基于Web App的梯級水電站調度信息移動查詢系統設計與實現

張玉柱，樊啟萌，楊 旭

基于Web App的梯級水電站調度信息移動查詢系統設計與實現

張玉柱，樊啟萌，楊 旭

(長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002)

以設計和實現梯級水電站調度信息移動查詢系統為目標，分析企業梯級水電站調度系統需求，整合不同應用系統的調度信息，以Web App應用方式進行設計，通過需求分析、系統設計、系統實現等建設過程，實現了實時數據、預報計劃、時段數據、整點數據等調度信息查詢功能，并以移動方式展現給用戶。應用于中國長江電力股份有限公司長江上游梯級水電站調度的實例表明，系統具有靈活性、可擴展性，功能與性能滿足企業應用要求，通過移動設備和個人電腦可以快速、便捷的訪問系統；整合后的調度信息避免了系統應用環境差異和專業知識壁壘，滿足了企業不同用戶的需求。該系統對梯級水電站調度管理以及信息化建設具有參考價值。

Web App；梯級水電站；調度信息；移動查詢

0 引言

隨著長江上游梯級水電站逐步投建，企業梯級水電站和水庫群的聯合調度面臨著越來越復雜的要求，對調度信息全面快速掌握的需求也逐漸提出。調度系統和調度信息網站提供水情信息查詢與分析、實時監視、水庫調度、預報錄入等功能，由于系統環境限制，很難滿足調度信息快速方便掌握的要求。因此，采用先進的計算機技術實現梯級水電站調度信息的移動查詢十分必要。

近年來，移動互聯網和移動應用的迅速發展及應用，移動應用作為企業應用的前沿正不斷的進行創新與發展。現調度系統基于傳統的C/S模式建立，調度網站信息受限于電腦顯示設備，應用環境缺乏便利和靈活，調度信息未能充分整合和多角度分析，難以很好的滿足梯級水電站調度的管理需求。本文以梯級水電站為對象，引入Web App應用模式建立梯級水電站調度信息移動查詢系統，對移動應用建設和梯級調度信息進行管理研究。

1 需求分析

梯級水電站調度信息移動查詢系統的研發，主要對企業已建調度系統和調度信息網站的運行情況、用戶對象、用戶所需功能、用戶界面、安全以及移動平臺運行環境等方面進行調研和分析。以企業實際情況為出發點，以滿足企業用戶需求為目的，通過需求分析明確了在保證安全和性能的前提下，實現梯級水電站水情、電量、氣象實況與預報，以及梯級河流、水庫水情等查詢功能，并能夠根據用戶需求的變化實現靈活的配置和拓展，滿足各種移動設備的正常使用[1]。

2 系統設計

2.1框架設計

（1）瀏覽器服務器（B/S）模式

系統采用瀏覽器服務器（B/S）模式[2]（見圖1），通過移動設備瀏覽器向Web App[3]應用服務發出請求，Web App應用服務對瀏覽器的請求進行處理，通過業務處理和數據交互將所需信息返回至移動設備瀏覽器。

系統程序運用JSP動態網頁開發技術，采用基于請求的（request-based）的模型-視圖-控制器（Model-View-Controller）模式技術框架（Spring + Spring MVC）和數據持久層框架（Mybatis）進行開發。前端程序采用HTML5、CSS、JavaScript開發語言和JQuery、Amaze UI、Echarts、Moment、Numeral等前端框架和類庫進行開發。

（2）面向層次的技術架構設計

系統按照基礎設施層、技術服務層、業務服務層、應用服務層、用戶視圖層五個層面進行設計，各個層面繼續細分為多層次[4]，分層的技術架構具有很強的擴展性、可維護性和安全性。用戶視圖層負責用戶界面應用，使用MVC模式建立，其中弱化模型層，啟用視圖層和控制器層。應用與業務服務層在應用平臺范圍內進行業務組合編排，向用戶視圖層提供業務服務。系統技術架構層次結構見圖2。

