碧流河水庫防洪調度系統數據庫管理子系統設計

【摘要】防洪調度系統的平穩高效運行是水庫防洪安全的重要保障。而數據庫管理子系統是水庫防洪調度系統的核心部分，具有實現各級各部門之間數據傳輸、信息共享的功能。以碧流河水庫洪水調度系統數據庫管理子系統為例，簡要介紹數據庫管理子系統具備的主要功能、設計思想、基本構成及數據庫的集成等內容。

【關鍵詞】碧流河水庫；洪水調度；數據庫

碧流河水庫防洪調度系統由洪水預報子系統、洪水調度子系統、水雨工情信息服務子系統、數據庫管理子系統等模塊組成。其中，數據庫管理子系統是進行數據信息存儲、傳輸的關鍵。由于水文數據具有種類多、數量大、時效性強等特點，因此，一個實用、高效的數據庫管理子系統對于水庫防洪調度系統來說是必不可少的。

1、水庫概況

碧流河水庫地處遼寧省普蘭店市、莊河市和蓋州市的交界處。水庫位于碧流河干流上，集水面積2085km2。最大庫容9.34億m3，設計年平均城市供水量為4.03億m3。是一座以城市供水為主，兼有防洪、發電、養魚、灌溉、旅游等綜合利用的大型水庫。

碧流河水庫先后建設了基于Client/Server（C/S）計算網絡模式的水庫洪水預報調度系統、水庫下游洪災分析系統等子系統，很大程度上促進了水庫防洪工作的展開。但隨著計算機網絡、通訊技術等現代科技的不斷發展，對碧流河水庫防洪調度系統及其子系統提出了更高的要求。

2、數據庫管理子系統功能簡介

碧流河水庫防洪調度系統的數據庫主要實現對信息的讀取以及對預報、調度、系統管理和集成等一系列數據、參數、方法、模型的傳輸、存儲和管理[1]。其具體功能如下：

（1）向上級（大連市防汛抗旱指揮部）傳輸洪水預報及調度成果數據庫設計與傳輸作業實現。

（2）數據庫的錄入、修改與刪除作業。

（3）實時數據庫自動導入歷史數據庫，實現實時水雨情數據的同步備份。

（4）數據庫的備份與恢復。

（5）數據流程是否合理對數據庫集成有非常關鍵的影響，因此，應設計高效、穩定的數據流程。

3、數據庫管理子系統設計思想

碧流河水庫防洪調度系統數據庫的設計以國家防汛指揮系統工程為基礎，依據《水庫洪水調度系統設計與開發規則》，根據工程實際情況，對原數據庫進行必要的修改，使其更符合實際工作需要。

數據庫的結構和相互關系是系統設計及其功能實現的關鍵。本系統利用實時水雨情庫、歷史水雨情庫、工情庫作為基礎數據庫管理維護數據，不僅增加了數據庫更新的靈活性，提高了數據信息的查詢速度，也增強了數據的安全性。另外，還為洪水預報調度系統設計了三個專用數據庫和三個大對象數據庫。因此，本系統共設計與開發了九個數據庫。通過創建事務對象來對數據庫進行管理和操作。

系統數據庫劃分完成后，進行數據庫表結構設計是又一項十分重要的工作。該防洪調度系統的設計以對數據庫的操作為中心，要求數據庫的表結構能夠使系統適應復雜的環境變化，易于擴展和移值。同時還要考慮到用戶可能遇到的各種復雜狀況，對個別站的數據采用不同的處理方式，并妥善定義表結構。

4、數據庫管理子系統內容

4.1 基礎數據庫

本系統共設計3個基礎數據庫，包括實時水雨情數據庫、歷史水雨情數據庫和工情數據庫。

（1）實時、歷史水雨情數據庫

實時及歷史水雨情數據庫均以測站為基本單元，分別存儲實時的和歷史的水雨情信息。數據主要是關于各個控制站的水雨情信息及各種統計值，測站考證資料等。數據類別主要包括數字、文本。

（2）工情數據庫

工情數據庫中主要存儲工程屬性信息、工況監測數據、水庫淤積管理數據以及測站數據等。工情數據庫的數據類別包括：數字、文本、圖像、視頻等，此數據庫將為工情數據的整編提供基礎性的數據支持，為綜合展示水庫管理提供數據源。

4.2 專用數據庫

本系統共設計3個專用數據庫，分別為墑情數據庫、洪水預報數據庫、洪水調度數據庫，對不同類型的數據進行存儲和管理。土壤墑情數據庫主要用于存儲墑情測站的土壤墑情、農作物生長狀況等實測和預報信息；洪水預報數據庫存儲水庫洪水預報專用的實時、歷史時段水文數據、預報計算成果以及模型方法；防洪調度數據庫存儲水庫洪水調度專用的實時、歷史時段水文數據、調度計算成果以及模型方法。

4.3 大對象數據庫

本系統共設計3個大對象數據庫，包括實動態影像數據庫、圖形數據庫和超文本數據庫。

（1）動態影像庫

碧流河水庫動態影像庫的內容主要有：① 氣象衛星影像；② 資源衛星影像；③ 視頻信息；④ 航空雷達影像；⑤ 音頻信息；⑥ MPEG Video CD數據；⑦ 靜態影像等。通過基于操作系統的硬盤文件資源管理器方式進行管理。

