智慧排水一张图可视化分析系统建设方案.docx

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智慧排水一张图可视化分析系统建设方案

排水“一张图”可视化分析系统

建设方案

1.项目概述

1.1.项目名称

项目名称：

智慧排水“一张图”可视化分析系统

1.2.项目背景

近年来，极端天气引起的暴雨多次见诸报道，极大的损害了人民群众财产和人身安全。

随着国内经济的腾飞，在丰富人们物质生活的同时，也提高了大家对城市排水系统的要求。

尤其是近年来城市内涝灾害发生呈上升趋势,而城镇化快速发展、排水防涝体系尚不健全、现状排水系统设计标准偏低、城市水系调蓄能力受到多种因素制约以及管理体系不健全等是造成这一现象的主要影响因素。

加强城市排水防涝信息化建设,是当前科学应对城市突发性内涝事件的迫切需要。

结合城市中心区内涝灾害的成因分析,建设智慧排水“一张图”可视化分析系统，通过可视化的手段，直观的展示城市排水能力及建设情况,对防汛排涝应急指挥、排水管网改造、雨污管道分流改造、暴雨积水分析等工作有重要的指导意义。

1.3.建设依据

软件系统设计和建设严格遵循国家及地方标准规范，以及工信部相关的规范与标准，具体如下：

网络标准：

IEEE802.3，IEEE802.3u，IEEE802.3ab，ANSI/IEEE802.3N，IEEE802.3x，IEEE802.3af，IEEE802.3az,IEEE802.11b/g

1）《电子政务工程技术指南》（2003年1月3日）

2）《政务信息资源交换体系》（GB/T21062-2007）

3）《电子政务系统总体设计要求》（GB/T21064-2007）

4）《电子政务标准化指南》（2002年5月）

5）《计算机软件开发规范》（GB8566-88）

6）《计算机软件产品开发文件编制指南》（GB8567-88）

7）《软件工程术语》（GB/T11457—89）

8）《计算机软件配置管理计划规范》（GB/T12260-90）

9）《计算机软件质量保证计划规范》（GB/T12504-90）

10）《计算机软件需求说明编制指南》（GB9385-88）

11）《计算机软件测试文件编制指南》（GB9386-88）

12）《软件维护指南》（GB/T14079-93）

13）《计算机软件可靠性和可维护性管理》（GB/T14394-93）

2.总体设计方案

2.1.总体目标

采用信息化手段，通过计算机应用软件、3G/4G无线网络技术建设智慧排水“一张图”可视化分析系统。

系统综合运用物联网、地理信息系统、自动控制技术、自动建模等技术，通过对河道、排水管网、闸门、泵站、污水厂、排放口的水位、水量、水质监控，构建城市排水防涝在线监测体系，并采用地图可视化管理的方式整合排水管网及设施资源，利用信息化手段提高城市排水设施养护管理水平和防汛应急响应速度，全面提升城市排水监控、运维养护、应急处置能力。

2.2.设计原则

根据系统特点和要求，在“先进性、实用性、标准化、开放性、整体性、共享性、安全性、保密性、可靠性、经济性、可扩展性、可维护性”等十二个方面提出原则性要求如下：

（1）先进性

系统采用国际先进的软件体系结构，先进的技术标准，保证系统的生命力。

系统的建设应以“高起点、高标准”严格要求，在系统设计上，首先应当具有前瞻性。

（2）实用性

系统结合实际的业务处理流程以及业务管理工作流程，设计结构合理、功能实用、符合实际业务需要的系统。

系统的设计在运行环境、使用操作等方面以实用为主，以方便使用和维护为出发点。

（3）标准化

系统建设采用的软件平台、数据标准、开发技术应符合公认的标准，符合国家、地方的有关标准与规范。

采用标准的数据描述语言以及标准的通信协议，适应以后的数据交换标准以及系统间互连的标准协议等。

（4）开放性

软件体系结构上，应充分考虑系统的开放性。

以模块化设计和基于组件的多层结构体系保证系统的开放性和灵活性。

（5）整体性

系统建设需进行整体的规划完善，通过科学的分布实施，建立全面覆盖业务，符合要求的系统。

系统建设具有整体性，即内容上全包括、数据上全部共享、流程上相互衔接、管理上协调统一。

（6）共享性

系统通过搭建共享平台接口进行数据共享，同时，系统提取和分析的信息库也能以标准的数据接口开放给其他部门使用，打破部门壁垒、信息孤岛，为业务管理提供有力的依据和手段。