圖1 系統B/S模式

（3）數據庫設計

系統業務數據主要來源梯級水庫調度自動化系統（以下簡稱調度系統）和梯級調度網站（以下簡稱調度網站）生產數據庫，系統不允許對生產數據庫有任何調整和性能影響。中間數據及后臺管理數據庫使用E-R（實體-聯系）模型方法進行設計，根據需求對用戶與授權、應用信息定義、中間數據、日志等功能進行實體、屬性和聯系對象設計（見圖3）。

2.2功能設計

根據調度信息分類，系統按照用戶需求劃分為實時數據、預報計劃、時段數據、整點數據、河道水情、水庫水情、歷史數據、科普知識、交互查詢9個功能模塊[5]（見圖4）。

（1）實時數據。集中并分類展示梯級電站年度總出力、總發電量、總開機臺數，在建電站上游水位、壩址流量信息，梯級電站機組運行狀態、上下游水位、重點站水位、出入庫流量、出力等信息。

（2）預報計劃。集中并分類展示梯級電站全年發電量測算、次日發電計劃、電站入庫流量預報，流域區域短期天氣預報，長江上游各個區間降雨預報和實際降雨信息。

（3）時段數據。集中并分類展示梯級電站電量和水情統計信息。電量信息包括日、月、年累計電量、同期電量、計劃電量等信息；水情信息包括日、月、年水位、流量、水量等信息；

圖2 系統技術架構層次結構

圖3 E-R模型概要設計

（4）整點數據。集中并分類展示梯級區域整點出力信息，梯級電站整點上下游水位、出入庫流量、出力信息，長江上游各流域區域6小時時段的降雨統計信息；

（5）河道水情。集中并分類展示長江上游主要河道及干流主要水文觀測站的水位流量信息，河道包括金沙江、雅礱江、岷江、沱江、長江干流等；

（6）水庫水情。集中并分類展示相關水庫統計信息與詳細信息。水庫信息包括出入庫流量、庫水位、已用庫容、可用庫容信息。

（7）歷史數據。集中并分類展示梯級電站近三年各月水量、電量統計信息。水量信息包括梯級電站各月平均入庫流量、較往年及多年均值增加百分比信息；電量信息包括梯級電站近三年各月及統計比較電量信息。

圖4 系統功能模塊結構

（8）科普知識。分類展示梯級電站簡介信息，中國大壩信息，世界大壩信息，重點水文站平均流量頻率信息，水資源及相關科學知識介紹，梯級電站設計洪水成果信息和度汛方案。

（9）交互查詢。按照人機交互方式展示長江上游關鍵站點水位，梯級電站出入庫流量、出力、電量、出入庫水量信息。

2.3性能設計

系統性能決定系統質量，從安全性、依從性、易用性、準確性、高效性、可擴充性、可維護性7個方面對系統性能進行設計。

（1）安全性。通過用戶授權和身份認證進行安全認證，控制訪問者是否具有系統訪問權限。通過會話、請求和Cookie認證方式進行用戶訪問認證，確保系統不能進行非法訪問。

（2）依從性。依照國家水利行業標準、企業水資源軟件系統開發規范、調度系統設計要求進行建設，系統程序依照編程語言開發規范進行設計編碼，在開發過程、數據資料、系統設計、編碼、界面、文檔等方面進行規范遵循。

（3）易用性。按照業務功能進行合理劃分，系統UI依照扁平化設計思維設計，使信息展示和用戶操作簡潔明了，達到登錄即用的要求。

（4）準確性。通過數據高效連接保證數據及時有效傳輸。通過時間校驗判斷數據時效性，通過中間數據處理過程保證統計數據的計算準確。通過數據標準化展示保證數據顯示含義準確。

（5）高效性。通過優化查詢計算程序、使用定時執行中間數據預處理、使用應用數據緩存、優化調整應用服務器等提升系統響應能力和性能。

（6）可擴充性。業務劃分方面選擇合適的業務粒度達到業務內聚，業務的調整、擴充和增加在最小業務影響范圍內進行，從而使業務擴充靈活。軟件架構方面進行分層設計，將不同軟件部分分離設計實現，不同技術功能和框架在各自的層次中進行實現，并有效連接互不影響。

