水利工程運行管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)V3

水利工程運行管理系統(tǒng)的設(shè)

計與實現(xiàn)

UniversityofScienceandTechnologyof

China

ADissertationforMaster's

DegreeofDngineering

DesignandImplementation

ofWaterConservancyProject

OperationManagementSystem

摘要

摘要

水利工程運行管理是水利工程管理重要組成部分，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,

水利工程管理水平也日益提升，但是對于水利工程來說，由于其受影響的因素較

多，比如相關(guān)部門重建輕管、工程難度過、管理任務(wù)過重、管理多元化、種類多

樣、數(shù)量過多以及面積過廣等等。目前來看，在管理水利工程運行的相關(guān)環(huán)節(jié)時，

還有很多薄弱的地方，比如使用了過于單一的管理方法，無法使得管理效率得到

提升，并且其不具備足以支撐其高效工作的信息化管理平臺，使得管理工作不夠

科學(xué)、有效以及全面，進(jìn)而無法對水利工程的綜合管理效益進(jìn)行充分發(fā)揮。本文

的研究對象為南水北調(diào)工程東線山東段，主要研究工作如下：

調(diào)研當(dāng)前工程現(xiàn)狀及特點。通過現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)山東境內(nèi)建筑物眾多，工程

安全（包括工程安全、水質(zhì)安全、工程防洪等）是該水利工程運行管理的重要保

障問題。為保障該項水利工程安全運行，各項工程的安全隱患能夠及時排除，研

究時在對水利工程現(xiàn)場檢查與遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)行實現(xiàn)時應(yīng)用了信息化的方法，以對水

利工程的運行情況與安全進(jìn)行實時地掌控，并根據(jù)調(diào)研結(jié)果進(jìn)行需求分析。根據(jù)

該項水利工程運行項目的參與角色不同、權(quán)限不同，以及需求分析結(jié)果對系統(tǒng)進(jìn)

行設(shè)計與編碼實現(xiàn)，構(gòu)建一套符合水利行業(yè)工程運行標(biāo)準(zhǔn)流程和數(shù)據(jù)接口規(guī)范的

管理平臺，該平臺采用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)技術(shù)，主要實現(xiàn)運行監(jiān)測、日常

作業(yè)（包括設(shè)備管理、工程巡檢、問題上報、維修養(yǎng)護、兩票管理、工程檢查、

工程觀測、安全管理等）、健康診斷、運行調(diào)度等功能，改變傳統(tǒng)的事后管理模

式為在線監(jiān)管模式，經(jīng)測試表明，達(dá)到多用戶并發(fā)操作時，系統(tǒng)事務(wù)響應(yīng)時間、

點擊率、吞吐量、吞吐率、資源利用率等指標(biāo)。經(jīng)上線運行，基本實現(xiàn)水利工程

設(shè)備的在線監(jiān)測、健康診斷目標(biāo)，為南水北調(diào)東線山東段的水利工程安全運行提

供技術(shù)保障，對后期實現(xiàn)水利工程現(xiàn)代化與智能化管理方式的基礎(chǔ)進(jìn)行了奠定。

系統(tǒng)上線后，對系統(tǒng)進(jìn)行全面測試，驗證功能的完整性及性能的穩(wěn)定性。測

試部分主要分為測試工具選擇，測試環(huán)境的搭建及測試案例編寫和測試報告的編

寫。

摘要

關(guān)鍵詞：水利工程運行管理在線監(jiān)測健康診斷

11

Abstract

ABSTRACT

Theoperationandmanagementofwaterconservancyprojectisanimportantpart

ofwaterconservancyprojectmanagement,withtherapiddevelopmentofeconomyin

ourcountry,themanagementlevelofwaterconservancyprojectisimprovingdayby

day,butforwaterconservancyproject,itisaffectedbymanyfactors,forexample,the

reconstructionofrelevantdepartmentsislight,theprojectistoodifficult,the

managementtaskistooheavy,themanagementisdiversified,thevarietyistoomuch,

thequantityistoolargeandtheareaistoowideandsoon.Atpresent,therearestill

manyweaknessesinthemanagementoftherelevantlinksintheoperationofwater

conservancyprojects,suchastheuseoftoosinglemanagementmethods,whichcan

notimprovethemanagementefficiency,anditdoesnothaveaninformation

managementplatformthatissufficienttosupportitsefficientwork,sothatthe

managementworkisnotscientific,effectiveandcomprehensive,sothatthe

comprehensivemanagementbenefitsofwaterconservancyprojectscannotbe

broughtintofullplay.TheresearchobjectofthispaperistheShandongsectionofthe

eastrouteoftheSouth-to-NorthWatertransferProject.Themainresearchworkisas

follows:

Investigatethecurrentsituationandcharacteristicsoftheproject.Through

on-siteinvestigation,itisfoundthattherearemanybuildingsinShandong,and

engineeringsafety(includingprojectsafety,waterqualitysafety,projectfloodcontrol,

etc.)isanimportantguaranteefortheoperationandmanagementofthewater

conservancyproject.Inordertoensurethesafeoperationofthewaterconservancy

project,thehiddendangersofvariousprojectscanbeeliminatedintime,andthe

informationmethodisappliedintherealizationofon-siteinspectionandremote

monitoringofthewaterconservancyproject,inordertocontroltheoperationand

safetyofthewaterconservancyprojectinrealtime,andcarryonthedemandanalysis

accordingtotheinvestigationresults.Accordingtothedifferentrolesandpermissions

ofthewaterconservancyproject,andtheresultsofdemandanalysis,thesystemis

in

Abstract

designedandcodedtobuildamanagementplatformthatconformstothestandard

processanddatainterfacespecificationofengineeringoperationinthewater

conservancyindustry,theplatfoimadoptsadvancedbigdataandmobileInternet

technology.Itmainlyrealizesthefunctionsofoperationmonitoring,dailyoperation

(includingequipmentmanagement,engineeringinspection,problemreporting,

maintenanceandmaintenance,two-ticketmanagement,engineeringinspection,

engineeringobservation,safetymanagement,etc.),healthdiagnosis,operationand

scheduling,etc.changethetraditionalpost-eventmanagementmodetotheonline

supervisionmode,andthetestshowsthatwhenmulti-userconcurrentoperationis

achieved,Systemtransactionresponsetime,clickrate,throughput,throughput,

resourceutilizationandotherindicators.Afteron-lineoperation,thegoalofon-line

monitoringandhealthdiagnosisofwaterconservancyequipmentisbasicallyrealized,

whichprovidestechnicalguaranteeforthesafeoperationofwaterconservancy

projectinShandongsectionoftheeastrouteofSouth-to-NorthWatertransferProject.

Itlaysthefoundationforrealizingthemodernizationandintelligentmanagementof

waterconservancyprojectsinthelaterstage.

Afterthesystemisonline,acomprehensivetestofthesystemiscarriedoutto

verifytheintegrityofthefunctionandthestabilityoftheperformance.Thetesting

partismainlydividedintotheselectionoftesttools,theconstructionoftest

environment,thecompilationoftestcasesandthepreparationoftestreports.

