常州市城市防洪管理信息化系统设计与实现

张吉成，任庆海，张新宇，刘启超

（1. 常州市城市防洪工程管理处，江苏 常州 213017；2. 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012；3. 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏 南京 210012；4. 江苏南水科技有限公司，江苏 南京 210012；5. 雷丁大学，英格兰 雷丁 RG6 6AH ）

常州市城市防洪管理信息化系统设计与实现

张吉成1，任庆海2，3，张新宇3，4，刘启超5

（1. 常州市城市防洪工程管理处，江苏 常州 213017；2. 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012；3. 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏 南京 210012；4. 江苏南水科技有限公司，江苏 南京 210012；5. 雷丁大学，英格兰 雷丁 RG6 6AH ）

为满足常州市城市防洪工程管理业务的需求，结合常州市防汛工作的实际情况，设计一套灵活易用的城市防洪管理信息化系统。系统基于 B/S 架构设计，并结合 WebGIS 技术，在常州市城市防洪水系图基础上，将监控、工情、管理、分析、预测、防洪调度等功能内嵌其中。通过防洪调度、办公管理、设施设备管理、防洪物资管理、水环境改善管理、巡检管理、移动端操作等 7 个子系统，实现以城市防洪为核心业务的防汛调度综合管理信息化平台。常州市城市防洪管理信息化系统可提高防洪及水资源管理部门的管理水平和工作效率，也可为其它城市类似的水利信息化系统建设提供参考和依据。

城市防洪工程管理；信息化系统；平台软件；防洪调度

0　引言

常州市地处太湖流域西部，北临长江，东濒太湖，腹部有洮、滆两湖。全市地势高低相间，湖圩相连，河网密布，特殊的地理位置和气候、地形特点决定了常州市洪涝灾害发生机率高，水环境比较脆弱，水安全、水资源、水环境问题日渐突出，城市治水和防洪任务艰巨［1］。

经过多年创新探索和不懈努力，常州城市防洪泵闸站工况、视频、水位水文等数据建设基本实现了从地方到市局，从单一到集成质的飞跃，一套覆盖全市范围的工情数据资源体系基本建立。目前，城市防洪工程信息化管理方面有待进一步完善，尚缺乏相应的辅助手段。为此，主要针对常州市防汛工作的实际情况，设计一套灵活易用的城市防洪管理信息化系统，针对城市防洪工程管理业务要求，形成以城市防洪为核心业务的防汛调度综合管理平台，为全市水利信息化平台提供相应的数据支撑。

1　系统设计任务和目标

按照常州市区防洪工程总体规划，从实际需求出发，借助采集设备和信息处理技术设计信息自动化平台系统，实现管控一体化功能，控制人员可以通过防汛调度综合平台，远程利用浏览方式查看报表数据，与泵站的计算机系统通信，同时也可远程控制各站点设备的开启和关闭，实现遥测、遥视、遥控，传输下达控制指令，同时将泵站和节制闸的运行状态、参数及视频图像等上传给远控级［2］。

系统的建设目标是完善泵闸站点的自动化控制、数据采集处理、决策和组织协调指挥等能力。全面提高防洪及水资源管理部门的管理水平、效率及服务质量，实现指挥和决策的电子化、网络化、智能化。建立一套快速及时，准确可靠，先进实用，高度自动化的工程信息采集、监测和监控信息化平台，以便对常州市城市防洪工程管理处（以下简称城防处）管辖内枢纽的安全运行状态进行实时监测监控，为防洪排涝、调水调度等提供决策支持，进一步提高管理决策速度和水平，充分利用现有的工程设施，提高工程的运行效益。

2　系统组成和总体框架

常州市城市防洪工程管理信息化建设在水雨情监测、工情监测、泵闸站监控、视频监视等的基础上，通过数据库建设，将多信息源、尺度、类型的水利信息（空间/属性）有效组织起来，实现信息的集成应用及数据共享。应用层从业务职责出发，开发业务应用模块和相应管理系统，通过集成应用，逐步建立防汛防台决策、水量水质联合调度管理等系统。

