“智慧黃家灣”綜合信息化云平臺研建

王茂洋,羅天文,吳恒友,徐 銳

(貴州省水利水電勘測設計研究院,貴州 貴陽 550002)

2018年1月2～3日，水利部在北京召開全國水利廳局長會議，水利部黨組書記、部長陳雷在會上明確要求“要全面加快智慧水利建設，大力推進水利科技創新。推動互聯網、大數據、云計算、衛星遙感、人工智能等高新技術與水利業務深度融合，加強水利科技基礎研究和高新技術研發，破解影響我國水安全的科技難題，加快科技創新成果轉化應用。”

智慧水庫是智慧水利中的一部分，是國家相關政策的要求之一，具有良好的建設條件，為了積極的響應國家的政策，推行智慧水庫建設是水利工程建設中的首要任務。

黃家灣水利樞紐工程作為“十三五”開局之年開工建設的一座大型水利樞紐工程，其建設規模大、管理任務重，涉及的行業、專業、交叉作業繁多，因此僅僅依靠傳統管理方式很難實現預期的工程目標。相關主管部門對黃家灣水利樞紐工程信息化建設提出了新的更高要求，提出建設“智慧黃家灣”的理念。“智慧黃家灣”的核心是實現水利樞紐工程的大數據管理，建設“智慧黃家灣”必須借助我省大數據平臺優勢，結合物聯網、云計算、移動互聯網以及GIS技術，將海量的水利工程數據從采集、組織、傳輸、存儲到查詢、分析，真正實現黃家灣水利樞紐工程智慧化、精細化管理。

1 項目區概況與系統研究分析

1.1 項目區概況

黃家灣水利樞紐工程位于貴州安順市南部紫云縣境內，擬建壩址在紅水河的一級支流格凸河中游河段，壩址位置位于紫云縣板當鎮黃家灣河道上，處于東經106°11′～106°13′，北緯25°47′～25°48′之間。壩址距紫云縣城距離約20km，距板當鎮約17km。有紫云—板當—長順的S309省級公路從壩址右岸下游1km左右附近通過，目前有鄉村公路通至壩址，另外有惠(水)興(仁)高速從壩址右岸附近通過，惠興高速在板當、紫云有匝道口。故黃家灣水利樞紐工程壩址交通極為便利。

1.2 系統分析

信息化、智能化建設在黃家灣水利樞紐工程項目中起著非常重要的作用。在項目管理方面，能對涉及到的多個單位或機構進行統一管理；在質量管理方面，能對施工過程及材料等質量密切相關的場地或配套設備進行全方位的監控管理，保證工程質量；在人員安全管理方面，能實時跟蹤人員位置，為應急預案提供數據支持，提高施工工地安全性；在車輛管理方面，實現工程車輛軌跡、載料情況、門禁、車牌號等統一管理；通過平臺管理將各個系統有效無縫的集成在一起，實行統一管理。

2 支撐體系建設

2.1 標準規范和安全保障體系建設

建立完善的信息化標準規范體系，整理、編制一套符合“智慧黃家灣”綜合信息管理云平臺的標準規范，為各部件、環節、部門實現互聯互通和信息共享提供依據。主要包括：

(1)數據標準規范，包括地圖數據標準、數據庫元數據、數據共享接口、數據評價體系。

(2)運維標準規范，包括基礎架構庫(ITIL)。

建立完善的信息化安全保障體系，按照國家網絡安全等級保護要求，開展定級備案，安全建設整改及測評工作，遵循同步規劃、同步建設、同步投入運行的原則，從物理安全、網絡安全、應用安全、數據安全四個方面完善系統安全建設，構建信息化網絡安全防御體系。

2.2 基礎設施建設

2.2.1 智能信息采集

智能信息采集包括:水情、雨情、流量、蒸發量、水質、視頻、閘門、電站、泵站、動力環境、混凝土生產信息、砂石料生產信息、水庫工情等信息。水利工程相關數據可以按照前期的方式通過設置固定站點進行信息采集，最終集成到云平臺，也可以通過移動手機智能化客戶端對相關數據、實物照片進行信息采集，將數據上傳到云平臺。采用數據倉庫系統架構進行整合、歸集業務系統數據，為數據的統一管理及共享提供保障；信息資源目錄系統提供全生命周期大數據管理信息資源的統一管理和導航，為工程全過程數據管理相關信息查詢、導出和共享服務提供快速便捷的手段和途徑。“智慧黃家灣”信息采集技術架構如圖1所示。

圖1 “智慧黃家灣”信息采集技術架構

2.2.2 遠程監控平臺

對尚未進行遠程監控的重要站點增加遠程監控設備，完善遠程監控平臺，整合前期已有的遠程監控系統，實現監測監控一體化的控制體系。

2.2.3 傳輸網絡通信平臺

保障數據傳輸及時、信息暢通是實現“智慧黃家灣”的基礎。建設高性能的通信傳輸系統是保證信息自動化系統信息暢通和支撐應用系統實現安全輸水、精確配水目標的前提條件。建立各信息采集點為數據單元的通信網絡結構，信息中心與分中心分別建有自己的內部局域網，它們之間通過VPN形成廣域網連接。

