堤防工程信息管理系统设计研究

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摘要:为进一步加强和规范堤防运行管理，实现动态掌握工程管理状况，研发建设了基于J2EE平台、B/S结构的全国堤防工程信息管理系统，并对系统建设目标、系统架构和系统功能进行了详细设计，有效提高了堤防工程信息化管理水平和工作效率。

关键词:堤防工程;运行管理;系统设计

“实现传统水利向现代水利转变”的治水新思路，要求“以水利信息化带动水利现代化”，把水利信息化建设放在优先位置［1－4］。堤防工程是防御洪水最有效的一种措施，传统堤防工程管理多停留在文件管理模式下，数据处理效率低且缺乏统一标准，数据传递滞缓、查找和分析困难，不利于加强堤防工程管理［5－6］。按照水利改革发展总基调的总体要求，为进一步加强和规范堤防运行管理，尽快摸清已建堤防工程底数，实现动态掌握工程管理状况，水利部堤防技术研究中心开发建设了基于J2EE平台、B/S结构的全国堤防工程信息管理系统。

1系统建设目标

为积极有序推动智慧水利建设，系统建设分为近期目标、中期目标和远期规划目标。近期目标为建立基于J2EE平台、B/S结构的全国堤防工程信息管理系统，提供符合运行管理实际，覆盖到省、市、县及各流域机构的数据统计和数据填报模式，提高管理工作效率;中期目标为建立堤防基础数据库，支持基础数据动态更新，为我国堤防工程科研、规划、设计、建设与管理等提供基础信息支撑，为防汛抢险提供信息服务;远期规划目标以SAAS(软件即服务)的云服务构建面向各级水利工程运行管理部门，集数据整编、工程安全管理、健康状况考核、规划编制、数据智能分析与报表、在线会商决策、标准体系管理、公众信息公开等业务为一体的综合运行管理平台。

2系统架构设计

2．1系统构成

全国堤防工程信息管理系统为基于J2EE平台、B/S结构的Web应用系统，采用MVC设计模式，由JSP实现视图层，Servlet实现控制层，JavaBean实现商务逻辑层。按照J2EE的三层应用体系架构，系统整体架构主要有硬件支撑层、数据存储层、服务层、应用层，其中应用层包括表示逻辑层和业务逻辑层，涵盖了堤防工程运行管理的主要技术服务内容，数据存储层主要是数据库系统。系统中间件框架采用Spring、Hibernate、SpringMVC、Solr(基于Lucene)等技术进行开发，对二次开发和框架扩展提供了友好的接口和机制，增强了系统的扩展性和可维护性。系统的整体架构见图1。

2．2数据库环境

系统数据访问采用数据访问器模式和对象/关系映射模式相结合的模式，系统数据持久层采用Hibernate框架，建立面向对象的逻辑模型和物理模型之间的映射关系，编写基于逻辑模型对象的访问接口，数据的查询基于面向对象的逻辑模型，与底层数据库无关，具有跨数据库的特点，通过抽象出的系统API即可进行数据库的查询与操作，系统可在Oracle、Mysql、SqlServer等主流的数据库环境运行。系统非结构数据采用传统的RAID5磁盘阵列方式进行储存，能够在硬件级别最大限度地提高文件系统的吞吐量，最大限度地保障数据安全。

2．3系统安全

系统采用了基于角色的权限控制机制，通过对系统功能模块的划分，不同的模块对不同的角色有着不同的访问权限控制。角色管理主要由用户、角色、资源、操作、权限等部分组成，通过身份鉴别、访问控制、安全审计等模式实现角色的权限控制机制。全国堤防工程信息管理系统实现了堤防管理单位及其负责人、不同级别水行政主管部门及其负责人等多种角色对数据访问的权限控制。系统实现了堤防工程信息的版本控制机制，工程数据变更时保留完整的历史记录，在时间尺度上形成闭合区间，实现可以追溯的工程数据变更历史。