系统采用层次化的结构，整体架构自下而上可分 7 个层次，具体组成如图 1 所示。

图1　常州市城市防洪工程管理信息化整体框架结构图

2.1信息采集与传输层

信息采集与生产主要包括水雨情、泵闸站、气象、流量、视频等基础和业务数据，通过自动监测、GPS 监控、空间数据生产、外部数据交换等方式，提供所需的多空间尺度、时间尺度、数据格式、记录方式、精度的各类数据信息。

2.2数据层

数据层是服务平台的运行基础，包括网络环境、集成配置、数据库服务器、应用服务器、存储设备，以及操作系统、中间件、数据库管理软件、存储备份系统等软件环境。

2.3交换层

数据交换是将存放信息资源的实体，通过整合已有数据，按照既定的采集标准和数据格式，通过对水利信息公开资源、行业和项目管理信息的采集，转换和加载，不断补充形成的数据库群。

2.4服务层

服务层提供了一系列的工具和通用构件，使得应用开发者能够比较快速地建立和升级更新上层的专项应用。应用服务支撑平台为水利信息化系统的应用建设提供了一些必不可少的统一的基础构件，包括权限管理、工作流、门户框架、GIS、信息发布、消息管理、数据转换、数据传输、模板管理、报表管理等。这些构件不是最终的应用系统，但它们提供了实现最终应用所需要的一些通用功能。

2.5应用层

应用层主要由防洪调度、办公管理、设施设备管理、防洪物资管理、水环境改善管理、巡检管理、移动端操作等 7 个业务子系统组成。业务应用层是在服务支撑层基础上，通过使用服务支撑层提供的工具和通用构件进行建设的，从而减少公用服务的重复建设，降低业务应用建设的耦合度。

2.6门户层

支持访问各种应用和数据资源的各种服务，本次建设中，主要通过建立网站门户实现对应用的访问。水利信息化各业务应用系统通过门户统一入口登陆，同时结合权限控制，对不同人员看到的内容实现个性化信息服务。

2.7接入层

接入层支持不同的终端及人群，终端主要包括普通电脑及大屏，访问人群主要包括水利系统组织架构下的各级业务人员、领导、系统管理员。

3　系统功能设计和实现

3.1系统功能设计

常州市城市防洪工程管理信息化建设主要为市区内的防洪除涝、水资源管理和引水改善水环境服务，总体功能满足以下要求：

1）实时采集传输常州市主要河道、低洼地区防洪除涝引水所需的水位和雨量信息，为常州市城区防汛抗旱工作提供重要的实时信息。

2）实时采集主要河口的工情信息，为水利工程的实时监测、优化调度管理提供决策支持。

3）为各类信息的传输提供信息传输平台。

4）为各类信息的存储、共享和应用提供数据服务平台。

5）为各类信息的集成应用、可视化展示等建立统一的水利地理信息系统，建立信息的集中管理、查询、发布服务平台。

6）逐步开展重点河道水质监测，实现水量水质同步监测，为水功能区管理和引水改善水环境提供决策信息。

7）为逐步实现防洪除涝、水资源配置、引水改善水环境的数字模拟和仿真运行提供数据接口［3］。

3.2泵闸自动监控站建设

为实现对水利工程运行的实时监测、监控，进行严格管理，提高水利工程运行管理水平，并推算流量、水量，建设和整合常州市城市防洪泵闸站监测系统。

泵闸监控系统采用分层分布式监控网络结构，根据闸站的分布、通信网络及管理模式，监控系统设管理中心远程（闸门监控工作站）、现地集中（现地控制单元 LCU）与手动（手动控制柜）等 3 层控制级。系统的控制权限以越接近设备，控制权限越高。控制权顺序为：手动级、现地级、远程控制级。现场手动控制设备，是系统最后一级也是最优先的一级控制［4］。

远程控制级设于中心站控制室内，负责系统的计算机集中监控；现地控制级设在各泵闸站房内，每个泵闸站的站房内设 1 套现地控制单元和现场手动操作机构、闸位和水位传感器等。