（7）安全性

从身份验证到资源授权访问再到数据的安全性。

系统应能提供网络层和应用层的安全手段，防止系统外部成员的非法侵入以及操作人员的越级操作，从多个角度、环节考虑，确保系统和数据的安全。

（8）保密性

系统在权限功能规划上要考虑全责明晰，建立合理的可分配权限，使内容、功能管理有效、有序，减少人为的操作风险。

系统的访问和操作具备可回溯性，操作人员进行了哪些操作都有记录可查。

（9）可靠性

本系统为多部门使用的系统，系统需健壮、无故障运行周期长，应具有较高的性能可靠性。

（10）经济性

系统在规划和实施过程中，必须立足于现状，着眼于未来，遵循“统筹规划、分布实施、整合资源”的原则，避免系统的重复建设以及资源浪费。

（11）可扩展性

系统可以根据实际情况进行灵活的配置和组合，能方便地进行功能的调整以及系统的升级、扩展，以适应业务的不断发展和更新。

（12）可维护性

将应用与技术分离，建设方维护人员可自行维护本系统，如人员岗位的调整、工作流程的变化等，不需要对软件本身进行任何重新编码，通过维护模块的调整即可实现。

2.3.总体架构

系统主要由“1个规范、1个数据库、1个系统”构成。

“一个规范”即数据标准规范，根据城市排水管理要求，基于国家、省、市相关技术标准规范编制一套适应城市排水管理建设要求和实际情况的标准规范体系。

；

“一个数据库”即“排水基础信息资源库”，作为整个项目的基础数据支撑；

“一个系统”面向城市排水管理工作，实现智慧排水“一张图”可视化分析系统，主要包括：

静态数据“一张图”、动态数据“一张图”、业务数据“一张图”、专题数据“一张图”、模型数据“一张图”等功能。

系统总体架构主要包括感知层、网络层、数据层、服务层、平台层、应用层、政策法规、安全标准等层面。

项目建设基于信息标准，实现信息数据的集中部署，要做到以下五个方面的统一:

●统一数据标准（数据系统架构、数据库结构、数据表）；

●统一基础信息（文字、图片、音视频、虚拟素材等）；

●统一地理信息（位置信息、GPS数据、电子地图）；

●统一交换接口（内部数据交换接口规范、开放数据接口规范）；

●统一技术平台（硬件、软件、网络、安全）。

感知层：

通过各类数据采集和感知技术，如：

RFID、条形码、传感器、摄像头等，实现数据采集和存储，为整个系统治理应用体系提供基础数据的支撑；

网络层：

构建应用级物联、感知、互联、通信、卫星网络，为数据信息的传输流通起到支撑作用；

数据层：

建立以基础地理信息服务、基础设施服务为一体的空间数据服务体系，为平台建设奠定空间信息基础与数据支持；

统一服务平台：

系统业务处理的逻辑平台，它通过对数据核心层的调用访问业务数据，实现不同的功能模块，满足不同的业务需求；所有业务功能在此统一平台上得到良好的封装和定义，以Web、手机终端服务的形式，运作在平台上，为用户提供各类信息服务；

应用层：

对于应用层，提供多样化的界面逻辑，实现对业务逻辑的应用。

2.4.应用架构

智慧排水“一张图”可视化分析系统的应用架构主要包括数据采集、平台数据、应用支撑、应用系统等。

1.采用B/S多层体系结构：

采用B/S多层体系结构实现。

三层结构包括表示层、业务逻辑层、数据访问层；

2.采用面向服务的架构（SOA）：

为了降低服务架构模块之间的耦合度，增强系统的可扩展性；需要采用面向服务的构架（SOA），各个功能模块分别提供不同的服务，通过服务总线集成为用户提供一体化的服务；

3.基于J2EE体系：

为了保证系统的兼容性，高可用性、高可靠性和可扩展性，系统必须沿用前期项目的技术路线，要选择支持强大的企业级计算的成熟的J2EE企业标准；

4.基于Web服务（WebService）：

为了让地理上分布在不同区域的计算机和设备一起工作，以便为用户提供各种各样的服务。

用户可以控制要获取信息的内容、时间、方式，而不必像现在这样在无数个信息孤岛中浏览，去寻找自己所需要的信息，系统对外接口统一需要采用WebService服务的方式定义；

