堤防工程信息管理系統(tǒng)設(shè)計研究

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摘要:為進(jìn)一步加強(qiáng)和規(guī)范堤防運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)動態(tài)掌握工程管理狀況，研發(fā)建設(shè)了基于J2EE平臺、B/S結(jié)構(gòu)的全國堤防工程信息管理系統(tǒng)，并對系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)、系統(tǒng)架構(gòu)和系統(tǒng)功能進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，有效提高了堤防工程信息化管理水平和工作效率。

關(guān)鍵詞:堤防工程;運(yùn)行管理;系統(tǒng)設(shè)計

“實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)變”的治水新思路，要求“以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化”，把水利信息化建設(shè)放在優(yōu)先位置［1－4］。堤防工程是防御洪水最有效的一種措施，傳統(tǒng)堤防工程管理多停留在文件管理模式下，數(shù)據(jù)處理效率低且缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳遞滯緩、查找和分析困難，不利于加強(qiáng)堤防工程管理［5－6］。按照水利改革發(fā)展總基調(diào)的總體要求，為進(jìn)一步加強(qiáng)和規(guī)范堤防運(yùn)行管理，盡快摸清已建堤防工程底數(shù)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)掌握工程管理狀況，水利部堤防技術(shù)研究中心開發(fā)建設(shè)了基于J2EE平臺、B/S結(jié)構(gòu)的全國堤防工程信息管理系統(tǒng)。

1系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

為積極有序推動智慧水利建設(shè)，系統(tǒng)建設(shè)分為近期目標(biāo)、中期目標(biāo)和遠(yuǎn)期規(guī)劃目標(biāo)。近期目標(biāo)為建立基于J2EE平臺、B/S結(jié)構(gòu)的全國堤防工程信息管理系統(tǒng)，提供符合運(yùn)行管理實(shí)際，覆蓋到省、市、縣及各流域機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和數(shù)據(jù)填報模式，提高管理工作效率;中期目標(biāo)為建立堤防基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，支持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)動態(tài)更新，為我國堤防工程科研、規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)與管理等提供基礎(chǔ)信息支撐，為防汛搶險提供信息服務(wù);遠(yuǎn)期規(guī)劃目標(biāo)以SAAS(軟件即服務(wù))的云服務(wù)構(gòu)建面向各級水利工程運(yùn)行管理部門，集數(shù)據(jù)整編、工程安全管理、健康狀況考核、規(guī)劃編制、數(shù)據(jù)智能分析與報表、在線會商決策、標(biāo)準(zhǔn)體系管理、公眾信息公開等業(yè)務(wù)為一體的綜合運(yùn)行管理平臺。

2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

2．1系統(tǒng)構(gòu)成

全國堤防工程信息管理系統(tǒng)為基于J2EE平臺、B/S結(jié)構(gòu)的Web應(yīng)用系統(tǒng)，采用MVC設(shè)計模式，由JSP實(shí)現(xiàn)視圖層，Servlet實(shí)現(xiàn)控制層，JavaBean實(shí)現(xiàn)商務(wù)邏輯層。按照J(rèn)2EE的三層應(yīng)用體系架構(gòu)，系統(tǒng)整體架構(gòu)主要有硬件支撐層、數(shù)據(jù)存儲層、服務(wù)層、應(yīng)用層，其中應(yīng)用層包括表示邏輯層和業(yè)務(wù)邏輯層，涵蓋了堤防工程運(yùn)行管理的主要技術(shù)服務(wù)內(nèi)容，數(shù)據(jù)存儲層主要是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。系統(tǒng)中間件框架采用Spring、Hibernate、SpringMVC、Solr(基于Lucene)等技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，對二次開發(fā)和框架擴(kuò)展提供了友好的接口和機(jī)制，增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和可維護(hù)性。系統(tǒng)的整體架構(gòu)見圖1。

2．2數(shù)據(jù)庫環(huán)境

系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問采用數(shù)據(jù)訪問器模式和對象/關(guān)系映射模式相結(jié)合的模式，系統(tǒng)數(shù)據(jù)持久層采用Hibernate框架，建立面向?qū)ο蟮倪壿嬆Ｐ秃臀锢砟Ｐ椭g的映射關(guān)系，編寫基于邏輯模型對象的訪問接口，數(shù)據(jù)的查詢基于面向?qū)ο蟮倪壿嬆Ｐ停c底層數(shù)據(jù)庫無關(guān)，具有跨數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)，通過抽象出的系統(tǒng)API即可進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的查詢與操作，系統(tǒng)可在Oracle、Mysql、SqlServer等主流的數(shù)據(jù)庫環(huán)境運(yùn)行。系統(tǒng)非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采用傳統(tǒng)的RAID5磁盤陣列方式進(jìn)行儲存，能夠在硬件級別最大限度地提高文件系統(tǒng)的吞吐量，最大限度地保障數(shù)據(jù)安全。