水泵的开机和停机信号及前后闸门开关流程均由 PLC 控制、判断、处理。

3.3水情信息监测系统建设

为实时监视水情的变化过程，为防洪除涝和水资源调度提供及时、可靠、准确的基础水情数据，在所辖区域内建设 3 个水雨情站。

3.4信息网络建设

由于城市防洪泵闸站地理位置分布较广，一方面为避免铺设光缆的资金耗费过大，另一方面为便于今后网络的运维，本次信息化的网络建设采用租用移动专网的方式。这样，可确保各泵闸站间信息的可靠传输，实现信息共享，同时预留了与上级主管部门的网络接口。

3.5数据服务平台建设

为防洪除涝，水资源配置，调水改善水环境工作所需的应用系统开发运行和信息共享，建设水雨情、泵闸监控、视频监控等专业数据库，建成数据服务平台，完成信息整合、数据库集成。

3.6应用系统平台建设

应用系统平台设计采用统一的系统架构、标准的访问接口，将各类应用有效集成。基于一体化平台基础框架，融合多个子系统无缝切换，通过统一的用户管理、工作流定制、数据服务提供、地理信息服务，提供数据共享和软件模块的复用功能，支持市水利各应用系统实现落地化管理。

4　系统平台设计

根据城市防洪管理的业务需求，与全市水利信息平台对接的需要，常州市城市防洪工程管理信息化系统平台在常州市城市防洪水系图基础上，将监控、工情、管理、分析、预测、调度等功能内嵌其中，形成多功能为一体的管理平台。该平台基于 B/S架构，结合 WebGIS 技术，业务部门在此平台上，可以实现城市防洪工作的综合管理和科学决策。

常州市城防处信息管理信息化系统平台主要包括 7 个子系统。

4.1防洪调度管理子系统

防洪调度管理子系统是一套基于 WebGIS 的在线 Web 应用软件，实现基于空间与数据的双重查询，由综合业务、空间数据库，WebGIS 服务平台，Web 应用程序和浏览器客户端组成［5］。

防洪调度管理子系统主要完成大规模数据的存储、基础信息的设置与管理、电子地图的管理与操作等，为局域网内的授权用户提供现场机组运行状态、水文信息、作业调度等方面的查询服务，并实现多种防汛调度模式。

4.2办公管理子系统

针对城市防洪工程管理处的实际要求，实现办公用品领用、办公邮件、公文审阅，以及车辆、工程项目、合同的管理等功能。

4.3设施设备管理子系统

设施设备管理子系统主要针对物资的选型、使用、维修、更新、改造全过程实行全面综合管理，实现设备设施选型，设备请购、采购、验收、建档，备品备件管理，以及设备故障统计、维护计划等一系列的管理功能。

4.4防洪物资管理子系统

防洪物资管理子系统针对物资资源管理的特点和要求，以现有的物资资源数据库为基础，结合地理信息技术应用，实现防洪物资管理的可视化、实时化、履历化和智能化，包括地图显示、物资出入库及盘点等功能。对于拣货，具有最短路径选择，储位提示功能；FIFO（先入先出），确保备品备件的先入先出，降低运行成本，能按照产品的生产日期作先入先出安排；对于即将过期的物料，能提前通过邮件告知管理者，避免原材料的浪费。

4.5水环境改善管理子系统

根据城市清水工程要求，对各枢纽进行水环境改善调度管理。定期和不定期接收到水环境改善调度指令后，发布调度指令，收到调度指令的各个枢纽进行换水调度操作，并把实时调度操作反馈到管理处。

4.6巡检管理子系统

巡检管理子系统主要包括工程、水政、内保和应急等巡检。需要根据站点电气、机械设备等不同类型故障，及时制定巡检方案，直到故障排除。每个故障都有详细症状，应根据这些故障积累形成故障处理应急预案，逐步形成故障库，确保故障在最短时间内排除。

4.7移动端操作子系统

移动终端服务平台可在 Android 和 IOS 系统的移动终端设备上实现电子地图操作，可以实时查询水雨情、工情、信息上报、卫星云图、视频等重要内容。移动端操作子系统可实现定位、查询、巡检等服务，以及故障上报、系统设置等功能。