（7）可維護性。系統程序按照分層或模塊化實現，強化文檔和程序注解，增加日志記錄功能，同時對各種可能結果進行容錯處理提高系統穩定性。

2.4體驗設計

系統使用扁平化設計思想進行導航設計。通過九宮格、頁頭導航按鈕、二級列表導航頁面實現業務頁面的層級導航（見圖5），通過直達導航實現業務頁面的快速轉換（見圖6）。兩種導航方式結合使用，用戶可以靈活快速地進行定位和訪問。

圖5 層級導航

圖6 快速導航

頁面調度信息展示設計主要以表格和圖片形式。頁面內容多或信息重要程度不同時，通過頁面交互隱藏內容。數據表格在移動端列數一般控制不超過7列，當表格需要顯示多列時采用響應式表格插件Tablesaw進行顯示。頁面多用圖表、顏色、數值結合方式展示業務邏輯信息，使用人機交互模擬界面提高互動性。對瀏覽器內核進行判斷，對于不支持HTML5或前端UI框架時的系統顯示友好提示頁面（見圖7）。

圖7 頁面設計

3 系統實現

3.1開發模式

系統需求分為一定粒度子項，開發團隊圍繞一部分需求緊密協作、完成設計、開發、集成和驗證工作，生成一個可運行滿足部分需求的系統，并以此獲取用戶的反饋。依此過程系統逐步增長，最終形成完備的系統。建設過程中用戶、開發團隊逐漸對業務應用形成更加清晰深入的認識，開發決策逐步推進，在適當的時間做出。基本決策在早期做出，更多的決策在每個開發迭代中做出。確定合適迭代周期，在每個迭代中產生有價值的應用增量，以完備、穩定的方式進行應用交付。當需求、計劃、架構在迭代周期中發生變化，開發團隊及時響應需求變化，推進系統演進[6]。

3.2關鍵技術

（1）用戶統一與驗證

企業已建成大量生產應用系統，不同系統擁有獨立的用戶信息和驗證機制，用戶驗證功能存在重復建設、信息冗余、運維困難等問題。通過分析，辦公自動化（OA）系統擁有企業所有人員信息，將此作為移動查詢系統用戶統一來源可以避免上述等問題，而且可以快速在企業內部建立用戶群，其他應用系統也可以共同使用。同時，實現OA用戶在線驗證公共服務為移動查詢系統提供用戶登錄驗證功能，在此基礎上輔以單應用系統用戶驗證功能可作為用戶驗證的一種補充。

用戶信息統一和多驗證方式帶來多應用系統權限管理需求。通過基于角色的訪問控制方法（RBAC）[7]建立多應用系統權限管理機制[8]，在模型設計中增加“應用系統”維度進行應用區分，權限管理系統增加系統應用管理人員界面和數據分組功能提供給用戶進行權限管理使用。用戶驗證概要設計見圖8。

圖8 用戶驗證概要設計

（2）數據預處理

梯級水電站調度信息來源于企業已建調度系統和調度信息網站的數據庫與數據文件，其中存儲的核心數據記錄數已達數億級別，調度信息的檢索與計算需要花費幾秒甚至數分鐘的時間。為了提高查詢效率縮短計算時間，采用數據預處理技術使移動查詢系統信息響應達到用戶接受程度。

預處理核心內容是ETL（Extract，Transform，Load）[9]過程，主要解決數據的分布性、異構性和計算效率問題。其中對實時數據、計算數據以及外部數據進行預處理，通過數據清理、集成、變換提高系統查詢效率。通過Oracle數據庫Procedure對象開發實現數據的同步與計算功能。依據業務模塊對數據分類，按照業務需求時間進行部分數據同步，有計算要求的進行數據計算并將結果存儲于中間數據表。數據庫Procedure對象通過Schedule Job調用執行，中間數據以刷新方式進行更新。

調度數據擁有時間屬性，分為時點屬性和時段屬性。時點數據對應實時以及小時、天、旬、月、年的起止時間，對于擁有時點屬性的業務數據，數據預處理應在對數據庫性能產生較小影響下設置小時間間隔。如小時時點數據間隔可設置為0.5小時，業務數據會產生0.5小時延后。時段數據對應小時、單位小時（4、8、6、12小時）、天、旬、月、年時間范圍，時段數據會在時段結束之后進行計算生成。數據預處理應在數據生成之后進行，時間間隔可與時段保持一致。如小時時段數據間隔可設置為1小時，執行時間在整點10分鐘之后，數據預處理時間為08:10、09:10……依次類推。數據的定時預處理帶來數據延時情況，根據業務要求和用戶接受程度設置合理預處理間隔時間。