5.采取XML数据交换：

系统的外部接口需要采用XML数据交换格式，用XML作为数据定义和交换的中介。

2.5.数据库设计

2.5.1.历史数据库设计

历史数据库用来存储实时数据库的历史数据。

实时数据库中只有各种设备的当前值（状态），而以前的实时数据要存储在历史数据库中，以备日后查询。

为了可以精确获取每个数据采集仪的任何时候状态，历史数据库中要保存所有节点的全部采样数据。

历史数据库系统采用大型商用关系型数据库。

历史数据库系统是整个应用程序的数据层。

它为各种客户提供所需要的历史数据。

历史数据库系统采用双机备用方式。

历史数据服务库系统的功能包括：

采样历史数据的存储；计算各种分析所需的统计数据；记录变位、SOE等随机性数据；记录用户对应用程序的操作的日信息；存储用户权限等安全信息；提供Web发布所需的各种历史数据。

历史数据库系统的数据源由实时数据库系统提供，在实时数据库系统中，已经对数据质量、数据一致性、完整性作了处理，因此由实时数据库系统提供给历史数据库系统的数据均为有效数据。

实时数据库系统负责定时的将有效数据送给历史数据库系统的代理程序，随机数据在产生的时候送给代理程序，代理程序负责将数据写入历史库中。

同时代理程序负责定时对采样数据进行统计、计算并将结果存入数据库中。

历史数据系统示意图

2.5.2.历史数据

由实时数据库提供的采样数据存储在历史数据库中。

这些数据按类别、时间存储在数据库不同的历史表中。

I数据表命名规则

历史数据表名称按照一定的命名规则：

类型名称+时间。

如：

2001年7月10日的模拟量采样数据表应命名为SmpAna20010710，这张表将存储这一天的所有的模拟量采样数据。

以上设计主要基于对采样数据的查询方式，主要是要某一个量在某一段具体时间内的数据。

数据不存放在一个数据表中，可以大减少检索的次数。

当检索一个数据的时候，是先从系统数据表中检索出这张表的位置，然后定位这张表，再检索需要的数据。

而不必从一个大表中反复的检索、查找和定位。

这种检索方式也近似于字典查找的算法理论。

对于计算、统计数据也采用近似的处理方式。

II数据表索引（Index）

数据库的索引是一个B型树的数据结构。

当写入一记录时，数据库会对记录产生一个索引值，并在系统索引表（Sysindexes）中产生一条索引记录。

在检索一条记录时，从树的根节点到树叶的搜索方式进行，从而对有索引的记录加快检索速度。

但同时也降低了写入的速度。

对于采样数据，主要是记录值，因此可以考虑用没索引的表来表示。

III数据压缩存储

采样数据可能是一些不断重复的量。

重复记录会加大存储的空间和记录的行数。

因此可考虑数据变化时才存储，记录一个状态（值），并记录这个状态（值）重复的次数。

也就是：

数值—变化的压缩方式。

具体设计如下例：

如有一个模拟量，前一次的值如果和本次的值相同，则在记录中的次数计数器加1，否则添加一条记录。

2.5.3.统计数据

历史数据的存储方式同样是将数据按类分散在不同的表中，表要具有统一的命名规则。

数据统计是将各种采样数据计算生成所需要的一些统计数据。

数据统计与采样数据记录是同步进行的。

也就是说，当从实时数据库中取得采样数据并写入到采样记录表中的时候，就会触发一系列的统计和计算工作。

有一系列的中间结果产生出来，当在时间上满足要求的时候，就会将这个中间结果记录到相应的统计数据表中。

统计计算工作用ORACLE的触发器（Trigger）