水文水情分中心冗余管理技術分析

張利 田次平

摘要：為實現水文水情分中心冗余管理功能，達到精細化管理的目的。分析了網絡設備、數據庫、水情數據處理、相應流量推算、值守人員管理等每個環節的冗余管理技術。對關鍵環節進行監控，建立了質量管理保障體系。冗余管理技術的應用已在沙市水情分中心實踐應用多年，應用冗余管理技術使水情報汛每個環節都有一定的容災能力，實現了經濟上合理可行、水文信息安全通暢、報汛質量達到或優于有關技術要求的目標。

關鍵詞：冗余管理技術;水情數據：水文信息;水文水情分中心;沙市

中圖法分類號：P332 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.04.015

文章編號：1006 - 0081（2021）04 - 0083 - 07

1 概 述

及時準確地掌握水情信息對國家防汛抗旱、防災減災不可或缺。水文水情分中心（以下簡稱“水情分中心”）作為所轄區域內水文站點與上級水文情報預報中心水情信息的收集、貯存、處理、完善的中轉節點，必須確保水情信息完整、安全、及時、準確地報送，滿足水情報汛漏、錯報率≤1%，預報合格率≥75%。因此，水文水情分中心的網絡設備、水文信息數據庫、水文信息處理、相應流量推算、值守人員管理等都要應用冗余管理技術，使每個環節都有一定的容災能力，達到經濟上合理可行、水文信息安全通暢的目的。

水情分中心由1 個或若干水情分中心，若干個中央報汛站或流域報汛站組成，圖1為水情中心水情數據傳輸與處理流程。

容錯技術是指在系統部分硬件發生故障或部分軟件發生錯誤的情況下，系統仍能正確執行任務的能力。其實質是利用“冗余”思想屏蔽故障影響，提高系統的可靠性[1]。水情分中心運行管理時，要求能夠做到無論任何時刻，發生任何故障，均需保證水情報汛工作正常進行。水情分中心工作與業務系統密不可分，火災、地震等災害和人為操作失誤、聯網攻擊等“災難”一旦發生時，要盡快且完整地恢復正常的業務工作，減少災難造成的損失。通過冗余管理技術，能較好地解決系統安全穩定不間斷運行的需求。網絡設備冗余管理為水情傳輸提供保障，數據庫冗余管理保證水情數據的安全，水情數據處理冗余管理、相應流量推算冗余管理為水文實時報汛提供接口，值班冗余管理輔助水情中心日常工作正常運行，圖2為冗余管理功能模塊。

在冗余管理功能模塊中，以災備措施為基礎，將水情分中心硬件進行災備，以保證設備運行正常;傳輸層包含網絡拓撲與GPRS信道、北斗信道等，為水情分中心信道冗余管理;表現層為數據的需求展示結果，即應用系統冗余管理包括數據庫冗余管理、相應流量推算冗余管理和值班冗余管理等。

2 水情分中心冗余管理

2.1 信息網絡

報汛要求水情分中心信息網絡必須24 h不間斷。水情分中心網絡設備主要包括：核心交換機、接入式交換機、防火墻、深信服VPN和路由器等。在實際工作中，人為失誤操作、電腦硬軟件損壞、病毒侵入、黑客攻擊以及天災等因素都會造成計算機網絡系統的癱瘓以致數據丟失。水情分中心主要網絡設備實現冷熱備份，網絡線路實現雙路或者多路實時切換，圖3為水情分中心網絡拓撲圖。網絡拓撲圖中有4條逐步報汛信道，主信道為移動MSTP專線，備用信道包括電信MSTP專線、VPN和水利衛星網絡。網絡設備中核心交換機互為熱備份，能在不斷網的情況下自動切換，到分局線路為移動和聯通雙線路備份，服務器與其他網絡設備均設相同應用系統備件。

對水情工作中信息網絡收集與轉發故障進行總結，采用冗余管理技術對信息故障處理流程進行梳理，以沙市水情分中心為例，建立水情分中心信息冗余管理圖。根據其信息冗余管理圖，分中心值班人員能夠快速解決信息傳輸與轉發故障，圖4為水情分中心信息冗余管理圖。管理圖分解為以下情況：

