摘要：介绍了兰溪市的地理特征及兰溪市河道堤防数字化管理控制系统建设的必要性，明确兰溪市河道堤防数字化管理控制系统平台的设计原则，在遵循这些设计原则的基础上对系统平台的总体架构及应用功能进行设计、阐述和分析。数字化管理控制系统平台建成后将为兰溪市河道堤防的管理工作提供安全可靠、科学经济的技术保障。
关键词：河道堤防；数字化管理；系统平台；物联网；Web服务
中图分类号：TP39文献标志码：A文章编号：
16721683（2015）002020703
兰溪市是浙江省18个重点防洪县市之一，它由于特殊的地理位置，几乎每年都要发生不同程度的洪涝灾害，是全省重点防洪城市之一。目前，兰溪市农防经过多年建设和加固，虽然取得了较大进展，河道堤防管理工作也有管护人员及制度的落实，但整个管理工作在方法、手段、工具等方面都还比较落后。
2010年1月29日，中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》正式公布。文件中明确提出：推进水利信息化建设，全面实施“金水工程”，加快建设国家防汛抗旱指挥系统和水资源管理信息系统，提高水资源调控、水利管理和工程运行的信息化水平，以水利信息化带动水利现代化。浙江省政府近期推出的大政方针——五水共治 （即治污水、防洪水、排涝水、保供水、抓节水），对水资源调控、水利管理的信息化水平提出了更高的要求。国标《堤防工程设计规范》和水利行业标准《堤防工程管理设计规范》等法律法规，都对堤防工程管理设计提出正规化、制度化、规范化等要求。
水利信息化建设是水利行业管理实现信息共享和资源整合的一项基础工作，为积极响应中央一号文件，响应五水共治大政方针，全方位地提升兰溪市河道堤防管理的综合水平、实现河道堤防管理的现代化（即数字化、信息化）和规范化是十分必要的。为此，浙江省水利水电勘测设计院在开展“兰溪市钱塘江农防加固工程”勘测设计工作的同时，设计开发“兰溪市河道堤防数字化管理控制系统平台”，并开展课题“河道堤防数字化管理控制系统”的研究。
兰溪市河道堤防数字化管理控制系统平台，将实现河道堤防所有实情数据、信息的采集、存储、共享、交换、发布、上传等功能，为相关部门人员提供准确、可靠、快捷的数据和信息，充分发挥计算机技术的功能，实现远程监测监视管理、远程调度指挥。
1系统平台设计原则
兰溪市河道堤防数字化管理控制系统平台的建设是一项涉及多领域、多学科、跨行业、跨部门的项目，系统必须具备开放性、可扩展性，在硬件资源上支持无限的扩展能力，灵活的集成扩展各类先进主机、存储网络设备；体现应用软件上，系统平台采用当前先进的技术框架、中间件技术等，建成对外具备各类标准接口规范，对内独立、模块化、分层设计，实现可动态扩展的智慧河道管理应用系统。
系统平台的设计将遵循以下原则。
（1）先进实用。
GIS 是地理信息系统的简称，是地理信息技术三大技术核心之一，是用于采集，表达，处理，检索，分析和输出地理信息的计算机信息系统[1]。系统在开发过程中结合先进的GIS技术、技术框架、中间件技术等，并且系统数据实时同步，在很大程度上根据用户的需求进行设计，尽可能使用户对系统的操作更便捷。
（2）高效稳定。
在系统设计、开发过程中，从系统结构、技术措施、软硬件平台、技术服务和维护能力等方面综合考虑，确保系统较高的性能和较低的故障率。
（3）保障安全。
河道资源数据属于国家水利工程核心数据，必须保证数据的安全和系统的安全。通过数据库结构上的安全设计、用户权限认证、权限超时处理、内网用户访问控制、外网用户域认证控制等一系列技术手段保障河道堤防管理控制系统安全运行。具体包括以下几个主要方面：①访问控制；②权限控制和管理；③身份验证。
（4）兼容灵活。
目前系统平台的架构可分为2 种：B/S 架构和C/S 架构。B/S （ Browser/Sever）架构是经历了主机（ Host ） 系统、工作站、文件服务器（Workstation/File Sever） 系统两个阶段之后发展起来的[2]。本项目建设采用B/S架构，具有灵活方便的二次开发接口、具有良好扩展性、兼容性和灵活方便数据接口的平台，为以后的信息化建设奠定坚实基础。
