城市水資源實時監控管理與集成研究

索惠霞

(河北省承德水文水資源勘測局， 河北 承德 067000)

城市水資源實時監控管理與集成研究

索惠霞

(河北省承德水文水資源勘測局， 河北 承德 067000)

根據城市水資源的特點與供水特征，為了滿足城市水資源的高效利用與優化配置，需要研究和開發水資源實時監控與管理系統。本文以現有的監測信息業務平臺為核心，開展承德市水資源監控與管理的信息查詢、預警分發、統計分析、業務專題定制、用戶工作重點智能支持等系統框架內容研究，充分整合與集成已有資源，實現水資源監控管理的標準化、現代化、動態化、科學化，為進一步增強水資源業務管理能力提供了有力支撐。

城市水資源； 監控管理； 系統集成； 承德市

黨中央、國務院高度重視信息化工作，提出“四化同步發展”的具體要求。水利信息化是國家信息化技術改造和提升傳統產業思路在水利行業的具體體現，是促進傳統水利向現代水利、可持續發展水利轉變的重要舉措。加快發展水利信息化，推動水利現代化，已成為當前水利工作中重要而緊迫的戰略任務。

水利部在全國部分城市開展“城市水資源實時監控和管理系統”的建設工作，主要目的是通過建設覆蓋城市水資源相關領域的統一管理、統一協調、統一調度的信息支撐體系和實施監控與調度平臺，促進全行業信息化建設，以信息技術為支撐點，以信息化為突破口，推動城市水資源的業務流程再造與重組，從而達到科學高效管理水資源的目的[1]。

承德市城市水資源實時監控與管理系統是落實最嚴格水資源管理制度的需要，是水資源優化配置和水資源保護的需要，是國家水資源監控能力建設和河北省水資源管理系統的有機組成部分，是承德市水行政主管部門提高水資源管理業務水平的需要，是加強信息共享交流，提高承德市水務局公共服務水平的需要。

1 研究思路與系統框架構建

1.1 研究思路

結合國家水資源監控能力建設的特點，分析研究系統建設的關鍵問題，以現有的監測信息業務平臺為核心，以突出市級水資源綜合信息互聯互通為重點，滿足水資源信息監控和管理的需要，為決策提供強大的支持環境。充分考慮系統建設的開放性、可靠性，進行系統建設方案設計，方案要求體現經濟實用、技術先進、安全可靠、具有前瞻性和可擴展性，在數據庫建設、支撐平臺、應用系統、安全保障、標準規范等方面為平臺設計提供堅實基礎和建設依據。

1.1.1 充分整合已有資源

充分考慮已有的監控、通信網絡、數據存儲、計算、安全和機房等軟硬件設施，按資源共享的原則建設和應用，保證現有各種監測和IT資源的充分整合、共享利用，發揮其最大效能。水資源實時監控管理信息服務系統的建設，既要從滿足水資源監控能力建設最終目標出發，構建一套能夠適應未來水資源監控管理發展需要，體現出新技術、新特點要求的信息化平臺，同時又要全方位整合已有的信息資源，因此在總體設計中要充分兼顧“立新”和“利舊”的平衡關系。

1.1.2 統一標準、平臺同構

水資源實時監控與管理系統的建設，要充分利用國家和當地已有的信息公共基礎設施和相關行業的信息資源，結合當地已建的“防汛抗旱指揮系統”等軟硬件設施，統籌考慮，資源共享[2]。標準是系統建設的基礎，標準體系是規范、統一本系統建設管理和運行管理的重要基礎，統一標準和統一平臺是本系統建設的最基本要求，是系統內部之間進行信息交換、信息共享和業務協同的前提。

1.2 系統框架構建

水資源實時監控管理系統是一種動態的交互式計算機輔助決策系統[3]，根據市級水文水資源的特點和供用水特征，系統應基于云平臺技術進行設計，以提高系統運行速度，優化用戶體驗。系統以建設承德市水資源信息服務一體化平臺為目標，以國控水資源信息服務系統為依據，以現有的監測信息及業務平臺為前提，密切結合河北省省控水資源信息服務建設的實際需求，對水資源實時監測體系信息服務進行拓展和延伸，實現承德市水資源信息服務的標準化、現代化、動態化、科學化，為夯實水資源業務管理，進一步增強水資源監管能力提供有力支撐。市級水資源實時監控信息服務系統框架如圖1所示。

圖1 市級水資源實時監控信息服務系統框架

2 關鍵技術應用

2.1 云計算

為了滿足水資源信息服務系統各種設備的連接和使用、數據的分布存儲，推出XE云計算架構；XE服務器通過發布標準接口函數，支持TCP/IP和HTTP/HTTPS通信協議，支持目前流行的REST標準調用接口，滿足未來客戶在不同設備上的訪問和計算需求，可以滿足不同異構平臺的調用，支持云計算開發。

