李 祿 ，李忱庚

（1.遼寧省水利水電科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003；2.遼寧省河庫管理服務(wù)中心（遼寧省水文局），遼寧 沈陽 110003）

0 引言

截至 2020 年 12 月，遼寧省小型水庫有 667 座，大部分建于 1958—1976 年，受當(dāng)時經(jīng)濟(jì)條件、技術(shù)水平和管理體制等方面限制，大部分水庫屬于“三邊工程”，長期以來工程管理粗放，老化失修，存在不同程度的安全隱患。遼寧省小型水庫的自身安全已成為防洪抗旱工程體系中的薄弱環(huán)節(jié)，也是全省實現(xiàn)安全度汛的關(guān)鍵所在，小型水庫報汛是全省防汛工作的重中之重。目前，遼寧省小型水庫度汛管理工作主要依托 2013 年完成的遼寧省小型水庫報汛系統(tǒng)（以下簡稱報汛系統(tǒng)）實現(xiàn)信息報送，基于短信報汛模式，運(yùn)行效果良好，在實際防汛工作中發(fā)揮了重要作用[1]。短信報汛的流程是水庫管理員按照指定的手機(jī)短信報汛規(guī)則，對水庫水位進(jìn)行手機(jī)短信編碼，發(fā)送短信到中國移動專用號碼，中國移動將該專用號碼接受的數(shù)據(jù)存入服務(wù)器，再用軟件自動讀取中國移動服務(wù)器上的數(shù)據(jù)到報汛服務(wù)器[2]。但目前，短信慢慢淡出公眾視野，這種模式的弊端也慢慢顯現(xiàn)。由于采用短信報汛方式始終要通過第三方運(yùn)營商中轉(zhuǎn)短信信息，難免出現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)不及時和漏報現(xiàn)象。為進(jìn)一步提高報汛系統(tǒng)運(yùn)行效率及穩(wěn)定性，2019 年對報汛系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，采用最新云 MAS（移動代理服務(wù)器）技術(shù)實現(xiàn)短信收發(fā)[3]。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，智能手機(jī)已經(jīng)普及，使用手機(jī) App 作為報汛手段也成為一種必然趨勢，成為建設(shè)和完善智慧水利的重要部分。智能手機(jī)報汛具有操作簡單、人為誤差少、兼容性好、運(yùn)行費(fèi)低、故障率低、信息量更加豐富、便于擴(kuò)展和進(jìn)行考勤等一系列優(yōu)勢。智能手機(jī)報汛的流程是水庫管理員通過手機(jī) App 界面，編制水位報訊信息，利用 Wi-Fi 或者移動通信網(wǎng)發(fā)送到報汛服務(wù)器[4]。同時，小型水庫除了有日常報汛需求外，還有防洪預(yù)警、巡查監(jiān)管、維修養(yǎng)護(hù)等需求，需要圍繞小型水庫防汛工作業(yè)務(wù)，基于智能手機(jī) App 研發(fā)，增加預(yù)警預(yù)測、巡查監(jiān)管及日常辦公等功能模塊，滿足小型水庫安全度汛管理需求[5-6]。為保證遼寧省小型水庫報汛工作能夠做到“有主、有備、有應(yīng)急”，實現(xiàn)對全省小型水庫的巡查監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，強(qiáng)化對全省小型水庫的監(jiān)管力度，進(jìn)一步強(qiáng)化小型水庫度汛管理工作，提高小型水庫報汛水平，完善防汛體系建設(shè)，研發(fā)遼寧省小型水庫安全度汛信息管理系統(tǒng)（以下簡稱安全度汛信息管理系統(tǒng)），包括度汛信息管理系統(tǒng)與智能手機(jī)報汛巡檢 App，以滿足各級水庫管理單位對全省小型水庫的監(jiān)管需求[7-8]。

2 總體設(shè)計

2.1 總體架構(gòu)

安全度汛信息管理系統(tǒng)由 4 個層級和 2 個體系構(gòu)成，總體架構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

4 個層級分析如下：

1）硬件支撐層。硬件支撐層是整個安全度汛信息管理系統(tǒng)運(yùn)行的基石，由短信接收器、App報汛、數(shù)據(jù)庫等服務(wù)器，以及網(wǎng)絡(luò)通信、安全設(shè)備構(gòu)成。