3系统功能设计

系统功能涵盖堤防工程运行管理的各个环节，主要包括数据整编、工程安全管理、健康状况考核、规划编制、数据智能分析与报表、在线会商决策、标准体系管理、公众信息公开等方面。(1)数据整编。数据整编主要用于对堤防基础数据的动态管理，基础数据出现变动时管理单位可及时进行系统更新。数据字段具有版本控制功能，可根据管理需要随时查看历史版本数据或恢复到任意历史版本，所有数据的添加、审核、修改均有系统日志记录，数据溯源和变动路径明确。堤防基础数据包括工程基本信息、工程特性指标、工程管理情况、险工险段信息、安全评价信息等。(2)工程安全管理。动态管理可实现任意时间尺度数据汇总，统计不同状态下的堤防工程数量、空间、规范分布情况，系统提供工程监测数据接口，采集的海量监测数据可安全可靠地存储在分布式文件系统中，使用人工智能技术对海量监测数据进行分布式计算分析，并建立推理模型，利用构建的模型对工程安全运行状况发展趋势进行推理判断，为工程安全动态管理提供预警信息。(3)健康状况考核。面向内部或公众检查工作动态、检查报告内容。被检查单位按要求填报检查报告数据，以便进行相应的分析统计。(4)规划编制。基于工程安全动态管理和考核模块，统计健康和病险堤段数量及程度，并分析年数据动态变化情况，更加科学合理地制定堤防年度运行维护计划。(5)数据智能分析与报表。使用动态数据可视化技术汇总生成全国堤防工程基础数据图表，并根据管理要求不同生成对应的主题图表。例如:某地发生地震灾害时，根据地震烈度迅速可提供影响范围内的堤防工程空间分布、工程等级、工程安全现状、监测分析结果等分析数据和简报供决策参考。(6)在线会商决策。系统提供数据、报表、文档实时共享传送，可实现异地的会商决策，会商纪要等内容保存到工程档案，以备随时调用查看。(7)标准体系管理。及时更新堤防工程建设、运行管理、安全评价等有关的法规和技术标准，确保堤防工程运行管理工作科学化、规范化。(8)公众信息公开。面向公众可适时工作动态、建设治理、重大事件处置等情况，提高堤防工程运行管理工作。

4系统功能实现及应用

按照系统建设目标，目前系统已完成了省、市、县及各流域机构水行政主管部门及堤防管理单位的权限分配，实现了覆盖到省、市、县及各流域机构的数据统计和数据填报，初步建立了全国堤防工程基础数据库，包括堤防工程基础信息、工程特性指标、工程管理情况、险工险段信息和安全评价信息等，并支持基础数据动态更新和统计查询。

5结论

堤防工程信息化管理有利于实现数据共享、分析、应用和安全管理规范化、精细化、智慧化。本文集合J2EE平台、B/S结构的优势，研发了基于J2EE平台、B/S结构的全国堤防工程信息管理系统，并对系统构成、数据库环境、系统安全、系统功能进行了详细设计，目前系统已构建了覆盖省、市、县及各流域机构的权限分配机制，初步建立了全国堤防工程基础数据库，实现了全国堤防工程基础信息、工程特性指标、工程管理情况、险工险段和安全评价等信息的填报和汇总统计，有效提高了堤防工程信息化管理水平和工作效率。

参考文献:

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［2］何保国，邱儒琼．河道堤防工程管理三维仿真系统的设计与开发［J］．测绘科学，2009，34(4):85－87．

［3］李燕．黄河河道内建设项目信息系统开发与应用研究［J］．人民黄河，2009，31(9):5－6，13．

［4］娄渊清，马晓，滕阳．“数字黄河”工程的总体框架［J］．人民黄河，2003，25(8):5－6．

［5］刘增进，张建伟，张俊霞．堤防工程管理信息系统建设的必要性分析［J］．人民黄河，2010，32(5):14－15．

［6］谭徐明，马建明，吕娟．堤防管理信息系统的多目标开发［J］．水利学报，2000，31(3):21－25．

作者：张清明 金锦 王荆 汪自力 单位：黄河水利委员会黄河水利科学研究院 水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心