（5）采取稳定的部署架构。
管理系统具备全天候的河道堤防信息检测、分析和应急处置功能，系统必须优化各个环节，确保在大数据量数据运算时的响应速度和性能。
应用服务器采用双机负载均衡机制，数据库服务器采用双机热备技术或者集群技术。
（6）统一设计，分步实施，高度集成。
制定统一的标准，规范各子系统间的接口标准，实现系统软件统一规划、设计，分步、分模块实施开发，最终全面高度集成。
2系统平台总体架构设计
考虑到为用户提供良好的操作环境以及软件的重用性，兰溪市河道堤防数字化管理控制系统平台采用B/S架构。见图1。该系统平台结构包括五个主要层次，自上而下依次为：应用层（即系统具体的功能应用）、支撑层（即实现应用功能具体的软件支撑）、数据层（即数据库内容）、硬件与网络层（即系统运行的配套硬件和网络环境）、河道感知层（即数据的采集系统）。系统的建设总体上将通过中间件架构访问五个主要架构层，实现对各专题服务之间的相互调用、相互触发与数据交换来实现对各种专题服务的总体集成。
同时兰溪市河道堤防数字化管理控制系统平台为能够方便地实现Internet 上跨平台、语言独立、松散耦合的异构应用的交互和集成，大量应用了Web服务技术。Web服务是在现有的Web技术和设施之上，通过制定新的协议和标准、提出新的技术来实现的。Web服务技术的出现，使得可以在现有各种异构平台的基础上构建一个通用的、与平台无关、与语言无关的技术层，各种不同平台之上的应用依靠这个技术层来实施彼此的连接和集成[3]。
2.1应用层
采用B/S（Browser/Web Server）结构，基于WebGIS技术的网络浏览器应用模式和可视化多层次的空间图形操作界面，为河道管理工作提供基础信息服务与管理服务等功能。兰溪市河道堤防数字化管理控制系统平台主要包括河道基础信息、水雨情信息、巡检信息、防汛信息、视频监控、泵闸工程信息、数字化标识信息、应急管理体系等服务。
2.2支撑层
为应用层的实现提供软件支撑。具体包括地图服务、其他支撑服务等，是实现功能应用的基础。同时支撑层处于应用层与数据层之间，为两者之间的数据交互提供安全保障。支撑层主要包括对内服务体系和对外服务体系，其中对内服务是指由河道管理机构负责或者委托专业机构负责的，专门为河道内各部门提供各种带有一定价值的服务项目，主要有 河道资源对内数据服务、河道防汛决策服务、远程系统通讯服务；对外服务是指由河道管理机构统一负责与运作的，专门为河道内各部门和其他相关企业提供的各种对外信息发布、交流等服务，主要有河道对外数据服务、相关企业管理服务、对外信息发布。
2.3数据层
负责对系统数据的管理，实现数据的分类、组织、编码、存储、维护等。主要包括数据库系统以及各种应用数据库。兰溪市河道堤防数字化管理控制系统平台主要包括泵闸运行信息库、防汛信息库、水情数据信息库、巡检办公信息库、河道基本信息库、视频信息库、系统日志信息库等。
2.4硬件与网络层
提供支持系统运行的各种硬件及网络环境。除了服务器、计算机等硬件设备外，还包括防火墙、网关、路由器等网络安全设备，在采集层与数据层之间建立一层防御体系，保证数据的安全、完整。
2.5河道感知层
负责系统数据的采集工作，通过部署在感知层的数字化标识、水位站设备、视频设备等相关设备，以及与气象部门气象信息的通信，实现对河道各个资源的位置、状态、以及环境参数、生产信息的全面掌握、智能预警和敏捷控制，从而真正实现物联网在河道内的普及应用，为河道智慧化打下坚实的基础。将数据以统一的格式通过硬件与网络层存储到对应的数据库中。
按照国际电信联盟（ITU）的定义，物联网主要解决物品到物品（Thing to Thing，T2T），人到物品（ Human to Thing，H2T ）之间的互连[4]。
3系统平台应用功能设计
兰溪市河道堤防数字化管理控制系统平台的应用功能主要是针对河道堤防管理者对河道堤防管理日常运维所需要的各类业务运行与管理工作提供支撑的信息化体系，主要内容见图2。