（3）數據緩存

大數據量并發查詢會消耗大量網絡與系統資源，會對企業調度生產工作造成不良影響。通過分析，系統執行查詢時許多查詢目標和條件相同，基于這個特點引入數據緩存[10]技術提高查詢效率和減少數據庫服務器壓力。通過在持久層集成Ehcache緩存框架，實現查詢結果業務對象的數據緩存功能。在ehcache.xml文件設置運行屬性，在Mapper.xml映射文件增加節點（）啟用對象緩存，實現全局數據對象緩存設置。在業務和數據時間特性要求嚴格時，精細設置各個數據對象的緩存屬性，實現不同的緩存策略、緩存時間等要求。

3.3測試實施

為保證系統質量，對系統進行了多項測試[11]，包括單元測試、集成測試和確認測試等。測試的環境分為為內網WIFI環境和虛擬辦公網VPN環境。

系統實施工作主要包括用戶整理，安裝配置和上線試運行。系統正式運行之后，系統的變更發布按照發布規章要求進行；用戶需要通過申請才能進行應用訪問授權，及時響應用戶反饋信息并做出調整。

4 系統應用

長江干流上游主要包括企業四座已投運梯級水電站，結合上游其他多座水電站已形成長江流域干流梯級水庫群。梯級水電站群在發電防洪功能之外，還承擔改善通航、保障供水、生態保護等重要任務，屬于典型的多目標、非線性、隨機動態系統。移動查詢系統的應用將直接影響企業管理者、調度及生產相關人員對調度信息的動態把握和決策。通過移動查詢系統應用實踐表明該系統為企業梯級水電站聯合調度提供了及時、可靠的依據，從而保證企業梯級水電站安全、正常、效益最大化的運行。

使用移動設備、個人電腦登錄系統的用戶可以通過“實時數據”模塊獲取梯級水電站實時運行信息，準確把握水電站運行狀態；通過“預報計劃”模塊獲取梯級水電站發電量測算、發電計劃、水情預報、天氣預報信息，為合理準確調度提供依據；通過“時段數據”模塊獲取梯級水電站電量水情的階段統計信息，從整體上掌控調度結果；通過“整點數據”模塊獲取梯級水電站整點運行狀態，對梯級水庫和水電站進行整時狀態掌控；通過“河道水情”模塊獲取長江上游主要河道及干流水文信息，從河道角度對長江上游水文進行實時掌握；通過“水庫水情”模塊獲取長江上游主要河道及干流水庫運行狀態信息，對長江上游梯級水庫群進行整體實時掌握；通過“歷史數據”、“科普知識”、“交互查詢”模塊對梯級水電站調度信息進行輔助補充。

5 建設體會

隨著移動查詢系統在企業內部推廣應用，已經擁有一批使用用戶，特別是管理、調度及相關業務人員居多，實現了系統建設最初目標。在系統建設過程中，有如下幾點體會。

（1）從用戶角度進行系統建設。用戶是否關注或使用系統，主要決定于系統是否具有解決問題和方便使用兩個方面特性。

（2）使用先進合理的技術和架構。使用先進合理的開發技術、框架、以及系統架構快速實現用戶的需求變化和業務發展要求，在數據、業務兩個方面靈活擴展。

（3）系統持續、及時完善。快速響應用戶需求變化，通過業務遞增更新和技術演進滿足用戶不斷變化的需要。

6 結語

移動查詢系統已成功應用于中國長江電力股份有限公司，為企業管理者、調度及生產相關人員提供了方便、明確、整合的調息信息查詢工具，從而使工作效率大步提高，為公司調度決策和日常調度工作提供了有力支持。