2）數(shù)據(jù)庫層。數(shù)據(jù)庫嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，雨水情數(shù)據(jù)庫表按照 SL 323—2011《實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識符》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，數(shù)據(jù)庫層由報汛、多媒體 2 個數(shù)據(jù)庫組成。

3）應(yīng)用中間層。應(yīng)用中間層是承接用戶與數(shù)據(jù)庫聯(lián)系的中間環(huán)節(jié)，是保證數(shù)據(jù)一致性的重要環(huán)節(jié)，由數(shù)據(jù)存取、分發(fā)及短信平臺（消息推送）等服務(wù)組成。

4）用戶交互層。用戶交互層是各級防汛部門使用智能手機(jī)小型水庫報汛平臺的工具集合，由數(shù)據(jù)接收與處理、GIS、短信、預(yù)警等模塊構(gòu)成，形成統(tǒng)一平臺的安全度汛信息管理系統(tǒng)，滿足應(yīng)用需求。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

本研究綜合運(yùn)用云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，進(jìn)一步提高全省小型水庫報汛的時效性與可靠性，強(qiáng)化對小型水庫的監(jiān)管力度，補(bǔ)齊全省小型水庫報汛短板。

1）基于云 MAS 短信報汛技術(shù)，建立全省小型水庫短信報汛平臺，實現(xiàn)汛情信息的準(zhǔn)確快速獲取，為各級防汛指揮決策提供依據(jù)，強(qiáng)化對小型水庫的監(jiān)管，改變水庫粗放管理模式，實現(xiàn)集群化管理。

2）基于 Android 和 iOS 2 種手機(jī) App 開發(fā)框架，研發(fā)智能手機(jī)小型水庫報汛平臺，實現(xiàn)全省小型水庫的智能手機(jī)報汛模式?？蓪崿F(xiàn)注冊用戶與水庫管理員信息的自動匹配，上報水情信息的自動校核，以及水情信息的圖表交互查詢。

3）采用 PC，App 和微信端 3 種形式，研發(fā)水庫巡檢及問題處置系統(tǒng)。給人員值守、巡檢及問題處置提供支撐，設(shè)定一人一賬戶，對水庫管理員的巡檢記錄進(jìn)行自動跟蹤，支持對各類問題的上報、受理、處置、反饋、結(jié)案，以及全過程的跟蹤和督辦。

4）采用“一級部署、三級應(yīng)用”的建設(shè)原則，開發(fā)面向省、市、縣各級工作及管理用戶的統(tǒng)一框架的小型水庫防洪預(yù)警及監(jiān)管平臺，對水庫基礎(chǔ)信息、采集信息、分析結(jié)果進(jìn)行直觀展示和統(tǒng)計，實現(xiàn)小型水庫的智慧化管理，便于對全省小型水庫的監(jiān)管考核。

5）按照 SL 502—2010《水文測站代碼編制導(dǎo)則》要求，對全省小型水庫的水文測站編碼進(jìn)行統(tǒng)一編制，制定標(biāo)準(zhǔn) 8 位水文編碼；開發(fā)水情數(shù)據(jù)共享平臺，按照 SL 323—2011《雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識符》要求，實現(xiàn)全省大、中、小型水庫水情數(shù)據(jù)的共享。

2.3 性能設(shè)計

主要進(jìn)行以下 4 個方面的設(shè)計：

1）數(shù)據(jù)顯示設(shè)計。采用優(yōu)化內(nèi)存緩存、分頁存取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫索引，以及嚴(yán)謹(jǐn)高效的數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理等策略，提高安全度汛信息管理系統(tǒng)的相應(yīng)速度，使系統(tǒng)支持不少于 1 000 個使用用戶連接，200 個用戶并發(fā)訪問普通頁面響應(yīng)時間不大于 3 s。

2）安全度汛信息管理系統(tǒng)可靠性設(shè)計。系統(tǒng)提供 7 × 24 h 的連續(xù)運(yùn)行，保障平均年故障時間小于24 h，平均故障修復(fù)時間小于 30 min，系統(tǒng)重建時間不多于 4 h。非人為因素下，本系統(tǒng)宕機(jī)等故障率小于等于 2 次/a。