（2）圖形庫

圖形庫是將具有一定空間分布特征的專題圖按一定的模型整合成的整體。圖形庫內的圖按內容分為三類，一是碧流河水庫流域基礎電子地圖，二是水利要素分布圖，三是實時專題圖。

（3）超文本庫

超文本庫是以超文本頁面為最小單元，內容涵蓋各類公用靜態文檔、實時工情頁面信息和各系統輸出的正式文檔結果的綜合信息庫。數據類型有文本、圖像、視頻、音頻及數據等。超文本庫的創建有助于更高效快捷得管理信息，提高信息查詢效率。

5、基于工作流技術的數據庫集成

數據庫集成是水庫洪水預報調度系統的核心集成平臺之一，數據流程是否合理，對系統的運行效率有極大的影響。本系統采用B/S模式開發，為方便系統的集成和安全運行，系統集成和管理采用工作流模式，滿足所有工作人員在標準的IE環境下可通過相應的權限在各終端訪問相應的信息內容。以最大限度地降低系統冗余度為原則，通過下列方式實現數據流程：

（1）各子系統在碧流河水庫管理局使用獨立的專用子系統數據庫服務器，在后方調度中心集成一個綜合服務器；

（2）數據庫的導出及實時備份。各子系統的數據庫平臺不相同，有SQL Server、Access或其它數據庫。要使這些數據庫適應綜合服務器的統一數據庫平臺，必須進行相應的數據庫導出及備份工作；

（3）洪水預報子系統與洪水調度子系統通過統一的數據庫接口將本子系統采集并加工后的數據及成果實時發布到專用數據庫，并通過信息服務子系統進行綜合表現；

（4）洪水預報調度系統下的各對子系統均以B/S頁面方式實現信息綜合顯示；

（5）洪水預報子系統與調度子系統在實現運算成果網絡發布的同時也可在會商室進行現場分析與計算操作；

（6）水雨工情數據均可通過Web以流域地理信息系統進行直觀顯示，主要顯示內容有：時段降雨量在流域的平面分布情況，流域地下水位的實時顯示以及流域各水文站的實時水位、流量在線顯示等。

（7）通過系統的用戶管理模塊對水庫所有用戶進行權限分級與管理，不同的用戶可根據個人權限登錄，并執行權限范圍內的操作。

6、數據庫的安全設計及數據的備份與恢復

6.1 數據庫安全設計

由于水庫管理處的數據庫集中存儲各種信息數據，為規范數據管理，數據庫采用集中管理方式，并采取分權限使用、管理、維護的機制，嚴格審查登錄用戶的身份、密碼、權限級別等，有效控制用戶的非法或越權操作，從根本上保護數據安全。另外，數據庫系統的安全可采用系統管理員責任制，以保障系統安全可靠運行。同時，結合數據備份手段，保證數據庫、庫表和數據的安全。

6.2 數據庫備份與恢復

本數據庫主要實現水雨情自動遙測數據的存儲及相關統計成果的存儲。數據庫備份與恢復主要實現系統綜合數據庫的數據傳輸、優化、修正、用戶操作權限等功能的管理與維護，主要功能如下：

（1）綜合數據庫的實時備份。將水文自動測報子系統、地下水自動監測子系統、洪水預報子系統和預留浸沒觀測系統數據庫統一數據庫表結構，實現前方調度過程中所有數據的實時備份；

（2）備份后數據庫的人工維護。上述綜合數據庫的信息海量，數據冗余或信息錯誤難以避免，必須允許授權用戶對相應數據進行維護，可根據需要進行相應的修正、刪除、增補等維護業務；

（3）各子系統數據庫異構性處理與統一數據庫接口設計。正在運行的各子系統在設計與開發過程中，著眼于各子系統的專業需要，對集成化的水庫防汛會商系統并未重點考慮。為服務于水庫防汛會商系統，在數據庫集成中必須針對各子系統數據庫的異構性，設計統一的數據庫接口，來服務于數據庫的集成要求。

7、小結

本文以碧流河水庫防洪調度系統的數據庫管理子系統為例，重點介紹了其數據庫管理子系統的功能、設計思想、主要內容、集成以及安全管理等內容。系統具有易于擴展和維護，通用性強的特點。有利于實現水雨情及相關數據信息的存儲、管理和傳輸，為水庫的防汛安全打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1] 葛于晉.考慮中小水庫影響的門樓水庫洪水預報調度研究[D].大連：大連理工大學，2015.

[2] 張春波，單連君，牟寶權等.碧流河水庫防洪調度決策支持系統設計與開發[J].中國水運，2015，（6）：74-75.

[3] 梁國華，王國利，何斌.GIS環境下水庫洪水調度系統集成研究與應用[J].人民黃河，2009，（8）：5-7.

[4] 王秀珍，王建.實時水雨情信息系統研制[J].通信技術，2009，（8）：140-143.

[5] 李小濤，黃詩峰，宋小寧等.衛星遙感結合地面觀測數據的土壤墑情監測分析系統[J].水利學報，2013，（z1）：116-120.

作者簡介：單連君（1968-），男，遼寧大連人，副局長，高級工程師，多年從事水情預報調度、信息網絡和水利工程建設與管理研究工作。