由于云計算時代的到來，移動應用給企業帶來更多的創新與變革。圍繞著移動查詢系統先后實現了基于Android和iOS操作系統的混合應用APP以及基于微信企業號的應用對接，使用戶可以按照原生APP和微信應用方式進行系統訪問。隨著用戶的使用，離線訪問、性能提升、通知推送等功能需求已經逐漸浮現，漸進式的Web App應用[12]已成為未來系統發展的技術方向。同時，用戶對調度信息的查詢需求逐步提升為梯級電站聯合優化調度的決策與分析[13]，應用需求的提升預示著基于Web App的梯級水電站調度信息移動查詢系統有著強勁的發展趨勢和動力。隨著技術發展和應用深入，移動查詢系統能夠為企業梯級水電站聯合調度發揮更重要的作用。

[1] 周競亮, 李旸照, 韓九菊. 大型水電企業移動信息門戶建設及應用[J]. 人民長江, 2015, 46(9): 101-105.

[2] 王志勃, 史夢安, 刁志剛. B/S模式下監控系統設計與實現[J]. 軟件, 2014, 35(8): 46-49.

[3] 杜帥, 鄂海紅, 許可. 混合移動應用開發模式的新策略[J].軟件, 2015, 36(6): 12-17.

[4] 黃洋, 宋俊德, 宋美娜, 張笑燕. 基于本體與SSH架構的異構數據集成框架的研究[J]. 軟件, 2014, 35(11): 36-41.

[5] 顧麗, 張舟, 王偉, 等. 基于GIS的長江流域站網平臺設計與實現[J]. 人民長江, 2015, 46(16): 93-96.

[6] 何勉. 從開發模式看敏捷.Information Queue[EB/OL]. http://www.infoq.com/cn/articles/hm-agile-development-vie w. 2011-07-29

[7] 劉金泉, 吳立雪. 基于RBAC的通知發布系統的設計與實現[J]. 軟件, 2015, 36(12): 119-123.

[8] 劉麗欽. 通用、動態權限管理模型的設計與實現[J]. 軟件, 2016, 37(3): 94-98.

[9] 王德勝, 李弘, 田佳燁. 數據抽取及交換工具的設計與實現[J]. 軟件, 2015, 36(8): 36-40.

[10] 周京暉. 數據緩存按需同步的設計與應用[J]. 軟件, 2013, 34(5): 6-11.

[11] 李永征. 淺析計算機軟件可靠性的測試方法[J]. 軟件, 2014, 35(2): 90-92.

[12] Mark Pedersen. 您的公司能從漸進式網頁應用中受益嗎. Information Queue[EB/OL]. http://www.infoq.com/cn/articles/progressive-web-app-benefits.

[13] 喬梁, 付正鑫, 許懿, 等. 梯級水電站聯合優化調度系統的開發與應用[J]. 水利水電技術, 2014, 45(10): 97-100.

Design and Realization of Mobile Query Web App Based on Cascade Hydropower Station Dispatching Information

ZHANG Yu-zhu, FAN Qi-meng, NG Xu
(China Yangtze Power Co., Ltd., Yichang 443002, China)

This paper analyzes the demand which integrates the information from different systems based on the design and realization of the dispatching information mobile query system for cascade hydropower station, designs the Web App mode through demand analysis, programing, implementation, and comply the data query function including real-time, forecasting, statistics, Punctuation information on the mobile device showed to the user. The example shows the flexibility, scalability, function and performance of the Web App about the cascade hydropower stations on the upper reaches of the Yangtze River in China Yangtze Power Co., Ltd. It can meet the demands of enterprise applications. The system can be accessed quickly and conveniently through mobile devices and personal computers. Through integration, it avoids the system application environment differences and professional knowledge barriers to meet the needs of different business users. The system has reference value for dispatching management and information construction of cascade hydropower stations.

Web App; Cascade hydropower station; Dispatching information; Mobile query

TP391

: A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.02.020

張玉柱，男，(1979-)，工程師，主要研究方向：軟件技術在水資源利用方面的應用研究；樊啟萌，女，(1986-），工程師，主要研究方向：軟件技術在水資源利用方面的應用研究；楊旭，男，(1983-），高級工程師，主要研究方向：水資源利用技術的研究。

本文著錄格式：張玉柱，樊啟萌，楊旭. 基于Web App的梯級水電站調度信息移動查詢系統設計與實現[J]. 軟件，2017，38（2）：91-97