KeyWords:hydraulicengineering,Operationmanagement,On-linemonitoring,

Healthdiagnosis

IV

目錄

目錄

摘要I

ABSTRACTIll

第1章緒論1

1.1研究背景及意義1

1.1.1研究背景1

1.1.2研究意義2

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2

1.2.1國外研究現(xiàn)狀3

1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀6

1.3研究目標(biāo)7

1.3本人主要工作8

1.4本文組織結(jié)構(gòu)8

第2章需求分析10

2.1系統(tǒng)需求概述10

2.1.1水利工程管理基本概念10

2.1.2用戶界面11

2.1.3用戶對象分析11

2.2系統(tǒng)功能性需求11

2.2.1設(shè)備管理11

2.2.2工程管理11

2.2.3作業(yè)管理11

2.2.4運行管理11

2.2.5運行監(jiān)控12

2.2.6統(tǒng)計分析12

2.2.7健康診斷12

2.2.8移動應(yīng)用12

2.3系統(tǒng)非功能性需求12

231性能需求12

2.3.2靈活性需求12

2.3.3安全性需求13

V

第1章緒論

2.3.4系統(tǒng)故障處理要求13

2.3.5其他需求14

2.4本章小結(jié)14

第3章系統(tǒng)概要設(shè)計15

3.1設(shè)計理念與原則15

3.1.1設(shè)計理念15

3.1.2設(shè)計原則15

3.2總體架構(gòu)設(shè)計16

3.3功能架構(gòu)設(shè)計18

3.4技術(shù)架構(gòu)設(shè)計20

3.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計21

3.5.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則21

3.5.2數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計22

3.6本章小結(jié)39

第4章系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計與實現(xiàn)40

4.1功能詳細(xì)設(shè)計40

4.1.1設(shè)備管理40

4.1.2工程管理41

4.1.3作業(yè)管理42

4.1.4運行管理44

4.1.5運行監(jiān)控45

4.1.6統(tǒng)計分析46

4.1.7健康診斷47

4.1.8移動應(yīng)用48

4.2接口設(shè)計49

4.2.1用戶接口49

4.2.2硬件接口49

4.2.3軟件接口50

4.3關(guān)鍵技術(shù)說明50

4.3.1多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集技術(shù)51

4.3.2數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)52

4.3.3曲線擬合技術(shù)53

4.3.4離群點檢測技術(shù)54

4.4本章小結(jié)55

VI

第1章緒論

第5章系統(tǒng)測試57

5.1測試工具57

5.2測試目的57

5.3測試環(huán)境57

5.4測試用例58

5.5測試結(jié)果摘要60

5.5.1用戶運行情況圖61

5.5.2事務(wù)摘要圖62

5.5.3每秒點擊數(shù)63

5.5.4Windows資源情況圖63

5.6本章小結(jié)64

第6章總結(jié)和展望66

6.1總結(jié)66

6.2展望66

參考文獻(xiàn)67

致謝錯誤!未定義書簽。

VII

第1章緒論

第1章緒論

1.1研究背景及意義

1.1.1研究背景

1.政策背景

黨的十八大以來，習(xí)近平同志多次就治水管水、保障水安全作出重要指示，

提出了十六字的治水方針，即“節(jié)水優(yōu)先、空間平衡、系統(tǒng)治理、兩手著力”。

同時突出要對以往的錯誤行為與錯誤觀念進(jìn)行糾正。習(xí)主席的十六字治水方針

是習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想在治水領(lǐng)域的智慧結(jié)晶。

為了推動新時代水利行業(yè)發(fā)展，并且對黨的十九大、十九屆二中全會與三

中全會的相關(guān)精神進(jìn)行貫徹，以及對上述習(xí)近平總書記提出的十六字治水方針

進(jìn)行實踐，中國水利部部長鄂竟平提出“水利工程補短板，水利行業(yè)強監(jiān)管”

理念，指出治水主要矛盾的深刻變化，加快轉(zhuǎn)變治水思路和方式，要以彌補水

利工程的短板以及加強監(jiān)管水利行業(yè)作為當(dāng)前的工作重點，其中，所謂彌補短

板主要是指要對河湖水系綜合整治工程、農(nóng)村飲水安全鞏固工程、山洪災(zāi)害防

治工程、中小河流治理工程、病險水庫加固工程以及江河治理工程等的實施進(jìn)

行推進(jìn)，即對水利工程的基礎(chǔ)設(shè)施短板進(jìn)行彌補；所謂加強監(jiān)管水利行業(yè)則是

指要以不同地區(qū)與不同流域的經(jīng)濟發(fā)展情況以及自然條件為依據(jù)，基于以水定

需與節(jié)水優(yōu)先的方針來對能夠操作與能夠量化的清單與指標(biāo)進(jìn)行制定，然后把

一套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及全面的體制創(chuàng)建出來，以對人的行為進(jìn)行規(guī)范川。水利工