3）開放性標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。支持不同主流開發(fā)平臺的設(shè)計編碼規(guī)范，有良好的可移植性及對不同瀏覽器兼容性的支持能力，支持與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享適配接口標(biāo)準(zhǔn)。

4）安全性設(shè)計。安全度汛信息管理系統(tǒng)支持用戶認(rèn)證、授權(quán)和訪問安全控制，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲、交換與共享訪問、傳輸通道的加密，發(fā)生安全事件時，系統(tǒng)內(nèi)事件通知機(jī)制能以事件觸發(fā)的方式及時通知系統(tǒng)，將錯誤信息主動推送到平臺內(nèi)。

2.4 界面設(shè)計

系統(tǒng)界面友好美觀，采用智能的模糊查找減輕用戶的記憶負(fù)擔(dān)，方便用戶操作，易學(xué)習(xí)，易操作，功能名稱定義明確無歧義，業(yè)務(wù)流程符合用戶實際工作需求；系統(tǒng)具有良好的簡體中文操作界面及詳細(xì)的幫助信息，參數(shù)的維護(hù)與管理通過操作界面完成，提示和幫助信息準(zhǔn)確及時，避免用戶誤操作帶來的損失；系統(tǒng)采用菜單、下拉菜單、工具條、功能按鈕、復(fù)選框等 Windows 提供的控件，且控件組織保持與業(yè)務(wù)劃分和操作過程一致。系統(tǒng)主頁面設(shè)計如圖2 所示。

圖2 中左側(cè)為度汛信息管理系統(tǒng)，包括水庫報汛和報汛數(shù)據(jù)處理 2 個子系統(tǒng)，滿足接收全省報汛數(shù)據(jù)和信息查詢需求；右側(cè)為智能手機(jī)報汛 App 的主要界面，滿足水庫管理員進(jìn)行報汛及水庫管理單位進(jìn)行未報汛監(jiān)管需求。

圖2 界面圖

3 主要研究內(nèi)容

3.1 度汛信息管理系統(tǒng)開發(fā)

開發(fā)的度汛信息管理系統(tǒng)涵蓋以下 5 類功能：

1）綜合查詢。可實現(xiàn)以下信息的查詢和展示：a.地理信息查詢。完成地理信息一張圖的制作與發(fā)布，涵蓋各類水利要素和圖源，可進(jìn)行多項地圖空間操作。b.一張圖查詢。在一張圖的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)各類信息的綜合展示與交互查詢，可制作生成多種水量專題圖。c.大數(shù)據(jù)展示。在一個界面上綜合展示小型水庫報汛各類信息，滿足防汛宏觀決策的需要。d.水情信息查詢。采用圖表等多種形式，實現(xiàn)水情信息的查詢。e.工情信息查詢。對水庫的基礎(chǔ)信息進(jìn)行查詢與維護(hù)。f.特征信息查詢。對水庫的各類特征值及曲線進(jìn)行查詢與維護(hù)，同時可進(jìn)行各類特征曲線的計算。

2）動態(tài)報汛。可實現(xiàn)以下功能：a.建立短信提醒和接收保障機(jī)制。針對未報汛水庫采用短信提醒方式提醒水庫管理員進(jìn)行報汛；針對漏報、誤報、延遲報及報汛成功水庫，設(shè)置短信提醒功能，保證短信發(fā)送的可靠性，有效解決短信弊端；采用自動推送和主動抓取 2 種技術(shù)，解決短信未接收問題，保障已報汛水庫信息接收的可靠性。b.研發(fā)短信群發(fā)平臺。針對重要通知公告及特殊天氣預(yù)報信息的推送，研發(fā)短信群發(fā)平臺，保障全省小型水庫管理員第一時間收到上級部門發(fā)布的信息，同時接收來自全省小型水庫接收狀況及存在問題情況的反饋，并對發(fā)送及反饋情況按條件進(jìn)行過濾和統(tǒng)計。c.進(jìn)行報汛情況統(tǒng)計。采用圖表等多種展現(xiàn)形式，對全省小型水庫報汛情況進(jìn)行自動統(tǒng)計，并可自動整編輸出。