傳輸網絡通信系統采用分層分布式管理，即貴陽總調度中心控制層、調度中心監控層和泵站、閘站、電站現地控制監控層。

2.2.4 構建“智慧黃家灣”私有云

“智慧黃家灣”私有云主要包括基礎設施和應用支撐兩個方面內容。

(1)基礎設施，租賃云上貴州大數據云服務。

(2)應用支撐，包括地圖服務引擎、用戶管理、權限控制等。

2.2.5 災備系統

災備系統是指在一個數據中心發生故障或災難的情況下，其他數據中心可以正常運行并對關鍵業務或全部業務實現接管，達到互為備份的效果。容災備份系統采用多元化數據保護技術，著眼于數據的實時備份容災與瞬間恢復，保證最小的數據丟失，致力于業務不間斷運行的一體化綜合信息保護平臺(容災備份)。它彌補了傳統數據備份方式的諸多不足，通過保護數據、應用、操作系統、存儲設備等實現全面立體保護以及強大的快速恢復能力，能有效防范各類系統災難和人為錯誤，并且針對不同數據庫應用，提供快速的應用恢復能力，保障灌區業務不間斷運行。

3 系統設計與實現

系統以現地測控系統為基礎，以數據處理與交互平臺為紐帶，全面、及時采集所需數據，進行統一處理，存入實時數據庫和歷史數據庫；構建統一的數據共享平臺，安全、可靠地進行數據存儲管理；通過一體化應用支撐平臺，對統一數據平臺中的數據進行專業化數據分析與處理，并提供不同應用領域以及綜合的數據、應用服務支撐。在一體化應用支撐平臺上提供電站、泵站、閘門、水情、視頻、機房動力環境等各類綜合監控監測應用，并在此基礎上實現指揮調度與預警預測、綜合展現等應用。通過強有力的一體化基礎支撐、安全防護管理及標準規范體系，為全面提高工程各項業務的處理能力、工程安全管理提供有力支撐。

系統邏輯構成包括五層二體系：基礎設施層、通信網絡層、數據資源層、應用支撐層、業務應用層，各層遵循建設運行管理與標準規范體系、系統實體環境和信息安全體系支撐。系統總體框架圖如圖2所示。

(1)基礎設施層。主要包括現地測控系統，是信息化系統的主要信息(數據)來源與控制信息輸出關鍵平臺，是信息化系統關鍵平臺/子系統。包括各類信息從采集、傳輸、加工處理、存儲和管理，包括自動采集、人工上報、外單位接入的各類信息；包括接受上級應用系統及本地測控系統的閥門監控、閘門監控、電站監控、視頻控制等控制信息，并轉發至現場執行機構及攝像機，實現閘門等設備自動控制及攝像機的遠程操作。

(2)通信網絡層。包括網絡系統與通信系統，網絡系統為信息化系統各平臺及平臺中的各節點間提供數據交換網絡通道。網絡系統承載在通信傳輸系統上，即由通信傳輸系統為網絡系統提供組網鏈路。在網絡與通信傳輸網之間依據不同層次和寬帶需求采用不同的接口連接。通信系統主要由程控交換系統、通信傳輸系統、時鐘同步及通信綜合網管系統、通信管道、通信光電纜等部分組成。

(3)數據資源層。數據資源管理平臺的主要作用是滿足海量數據的存儲管理要求：整合系統資源、避免或減少重復建設，降低數據管理成本；整合數據資源，保證數據的完整性和一致性。通過數據的容災備份，保證數據的安全性；數據資源管理平臺主要由各類數據庫、數據庫管理系統及數據備份系統3部分組成：①數據庫包括應用系統需要的實時、歷史、文件數據及元數據庫。②數據庫管理系統主要是對各類數據庫和元數據庫進行管理。③數據備份系統主要功能有數據存儲管理、數據本地安全備份與恢復、數據的遠程容災備份與恢復等。

(4)應用支撐層。應用支撐平臺是連接數據中心和業務應用的橋梁，其作用是實現資源的有效共享和應用系統的互聯互通，為應用系統的功能實現提供技術支持、多種服務及運行環境，是實現應用系統之間、應用系統與其他平臺之間進行信息交換、傳輸、共享的核心。應用支撐平臺主要包括：統一用戶認證、統一權限管理、GIS引擎、大數據分析等服務或組件。

(5)業務應用層。包括工程數據中心、水雨情監測、工情監測、墑情監測、安全監測、自動化監控、通信網絡服務、指揮調度和綜合業務管理9大體系。

圖2 “智慧黃家灣”綜合平臺邏輯結構

4 結語

“智慧黃家灣”綜合信息化管理云平臺建設包括統一平臺建設、基礎信息建設、移動智能終端應用軟件建設和公眾版手機應用軟件建設。業務模塊包括工程數據中心、水雨情監測、工情監測、墑情監測、安全監測、自動化監控、通信網絡服務、指揮調度、綜合業務管理9大體系。功能涉及碾壓監測、碾壓調度、車輛管理、水情監測、雨情監測、水質監測、墑情監測、安全監測、日常巡查、補償計算、定位系統、系統管理、數據管理等多個方面，具備監測數據實時展示、專項分布與展示、應急指揮、決策支持和綜合展現等功能。