程的“重建設(shè)，輕運維”的理念也發(fā)生改變，各級水利工程管理單位日趨重視

水利工程運行管理與維護。

2.項目背景

南水北調(diào)東線一期山東段工程，主干線從蘇魯省界開始一直向山東韓莊運

河延伸，在進(jìn)入到南四湖的下級湖之前會先后經(jīng)過臺兒莊、萬年閘以及韓莊的

三級泵站進(jìn)行提水，然后通過湖內(nèi)航道向著南四湖二級壩進(jìn)行引流，接著再向

南四湖上級湖進(jìn)行延伸，期間經(jīng)過二級壩的泵站進(jìn)行提水,繼續(xù)沿著航道前行,

一直向著梁濟運河與柳長河延伸，期間再經(jīng)過鄧樓與長溝兩級泵站提水，提水

后向著東平湖方向延伸，此間又經(jīng)過八里灣泵站進(jìn)行提水，再經(jīng)過了東平湖以

后，會分成兩股分別向著膠東地區(qū)與黃河以北延伸，即最終實現(xiàn)供水。第一條

線路，向黃河以北供水，主要分為兩期工程，整體是從黃隧洞穿過向著黃河方

向延伸，然后自流通過小運河到達(dá)臨清地區(qū)，其一期工程主要是進(jìn)入到大屯水

第1章緒論

庫，期間經(jīng)過七一河與六五河，二期工程則是通過臨清繼續(xù)向河北方向延伸，

以實現(xiàn)對天津市與河北省供水的目標(biāo)。第二條線路，向膠東地區(qū)供水，引水通

過東平湖渠首閘進(jìn)行，然后通過膠東的輸水渠道實現(xiàn)輸水過程。此外，此工程

主要包含了兩大輸水干線，分別為東西輸水干線與南北輸水干線，呈現(xiàn)出T字

形，干線總長度接近一千兩百公里⑵。

對于南水北調(diào)工程來說，由于其東線工程具有過大的覆蓋范圍，因此使得

管理與運行工作較為困難，主要呈現(xiàn)出具有過于復(fù)雜的管理內(nèi)容、過多的層次

以及過廣的機構(gòu)地域分布等問題，因此，要想實現(xiàn)對工程的高效管理，那么就

必須以先進(jìn)的管理技術(shù)與平臺為依托，這樣才能夠保證及時且準(zhǔn)確地從上往下

傳達(dá)相關(guān)指令，以對工程整體管理工作的高效性與有序性提供保障。以下是此

工程管理目標(biāo)的主要內(nèi)容：基于南水北調(diào)東線山東干線的調(diào)水業(yè)務(wù)與全線的自

動化控制，與先進(jìn)的自動控制技術(shù)、信息技術(shù)、通訊技術(shù)以及水利技術(shù)相結(jié)合，

對調(diào)度會商決策支持環(huán)境與信息化的作業(yè)平臺進(jìn)行創(chuàng)建，此平臺主要是對工程

管理、運行維護、工程安全監(jiān)控、水質(zhì)監(jiān)控以及調(diào)度監(jiān)控等業(yè)務(wù)進(jìn)行服務(wù)，最

終使得工程運行管理信息化與調(diào)水過程自動化的目標(biāo)得以實現(xiàn)，進(jìn)而對調(diào)水的

安全提供保障。工程基于“資源共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、信息流暢”的方針，對完善

的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了建設(shè)，以對系統(tǒng)工程可以對外部與內(nèi)部信息進(jìn)行及時

且快速地捕捉提供保障，并且能夠迅速應(yīng)對各種緊急狀況與異常情況，對應(yīng)急

決策與響應(yīng)過程進(jìn)行加速，最終使得工程整體的運行效率提升。

1.1.2研究意義

隨著國家在水利工程建設(shè)上的不斷投入，特別是經(jīng)過“十一五”和“十二五”

的大規(guī)模水利工程基礎(chǔ)建設(shè)，水利工程的自動化技術(shù)和信息化水平已經(jīng)有了質(zhì)

的飛躍，但由于水利工程信息化項目建設(shè)普遍存在多頭管理分散建設(shè)，導(dǎo)致存

在以下問題：1.水利工程信息化項目建設(shè)多頭管理分散建設(shè)導(dǎo)致技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

不統(tǒng)一，系統(tǒng)技術(shù)異構(gòu)問題嚴(yán)重，軟硬件環(huán)境沒有得到充分利用；2.業(yè)務(wù)應(yīng)用

系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用方面普遍存在業(yè)務(wù)處理功能相對單一、僅能滿足基本業(yè)務(wù)處理

需求，無法滿足業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展的需要；3.各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享程度低，

信息資源難以整合，“信息孤島”現(xiàn)象仍然嚴(yán)重。南水北調(diào)工程是優(yōu)化我國水資

源時空配置的重大舉措，是有效緩解我國北方水資源嚴(yán)重短缺問題的特大型基

礎(chǔ)水利工程項目，因此保證工程的安全運行、提高工程運行效率，對南水北調(diào)

東線具有非常重要的意義［3］。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2

第1章緒論

1.2.1國外研究現(xiàn)狀

就當(dāng)前的國外調(diào)水工程管理情況而言，不管是計劃經(jīng)濟國家，還是市場經(jīng)濟

國家，如果跨流域調(diào)水工程中牽扯到了過多的人口以及過大的供水面積，那么就

會較大的影響到社會的發(fā)展與國民經(jīng)濟的發(fā)展，政府負(fù)責(zé)組織并施行工程的建設(shè)

與管理工作，當(dāng)然不同的工作會由不同的管理機構(gòu)來完成，但是對于這種公益性

的水利工程來說，市場機制是無法完全運作其運行費用與投資費用的，只有具備

充分自主經(jīng)營權(quán)以及獨立核算權(quán)限的經(jīng)濟實體才能夠負(fù)責(zé)綜合性工程的運營過

程。整體而言，不同的國家在不同經(jīng)濟發(fā)展階段會對具有不同功能的水利工程進(jìn)

行建設(shè)，相應(yīng)的在進(jìn)行管理時也會使用不同的機制，以及運營與管理的資金來源

也會有所差異。

1.美國水資源管理及調(diào)水工程管理模式

在最近幾十年時間中，美國地區(qū)的水資源管理制度呈現(xiàn)出了多樣的發(fā)展形勢,

首先從分散趨于集中，接著又趨向于分散，最后又趨向于集中［4］。我們通過例

舉其位于加州的調(diào)水工程來對他們的管理體制經(jīng)驗進(jìn)行梳理與總結(jié)：

（1）政府主導(dǎo)調(diào)水工程的建設(shè)過程

通常來說，美國管理機構(gòu)的權(quán)威性是較高的，政府把對應(yīng)的行政職權(quán)賦予了

這些部門，甚至于有些部門還具有立法權(quán)。而在建設(shè)跨流域調(diào)水工程時，其就把

較強的政府行為體現(xiàn)了出來，即政府部門統(tǒng)一組織并建設(shè)完成了此跨流域的調(diào)水

工程，同時也獨立負(fù)責(zé)此工程的管理與后期運營。其基于統(tǒng)籌經(jīng)營的方式來建設(shè)

并管理此調(diào)水工程，目的是為了合理利用并且優(yōu)化配置水資源［5］。

（2）國家嚴(yán)格依法調(diào)配水資源

對于美國來說，其調(diào)水工程從立項到投資規(guī)模的確定再到最后的施工與管理

過程全部都受到相關(guān)法律的監(jiān)管，通常來說，每一個水利工程都會與一項詳細(xì)的

法案相對應(yīng)。而美國之所以能夠成功地建設(shè)水利工程并且充分調(diào)配水資源，原因

就在于其具有有效的立法與嚴(yán)格的執(zhí)法過程，從批準(zhǔn)建設(shè)一個調(diào)水工程當(dāng)天開始,

就會有相應(yīng)的法律來保障工程的良性運行機制、管理機制、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、投資、水

量分配以及后續(xù)效益發(fā)揮等。

（3）提供了優(yōu)惠的融資政策與投資政策

相較于其它的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)與基礎(chǔ)設(shè)施來說，大型的調(diào)水工程具有更加顯著的環(huán)

3

第1章緒論

境效益與社會效益，但是也具有相對較低的直接經(jīng)濟效益收益，針對這一點，美

國政府通常會制定多樣化的優(yōu)惠政策提供給工程的建設(shè)投資過程。首先，聯(lián)邦政

府會對長期性的低息貸款與撥款政策進(jìn)行提供：對于環(huán)境保護過程和防洪工程來

說，政府會直接進(jìn)行撥款以投資這兩類項目；對于水力發(fā)電工程、供水工程和灌

溉工程來說，政府會對長達(dá)五十年時期的低息貸款政策進(jìn)行提供，并且在建設(shè)期

間不用對本息進(jìn)行歸還；其次，聯(lián)邦政府對有關(guān)建設(shè)債券進(jìn)行發(fā)行。這種集資方

式經(jīng)常被用于美國的遠(yuǎn)距離調(diào)水工程中，購買了這種類型的債券后，債券所有人

無需對各種收入的稅費進(jìn)行繳納；最后，聯(lián)邦政府會對調(diào)水工程建設(shè)資金進(jìn)行創(chuàng)