3）預(yù)警預(yù)測。可實現(xiàn)以下預(yù)警預(yù)測：a.超汛限預(yù)警。對超汛限水位的水庫進(jìn)行動態(tài)預(yù)警。b.抗雨能力預(yù)測。根據(jù)遼寧省小型水庫抗雨能力計算公式，直接或人工導(dǎo)入前期影響雨量、各地預(yù)報降雨量，結(jié)合安全度汛信息管理系統(tǒng)中水庫現(xiàn)時水位、校核洪水位、集水面積等工程情況，計算分析全省或重點地區(qū)小型水庫抗雨能力，對低于預(yù)報降雨量的水庫及時提出預(yù)警。c.水庫泄洪預(yù)報。根據(jù)水庫現(xiàn)時水位、集水面積、泄流曲線等，結(jié)合氣象部門預(yù)報降雨量，計算水庫預(yù)計到達(dá)水位、泄洪的洪峰流量，為水庫下游地區(qū)及時開展搶險、避險工作提出指導(dǎo)性建議。

4）巡查監(jiān)管。水庫管理員可通過 App 上報水庫圖片及視頻，管理平臺負(fù)責(zé)接收和查看。同時，通過管理平臺可實時了解水庫管理員當(dāng)前位置，便于對水庫管理員報汛情況的核對，以及對水庫管理員的考核。具體功能包括：a.巡查記錄查詢。對水庫巡查記錄進(jìn)行查詢與管理。b.問題記錄查詢。對水庫問題處置過程進(jìn)行跟蹤與查詢。 c.考核評估。根據(jù)制定的考核方案，對各水庫進(jìn)行打分，主要包括方案管理、自動打分、結(jié)果展示等功能。d.統(tǒng)計分析。采用多種圖表樣式，對水庫巡查、問題處置情況，以及考核評估結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。

5）日常辦公。為各級水庫管理單位及人員的日常辦公提供支撐，可實現(xiàn)通知公告、新聞動態(tài)的發(fā)布，以及文件接收與發(fā)送。具體功能包括：a.通知公告發(fā)布?？砂l(fā)布和接收通知公告及新聞動態(tài)。b.文件收發(fā)。實現(xiàn)郵件的單發(fā)與群發(fā)。c.工作上報。滿足下級向上級報送各類文件的需要。d.防汛值班。滿足各級防汛部門防汛值班的需要。e.組織保障。對 3 個責(zé)任人、衛(wèi)星電話、防汛物資、搶險隊伍、防洪預(yù)案、規(guī)章制度等內(nèi)容進(jìn)行查詢與維護(hù)。

3.2 智能手機(jī)報汛巡檢 App 開發(fā)

開發(fā)智能手機(jī)報汛 App，為全省水庫管理員及各級水庫管理單位提供水庫報汛、查詢統(tǒng)計、巡查管理、問題處置和日常辦公的技術(shù)手段，主要功能如下：

1）水庫報汛。可完成以下工作：a.用戶驗證。實現(xiàn)水庫管理員身份驗證，報汛 App 會根據(jù)水庫管理員信息自動匹配所在地區(qū)及所負(fù)責(zé)水庫，未通過驗證的用戶無法使用軟件。b.水庫報汛。水庫管理員可通過水庫報汛界面，將時間、水位、天氣、位置、照片等信息上報到遼寧省水庫中心。c.上報查詢。水庫管理員可以查詢自己所負(fù)責(zé)的水庫在任意歷史時間段的報汛數(shù)據(jù)，也便于進(jìn)行水庫水位數(shù)據(jù)的對比。d.氣象信息查詢?？刹樵儦庀蟛块T發(fā)布的云圖和雷達(dá)信息。e.消息通知。在消息界面，用戶可以讀取上級部門下達(dá)的通知及消息，并接收未報汛提醒信息。f.個人中心修改?？蛇M(jìn)行個人資料和服務(wù)器設(shè)置的修改。本項內(nèi)容是智能手機(jī)報汛 App 的核心，可為其他類似地區(qū)水庫報汛工作提供參考。