图2系统功能模块图
3.1河道资源基础信息管理
以数字化标识信息数据库为基础，系统在GIS平台可直观显示各水工建筑物的主要信息数据，为运行管理人员提供河道、堤防、已建主要水工建筑物（如：桥梁、泵站、水闸、滚水堰等）的相关属性数据等信息的查询管理。根据河道堤防防汛工作的需要，运行管理人员随时可查询防汛工作所需要的各类数据信息，包括实时水情、避灾安置点、防汛物资、防汛队伍情况等数据，并可以图表等形式进行资料统计、分析等管理，见图3。
图3河道资源基础信息管理子系统界面
3.2现地数字化标识管理
数字化标识监测系统主要通过对河道堤防主要水工建筑物资源信息的编码的方式，将河道堤防主要水工建筑物（如：泵站、水闸、堤防、滚水堰、桥梁等）的基本特征相关数据进行现地的存储，实现对主要水工建筑物的标签定位以及联网。
3.3现地视频监视管理
兰溪市河道堤防数字化管理控制系统设置了14套现地视频监控系统对河道资源、险工险段、河道堤防重点监控区域、河道堤防重要部位、泵站、闸站进行远程有效的全天候视频监控，运行管理人员可实时监督和掌握河道、堤防、已建主要水工建筑物的运行情况及安全状况，同时为有效应对突发事件提供保障。
3.4移动巡检办公信息管理
移动巡检办公管理系统是一款针对河道堤防建筑工程巡查管理工作而开发的一套集巡查信息采集、安全隐患上报、汇总信息展示、管理决策分析等多项功能为一体的综合管理系统。
根据河道堤防日常管理的需要，系统平台提供对巡检办公工作流程的统一管理，如：制定巡检任务计划、巡检员位置实时监控、接受现场巡检信息并对现场作指挥调度等。巡检业务流程分为巡检计划、巡检活动、整改跟踪、统计分析四个过程，过程之间相互衔接，形成整个巡检工作的闭环化管理，最终做到有计划必执行、有问题必处理的目的。
3.5便携式视频监视系统
由外业巡检管理人员移动巡检办公时配套使用，对河道堤防进行远程视频监控，真正实现对河道堤防的全方位、立体化、网络化、智能化的纵深远程视频监控。
3.6水情监测系统
系统在GIS平台直观显示各水文站点信息数据，根据河道堤防日常管理的需要，运行管理人员随时可查询各水文站点信息数据，并可以图表等形式进行资料的统计、分析等管理。
3.7泵闸工程信息管理：
系统平台通过以太网（单模光缆）链接各泵站现地计算机、视频监视系统和各闸站现地视频监视系统，进行实时数据和运行状态等的通信，实现泵闸工程的“遥测、遥调、遥信、遥视”功能。
3.8办公信息化管理
本系统将提供系统链接。
4结语
兰溪市河道堤防数字化管理控制系统平台借助新一代的物联网、决策分析优化等信息技术，通过感知化、互联化、智能化的方式，将河道资源中的物理基础设施、信息基础设施、社会基础设施和商业基础设施等连接起来，提高河道管理水平与服务效率，使之成为可以指挥决策、实时反应、协调运作的“智慧化系统”。
系统平台实现了河道管理技术支撑手段的全面飞跃；引入先进的管理理念，依托先进的技术支撑手段，建成并完善河道日常管理与应用两大管理体系；依靠河道的智能化两大服务体系与两大管理体系在运行中获得的河道综合信息，通过建立对信息的深度利用体系，为河道管理行政单位的规划、指导、推进工作提供强有力的信息保障。
目前，该项目已根据设计的各项要求基本完成调试，并将在今后兰溪市河道堤防的实际管理运行中不断改进完善，为兰溪市钱塘江农防加固工程的安全可靠提供技术保障。参考文献：
[1]邹岩.GIS 技术在国土资源管理工作中的应用[J].黑龙江科技信息，2011（08）：103.
[2]赵华，单仁亮，牛天勇，等.基于B/S 模式的建筑施工项目信息管理平台的研发与应用[J].施工技术，2006，35（5）：1416.
[3]覃肖云.Web 服务技术及其发展趋势[J].广西医科大学学报，2008，25（9）：8687.
[4]沈苏彬，范曲立，宗平，等.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报：自然科学版，2009，29（6）：111.