大型灌区信息化建设

陈金水[e-mail]/13951970820河海大学计算机与信息学院210098南京市西康路一号大型灌区信息化建设大型灌区信息化建设001大型灌区在1998年开始的“续建配套节水改造”项目基础上，于2002年启动了信息化试点建设，至今已经历了“十五”、“十一五”两期试点建设，共有51座灌区参与（参与的程度不同而已）。其中，第一期试点30座灌区，共投资1.8564亿元，第二期试点36座灌区（其中15座由一期延续下来），共投资2.3162亿元。大型灌区信息化建设002“十五”、“十一五”两期信息化试点建设的大型灌区大型灌区信息化建设003大型灌区信息化两期试点的成效和收获是肯定的，特别是第二期试点在第一期试点摸索的基础上，无论是规划设计还是建设实施，直至维护管理都有了长足的进步。其中，特别具有“里程碑”意义的有三件事：1、《“十一五”期间大型灌区信息化试点建设指导意见》编制；2、《大型灌区信息化建设技术指南》出版；3、《大型灌区“十一五”信息化试点建设总结》编制。大型灌区信息化建设0041灌区信息化建设规划和设计编制大型灌区信息化建设005信息化建设首先要编制规划、然后进行可行性研究分析，获批后再进行初步设计（或实施方案）编制。《大型灌区信息化建设技术指南》详细描述了规划、可研和初步设计的编制内容、深度控制和格式要求。当然也可以参考《水利信息系统可行性研究报告编制规定（SLZ331-2005）》和《水利信息系统初步设计报告编制规定（SLZ332-2005）》，最后以水利部下发的针对具体项目的编制大纲为准，例如《“十一五”期间大型灌区信息化试点（第二批）年度实施方案编制大纲》大型灌区信息化建设006按照完整性要求，规划和设计报告应包括综述、灌区概况、指导思想与编制原则、建设意义、需求分析、建设内容、建设（技术）方案、投资估算（概算）、建设与运行管理、效益分析与评价等内容。但是，其核心主要是建设内容、建设（技术）方案和投资估算（概算），当然，这些内容要以信息化建设的目标原则、指导思想和灌区的实际需求为依据，指导编制。下面通过两个例子具体说明规划和初设的编制过程。大型灌区信息化建设007示例1：新疆生产建设兵团第二师塔里木灌区信息化建设规划大型灌区信息化建设008示例2：新疆生产建设兵团第二师下野地灌区2014年信息化建设实施方案大型灌区信息化建设0092大型灌区信息化建设内容大型灌区信息化建设010建设内容的确定是灌区信息化建设最为重要的一环，它对整个信息化建设起到“承上启下”的作用。“承上”是因为它是需求分析的结果，这从《指南》的2.1节灌区建设与管理的业务流程就可以体现出来。“启下”则是技术方案的对象和依据。大型灌区信息化建设0112.1灌区建设与管理的业务流程业务内容是静态的，业务流程是动态的。业务内容决定了信息系统的功能和组成，而业务流程则表达了信息流向以及系统各组成部分之间的控制关系。这些都是灌区信息系统技术方案设计的重要依据。大型灌区信息化建设012用信息流表达的灌区建设与管理的业务流程大型灌区信息化建设013基于信息流的灌区建设与管理业务流程的执行过程（数据驱动，软件执行）大型灌区信息化建设0142.2灌区业务数据（1）数据分类比较好的数据分类方法应该是对各职能部门所管辖的业务数据进行抽象，建立独立的数据源，统一进行分类，各职能部门的业务工作只是从这个独立、公共的数据库中去获取（按权限）自己需要的数据。也就是说要实现数据与应用的分离，这样，无论是数据还是软件的维护都更加容易而且高效。大型灌区信息化建设015右图所示的分类法仅供参考，因为灌区不像水文专业那样有数据分类和编码的标准和规范。但是，可以参考“中心”编制的《大型灌区基础数据库设计指南》，这是目前较为规范的灌区数据分类和结构定义。大型灌区信息化建设016（2）数据处理过程从应用领域这个角度出发，信息处理的方式与具体的业务内容和管理方式有关，但是，就信息自身而言，无论哪一类信息，其处理过程都可以分为获取、整编、存储（管理维护）和应用四个过程。