（1）服務器損壞（數據存儲）。①水情接收服務器損壞，直接切換到備用接收服務器;②水情交換/處理服務器損壞，切換到備用水情交換/處理服務器;③主數據庫切換備用數據庫。

（2）網絡設備損壞（數據交換）。①防火墻損壞，直接切換備用防火墻;②核心交換機損壞，熱備份自動切換;③核心路由器損壞，接入備用核心路由器。

（3）網絡線路故障（數據接收及轉發），提供4條備用線路（除無線mifi，其余自動切換）。①MSTP鏈路故障（電信，移動）;②VPN故障;③水利衛星鏈路故障;④無線mifi操作。

（4）備用電源故障。①市電故障，自動切換到UPS;②UPS故障，接入市電或者發電機;③備用發電機操作。

2.2 水文信息數據庫

水文信息數據庫容災是為了保證數據庫完整性，其對于水情報汛工作極為重要。水情分中心數據庫容災有兩種方式：①采用水情交換系統，將主數據庫連接到備用數據庫進行實時備份;②采用數據庫快照，復制定時備份主數據庫到專用存儲器。

越來越多有價值的關鍵信息轉變為水情數據，如果未及時有效地進行數據備份與恢復，損失將是無法估量的，數據庫冗余管理顯得尤為重要。數據冗余管理主要指數據備份技術，主要有快照備份、離線備份、異地存儲備份等[2]。為便于管理，自動備份，水情分中心采用數據庫訂閱與水情交換的方式實現備份。水情數據冗余管理見圖5。

（1）主要備用方式：采用主數據庫發布，備用數據庫訂閱的方式，對主數據庫進行復制，保證水情數據的安全性。

（2）冗余備用方式：采用水情交換系統，在異地或者異服務器新建數據庫，將主數據庫數據實時交換到備用數據庫，實現異地備份。

兩種方式實現以下備份策略：①每日01：00，啟動數據備份服務機制，通過網絡連接到異機服務器上或進行本地備份。②值班人員每日對備份機制進行巡檢，檢查是否成功備份。每周測試驗證備份數據的可用性。③定期對備份進行刻盤，移交到檔案室保存。當本地數據庫出現災難，將備份數據庫恢復即可，解決實時數據保護不能解決的人為誤操作、惡意操作等行為。

2.3 水文信息處理

水文信息處理冗余管理包括水情信息接收、處理與轉發等功能。水情分中心接收冗余管理由兩套水情接收系統構成，主接收系統為移動網絡接入，備用接收系統采用電信網絡接入，兩套水情接收系統分別安裝在兩臺服務器上，互不干擾。該冗余管理能夠實現在一臺接收系統網絡或者服務器故障時，另一臺正常接收數據。水情處理、交換冗余管理以備用服務器為基礎，安裝水情處理與交換應用系統，主服務器故障時能夠及時切換到備用服務器，并正常處理與轉發水情數據。

根據水情處理冗余管理技術，創建水情信息接收應急措施流程，值班人員能夠在較短時間內快速處理網絡設備故障，如圖6所示。水情分中心值班人員每時整點過5 min后查看數據是否完整。若所有測站數據未到達，查看GPRS信息是否在線。若在線，則檢查服務時間設置格式;若GPRS不在線，則測試能否ping通外網，按照步驟進行檢查。若測站只有部分數據到達，查看GPRS在線信息，若GPRS掉線可能為電源故障或者RTU、DTU故障，若GPRS在線，則測試能否招測測站數據設置信息，根據步驟檢查。特殊情況下，通知測站工作人員檢查設備。

2.4 相應流量推算

相應流量推算分為臨時繩套線交互與單一流量關系線。目前，水情分中心擁有一套流量轉換系統，經過該系統直接推算相應流量。開發水情APP作為另一套方便報汛人員直接錄入，推算流量與臨時繩套交互，值班人員進行審核，審核成功發送到水情分中心現有流量轉換系統進行轉換與發送，并發布到水情信息網。水文測站人員與值班人員可隨時在水文信息網查看數據，發現不合理也可重新校正，增加流量預報準確度，兩套系統互為備份，圖7為臨時預報線交互錄入流程。