2．3系統(tǒng)安全

系統(tǒng)采用了基于角色的權(quán)限控制機(jī)制，通過對系統(tǒng)功能模塊的劃分，不同的模塊對不同的角色有著不同的訪問權(quán)限控制。角色管理主要由用戶、角色、資源、操作、權(quán)限等部分組成，通過身份鑒別、訪問控制、安全審計等模式實(shí)現(xiàn)角色的權(quán)限控制機(jī)制。全國堤防工程信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了堤防管理單位及其負(fù)責(zé)人、不同級別水行政主管部門及其負(fù)責(zé)人等多種角色對數(shù)據(jù)訪問的權(quán)限控制。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了堤防工程信息的版本控制機(jī)制，工程數(shù)據(jù)變更時保留完整的歷史記錄，在時間尺度上形成閉合區(qū)間，實(shí)現(xiàn)可以追溯的工程數(shù)據(jù)變更歷史。

3系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)功能涵蓋堤防工程運(yùn)行管理的各個環(huán)節(jié)，主要包括數(shù)據(jù)整編、工程安全管理、健康狀況考核、規(guī)劃編制、數(shù)據(jù)智能分析與報表、在線會商決策、標(biāo)準(zhǔn)體系管理、公眾信息公開等方面。(1)數(shù)據(jù)整編。數(shù)據(jù)整編主要用于對堤防基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的動態(tài)管理，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)出現(xiàn)變動時管理單位可及時進(jìn)行系統(tǒng)更新。數(shù)據(jù)字段具有版本控制功能，可根據(jù)管理需要隨時查看歷史版本數(shù)據(jù)或恢復(fù)到任意歷史版本，所有數(shù)據(jù)的添加、審核、修改均有系統(tǒng)日志記錄，數(shù)據(jù)溯源和變動路徑明確。堤防基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括工程基本信息、工程特性指標(biāo)、工程管理情況、險工險段信息、安全評價信息等。(2)工程安全管理。動態(tài)管理可實(shí)現(xiàn)任意時間尺度數(shù)據(jù)匯總，統(tǒng)計不同狀態(tài)下的堤防工程數(shù)量、空間、規(guī)范分布情況，系統(tǒng)提供工程監(jiān)測數(shù)據(jù)接口，采集的海量監(jiān)測數(shù)據(jù)可安全可靠地存儲在分布式文件系統(tǒng)中，使用人工智能技術(shù)對海量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式計算分析，并建立推理模型，利用構(gòu)建的模型對工程安全運(yùn)行狀況發(fā)展趨勢進(jìn)行推理判斷，為工程安全動態(tài)管理提供預(yù)警信息。(3)健康狀況考核。面向內(nèi)部或公眾檢查工作動態(tài)、檢查報告內(nèi)容。被檢查單位按要求填報檢查報告數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行相應(yīng)的分析統(tǒng)計。(4)規(guī)劃編制。基于工程安全動態(tài)管理和考核模塊，統(tǒng)計健康和病險堤段數(shù)量及程度，并分析年數(shù)據(jù)動態(tài)變化情況，更加科學(xué)合理地制定堤防年度運(yùn)行維護(hù)計劃。(5)數(shù)據(jù)智能分析與報表。使用動態(tài)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)匯總生成全國堤防工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圖表，并根據(jù)管理要求不同生成對應(yīng)的主題圖表。例如:某地發(fā)生地震災(zāi)害時，根據(jù)地震烈度迅速可提供影響范圍內(nèi)的堤防工程空間分布、工程等級、工程安全現(xiàn)狀、監(jiān)測分析結(jié)果等分析數(shù)據(jù)和簡報供決策參考。(6)在線會商決策。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)、報表、文檔實(shí)時共享傳送，可實(shí)現(xiàn)異地的會商決策，會商紀(jì)要等內(nèi)容保存到工程檔案，以備隨時調(diào)用查看。(7)標(biāo)準(zhǔn)體系管理。及時更新堤防工程建設(shè)、運(yùn)行管理、安全評價等有關(guān)的法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保堤防工程運(yùn)行管理工作科學(xué)化、規(guī)范化。(8)公眾信息公開。面向公眾可適時工作動態(tài)、建設(shè)治理、重大事件處置等情況，提高堤防工程運(yùn)行管理工作。

4系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

按照系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，目前系統(tǒng)已完成了省、市、縣及各流域機(jī)構(gòu)水行政主管部門及堤防管理單位的權(quán)限分配，實(shí)現(xiàn)了覆蓋到省、市、縣及各流域機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和數(shù)據(jù)填報，初步建立了全國堤防工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，包括堤防工程基礎(chǔ)信息、工程特性指標(biāo)、工程管理情況、險工險段信息和安全評價信息等，并支持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)動態(tài)更新和統(tǒng)計查詢。

5結(jié)論

堤防工程信息化管理有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、分析、應(yīng)用和安全管理規(guī)范化、精細(xì)化、智慧化。本文集合J2EE平臺、B/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，研發(fā)了基于J2EE平臺、B/S結(jié)構(gòu)的全國堤防工程信息管理系統(tǒng)，并對系統(tǒng)構(gòu)成、數(shù)據(jù)庫環(huán)境、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)功能進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，目前系統(tǒng)已構(gòu)建了覆蓋省、市、縣及各流域機(jī)構(gòu)的權(quán)限分配機(jī)制，初步建立了全國堤防工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了全國堤防工程基礎(chǔ)信息、工程特性指標(biāo)、工程管理情況、險工險段和安全評價等信息的填報和匯總統(tǒng)計，有效提高了堤防工程信息化管理水平和工作效率。

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作者：張清明 金錦 王荊 汪自力 單位：黃河水利委員會黃河水利科學(xué)研究院 水利部堤防安全與病害防治工程技術(shù)研究中心