都從服務器端獲取，通過設定特定的頻率或者清理客戶端緩存的方式來定期更新。提供預約報表功能，對于復雜的報表，可以由用戶發起報表計算請求，或者后臺設定好計算周期。由系統后臺自動計算好后推送給用戶。以空間換性能的機制預先準備好業務數據大表。減少交叉查詢的表數量，提高數據查詢效率。提供數據倉庫+商業智能分析功能，對于海量數據通過BI查詢來完成。提高海量數據處理能力。應用服務器采用雙機負載均衡機制，數據庫服務器采用雙機熱備技術或者集群技術。

2.6統一設計，分步實施，高度集成制定統一的標準，規范各子系統間的接口標準，實現系統軟件統一規劃、設計，分步、分模塊實施開發，最終全面高度集成。

3系統平臺總體架構設計

考慮到為用戶提供良好的操作環境以及軟件的重用性，蘭溪市河道堤防數字化管理控制系統平臺采用B/S架構。該系統平臺結構包括五個主要層次，自上而下依次為:應用層(即系統具體的功能應用)、支撐層(即實現應用功能具體的軟件支撐)、數據層(即數據庫內容)、硬件與網絡層(即系統運行的配套硬件和網絡環境)、河道感知層(即數據的采集系統)。系統的建設總體上將通過中間件架構訪問五個主要架構層，實現對各專題服務之間的相互調用、相互觸發與數據交換來實現對各種專題服務的總體集成。

3.1應用層采用B/S(Browser/WebServer)結構，基于WebGIS技術的網絡瀏覽器應用模式和可視化多層次的空間圖形操作界面，為河道管理工作提供基礎信息服務與管理服務等功能。蘭溪市河道堤防數字化管理控制系統平臺主要包括河道基礎信息、水雨情信息、巡檢信息、防汛信息、視頻監控、泵閘工程信息、數字化標識信息、應急管理體系等服務。

3.2支撐層為應用層的實現提供軟件支撐。具體包括地圖服務、其他支撐服務等，是實現功能應用的基礎。同時支撐層處于應用層與數據層之間，為兩者之間的數據交互提供安全保障。支撐層主要包括對內服務體系和對外服務體系，其中對內服務是指由河道管理機構負責或者委托專業機構負責的，專門為河道內各部門提供各種帶有一定價值的服務項目，主要有河道資源對內數據服務、河道防汛決策服務、遠程系統通訊服務;對外服務是指由河道管理機構統一負責與運作的，專門為河道內各部門和其他相關企業提供的各種對外信息、交流等服務，主要有河道對外數據服務、相關企業管理服務、對外信息。

3.3數據層負責對系統數據的管理，實現數據的分類、組織、編碼、存儲、維護等。主要包括數據庫系統以及各種應用數據庫。蘭溪市河道堤防數字化管理控制系統平臺主要包括水雨情信息庫、泵閘運行信息庫、防汛信息庫、水情數據信息庫、巡檢辦公信息庫、河道基本信息庫、視頻信息庫、系統日志信息庫等。3.4硬件與網絡層提供支持系統運行的各種硬件及網絡環境。除了服務器、計算機等硬件設備外，還包括防火墻、網關、路由器等網絡安全設備，在采集層與數據層之間建立一層防御體系，保證數據的安全、完整。

3.5河道感知層負責系統數據的采集工作，通過部署在感知層的數字化標識、水位站設備、視頻設備等相關設備，以及與氣象部門氣象信息的通信，實現對河道各個資源的位置、狀態、以及環境參數、生產信息的全面掌握、智能預警和敏捷控制，從而真正實現物聯網在河道內的普及應用，為河道智慧化打下堅實的基礎。將數據以統一的格式通過硬件與網絡層存儲到對應的數據庫中。按照國際電信聯盟(ITU)的定義，物聯網主要解決物品到物品(ThingtoThing，T2T)，人到物品(HumantoThing，H2T)之間的互連［5］。

4系統平臺應用功能設計

蘭溪市河道堤防數字化管理控制系統平臺的應用功能主要是針對河道堤防管理者對河道堤防管理日常運維所需要的各類業務運行與管理工作提供支撐的信息化體系，主要包含如下部分的內容:河道資源基礎信息管理模塊;現地數字化標識管理模塊;現地視頻監視模塊;移動巡檢辦公信息管理模塊;便攜式視頻監視系統模塊;水情監測系統模塊;堤防安全監測系統模塊;辦公信息化管理模塊;泵站現地計算機、視頻監視系統模塊;閘站現地視頻監視系統模塊。