2.2 大數據技術

大數據與云計算的關系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分。大數據必然無法用單臺的計算機進行處理，必須采用分布式計算架構。它的特色在于對海量數據的挖掘，但它必須依托云計算的分布式處理、分布式數據庫、云存儲和虛擬化技術。

2.3 數據交換與共享

數據上傳下達、信息交互等功能的建設，將通過Web Service技術實現為省級數據中心、市級數據中心提供接口。系統采用Web Service進行部署，一旦部署以后，其他Web Service應用程序可以發現并調用它部署的服務。Web Service是一種應用程序，它可以使用標準的互聯網協議，將功能綱領性地體現在互聯網和企業內部網上。

在對已有多系統實時數據的匯集、整合處理過程中，為保障數據匯集、交換流程的平穩高效運行，對當前匯集、交換過程中涉及的應用系統、數據庫軟件等進行監督管理。

2.4 業務應用與空間數據整合[4]

水資源實時監測的業務對空間信息量需求逐漸增多，水資源實時監控的業務平臺與空間數據需要進行深度融合與整合，取水、水功能區、地下水、飲用水源地、界河斷面、水雨情、入河排污口、重點水庫等需要通過空間坐標實現可視化，并形成相關的文檔與視頻照片，真實記錄和還原現場實際情況。

3 系統功能模塊

3.1 水資源監控信息查詢

水資源監控信息查詢服務涵蓋直管的取水、水功能區、地下水、飲用水源地、界河斷面、水雨情、入河排污口、重點水庫的監測信息查詢與統計分析，以 GIS 突出地理分布，以數據表單為基礎，結合直觀的柱狀圖、折線圖等分析工具，提供對各類監測信息的對比分析和趨勢分析。

3.2 水資源預警分發

水資源預警分發服務：市級向縣級分發來自省級監測預警的重要信息服務。提供按直管范圍將相應的監測預警信息自動分發到縣級監測預警數據庫中的功能，以便市級水資源監測人員和管理人員訂閱監測預警信息，達到增強監測預警監控能力的最終目標。

3.3 水資源監控預警訂閱

監測預警訂閱服務：各市監測分中心、各市水利局的水資源監測人員、管理人員獲得直管監測預警信息?？筛鶕Y源監測人員、管理人員對關注信息的訂閱情況，將信息通過短信、郵件等方式推送給訂閱者，達到監測預警快速響應的目標。

3.4 水資源預警統計分析

水資源預警統計分析包括：預警統計、對比分析、趨勢分析等內容?？筛鶕I務分類(如取用水量、水功能區水質、地下水埋深等)、時間選擇、區域選擇統計各類預警的數量及預警詳細信息，統計結果以數據表格形式展示?？筛鶕姓謪^、水資源分區進行對比分析，如對比分析某一業務類別在某時間范圍內預警出現的個數，從而反映各個地區對水資源管理和利用的程度，對比結果以柱狀圖結合數據表的形式展示?？煞治瞿骋粎^域(行政分區或水資源分區)在某段時間內預警頻率的變化趨勢，使相關部門判別各個地區對水資源的管理發展趨勢，從而協助管理人員有重點地進行管理，分析結果以折線圖結合數據表形式展示。

3.5 業務專題定制

通過專題定制可將用戶關心的監測對象、監測信息、統計分析等業務內容進行綜合匯集，滿足不同用戶根據工作內容不同，關注不同區域、不同工作重點的需求，以集中、綜合的畫面，將各類有價值的信息進行分析比較，為復雜的、無法預先確定的各類信息進行即時疊加分析，提供專業化、形象化、個性化的服務。業務專題定制后，形成專題成果庫，將專題時段內的監視、預警、解決方案、統計分析等永久保存、再現等，為積累業務經驗提供支撐保障。

3.6 用戶工作重點智能支持服務

可根據用戶所在(或關注)區域、用戶對功能模塊的使用頻率進行智能識別，記錄用戶習慣，當用戶訪問系統時，自動向用戶推送所在區域、使用頻率較高的功能模塊，直達用戶關注的業務，提高工作效率。

4 系統集成

系統集成的內容(過程)一般包括：根據用戶需求約定，參照當前標準，優選各種技術和產品，將各個分離子系統及其基本要素連接組合成為一個完整、可靠、經濟、有效的整體，并使之能夠彼此協調地運行，發揮整體效益，實現整體優化，以追求達到整體性能最好、功能最強、成本最低的綜合目標[5]。

4.1 系統集成框架

承德市水資源實時監控系統集成部署在政務外網上，只需要考慮政務外網及互聯網的集成。系統集成是對已有的互聯網門戶、實時水雨情數據庫、水質數據庫數據抽取及集成。通過數據交換支撐軟件及應用集成支撐軟件實現數據、業務的集成。系統集成結構如圖2所示。