建。

（4）水資源的多目標(biāo)開發(fā)利用

對于美國的調(diào)水工程規(guī)劃來說，其還有一個特性，即對于多目標(biāo)的綜合開發(fā)

利用十分重視。每一個調(diào)水工程都盡可能多地結(jié)合其它方面，以便于對其效益進(jìn)

行充分地發(fā)揮，比如漁業(yè)收益、旅游收益、航運收益、發(fā)電收益、防洪收益、農(nóng)

村收益以及城市工業(yè)收益等等。

（5）企業(yè)化的管理模式與運營模式

在完成了加州調(diào)水工程的建設(shè)之后，聯(lián)邦政府為了基于高效的運營與管理來

對經(jīng)濟效益目標(biāo)進(jìn)行實現(xiàn)，他們對現(xiàn)代化的管理設(shè)施與設(shè)備進(jìn)行了創(chuàng)建，同時結(jié)

合科學(xué)的管理體制來對管理人員的能力進(jìn)行增強，從而使得他們的管理水平得到

提升，最終保障工程經(jīng)濟效益目標(biāo)得以實現(xiàn)。負(fù)責(zé)加州調(diào)水工程的單位對企業(yè)化

的管理方式進(jìn)行了施行，以規(guī)范的公司體制要求來對調(diào)水有限責(zé)任公司進(jìn)行了組

建。不僅如此，他們還對地方的供水公司進(jìn)行了組建，以對配套工程的建設(shè)與管

理工作進(jìn)行負(fù)責(zé)。供水與用水的關(guān)系存在于供水企業(yè)與用水戶之間。這種方式能

夠便于對企業(yè)和出資人之間的經(jīng)濟關(guān)系進(jìn)行梳理，具有非常清晰的產(chǎn)權(quán)與明確的

職責(zé)，最終使得企業(yè)的完全自主經(jīng)營過程得以實現(xiàn)。

加州調(diào)水工程還能夠?qū)λY源管理機構(gòu)的作用進(jìn)行充分地發(fā)揮，早在20世

紀(jì)50年代中期，美國加利福利亞州的州議會中基于立法的方式來給州水資源局

賦予了設(shè)計、規(guī)劃、勘探、建設(shè)以及管理此工程的重任。在建設(shè)完成工程之后，

對其經(jīng)濟效益與社會效益進(jìn)行了充分發(fā)揮。從加州調(diào)水工程中我們可以獲悉，給

健全的水資源管理機構(gòu)授予相關(guān)的權(quán)限，能夠?qū)こ探ㄔO(shè)與管理運營的效率提供

4

第1章緒論

較好的保障，而美國的管理機構(gòu)與我國流域管理機構(gòu)十分的相似，因此可以對其

中的一些經(jīng)驗進(jìn)行借鑒。

2.法國的水資源管理體制

對于法國水資源管理工作來說，其中最大的特點就是基于流域來進(jìn)行管理。

法國用六大流域來劃分了本國內(nèi)的河流水系統(tǒng)，同時對流域財務(wù)局與流域委員會

進(jìn)行了成立。法國當(dāng)前的水政策是全方位綜合管理自然水系，他們從來不是用簡

單的自然物來看待水資源，而是把水資源看成一個整體的系統(tǒng)，即用一個融合了

社會法律、地質(zhì)學(xué)、化學(xué)以及物理的復(fù)雜系統(tǒng)來看待全部的河流，并通過綜合的

方式來管理地下水與地表水，最終使得與水資源有關(guān)的很多生態(tài)問題都得到了較

好的解決。

3.加拿大的水資源管理體制

在加拿大，聯(lián)邦政府與省政府共同承擔(dān)水資源的開發(fā)與利用，聯(lián)邦政府主要

負(fù)責(zé)對影響通航與國際活動的水體進(jìn)行管理；同時其還需要直接管理國家公園、

跨省工程與跨地區(qū)工程，而省政府則主要負(fù)責(zé)管理內(nèi)陸水權(quán)。通常來說，政府負(fù)

責(zé)組織并施行工程的建設(shè)與管理工作，但是其不具有完全相同的管理機構(gòu)，對于

這種公益性的水利工程來說，市場機制是無法完全運作其運行費用與投資費用的,

只有具備充分自主經(jīng)營權(quán)以及獨立核算權(quán)限的經(jīng)濟實體才能夠負(fù)責(zé)綜合性工程

的運營過程。整體而言，不同的國家在不同經(jīng)濟發(fā)展階段會對具有不同功能的水

利工程進(jìn)行建設(shè)，相應(yīng)的在進(jìn)行管理時也會使用不同的機制，以及運營與管理的

資金來源也會有所差異。

通過對各個國家水利工程管理工作特性進(jìn)行分析，我們可以總結(jié)出以下幾點

經(jīng)驗：

1.統(tǒng)一組織與經(jīng)營管理

在建設(shè)與管理大型的調(diào)水工程時，絕大部分國家使用的方式都是由中央政府

與地方政府共同負(fù)責(zé)，然后統(tǒng)一進(jìn)行組織與建設(shè)，實際上，對于大型的水利工程

來說，其建設(shè)與管理的宏觀控制權(quán)必然是屬于國家或者地方政府的，只有具備充

分自主經(jīng)營權(quán)以及獨立核算權(quán)限的經(jīng)濟實體才能夠負(fù)責(zé)工程的建設(shè)與運營過程。

2.重視法律法規(guī)的建設(shè)

就大型調(diào)水工程的建設(shè)與管理工作來說，不同的國家會對不同時期的法律法

5

第1章緒論

規(guī)進(jìn)行相應(yīng)的制定。那么對于水利工程而言，其制定的法律法規(guī)需要涵蓋到工程

的組織建設(shè)、水事糾紛、水量分配、水量控制、運行調(diào)度、職能劃分以及機構(gòu)設(shè)

置等方面內(nèi)容。

3.保證資金來源

對于大型的調(diào)水工程來說，其工程投資資金的來源很多，比如利用貸款、發(fā)

行債券、各類基金、政府財政撥款以及收取的各類稅費、電費和水費等，政府通

過免除工程債券的水費，以及對低息或者免息的貸款政策進(jìn)行施行，從而把一個

穩(wěn)定的資金來源提供給水利工程的建設(shè)過程。

4.建立完善的配套設(shè)施

要基于現(xiàn)代化的方式來科學(xué)管理大型的調(diào)水工程。對于工程效益充分發(fā)揮、

工程有效調(diào)度與安全運營以及合理控制用水的前提來說，就是要對完善的配套工

程和先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，基于此才能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代化科學(xué)管理的目標(biāo)。

