天津市農(nóng)村國(guó)有揚(yáng)水站運(yùn)行強(qiáng)監(jiān)管信息化研究

馮思軍，啜瑞媛，何雨晴，趙鵬飛

（1.天津市灌溉排水中心（天津市水土保持工作站），天津 300074；2.天津市龍網(wǎng)科技發(fā)展有限公司，天津 300170）

農(nóng)村國(guó)有揚(yáng)水站是重要的農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)施，在農(nóng)村除澇、抗旱和改善水環(huán)境等方面發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)保障性作用。目前，天津市具有灌溉排澇能力的國(guó)有揚(yáng)水站297 座，機(jī)組1 323 臺(tái)，總裝機(jī)容量26.78×104kW，控制排澇面積92.16×104hm2，可灌溉耕地面積約40×104hm2。雖然天津市農(nóng)村國(guó)有揚(yáng)水站數(shù)量多，但位置分散、自動(dòng)化程度不高，且近20 a年來(lái)其運(yùn)行信息主要依靠工作人員將數(shù)據(jù)以電話、傳真、郵箱方式上報(bào)，數(shù)據(jù)上報(bào)、審核、匯總到統(tǒng)計(jì)分析均為人工操作，工作效率低。數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確和不及時(shí)性問題已成為天津市防汛會(huì)商、農(nóng)村除澇決策的制約因素，更不能滿足各級(jí)管理部門運(yùn)行管理的需求和智慧水務(wù)建設(shè)的需要。隨著水務(wù)信息技術(shù)高速發(fā)展，5G、物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)GIS、智能控制、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等智能化技術(shù)已在水利行業(yè)得到推廣和應(yīng)用，為補(bǔ)足天津市農(nóng)村國(guó)有揚(yáng)水站運(yùn)行管理信息化短板和強(qiáng)化行業(yè)監(jiān)管能力，研究開發(fā)一套農(nóng)村國(guó)有揚(yáng)水站運(yùn)行信息收集處理應(yīng)用程序十分必要。

1 研究目標(biāo)

天津市位于海河流域下游尾閭，大部分地區(qū)地勢(shì)平坦低洼，極易發(fā)生內(nèi)澇。特殊的地理位置、地形特點(diǎn)和雨情、水情，決定了天津是洪澇旱堿等自然災(zāi)害頻繁交替發(fā)生的地區(qū)。本研究的范圍包括297 個(gè)揚(yáng)水站工作人員，10 個(gè)區(qū)級(jí)灌排管理部門和市級(jí)灌排管理部門，共計(jì)300 個(gè)單位和部門的用戶。通過建設(shè)天津市農(nóng)村國(guó)有揚(yáng)水站信息收集處理應(yīng)用系統(tǒng)，可以及時(shí)掌握揚(yáng)水站的運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)管理人員僅通過手機(jī)端App最簡(jiǎn)單操作，一鍵直報(bào)后臺(tái)運(yùn)算、分級(jí)審核的方式，高效收集匯總?cè)修r(nóng)村國(guó)有揚(yáng)水站開車運(yùn)行信息及農(nóng)村除澇排水?dāng)?shù)據(jù)，為防洪、除澇決策提供有力的數(shù)據(jù)支撐，從而解決長(zhǎng)期困擾的信息統(tǒng)計(jì)報(bào)送不及時(shí)、不準(zhǔn)確問題，為今后實(shí)現(xiàn)運(yùn)行和管理信息智能收集處理、可視化分析決策打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在確保農(nóng)村防汛安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)行業(yè)精準(zhǔn)管理。

2 研究任務(wù)

本著遵循規(guī)范、技術(shù)先進(jìn)，滿足需求、簡(jiǎn)便實(shí)用，安全可靠、靈活擴(kuò)展的原則，開展研究建設(shè)。整理已有揚(yáng)水站基礎(chǔ)信息、統(tǒng)計(jì)報(bào)表信息，建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)。建設(shè)涵蓋綜合展示、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、信息維護(hù)和系統(tǒng)管理功能的PC版應(yīng)用程序；建設(shè)面向揚(yáng)水站工作人員的移動(dòng)端應(yīng)用。并與智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)中心對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，發(fā)揮更大價(jià)值。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)路線