圖2 系統集成結構

4.2 內部系統集成

內部系統集成主要包括界面集成、應用集成、數據集成和環境集成等內容，實現承德市水資源實時監控各系統之間在應用層面的業務協同，通過統一訪問入口、統一用戶信息管理等集成工作，為業務應用提供基礎技術支撐。

4.2.1 界面集成

系統界面集成主要是通過統一門戶系統將信息服務系統、水資源應用系統、辦公系統、移動應用系統等專項業務應用的展現視圖進行統一集成，形成“一站式”的工作平臺，提供信息的集中展現和業務管理工作的統一入口。

通過門戶技術將業務應用的展現視圖進行統一集成，主要包括各專項業務應用統一訪問入口集成和統一展現內容集成兩部分，其中展現內容集成是利用本項目統一下發門戶框架提供的集成技術實現的。

4.2.2 應用集成

應用集成主要包含專項業務協同、公共功能組件調用兩個方面的工作內容。專項業務協同：通過功能界面調用、服務接口、數據庫表共享等方式實現平臺內各專項業務應用系統之間的功能調用和數據交互，同時完成業務應用系統之間的公共業務界面、統計界面及圖形展現等界面的相互調用，主要通過URL鏈接集成的方式將公共的界面集成到當前系統中，完成功能界面調用的集成。公共功能組件調用：包括統一用戶管理組件的集成調用和單點登錄組件的集成調用。

4.2.3 數據集成

通過數據交換平臺實現實時水雨情庫、水質庫、視頻圖像庫中數據向數據匯聚庫的寫入，同時完成數據匯聚庫到校驗庫、綜合業務庫的抽取、轉換，最終實現監測數據的集成。實現基礎業務數據的整編與導入，相關歷史數據的整編與遷移。

4.2.4 環境集成

通過環境集成建設所需要的軟硬件環境，包括網絡環境的集成、安全環境的集成、服務器存儲等硬件設備的集成、基礎系統軟件的集成等。平臺將依托既有的網絡環境、防火墻、入侵檢測、漏洞掃描、病毒防護設施等，保證系統的網絡安全。

4.3 外部系統集成

外部系統集成主要包括與水務局門戶網站、水雨情信息服務系統、閘門控制系統、視頻監控系統等相關業務應用資源的整合集成。

5 結 語

根據國家水利發展的“十三五”發展規劃，結合河北省水利信息化業務平臺建設，建立與完善承德市與水資源管理制度相適應的監控體系，提高監控能力。運用現代互聯網技術、云計算、大數據分析等方法，基本建成包括水資源查詢、預警、統計分析、決策模擬、整合與集成的水資源監控體系，為城市水資源實時監控與管理系統開發提供有力的支撐平臺。

由于系統的復雜性，又涉及硬件、軟件、網絡等多層次的技術問題，系統的集成問題尤為重要。在系統集成的考慮中，結合國內外的先進集成技術與方法，提出具有城市水資源監控系統適用性、整體性、可靠性、易操作性的系統集成理念，對同類系統的開發具有較高的參考價值。

[1] 王艷剛.承德市水資源管理信息系統設計研究[D].成都：電子科技大學，2012(5)：1-2.

[2] 蔣云鐘，張曉娟，石玉波，等.水資源實時監控與管理系統標準體系建設[J].中國水利，2007(1)：55-58.

[3] 謝新民，蔣云鐘，閆繼軍，等.流域水資源實時監控管理系統研究[J].水科學進展，2003,14(3)：255-259.

[4] 劉丹，黃俊，沈定濤.長江流域水資源保護監控與管理信息平臺建設[J].人民長江，2016,47(13):109-112.

[5] 張聞波，朱星明，范宏，等.太子河流域水資源實時監控管理系統集成技術研究[J].中國水利水電科學研究院學報，2005，3(2)：143-149.

Research on real-time monitoring management and integration of urban water resources

SUO Huixia

(HebeiChengdeHydrologyandWaterResourcesSurveyBureau,Chengde067000,China)

It is necessary to study and develop real-time monitoring and management systems of water resources in order to meet efficient utilization and optimized configuration of urban water resources according to characteristics and water supply features of urban water resources. In the paper, the existing monitoring information business platform is adopted as the core for studying framework contents in the systems such as water resources monitoring and management information query, early warning distribution, statistical analysis, business special customization, user work key intelligent support, etc. in Chengde. Existing resources are integrated and collected fully, thereby realizing standardized, modernized, dynamic and scientific water resources monitoring and management, thereby providing powerful support for further enhancing water resources business management ability.

urban water resources; monitoring management; system integration; Chengde

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.06.002

TV213.4

A

2096-0131(2017)06- 0005- 05