水情中心臨時交互線繪制為實測流量報汛的重要手段。目前正在開發水情APP實現遠程錄入實測流量，并提供臨時預報線交互繪制功能，圖8為繪制臨時繩套交互線界面。在日常報汛工作中，提供歷史水情流量過程線，快速繪制出當前水位流量關系線，完全模擬人工手繪報汛關系線的過程。實測流量均登記到值班記事本上，包括時間、水位、流量等信息。

2.5 值守人員

值守人員冗余管理在防汛報汛中十分重要，主要包括水情分中心各個應用軟件的提醒報警功能與正在開發的值班管理平臺及值班制度。各個應用軟件自帶報警功能，但無法進行重要信息識別與智能提示，值守人員利用值班管理平臺能夠將各個軟件報警信息收集處理成為有價值的信息，提高值班人員工作效率，減輕工作壓力。

2.5.1 水情值班管理平臺

水情分中心的各個應用系統均有預警功能，但較為分散，水情值班管理平臺通過收集各個應用系統告警信息，經過加工過濾選取重要信息生成提示信息。該平臺以水情報汛工作為導向，以滿足水情分中心日常工作、減少值班人員工作量為主，達到信息實時監控，信息處理標準化，為值班人員提供一體化工作平臺，并為智慧水文打下基礎。該平臺主要具有以下功能：①網絡故障語音短信報警功能;②水情信息錯、漏報語音、短信報警功能;③機房環境監控功能。經語音短信報警等提示功能，該平臺對值班人員常規錯誤進行提示糾正，達到冗余管理效果。圖9為值班預警信息冗余管理。

（1）網絡故障語音短信報警功能。TTS語音合成技術實現機器閱讀文字與預警信息。安裝真人語音包后，利用水情網絡監控軟件，可人性化提醒值班人員網絡故障，降低工作壓力。當網絡出現故障，ping不通的情況下，語音提示網絡不通，并發送短信告知值班人員。該系統可實現網絡情況實時監控，并實現網絡拓撲通過大屏展示，使值班人員隨時了解網絡情況，確保網絡暢通。

（2）水情信息錯、漏報語音、短信報警功能。與水情處理數據庫關聯，當值班人員錄入實測流量與水位相差較大、出現明顯錯誤的情況下，平臺發出語音短信報警。

（3）機房環境監控功能。與機房環控數據庫連接，機房出現溫度升高或其他故障時，根據提示報警并推送短信。

2.5.2 值班制度冗余管理

（1）排班制度。對值班人員結對替補安排，按照值班管理系統中的排班順序進行日常輪班，值班人員有特殊情況下，可隨時替換。

（2）水情分中心報汛制度。按照“頂得住、測得到、報得出、報得準”的要求，15 min內收齊局屬各類水情信息，并于30 min內報送上級水情信息中心，總到報率或正確率達到95%。在整點報文收齊后40 min內不得離開，以備各方隨時查詢。值班人員完成當天各類質量文件記錄，嚴格填寫設備運行記錄和值班日志，負責本局當天的水情信息發布，并對所發生的問題如實反映。發生重大事件時，應及時向領導反映，同時采取有效措施將影響降到最低水平。

3 質量管理保障體系

水情分中心質量保障體系包括網絡設備、分中心設備和人員等保障，圖10為水情資料保障體系關系。

水情信息網絡保障：報汛站點多面廣，網絡為報汛主要傳輸通道，一旦出現故障，靠人工報汛無法保障時效。汛前，進行網絡安全檢查及網絡與信息安全自查工作，軟硬件統計表與軟硬件資產清查;汛中，進行網絡故障排查、網絡監測評估;汛后，進行總結，開展自查自評等工作。

分中心設備保障：主要設備包括服務器、報汛站及網絡設備等。服務器為重要存儲運行設備，出現故障，其他設備無法替代，為保證其正常運行，水情分中心制定定期巡檢流程、硬件備份等措施。報汛站設備要求短時間恢復，必須做好備品備件準備。網絡設備保障水文信息正常傳輸，利用故障監測，應急備份等冗余管理進行保障。

人員保障：值班人員能夠做到靈活，并按制度規程處理故障。主要包括以下人員：

（1）網絡管理人員：①必須熟悉各種網絡設備的性能和操作方法，不得帶電進行硬件維修。②經常檢查機柜及設備接地情況，保證設備接地良好，防止靜電傷人或起火。③檢查設備運轉情況，防止設備過熱損壞或起火。④氣溫較高時，必須開啟空調對設備降溫。