PC 端系統(tǒng)采用B/S 模式，基于SOA 架構(gòu)使用Java 語(yǔ)言開發(fā)，構(gòu)建SpringBoot 輕量級(jí)框架，數(shù)據(jù)使用My SQL 進(jìn)行管理。使用JPA 框架建成數(shù)據(jù)訪問層，業(yè)務(wù)組件通過WebService 結(jié)合分層松耦合的方式進(jìn)行組織；頁(yè)面表現(xiàn)層的數(shù)據(jù)交換以JSON方式進(jìn)行，采用Echarts、Layui 等展現(xiàn)。移動(dòng)端應(yīng)用原生開發(fā)技術(shù)，采用現(xiàn)代響應(yīng)式框架構(gòu)建。移動(dòng)開發(fā)考慮采用App 方式，根據(jù)終端用戶需求，需適配Android、Ios端的應(yīng)用。系統(tǒng)B/S架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)B/S架構(gòu)

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

3.2.1 建設(shè)原則

數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，遵循以下原則。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化原則。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵守國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并遵循天津市水務(wù)局統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)范，提供標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)共享接口服務(wù)。

（2）安全性原則。有效地保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，充分考慮系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余和容錯(cuò)能力以及數(shù)據(jù)備份，保證系統(tǒng)的可靠性。

（3）速度優(yōu)先原則。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)優(yōu)先考慮數(shù)據(jù)處理速度，在吞吐大數(shù)據(jù)量時(shí)保證數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間。

（4）數(shù)據(jù)保留原則。記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)的變更存儲(chǔ)，方便管理人員的數(shù)據(jù)維護(hù)管理。

3.2.2 庫(kù)表內(nèi)容

整理已有揚(yáng)水站基礎(chǔ)信息、統(tǒng)計(jì)報(bào)表信息，利用開源的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件建設(shè)基礎(chǔ)信息表、填報(bào)數(shù)據(jù)表、統(tǒng)計(jì)表、關(guān)系表、用戶數(shù)據(jù)表等，詳見表1。

表1 新建數(shù)據(jù)庫(kù)

3.3 功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要包括PC 版應(yīng)用程序和移動(dòng)端應(yīng)用程序兩部分。

3.3.1 PC版應(yīng)用程序開發(fā)

根據(jù)灌排工作需要，PC 版功能模塊主要包括綜合展示、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、信息維護(hù)和系統(tǒng)管理。

（1）綜合展示。綜合展示主要對(duì)填報(bào)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)排水?dāng)?shù)據(jù)的多維度自動(dòng)化分析，包括以下三方面：①全市開車情況統(tǒng)計(jì)：從汛期開始統(tǒng)計(jì)全市總的累計(jì)開車時(shí)間、累計(jì)排水量，同時(shí)展示全市最新時(shí)間的開車臺(tái)數(shù)、流量、時(shí)間和排水量。②各區(qū)開車情況統(tǒng)計(jì)：以柱狀圖形式展示各行政區(qū)不同時(shí)段（當(dāng)前、汛期累計(jì)）的排水量、流量和開車時(shí)間，同時(shí)顯示最大值、最小值所在的行政區(qū)，并統(tǒng)計(jì)顯示平均流量。③數(shù)據(jù)分析：按照行政區(qū)、排澇小區(qū)、排入河道（分別統(tǒng)計(jì)排入19 條一級(jí)河道、二級(jí)河道和12條入海河流的水量、開車泵站和數(shù)量等情況）分類統(tǒng)計(jì)開車情況，以圖表方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，并提供表格圖形的導(dǎo)出、打印等功能。同時(shí)，展示入汛以來(lái)開車流量、排水量、開車時(shí)間的變化過程圖以及最大流量、最小流量和平均流量。