所以，在建設(shè)工程的過程中應(yīng)當(dāng)更多地應(yīng)用新技術(shù)與新方法，這樣才能有效提升

工程管理的效率。

1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

從1980年開始，我國逐漸啟動了水利工程管理信息化建設(shè)的工作，不過在

那個時期，幾乎所有的水利系統(tǒng)都是通過對國際上先進(jìn)的計算機設(shè)備與軟件進(jìn)行

引進(jìn)才實現(xiàn)的，之后，我國的各個相關(guān)高校、研究所與設(shè)計院相繼對大量的應(yīng)用

軟件進(jìn)行了開發(fā)，從而快速提升了我國水利系統(tǒng)的計算機應(yīng)用水平。此外，防汛

部門以及水文部門也投身于信息化建設(shè)的工作之中，使得大量的工程資料與基礎(chǔ)

資料得到了積累。在1990年以后，由于國民經(jīng)濟發(fā)展非常迅速，水資源的利用

需求與防洪減災(zāi)的需求都相應(yīng)地被提高，人們也愈發(fā)重視起了水利信息工作。同

時，國際社會的信息化發(fā)展也沖擊了我國已經(jīng)建設(shè)完成的水利系統(tǒng)。而為了對水

利系統(tǒng)的信息化進(jìn)程進(jìn)行推動，有關(guān)部門相繼對多項信息化建設(shè)工程規(guī)劃進(jìn)行了

制定。在進(jìn)入到21世紀(jì)以后，我國在水利工程信息化方面逐漸取得了豐碩的成

果。隨著國家在水利工程建設(shè)上的不斷投入，特別是經(jīng)過“十一五”和“十二五”

的大規(guī)模水利工程基礎(chǔ)建設(shè)，水利工程的自動化技術(shù)和信息化水平已經(jīng)有了質(zhì)的

飛躍，但由于水利工程信息化項目建設(shè)普遍存在多頭管理分散建設(shè)，導(dǎo)致存在以

6

第1章緒論

下問題⑹。

1.水利工程精細(xì)化管理水平有待提升

水利工程精細(xì)化管理水平較低；工程運行安全事故監(jiān)控和預(yù)警能力不足；

水利工程體量較大，行政主管部門很難直觀把握全局，實時進(jìn)行工程運行工作

監(jiān)管和決策；工程運行完全依賴于人工管理，無法完全形成標(biāo)準(zhǔn)化管理體系。

水利工程運行的全生命周期管理缺乏標(biāo)準(zhǔn)化嚴(yán)格的流程管理模式，以及線上電

子化的便捷作業(yè)方式。

2.數(shù)據(jù)管理不足，資料無法同步

水利工程運行期間產(chǎn)生的大量文檔、數(shù)據(jù)信息以紙質(zhì)或光盤存儲，信息管

理龐雜無序，依靠數(shù)據(jù)進(jìn)行決策和控制的難度較大，甚至資料丟失，追溯困難。

資料報送耗費時間，大部分水利工程運行資料都需要人工進(jìn)行報送，報送時間

長，辦理效率低，信息共享也不夠及時。

3.數(shù)據(jù)平臺、數(shù)據(jù)資源應(yīng)用程度不高

水利工程眾多，自動化監(jiān)測也在水利工程中逐步完善起來，通過自動化監(jiān)

測軟件可以解決數(shù)據(jù)資源分散的問題，但忽視日常管理業(yè)務(wù)以及整編分析、預(yù)

警、對外信息發(fā)布等功能，沒有實現(xiàn)水利工程日常管理業(yè)務(wù)的全覆蓋，軟件實

用性不強、管理人員對軟件應(yīng)用程度不高。

4.技術(shù)人員稀缺，管理手段落后

管理單位管護力量不足，技術(shù)力量薄弱，難以滿足日常巡查、閘門啟閉、

調(diào)度運行等管理事項的需求；水利工程的安全管理及水源地水質(zhì)管理不到位；

水利工程運維期病害和隱患依賴于管理人員的判斷，設(shè)備維修也主要靠傳統(tǒng)經(jīng)

驗，對管理人員的個人能力依賴性過大。

1.3研究目標(biāo)

根據(jù)國內(nèi)外水利工程運行管理的信息化研究發(fā)展歷程，針對南水北調(diào)東線

山東段水利工程整體自動化、信息化建設(shè)現(xiàn)狀，結(jié)合南水北調(diào)山東線水利工程

特點，確定本論文研究目標(biāo)：在水利工程管理規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過建立涵蓋工

程運行監(jiān)測、日常作業(yè)（包括設(shè)備管理、工程巡檢、問題上報、維修養(yǎng)護、兩

票管理、工程檢查、工程觀測、安全管理等）、健康診斷、運行調(diào)度等功能水利

工程運行管理系統(tǒng)，幫助管理單位規(guī)劃工作任務(wù)、按制度規(guī)范執(zhí)行任務(wù)、按標(biāo)

7

第1章緒論

準(zhǔn)規(guī)范評價工作任務(wù)。實現(xiàn)在對人的科學(xué)管理、對設(shè)備的精準(zhǔn)管理、對事務(wù)的

標(biāo)準(zhǔn)管理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步為高層管理者提供科學(xué)的決策依據(jù)，為中層管理者

提供實時的監(jiān)管工具，為一線工作人員提供便捷的作業(yè)工具，從而形成基層運

作、中層管理、高層決策的三級監(jiān)控監(jiān)管模式。為后期實現(xiàn)水利工程運行監(jiān)測

數(shù)據(jù)模型建立、預(yù)測及故障診斷技術(shù)研究提供技術(shù)支撐。

1.3本人主要工作

本人在該項目中參與的工作主要包括以下幾點：

1.系統(tǒng)總體設(shè)計：

?總體布局設(shè)計：根據(jù)水利工程運行項目的參與角色不同、權(quán)限不同，

設(shè)計相應(yīng)職責(zé)的操作范圍，構(gòu)建一套符合水利行業(yè)工程運行標(biāo)準(zhǔn)流程和數(shù)

據(jù)接口規(guī)范的應(yīng)用系統(tǒng)。

?總體架構(gòu)設(shè)計：采用采用了Java技術(shù)，J2EE架構(gòu)，MVC三層總體

框架。

?技術(shù)架構(gòu)：系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，技術(shù)架構(gòu)上從下至上依次統(tǒng)分為感

知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層及展示層。

?數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)：包括與PLC數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)前后端數(shù)據(jù)傳輸。

2.關(guān)鍵技術(shù)研究：

?多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集技術(shù)：基于B/S架構(gòu)，利用OPC通信技術(shù)實現(xiàn)

不同監(jiān)測點位的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時采集與整編，以及異常數(shù)據(jù)報警功能。

?數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)：本系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)類型多，數(shù)據(jù)量大，且數(shù)據(jù)接收頻

率高等特點，因此研究基于Netty技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，保障數(shù)據(jù)傳輸實時性

及穩(wěn)定性。

?曲線擬合技術(shù)：利用曲線擬合技術(shù)尋找不同監(jiān)測點位數(shù)據(jù)之間的關(guān)