2）綜合查詢統(tǒng)計。可綜合查詢統(tǒng)計以下內(nèi)容：a.實時汛情。實現(xiàn)對當(dāng)前全省小型水庫水情信息的統(tǒng)計，主要對小型水庫的水情信息進(jìn)行查詢顯示，自動統(tǒng)計超汛限水庫數(shù)量，第一時間為用戶提供告警信息。b.水情信息。采用地理信息、數(shù)據(jù)表、過程線等多種形式對全省小型水庫水情信息進(jìn)行交互查詢。在查詢界面，水庫管理員可以查詢自己所負(fù)責(zé)的水庫在任意歷史時間段的報汛數(shù)據(jù)，通過查詢界面，用戶可以查看自己報汛的記錄，便于進(jìn)行水庫水位數(shù)據(jù)的對比。c.未報汛統(tǒng)計。采用柱狀圖、數(shù)據(jù)表等多種形式，對全省小型水庫中未報汛水庫進(jìn)行統(tǒng)計，同時可對未報汛水庫發(fā)布提醒信息。d.工情信息。實現(xiàn)對全省小型水庫工情信息的交互查詢，可以以列表形式進(jìn)行展示，按政區(qū)、流域?qū)Σ樵兘Y(jié)果進(jìn)行過濾，可查看詳細(xì)信息。e.特征信息。實現(xiàn)對所管轄范圍內(nèi)的水庫特征值、特征曲線的查詢與維護(hù)，可對各類特征曲線進(jìn)行相關(guān)計算。

3）巡查管理?？蓪崿F(xiàn)以下巡查管理：a.水庫巡查。為水庫管理員的水庫巡查提供支撐，可實時記錄巡查軌跡、里程、時間，以及圖片和視頻等信息。b.巡查記錄?？刹榭囱膊橛涗浽斍?，包括巡河基礎(chǔ)信息、巡查采集內(nèi)容，以及巡河軌跡信息，便于對水庫管理員進(jìn)行管理。c.考勤管理。采用 GIS定位的方式，對水庫管理員每天的上報工作進(jìn)行管理，保證數(shù)據(jù)及時有效的上報。

4）問題處置及統(tǒng)計。可實現(xiàn)以下處置：a.問題上報。水庫管理員選擇問題類型，上報問題的位置、圖片、視頻和描述等內(nèi)容，可同步上報到上級主管部門和省水利廳。b.問題處置。對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行立案、交辦、處置、結(jié)案，以及全過程的跟蹤與督辦，實現(xiàn)對具體問題的整個閉環(huán)處置。c.綜合統(tǒng)計。采用多種圖表展現(xiàn)形式對水庫巡查、問題處置等情況按照時間和區(qū)域等條件進(jìn)行篩選。

5）日常辦公。可實現(xiàn)以下辦公內(nèi)容：a.群發(fā)信息。可向管轄范圍內(nèi)的所有用戶發(fā)布信息。b.通知公告?？山邮丈霞壊块T發(fā)布的通知公告及新聞動態(tài)。c.通信管理。各級用戶可查看本級及下級的通信信息。d.規(guī)章制度。對各類規(guī)章制度進(jìn)行查詢與管理。e.指令下達(dá)。支持上級給下級下達(dá)的指令，督促相關(guān)事宜辦理。f.意見建議。支持下級給上級提出意見建議。

4 結(jié)語

遼寧省小型水庫安全度汛信息管理系統(tǒng)的實現(xiàn)，對北方地區(qū)小型水庫報汛手段落后問題提出了有效的解決方案，為全省小型水庫的報汛及巡查監(jiān)管工作提供了全面的技術(shù)支撐，具有明顯的實用和社會價值。通過多個汛期的實際檢驗，安全度汛信息管理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，在實際防汛工作中發(fā)揮了重要作用，已經(jīng)成為各級防汛部門不可替代的報汛手段。本研究內(nèi)容可為其他類似地區(qū)水庫報汛工作提供參考，具有一定的借鑒意義。但也存在一定的局限性，由于小型水庫大多位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，信號覆蓋較弱，部分水庫在報汛過程中存在無法報汛問題。另外，針對極端惡劣天氣，無法開展報汛工作，缺乏應(yīng)急報汛手段。下一步將以國家開展的“小型水庫雨水情監(jiān)測與工程安全監(jiān)測系統(tǒng)”項目建設(shè)為契機(jī)，進(jìn)一步開展小型水庫自動化監(jiān)測相關(guān)技術(shù)的研究與實現(xiàn)，構(gòu)建滿足水庫應(yīng)用的智慧水庫管家平臺。