5　系统技术和功能特点

常州市城市防洪工程管理信息化系统的技术和功能特点主要表现在以下方面：

1）采用数据中心的 GIS 中间件技术，实现多源异构数据的集成。系统的各类业务数据能很好地与GIS 结合，使城市防洪的业务信息与空间信息能有机结合，在数据管理和共享、空间构造和分析、仿真模拟等方面得到更深入的应用。

2）信息化系统平台功能丰富，根据城市防洪管理处的不同业务需求集成了 7 个子系统，由以往各科室的工作和业务使用各自的软件，改为使用统一平台软件，同一个入口，通过独立的身份认证系统实现了多个业务子系统间的“单点登录”（SSO）。针对不同岗位的人员设置不同的身份认证权限，所有应用子系统共享同一个身份认证系统。

3）在研发防洪调度和巡检管理子系统的过程中进行了充分的用户需求调研，针对常州市汛期防洪调度业务的特点，设计了自主、片区、单点、大包围等多种调度模式；针对常州市城市防洪巡检业务的需求，设计了日常、应急、定期等多种巡检方案。

6　结语

常州市城市防洪管理信息化系统目前已经实施完毕，进入试运行阶段，随着汛期的到来，该系统将为常州市城市防洪工作提供科学指导和指挥决策，提高防洪及水资源管理部门的管理水平和工作效率，也可为其它城市类似的水利信息化系统建设提供参考和依据。

考虑到汛期应对突发事件的需要，本系统中软件平台还可以增加应急响应管理子系统，应包括应急响应知识库、预警管理、决策指挥、处理反馈、善后处置等功能。另外，为了城市防洪的需要，还可以在路面或立交桥下易积水处增加水位监测站点等。

［1］ 中华人民共和国水利部. 全国水利信息化发展“十二五”规划（水规计［2012］190号）［A］. 北京：中华人民共和国水利部，2012: 29-32.

［2］ 常州市政府. 常州“智慧城市”发展规划（2012—2016 年）［A］. 常州：常州市政府，2012: 1-2.

［3］ 叶聪聪. 滁州市防汛决策支持系统的探讨［J］. 滁州学院学报，2006，8 （3）: 92-96.

［4］ 卞正锋，王可伟，郭海垒. 泵站自动化控制系统研究［J］.科技与企业，2013 （19）: 127-129.

［5］ 李超，林旭. GIS 技术在水资源管理信息系统开发中的应用［J］. 科技成果纵横，2009 （2）: 41-42.

Design and Implementation of Informatization System of Urban Flood Control Management in Changzhou

ZHANG Jicheng1， REN Qinghai2，3， ZHANG Xinyu3，4， LIU Qichao5
（1. The Management Office of the City Flood Control Engineering in Changzhou，Changzhou 213017，China；2. Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology， the Ministry of Water Resources，Nanjing 210012， China；
3.Research Centre on Hydrology& Water Resources Monitoring， the Ministry of Water Resources，Nanjing 210012， China；4. Jiangsu Naiwch Co.Ltd， Nanjing 210012， China；5. University of Reading， Reading RG6 6AH， UK）

To meet the needs of urban flood control work management business in Changzhou， combining with the actual situation of urban flood control work， this paper designs a set of urban flood control management information system which is flexible and easy to be used. Based on B/S architecture design， combined the WebGIS technology and on the basis of urban flood control drainage system diagram， the system completes the functions of monitor， working condition， management， analysis， forecast， flood control scheduling etc. Through seven subsystems including flood control scheduling， office management， equipment management， flood control and material management， improving water environment management， checking management and operation of mobile terminal， it implements the flood control and scheduling integrated management information platform with urban flood control as the core. The flood control management informatization system in Changzhou can improve the management level and work efficiency of flood control and water management departments. It also provides reference and basis for water conservancy informatization system construction of other similar cities.

urban flood protection project management； informatization system； platform software； flood control scheduling

TU998.4

A

1674-9405（2016）04-0059-05

10.19364/j.1674-9405.2016.04.013

2016-05-05

张吉成（1976- ），男，江苏沛县人，工程师，主要从事水利项目建设及工程运行管理工作。