4.1河道資源基礎信息管理以數字化標識信息數據庫為基礎，系統在GIS平臺可直觀顯示各水工建筑物的主要信息數據，為運行管理人員提供河道、堤防、已建主要水工建筑物(如:橋梁、泵站、水閘、滾水堰等)的相關屬性數據等信息的查詢管理。根據河道堤防防汛工作的需要，運行管理人員隨時可查詢防汛工作所需要的各類數據信息，包括實時水雨情、避災安置點、防汛物資、防汛隊伍情況等數據，并可以圖表等形式進行資料統計、分析等管理。其主要功能包括:河道基礎信息資料查詢與管理;重要水利工程設施屬性信息查詢與管理;現地視頻點實時視頻信息查看;水雨情測站水位雨量過程查看;防汛信息資料查詢與管理。點擊需查詢的主要水工建筑物，即可顯示相關的查看界面。

4.2現地數字化標識管理數字化標識監測系統主要通過對河道堤防主要水工建筑物資源信息的編碼的方式，將河道堤防主要水工建筑物(如:泵站、水閘、堤防、滾水堰、橋梁等)的基本特征相關數據進行現地的存儲，實現對主要水工建筑物的標簽定位以及聯網。

4.3現地視頻監視管理蘭溪市河道堤防數字化管理控制系統設置了14套現地視頻監控系統對河道資源、險工險段、河道堤防重點監控區域、河道堤防重要部位、泵站、閘站進行遠程有效的全天候視頻監控，運行管理人員可實時監督和掌握河道、堤防、已建主要水工建筑物的運行情況及安全狀況，同時為有效應對突發事件提供保障。

4.4移動巡檢辦公信息管理移動巡檢辦公管理系統是一款針對河道堤防建筑工程巡查管理工作而開發的一套集巡查信息采集、安全隱患上報、匯總信息展示、管理決策分析等多項功能為一體的綜合管理系統。根據河道堤防日常管理的需要，系統平臺提供對巡檢辦公工作流程的統一管理，如:制定巡檢任務計劃、巡檢員位置實時監控、接受現場巡檢信息并對現場作指揮調度等。巡檢業務流程分為巡檢計劃、巡檢活動、整改跟蹤、統計分析四個過程，過程之間相互銜接，形成整個巡檢工作的閉環化管理，最終做到有計劃必執行、有問題必處理的目的。舉例如下。(1)軌跡地圖在線地圖默認顯示巡查人員當前位置點，并實現任意時間區間內不同或所有巡查人員的軌跡地圖瀏覽。(2)任務安排實現河道堤防管理工作人員對巡查員巡檢任務的派發。如圖10所示。(3)任務處理實現河道堤防管理工作人員對巡查員巡檢過程中所發現問題的查看及意見處理。

4.5便攜式視頻監視系統由外業巡檢管理人員移動巡檢辦公時配套使用，對河道堤防進行遠程視頻監控，真正實現對河道堤防的全方位、立體化、網絡化、智能化的縱深遠程視頻監控。

4.6水情監測系統系統在GIS平臺直觀顯示各水文站點信息數據，根據河道堤防日常管理的需要，運行管理人員隨時可查詢各水文站點信息數據，并可以圖表等形式進行資料的統計、分析等管理。

4.7堤防安全監測系統根據河道堤防日常管理的需要，河道堤防水下監測模塊主要包括對堤防進行實時視頻監控，實時監測信息展示分析，歷史監測數據統計報表，監測圖片資料上報管理，管理船只巡查路徑管理等部分。運行管理人員隨時可查詢河道堤防水下部分的各類監測數據信息，并可以圖表等形式進行資料統計、分析等管理。本系統將提供系統鏈接。

4.8泵閘工程信息管理系統平臺通過以太網(單模光纜)鏈接各泵站現地計算機、視頻監視系統和各閘站現地視頻監視系統，進行實時數據和運行狀態等的通信，系實現泵閘工程的“遙測、遙調、遙信、遙視”功能。以下是某一泵站監控界面實例如圖13所示。

4.9辦公信息化管理本系統將提供系統鏈接。

5結語

蘭溪市河道堤防數字化管理控制系統平臺借助新一代的物聯網、決策分析優化等信息技術，通過感知化、互聯化、智能化的方式，將河道資源中的物理基礎設施、信息基礎設施、社會基礎設施和商業基礎設施等連接起來，提高河道管理水平與服務效率，使之成為可以指揮決策、實時反應、協調運作的“智慧化系統”。系統平臺實現了河道管理技術支撐手段的全面飛躍;引入先進的管理理念，依托先進的技術支撐手段，建成并完善河道日常管理與應用兩大管理體系;依靠河道的智能化兩大服務體系與兩大管理體系在運行中獲得的河道綜合信息，通過建立對信息的深度利用體系，為河道管理行政單位的規劃、指導、推進工作提供強有力的信息保障。目前，該項目已根據設計的各項要求基本完成調試，并將在今后蘭溪市河道堤防的實際管理運行中不斷改進完善，為蘭溪市錢塘江農防加固工程的安全可靠提供技術保障。

作者：任健 黃小文 楊駿 單位：浙江省水利水電勘測設計院