大型灌区信息化建设017其不同之处是：获取可以实时自动，或人工观测，或对历史数据整理后成批导入，或通过软件交互输入，或者引用第三方资源等等。无论哪种方式，都要根据不同信息对传输的需求设计相适应的通信链路。整编包括异常数据处理、均值化、注释等，但是，不同属性的数据，整编的方式（与业务专业有关）也会不同，甚至存在很大差异。大型灌区信息化建设018要实现信息的存储、管理和维护首先要把信息存储在数据库中，通过数据库管理系统对信息进行管理和维护，一般借助商用数据库管理系统实现，如Oracle、SQLServer等。应用包括信息查询、统计、报表输出、闸门/水泵的控制，以及为灌区建设管理中各项业务工作（如水资源调配）的决策分析提供依据等。大型灌区信息化建设019灌区信息化建设内容归纳为：信息获取、信息传输、监控、信息存储、管理和表达、应用软件、配套设施六个部分。这六个部分不单是针对灌区，对其他领域也是适合的。实际上，它们也是目前广义信息系统的常规内容。2.3信息化建设的具体内容大型灌区信息化建设020信息获取首先要讨论获取哪些信息，然后确定获取的方式，这是技术方案的依据。《指南》基本列出了灌区涉及的所有信息，但是各灌区要根据自己的具体情况有所增删、取舍。2.3.1信息获取大型灌区信息化建设021担负生活供水的灌区，可能需要获取水质信息；含沙量大的灌区可能要增加含沙量信息的获取；提水灌区要侧重于泵站运行信息的获取；有防汛任务的灌区要注重汛情信息的获取等。例如：大型灌区信息化建设022现阶段还不可能实现所有的信息都自动采集，所以要特别强调可以手工采集的要手工采集，可以通过巡检（如水质信息采集）获取的不一定采用自动在线获取。墒情尽量在“试验片”（灌溉试验站或与大田中的试验点相结合）的模拟田块中获取，通过模拟田块与大田间的关系模型，辐射到整个灌域。如何取舍，要根据需求，以符合灌区实际。大型灌区信息化建设023信息传输除了通信链路建设外，为了实现联网，还要建设广域连接和局域连接的计算机网络。2.3.2信息传输大型灌区信息化建设024局域网络一般是在灌区管理局/管理处建设信息中心，在信息中心配置若干台服务器和交换机、路由器等设备，把局/处的计算机互联在一起，构成数据和软件共享的硬件环境。同时通过路由与需要互联的外部机构（上级机构或异地的下属机构）和分布于各处的信息点（监测点、监视点和控制点等）互联以构成广域网络。大型灌区信息化建设025图中的通信链路、网络设备可以根据各个灌区的具体情况（灌区大小、数据量多少、管理的复杂程度等）进行配置。大型灌区信息化建设026计算机通信网络逻辑结构2.3.3监视控制灌区的监视控制主要指在需要保证运行安全（工程设施安全和人身安全）的地点安装视频监视和水闸、泵站的控制装置。其中，新建泵站和老旧泵站在改造中，监视控制基本上都升级为自动监视控制或计算机监视控制（现地/集中/远程），因此，自动/计算机监视控制在泵站建设和改造中已经成熟和规范。大型灌区信息化建设027灌区要监视控制的另一类主要建筑物是水闸。由于水闸面广量大、类型繁多、规模不同、工程基础条件相差悬殊，因此，控制的方案要分类，按不同情况进行设计。一般以现地、集中控制为主，远程只是通过设置在闸孔和上下游的摄像头监视运行情况，除非特殊需要才考虑自动/计算机控制。与信息获取、传输一样，监控更需要自动与人工相结合，二者兼备。对于重要的控制水闸应该采用自动控制，对于小型闸或使用时间短（灌季短）的闸可以采用电动或手动控制。将来随着财力和技术水平的提升，再逐步实现自动控制。大型灌区信息化建设028信息化建设成果要发挥作用，靠的是全面、完整的信息。信息获取后传输到管理中心（可以是集中式分布、分布式分布或“云”分布等）。在管理中心，信息存放在数据库中，由数据库管理系统管理。而数据管理软件只是根据应用需要，利用数据库管理系统提供的功能，编制面向业务管理需要的数据处理、查找、统计、报表、表达等的过程实现程序，并且提供直观且易操作的界面，以方便管理人员使用。