聯(lián)關(guān)系°

?離群點檢測技術(shù)：研究利用離群點檢測技術(shù)檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)中的異常

數(shù)據(jù)。

1.4本文組織結(jié)構(gòu)

本論文組織結(jié)構(gòu)如下：

第一章緒論

基于目前黨中央、國務(wù)院及水利部關(guān)于治水指導(dǎo)精神，分析水利工程運行

8

第1章緒論

管理政策方向，結(jié)合南水北調(diào)工程東線山東段水利工程背景，提出水利工程運

行管理信息化研究意義。分析國內(nèi)外水利運行管理信息化研究現(xiàn)狀，提出本論

文的研究目標(biāo)及根據(jù)研究目標(biāo)確定本研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線。

第二章需求分析

從水利工程總體需求入手，由水利工程運行管理功能及非功能性需求兩方

面對水利工程運行管理進(jìn)行需求分析。

第三章系統(tǒng)概要設(shè)計

以需求分析為基礎(chǔ)，從提煉業(yè)務(wù)、技術(shù)、數(shù)據(jù)共性和項目管理角度出發(fā)，

遵循設(shè)計原則，對系統(tǒng)進(jìn)行總體架構(gòu)設(shè)計。圍繞系統(tǒng)總體架構(gòu)，結(jié)合水利工程

運行管理業(yè)務(wù)需求分析，分別設(shè)計功能架構(gòu)與數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

第四章系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計與實現(xiàn)

在系統(tǒng)概要設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)功能進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，描述每個功能

的業(yè)務(wù)流程，設(shè)計功能模塊的數(shù)據(jù)輸入、輸出及展現(xiàn)形式。同時對該系統(tǒng)中涉

及到關(guān)鍵技術(shù)如數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、診斷分析技術(shù)等做詳細(xì)介紹。

第五章系統(tǒng)測試

從測試方法、測試環(huán)境及功能性測試等角度出發(fā)，對系統(tǒng)進(jìn)行全面測試，

驗證其流程是否完整、通常，功能是否正常運行等，并驗證系統(tǒng)運行結(jié)果是否

與系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)一致。

第六章總結(jié)和展望

歸納本研究取得的結(jié)論、創(chuàng)新點，指出本研究存在的不足，并結(jié)合已經(jīng)進(jìn)

行的研究工作，提出本課題的研究展望。

9

第2章需求分析

第2章需求分析

所謂系統(tǒng)需求分析，指的是通過深入理解系統(tǒng)的業(yè)務(wù)，來分析其可行性水平

以及精細(xì)化相關(guān)內(nèi)容，最終用軟件元素來對其進(jìn)行轉(zhuǎn)化。需求分析的主要工作是

對軟件系統(tǒng)所必須的功能模塊進(jìn)行明確，即要對哪些功能進(jìn)行實現(xiàn)，即要把軟件

系統(tǒng)的完整、清晰且明確的要求予以提出。

2.1系統(tǒng)需求概述

當(dāng)前，隨著水利工程建設(shè)越來越多，對于工程建設(shè)完成后的運行管理問題日

益突出，亟需通過信息化手段，來對水利工程的管理工作進(jìn)行增強，從而對其安

全與正常的運行提供保障，對水利工程的日常管理模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，以實現(xiàn)全過程

監(jiān)督的目標(biāo)，最終對水利工程管理工作的標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化以及專業(yè)化水平進(jìn)行提

高。就水利工程運行管理系統(tǒng)而言，其基于多維度進(jìn)行考量并從實際出發(fā)，對移

動應(yīng)用、健康診斷、統(tǒng)計分析、作業(yè)管理、運行管理、工程管理以及設(shè)備管理等

工程運行管理的需求進(jìn)行了實現(xiàn)，通過水利工程運行管理系統(tǒng)的應(yīng)用將會提高工

程運行管理水平，最大化發(fā)揮工程運行效益。

2.1.1水利工程管理基本概念

水利：指的是人類為了生存與發(fā)展，通過各種方式來控制與調(diào)配自然界的水

資源，同時對水旱災(zāi)害進(jìn)行防治，以及對水資源進(jìn)行開發(fā)、利用與保護。

水利工程：水利工程是用于控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，達(dá)到除害

興利目的而修建的工程。

水利工程管理：就是在水利工程項目發(fā)展周期過程中，以確保水利工程安

全質(zhì)量，節(jié)省時間和成本，以充分發(fā)揮水利工程效益為目的，對水利工程所涉及

的各項工作進(jìn)行計劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)和控制。一般而言，水利工程管理主要

包括水利工程運行管理與水利工程建設(shè)管理這方面內(nèi)容。

水利工程運行管理：指的是在建立健全組織及相關(guān)規(guī)范制度，綜合運用行政、

法律、經(jīng)濟、技術(shù)等手段，對正在運行的水利工程設(shè)施進(jìn)行保護和運用，充分發(fā)

揮工程效益。

10

第2章需求分析

2.1.2用戶界面

界面設(shè)計力求簡潔，并提供便捷的導(dǎo)航服務(wù)，對導(dǎo)航進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)

計，最大限度方便用戶使用。

支持以1920*1080的分辨率瀏覽，支持IE11.0以上及兼容360、Google

Chrome、MozillaFirefox等主流瀏覽器。

2.1.3用戶對象分析

本系統(tǒng)的服務(wù)對象可以分為三類：分別是管理人員、作業(yè)人員、信息維護

人員。

2.2系統(tǒng)功能性需求

在分析水利工程運行管理系統(tǒng)的需求時，我們分別從移動應(yīng)用、健康診斷、

統(tǒng)計分析、作業(yè)管理、運行管理、工程管理以及設(shè)備管理等方面來進(jìn)行。

2.2.1設(shè)備管理

通過登記水利工程設(shè)備基本信息、技術(shù)參數(shù)，備品備件出入庫記錄，統(tǒng)計

備品備件實際庫存，建立水利工程設(shè)備數(shù)據(jù)庫。

2.2.2工程管理

對水利工程中工程檢查、工程觀測信息進(jìn)行登記記錄，支持圖片上傳和檢

查記錄打印、導(dǎo)出功能。

2.2.3作業(yè)管理

標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理水利工程運行安全業(yè)務(wù)，即對操作票管理、問題呈報、

巡檢管理、交接班管理以及排班計劃等進(jìn)行規(guī)范化管理。

2.2.4運行管理

標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理水利工程運行安全業(yè)務(wù)，即對調(diào)度令管理、工作票管理、

養(yǎng)護管理以及維修管理等進(jìn)行規(guī)范化管理。

11

第2章需求分析

2.2.5運行監(jiān)控

對水利工程運行情況進(jìn)行實時監(jiān)測，包括實時監(jiān)測、預(yù)警告警、歷史報表。

2.2.6統(tǒng)計分析

此模塊包括巡檢分析、設(shè)備分析、問題統(tǒng)計分析，該模塊依據(jù)項目的定制

化需求而變動。

2.2.7健康診斷

水利工程管理系統(tǒng)以監(jiān)測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析為核心，為用戶提供可視化的數(shù)