（2）通訊管理維護人員：①巡查機房設備運轉情況，如果發現可疑噪音或不正常現象，必須立即斷電檢查，及時采取措施加以排除，在沒有排除故障前不得上電。②檢查機柜風扇運轉情況，確保設備運行時風扇運轉正常。③檢查機柜及設備接地情況，確保設備接地良好。④不得帶電檢修基站設備，防止高頻灼傷。⑤檢修設備時，必須配帶防靜電手鐲，防止靜電損壞設備。⑥隨時觀察系統運行情況，防止高壓電源通過用戶線路損壞設備并危及人身安全。⑦巡查避雷接地設施，保證避雷線可靠入地。

（3）水文測驗維護管理人員：①工作前，應戴好勞動防護用品。疫區作業時，應涂抹血吸蟲防護膏，以防血吸蟲感染。②水上作業時，應穿著救生衣，做好救生防護措施。③作業時，要集中精力，以防刀傷、碰傷、棒傷、砸傷、燙傷、踩膜跌倒及身體被卷入轉動設備等事故的發生。

（4）報汛值班人員：①巡查機房設施設備，發現問題及時上報。②檢查機房溫、濕度情況，以防設備過熱損壞或起火、濕度過高導致絕緣性降低或短路。③檢查后備電源供應，以防電瓶發生漏液、銹蝕、接觸不良等情況;④檢查市電供應及線路使用情況，確保不發生打火、線路老化過熱、絕緣不良等現象。⑤熟悉消防設施存放位置及使用方法。

4 冗余管理在沙市分中心的應用

自2015年起，信息網絡未出現因故障導致的報汛延遲;水文信息數據庫未出現數據丟失或其他故障;水情信息處理系統均正常運行，主備切換正常;相應流量推算及時錄入;值守人員未出現不在崗情況，保障了沙市水情分中心可靠運行。2018年沙市分中心累計發送信息量37萬余條，30 min有效數據98.53%，如表1所示;更正信息總量6 672條，占總量1.7%，更正信息超時效數量占總量0.6%，如表2所示。

5 結論與展望

水情分中心以報汛為第一需求向導，通過冗余管理技術應用，融入備災措施，使各個環節合理的重復備份，達到一定的容災能力。同時，對信息網絡、數據庫、相應流量推算、值守人員等水情分中心運行的關鍵環節進行監控，建立質量管理保障體系，以達到精細化管理的目的。

冗余管理技術的應用已在長江水利委員會水文局荊江水文水資源勘測局沙市水情分中心實踐應用多年，達到了經濟上合理可行、水文信息安全通暢、報汛質量達到或優于有關技術要求的目的。

由于研究僅僅只是初探，今后還有若干問題要利用未來技術進一步完善，包括：①值班管理系統開發完善與其他報汛軟件的融合性。②實現異城備份，進一步保障數據安全。③加強網絡安全探索。④應用虛擬技術提高設備利用率。

參考文獻：

[1] 程新明，熊家軍，陳勁松，等. 一種航空機載容錯計算機的冗余管理技術[J]. 計算機工程與應用，2002（12）：248-250.

[2] 周立橋，楊樂樂. 淺談血液中心信息系統容災備份系統的建設和維護[J].信息化建設，2019（3）：126-127.

（編輯：唐湘茜）

Analysis on redundancy management technology of hydrological sub center

ZHANG Li， TIAN Ciping

（Jingjiang Bureau of Hydrology and Water Resources Survey， Bureau of Hydrology ， Changjiang Water Resources Commission， Jingzhou 434000， China）

Abstract： In order to realize redundancy management function of hydrological sub center and realize fine management， the redundancy management technology of each link， such as network equipment， database， hydrological data processing， calculation of corresponding flow and management of personnel on duty ， should be analyzed. This paper analyzes the monitoring of key links in hydrological sub center， the establishment of quality management assurance system. The application of redundancy management technology has been applied in Shashi hydrological sub center for many years. The application made every links of flood reporting have a certain disaster tolerance ability， achieved the purpose of reasonable and feasible economy， safe and smooth in hydrological information， and up-to-standard or higher standard flood reporting quality required by relevant technical requirements.

Key words： redundancy management technology; hydrological data; hydrological information; hydrological sub center; Shashi City