2.3.4信息存储、管理和表达大型灌区信息化建设029信息获取、传输可以自动和人工相结合，但是信息存储、管理和表达必须由计算机系统自动实现，特别是自动存储、自动备份和自动恢复等，只有在异常情况下才动用人工干预。其原因除了考虑效率（当数据量很大、数据关系复杂时更显重要）外，更重要的是保证数据的安全和统一。因此，数据管理软件一定要精心设计，并认真维护和管理。信息存储、管理和表达除了要满足业务管理的功能化需求外，还必须特别注重数据安全保护等非功能化需求。例如，泄漏保护、病毒防范、入侵阻挡等等。大型灌区信息化建设0302.3.5应用软件灌区信息化建设中，其他建设内容都看得见、摸得着，就是计算机软件看不见、摸不着。但是，软件又是信息化建设能否发挥作用，取得效益的关键内容。大型灌区信息化建设031“十五”、“十一五”试点期间，各个灌区都不同程度地开发了一些软件，只是覆盖面大小、种类多少、功能强弱、命名方式等存在不同而已，姑且以广义信息（不分别针对雨情、水情、工情、业务管理等信息）为处理对象归纳之，主要有八种软件：数据采集及传输软件、数据存储、管理和维护软件、信息浏览、查询、汇总、统计、表达软件、视频监视及管理软件、闸门和水泵控制软件、业务行政办公管理软件、门户网站、水资源配置与调度软件。大型灌区信息化建设032但是，应用软件的开发、管理和维护仍然是灌区信息化建设中最为薄弱的一环。原因之一在于软件的“无形”，因而重视不够；原因之二是软件开发不规范，很多软件开发机构没有对应的资质或缺乏CMM评估等级；原因之三是开发人员对灌区的业务内容及其管理过程研究的不够深入和透彻，甚至不了解、不熟悉灌区的专业内涵，导致开发的软件无法满足需求，甚至不能用。大型灌区信息化建设033针对上述情况，《指南》仅是按照建设管理、运行管理和事务管理三个方面的业务对应用软件进行了划分，给出的应用系统均为常规的、最为需要的功能。在此基础上，结合当前软件开发的技术，抽象出五类应用软件。大型灌区信息化建设034应用软件的抽象划分大型灌区信息化建设035《指南》第三章通过实例展示了对应的软件设计方案。由于灌区种类繁多（因其地域不同、气候条件不同、水源方式不同、管理方式不同等），应用软件开发的前期工作和“顶层设计”还很不够。正因为如此，《指南》专门编写了一个“软件及软件工程基本概念”的附录，灌区建设和管理人员可以参照，并通过实践，提出更合适的应用系统功能和性能需求，以及软件划分方式，期望在“十二五”乃至“十三五”的信息化建设中能有长足的进步和发展。大型灌区信息化建设0362.3.6配套设施信息化建设过程中，配套设施建设和改造的内容很多，《指南》只列出了供电和防雷两项设施（当然，这两项最为重要），实际上还有很多配套设施要建设或改造。例如：（1）信息中心、信息采集点和监控点的安防设施；（2）采用特设量水的渠道要增建特设建筑物（巴歇尔槽、机翼型槽、无喉道槽，或者堰等）；大型灌区信息化建设037特设量水建筑物巴歇尔槽机翼型槽大型灌区信息化建设038（3）为了实现闸门控制，原来没有闸房的要增建闸房，闸门原来是手动启闭的要改造成电动启闭，其中，a要新建闸房，b要改造闸房，c要将启闭机启动方式从手动启闭改为电动启闭）；大型灌区信息化建设039要新建闸房a大型灌区信息化建设040要改造闸房和启闭设备bc大型灌区信息化建设041（4）配合水位、流量监测而修建的测井及测井房，其中，a为有测井房的水位监测，b是无测井房的水位监测；ba大型灌区信息化建设042（5）自建光纤通信系统要架杆或开挖光缆埋设沟道。基础设施的建设和改造，一方面是与信息系统配套，另一方面也是灌区工程及管理设施改造等“硬件”建设的需要。只有软、硬结合，才能使信息系统正常运行，发挥最大的效率。大型灌区信息化建设0433软件是信息化建设成败的关键大型灌区信息化建设044软件看不见、摸不着，因此，其作用和价值经常被低估