據(jù)關(guān)聯(lián)性分析，使用戶能夠在良好的交互性界面中分析與明確監(jiān)測數(shù)據(jù)之間是

否有關(guān)聯(lián)以及影響程度。

2.2.8移動應(yīng)用

為了更便捷的處理相關(guān)事務(wù)、了解工程相關(guān)信息，平臺結(jié)合移動運行APP,

進(jìn)行個人事務(wù)處理及相關(guān)信息了解。功能包括首頁、工程信息展示、移動監(jiān)測、

移動視頻、移動巡檢、問題上報、移動交接班即時通訊等功能。

2.3系統(tǒng)非功能性需求

2.3.1性能需求

以下是系統(tǒng)建設(shè)運行后必須具備的性能要求：

1.訪問負(fù)載能力，系統(tǒng)必須具備處理最大并發(fā)請求的能力；

2.登錄響應(yīng)時間：用戶登錄時間不超過1秒；

3.頁面瀏覽響應(yīng)時間：不超過3秒；

4.信息查詢時間：百分之九十以上的業(yè)務(wù)處理時間必須在3秒以內(nèi)；

5.更新處理時間：所有內(nèi)容的更新時間必須在3秒以內(nèi)。

2.3.2靈活性需求

1.數(shù)據(jù)庫發(fā)生變化后，系統(tǒng)的變動不能過大；

12

第2章需求分析

2.設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備根據(jù)業(yè)務(wù)變化進(jìn)行相應(yīng)變化的能力，當(dāng)改變系統(tǒng)既

有業(yè)務(wù)功能或者新增業(yè)務(wù)功能時，應(yīng)當(dāng)對業(yè)務(wù)變化影響的局部化提供保障；

3.系統(tǒng)基于模塊化編程來是吸納，代碼具有較高的可重復(fù)利用率，如果變

更了需求，也無需對底層代碼進(jìn)行修改；

4.系統(tǒng)基于WebService來對連接其它系統(tǒng)的接口進(jìn)行實現(xiàn)，并且便于修

改；

5.具有可擴充的信息發(fā)布服務(wù)，對WebService等信息服務(wù)方式提供了支

持，使得相關(guān)服務(wù)要求得以滿足。

2.3.3安全性需求

要對系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的一致性提供保障，要避免數(shù)據(jù)的修改偽造以及非法盜用

的情況出現(xiàn)，以防意外丟失或者損壞數(shù)據(jù)，同時要對多類安全檢查與審計手段進(jìn)

行實現(xiàn)。

操作安全性：對安全認(rèn)證的方式進(jìn)行設(shè)置來對用戶在平臺中的操作進(jìn)行限制。

數(shù)據(jù)安全性：對數(shù)據(jù)的自動備份功能進(jìn)行提供，防止由于出現(xiàn)緊急事件或者

災(zāi)害時丟失數(shù)據(jù)；此外，要加密部分的核心數(shù)據(jù)與敏感數(shù)據(jù)。

2.3.4系統(tǒng)故障處理要求

1.系統(tǒng)軟件故障恢復(fù)策略

定期對系統(tǒng)做備份，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，可用備份對系統(tǒng)做恢復(fù)操作。

2.硬件故障恢復(fù)策略

建立群集機制，當(dāng)其中一臺服務(wù)出現(xiàn)故障時，不會導(dǎo)致系統(tǒng)無法使用。

3.軟件自身容錯策略

建立完善的應(yīng)用系統(tǒng)日志機制，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可及時追蹤并找到故障

原因。

4.軟件備份策略、軟件恢復(fù)策略

定期對系統(tǒng)做備份。

定期對數(shù)據(jù)庫做備份。

定期對應(yīng)用系統(tǒng)做備份。

13

第2章需求分析

2.3.5其他需求

系統(tǒng)要具備較好的可維護性能，本項目的有關(guān)功能對系統(tǒng)提出了較高的可維

護性要求。同時要求只需要經(jīng)過簡單的培訓(xùn)后，系統(tǒng)的管理員就能夠完成軟件日

常的操作與維護工作，軟件需要具備簡單的修改與升級方式，此外，可測試性、

可修改性以及可讀性等也應(yīng)當(dāng)具備。

系統(tǒng)要具有較高的可靠性水平，最小化故障的出現(xiàn)率，只有如此才能夠?qū)⒄?/p>

確的依據(jù)提供給決策過程，進(jìn)而將正確的信息公之于眾。在保證具有正確信息的

前提下，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及時性也是非常重要的。因此，要求系統(tǒng)在全天候不間斷運

行一周中的錯誤率不應(yīng)當(dāng)超過千分之一，有關(guān)數(shù)據(jù)的更新間隔時間不能超過60

分鐘，同時要對所有環(huán)境條件下系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的正確性進(jìn)行保證。

要對系統(tǒng)的幫助文檔與用戶手冊進(jìn)行具體的設(shè)計，保證內(nèi)容簡潔易懂，沒有

遺漏。

1.數(shù)據(jù)庫查詢統(tǒng)計響應(yīng)時間要求：不超過5秒。

2.系統(tǒng)運行存儲：系統(tǒng)需要滿足T級別的存儲需求。

2.4本章小結(jié)

上一章節(jié)中我們對當(dāng)前水利工程的運行與管理情況、項目背景以及政策背景

進(jìn)行了分析，把其中存在的問題列舉了出來，而本章節(jié)則是具體介紹水利工程運

行管理系統(tǒng)的整體需求，進(jìn)而對系統(tǒng)的非功能性需求與功能性需求進(jìn)行了確定，

最終保障系統(tǒng)軟件的設(shè)計有據(jù)可依。

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第3章系統(tǒng)概要設(shè)計

第3章系統(tǒng)概要設(shè)計

水利工程運行管理系統(tǒng)是在水利工程管理規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過建立涵蓋設(shè)備

管理、工程管理、作業(yè)管理、運行管理、運行監(jiān)控、統(tǒng)計分析、健康診斷、移動

應(yīng)用等功能，幫助管理單位規(guī)劃工作任務(wù)、按制度規(guī)范執(zhí)行任務(wù)、按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范評

價工作任務(wù)，為上級提供工作任務(wù)的實時監(jiān)管，為管理者提供決策依據(jù)的數(shù)字化

水利工程標(biāo)準(zhǔn)化運維管控一體化平臺。

3.1設(shè)計理念與原則

3.1.1設(shè)計理念

設(shè)計先進(jìn)適用軟件，以安全為保障、監(jiān)測為依據(jù)、業(yè)務(wù)為支撐、管理為導(dǎo)向、

優(yōu)化調(diào)度為目的，提高水利工程安全運行效率是本產(chǎn)品的軟件設(shè)計理念。

設(shè)計先進(jìn)適用軟件，指在做軟件產(chǎn)品設(shè)計時，一方面要求采用先進(jìn)、主流的

技術(shù)框架，另一方面產(chǎn)品設(shè)計時要人性化、使用方便、操作簡單，能滿足客戶的

需求，給使用者帶來良好的用戶體驗；以安全為保障、監(jiān)測為依據(jù)、業(yè)務(wù)為支撐、

管理為導(dǎo)向、優(yōu)化調(diào)度為目的，提高水利工程安全運行效率，指的是客戶對軟件

使用以后，其成本得到了降低、效率得到了提升、決策得到了保證以及管理得到

了加強，即把效益帶給了用戶，只有如此，用戶才會選擇使用軟件［7］。

3.1.2設(shè)計原則

為了能夠使系統(tǒng)工程的建設(shè)投資少、見效快，既先進(jìn)實用、又具有前瞻性,

其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和軟件工程開發(fā)應(yīng)遵循以下原則［8］：