（2）統(tǒng)計(jì)報(bào)表。根據(jù)各級(jí)管理部門的工作需求，分時(shí)段自動(dòng)生成管轄范圍內(nèi)的各類報(bào)表，主要包括以下兩方面：①市級(jí)統(tǒng)計(jì)報(bào)表：根據(jù)設(shè)定的流量計(jì)算公式，自動(dòng)生成全市報(bào)表。數(shù)據(jù)源包括揚(yáng)水站上報(bào)的原始數(shù)據(jù)和區(qū)級(jí)審核后的數(shù)據(jù)。默認(rèn)以區(qū)級(jí)審核后的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表生成，并支持從行政區(qū)到揚(yáng)水站、再到機(jī)組的逐級(jí)漸進(jìn)式查詢，同時(shí)提供表格的導(dǎo)出、打印等功能。②區(qū)級(jí)統(tǒng)計(jì)報(bào)表：根據(jù)設(shè)定的流量計(jì)算公式以及揚(yáng)水站上報(bào)的數(shù)據(jù)，可定時(shí)生成本區(qū)揚(yáng)水站開車情況統(tǒng)計(jì)表，為區(qū)級(jí)管理部門提供上報(bào)數(shù)據(jù)的審核確認(rèn)及提交功能。設(shè)置提醒功能，主汛期內(nèi)定時(shí)提醒用戶每日審核2 次，非主汛期內(nèi)定時(shí)提醒用戶每日審核1次。

（3）信息維護(hù)。主要提供揚(yáng)水站基礎(chǔ)信息，包括新增數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)、審核數(shù)據(jù)、下載數(shù)據(jù)等，滿足對(duì)揚(yáng)水站數(shù)據(jù)的更新和維護(hù)。

（4）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理主要提供對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行新增、查詢、刪除和編輯功能。依據(jù)嚴(yán)格的用戶、角色、權(quán)限管理控制機(jī)制，保證系統(tǒng)各類信息的安全性、完整性和保密性。

3.3.2 移動(dòng)端應(yīng)用開發(fā)

為了提高工作效率和使用率、適應(yīng)移動(dòng)辦公的需要，建設(shè)移動(dòng)應(yīng)用端，可以實(shí)現(xiàn)便捷的信息填報(bào)和信息查詢功能。移動(dòng)應(yīng)用端按照界面清晰、操作簡(jiǎn)便的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，使用戶能夠輕松上手，實(shí)現(xiàn)信息的快捷選擇、填報(bào)任務(wù)的自動(dòng)提醒、數(shù)據(jù)的展示以及賬戶信息的修改功能。主要包括以下內(nèi)容：①信息填報(bào)：默認(rèn)展示待填報(bào)信息的頁(yè)面，根據(jù)汛期上報(bào)時(shí)間節(jié)點(diǎn)（每日4 次）依次開啟填報(bào)頁(yè)面，并鎖定其余頁(yè)面。填報(bào)頁(yè)面可實(shí)現(xiàn)揚(yáng)水站累計(jì)開車時(shí)間輸入以及各個(gè)機(jī)組的開關(guān)選擇，并在每次提交完成后增設(shè)2 次確認(rèn)頁(yè)面。②消息提醒：根據(jù)上報(bào)時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，定時(shí)每天進(jìn)行4次填報(bào)提醒，并在每個(gè)填報(bào)時(shí)段內(nèi)提醒4 次。③記錄查詢：為用戶提供填報(bào)歷史記錄的查詢功能。④個(gè)人設(shè)置：個(gè)人設(shè)置包括個(gè)人賬戶密碼的修改。

3.4 系統(tǒng)部署

在確保信息安全的前提下，按照安全、經(jīng)濟(jì)的原則初步部署在阿里云上，后期擴(kuò)展更多監(jiān)管功能后將統(tǒng)一有序部署在天津電子政務(wù)云（津云）上，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)即可訪問本系統(tǒng)。

4 結(jié)論與討論

經(jīng)過2020 年整個(gè)汛期實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，該應(yīng)用程序界面友好、架構(gòu)合理、運(yùn)行流暢，各農(nóng)村國(guó)有揚(yáng)水站數(shù)據(jù)收集、整合、分析效率高，獲得市、區(qū)兩級(jí)管理部門好評(píng)。該應(yīng)用程序較好地完成了汛期天津市農(nóng)村國(guó)有揚(yáng)水站信息收集處理與智能化分析的任務(wù)，為農(nóng)村除澇和全市防汛會(huì)商提供了重要技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管的微觀和宏觀有效結(jié)合、及時(shí)到位。農(nóng)村國(guó)有揚(yáng)水站運(yùn)行還需不斷完善信息化內(nèi)容，加強(qiáng)揚(yáng)水站日常管理模塊的建設(shè)，優(yōu)化分析運(yùn)算邏輯，不斷優(yōu)化完善運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程全自動(dòng)采集、5G 傳輸、大數(shù)據(jù)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)管理的智能化。