為了能夠通過最少的投資來快速地建設(shè)系統(tǒng)工程，同時對其前瞻性、實用性

與先進(jìn)性提供保障，我們在開發(fā)軟件工程和建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施時應(yīng)當(dāng)對下面的幾點原

則引起重視：

1.整體設(shè)計與分期實施相統(tǒng)一

水利工程信息化系統(tǒng)的建設(shè)工作涵蓋范圍較廣，很多行業(yè)的很多部門都被

涉及其中，所以也會面臨更多的問題，同時具有較為繁重的工作任務(wù)。因此，

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第3章系統(tǒng)概要設(shè)計

在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)做到全方位考量、統(tǒng)籌規(guī)劃并進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，通過分析施行

的方式來對分級管理過程進(jìn)行實現(xiàn)。

2.新建擴建與改造完善相結(jié)合

要對水利工程已經(jīng)建設(shè)完成各種自動化監(jiān)控硬件與軟件進(jìn)行利用，對其中

的問題進(jìn)行修改與完善，使得其在水利工程信息化管理系統(tǒng)中能夠完美融入。

3.先進(jìn)性和實用性相兼顧

要對社會經(jīng)濟發(fā)展水平與水利工程的自然條件進(jìn)行充分考量，同時與當(dāng)前

水利工程信息化建設(shè)工作的情況相機和，從實際問題入手，對完善的方法與技

術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，以對工程的實用性與先進(jìn)性提供保障。最終要把高效益產(chǎn)出、高

水平管理、高科技投入以及高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的目標(biāo)實現(xiàn)。

4.兼容性和可擴展性相協(xié)調(diào)

對于水利工程信息化建設(shè)工作來說，其是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，具

有廣發(fā)的覆蓋范圍，同時涉及到了多門學(xué)科知識，因此在設(shè)計系統(tǒng)的各個模塊

時應(yīng)當(dāng)基于行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，同時對其兼容性提供保障，保證系統(tǒng)實現(xiàn)以后

具有較高水平的可擴充性與開放性。

5.信息系統(tǒng)安全作為重點

要對先進(jìn)的加密解密技術(shù)進(jìn)行利用來實現(xiàn)加密處理系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)的目標(biāo)，

同時定期備份核心數(shù)據(jù)，以對管理平臺的數(shù)據(jù)安全提供保障，此外，要基于操

作日志來對管理平臺的所有操作進(jìn)行記錄，以對信息系統(tǒng)的安全追溯目標(biāo)進(jìn)行

實現(xiàn)。

3.2總體架構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)在設(shè)計開發(fā)過程中對Java技術(shù)與J2EE框架進(jìn)行了應(yīng)用。就Java技

術(shù)而言，其具有面向?qū)ο笈c跨平臺的特點，因此在各種政府應(yīng)用中已經(jīng)成為了一

種標(biāo)準(zhǔn)。J2EE框架則有機地整合WEB技術(shù)、Java組件以及數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，使

得其在大中型的應(yīng)用中尤其適用，能夠?qū)/S模式提供更好的支持，對系統(tǒng)的可

拓展性提供了保障。

1、三層框架：即設(shè)計過程基于MVC的三層框架來進(jìn)行，使得系統(tǒng)具有較

高的靈活性。

2、兼容性：通過跨平臺的系統(tǒng)設(shè)計方式，使得其對多種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行

了兼容，能夠?qū)蛻舻牟煌浖c硬件環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)。

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3、高性能：對數(shù)據(jù)庫連接池進(jìn)行了應(yīng)用，借助于ORM技術(shù)來對數(shù)據(jù)庫進(jìn)

行訪問，使得頻繁的訪問需求得到了滿足；同時對緩存技術(shù)進(jìn)行了使用，使得系

統(tǒng)的整體性能大幅提升。

4、B/S模式：對用戶的使用以及管理員的維護提供了便利。

展示層移可運行APP

濟信息臺賬嚏磬監(jiān)舞思

工作臺I待XI事務(wù)或事務(wù)消總提醒

作業(yè)管理日常管理徘班計劃任務(wù)管理工程檢查作業(yè)設(shè)置

設(shè)留管理I入庫管理出庫管理廢棄管理備件管理

運行管理運行監(jiān)測維修管理養(yǎng)護管理故障管理設(shè)福評級

安

標(biāo)

全

準(zhǔn)

統(tǒng)計吩析采集分析維舞護巡檢分析設(shè)醮能lls

保

7DVT力忻lm規(guī)

有

障

范

鵬

系統(tǒng)管理賬號管理人員管理角色管理菜單管理

體

5體

系

系

移就跖移動巡查移動監(jiān)測工需息N欲簽醫(yī)

數(shù)揖采集共享服務(wù)應(yīng)用集成服務(wù)消史提醐艮務(wù)

基礎(chǔ)業(yè)務(wù)監(jiān)測

數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫

公網(wǎng)專網(wǎng)GPRS3G

水流N

量

計標(biāo)

L簽

圖3.1水利工程運行管理系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

在該總體架構(gòu)中，自下而上分別為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用

層及展示層。感知層涉及水利工程各類傳感設(shè)備，包括水位計、流量計、PLC控

制柜、NFC標(biāo)簽等；網(wǎng)絡(luò)層包含互聯(lián)網(wǎng)、3/4G、通信專網(wǎng)，用以保障采集到數(shù)

據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)層通過數(shù)據(jù)的采集共享建立水利工程數(shù)據(jù)倉庫，包含監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫等；服務(wù)層包括采集共享服務(wù)、應(yīng)用集成服務(wù)、消息提

醒服務(wù)，用以支撐數(shù)據(jù)的交換共享及應(yīng)用層部分系統(tǒng)業(yè)務(wù)；應(yīng)用層包含基本信息

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管理、工作臺、作業(yè)管理、設(shè)備管理、運行管理、統(tǒng)計分析、系統(tǒng)管理、移動運

行等功能；展示層主要兩部分展示：PC端展示與移動APP展示。

3.3功能架構(gòu)設(shè)計

水利工程運行管理系統(tǒng)主要功能有設(shè)備管理、工程管理、作業(yè)管理、運行管

理、運行監(jiān)控、統(tǒng)計分析、健康診斷、移動應(yīng)用。

圖3.2水利工程運行管理系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

1.設(shè)備管理

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