2015 年 4 月 水利信息化 Water Resources Informatization NO.2 Apr.,2015 南水北调中线决策会商与应急响应系统设计研究 陈翔, 雷晓辉, 蒋云钟, 王浩 ( 中国水利水电科学研究院, 北京 100038) 摘要 : 南水北调中线工程供水范围涉及北京 天津 河北 河南 4 省 100 多个城市, 工程规模大 距离长 沿线建筑物复杂, 在运行管理上存在较大难度, 因此建立一套完整的决策会商与应急响应体系尤为重要 通过调研及理论研究, 结合管理单位相关业务, 将工程基本信息展示与查询 信息收集与展示 应急指挥 会商互动等模块有机结合, 并结合 B/S 体系结构, 提出南水北调中线工程决策会商与应急响应系统的设计方案, 从而为工程运行过程中的应急响应和决策制定提供辅助和支持 关键词 : 南水北调中线工程 ; 决策会商系统 ; 应急响应系统 ; 设计 ; 功能 ; 流程中图分类号 : TV67 文献标识码 :A 文章编号 :1674-9405(2015)02-0005-05 0 引言南水北调中线干线工程是一项跨流域 跨多省市的长距离特大型调水工程, 自汉江下游丹江口水库引水, 途径湖北 河南 河北 3 省, 横跨江 淮 黄 海 4 大流域, 直达北京市的团城湖和天津市外环河, 全长 1 432 km 工程规划共分 2 期, 近期规划从丹江口水库年均调水 95 亿 m³, 后期进一步扩大规模, 年均调水达 130 亿 m³, 从而达到缓解我国北方水资源严重短缺 优化水资源配置 改善生态环境的目的 [1-2] 工程采用全程自流输水, 闸前常水位的渠道运行方式 沿线共布置 62 座节制闸, 95 座分水口门, 以及倒虹吸 退水闸 渡槽等众多建筑物 [3-4] 南水北调中线工程全线建筑物种类繁多, 布置复杂, 且缺乏在线调节水库, 加之工程在运行管理过程中涉及总公司 分公司 管理处等多个层次, 以及水量调度 工程监测 工程运行维护与管理 工程防洪 水质监测等不同专业领域, 因此在工程的运行管理上存在着很大的难度 [5] 为保证工程能够适时适量供水, 无或少弃水, 并使整个 工程系统运行平稳可靠, 从而实现 一渠清水往北送 的目标, 除了进行技术上的研究之外, 还需要进行运行管理方面的研究 通过调研, 发现目前中线工程在业务会商和应急响应方面存在以下问题 : 1) 运行管理过程中, 缺乏完整的业务会商与应急响应体系, 工作流程不明确 ;2) 业务会商及应急响应过程中所涉及的信息需要全面精确, 而目前中线工程的各专业系统只能提供水情 水质或安全监测等单一方面的信息, 缺乏对于信息的汇总与分析展示 ;3) 中线工程 总公司 分公司 管理处 的管理机构设置要求信息及时准确高效地进行传递 针对上述问题及需求, 结合 B/S 体系结构, 提出了南水北调中线工程决策会商与应急响应系统的设计思路 1 研究现状经过 10 余年的发展, 我国水利信息化进程取得了长足的进步 [6] 南水北调中线工程作为一项世纪性的调水工程, 其信息化程度直接关系着工程的日常 收稿日期 :2015-02-02 基金项目 : 水利部公益性行业科研专项经费项目 (201101026,201101024,201301001,20131102); 科技支撑计划 (2013BAB05B05); 环保部公益基金项目 (2013467042); 国家重点基础研究发展计划 (973 课题 )(2013CB036406); 国家科技重大专项项目 (2012ZX07205) 作者简介 : 陈翔 (1991-), 男, 青海西宁人, 硕士研究生, 从事水资源调度方面的研究
6 水利信息化 2015 (2) 运行管理, 因此对其信息化的投入和研究也在持续进行 2010 年, 北京电信规划设计院有限公司与黄河勘测规划设计有限公司联合编制完成了南水北调中线干线工程自动化调度与运行管理决策支持系统的初步设计报告, 报告中涉及水量业务处理 闸站监控 工程安全监测自动化 水质监测 工程防洪信息管理等若干应用系统, 明确了各系统在南水北调自动化调度系统中的工作和任务, 为南水北调中线工程全线自动化运行和信息化管理奠定了基础 [7] 侯召成 翟宜峰 [8] 结合中线干线工程管理调度特点, 对中线干线工程的运行调度管理业务流程进行分析, 提出了南水北调中线干线自动化调度系统总体框架设计 郝长江等 [9] 及吴少华等 [10] 依据中线工程的实际情况及对工程安全的要求, 分析了工程安全监测业务的流程, 提出了包含数据采集模式等在内的工程安全监测系统的设计思路 刘鹏 [11] 分析了南水北调中线工程闸站监控系统的业务和功能需求, 选取 ArchestrA 工业应用平台构架设计实现整个闸站监控系统, 应用 Intouch 组态软件对现地监控软件进行了结构设计, 完成了数据管理 闸门控制 监测信息查询及告警趋势等系统主要模块的设计和实现 孙婧 郭晖 [12] 探讨了管理信息系统开发现状 主要功能及系统特点, 并就系统在中线干线工程中的应用进行了分析评价 针对决策会商和应急响应系统, 国内专家学者也进行了大量的研究和探索, 并将成果付诸实现 徐艳杰等 [13] 提出了黄河下游工情险情会商系统的设计思路, 并依据该设计思路, 提出了系统实现的具体形式及所需技术手段 ; 沈桂林 [14] 针对已投入使用的湖州市防汛远程会商系统进行了分析评价, 并提出了相关的改进措施 ; 李福仁 梁玉兰 [15] 从应急系统指导原则 突发环境污染事件应急处置流程 应急系统应当具有的功能等方面对突发性环境污染事故应急系统进行了探讨 ; 陈蓓青等 [16] 提出了三峡水库突发性水污染事故应急系统的设计思路 实现手段和技术, 同时就其中的关键性技术问题进行了探讨 2 系统功能设计 2.1 功能概述 2.1.1 决策会商系统功能概述会商决策是南水北调中线干线工程自动化调度与运行管理过程中最重要的工作环节之一 通常 是在会商环境支持下, 将所有与会商主题相关的材料进行汇总整理与加工展示, 并通过会议的形式, 以群体 ( 包括会商决策 决策辅助及其它等有关人员 ) 会商的方式, 依据相关材料的同时结合会商主题实际情况, 制定 1 套或多套决策方案, 并从所做出的各种决策方案中, 根据确保干渠工程安全 充分发挥工程水量调度效益 尽量减少干渠工程险情造成的损失和对生态环境的不利影响 协调各方甚至牺牲局部保护整体利益的原则, 进行群体决策, 选择出满意的应急响应方案并付诸实施 2.1.2 应急响应系统功能概述根据 国家突发公共事件总体应急预案 的指导方针, 针对工程闸门突发故障 工程安全事故 突发水污染事故 突发超标准洪水 紧急调水等工程自然灾害事故和恐怖袭击险情, 从组织体系 运行机制 应急保障 监督管理 4 个方面提出快速响应的应急响应机制 应急响应建设的指导思想是 : 健全体制, 明确责任 ; 统一领导, 分级管理 ; 常规调度与应急调度结合 ; 全线联动, 科学应对 ; 协调管理, 共享互动 应急响应体系应该包含组织与管理及其建设 应急响应工作在南水北调中线干线工程的运行维护过程中发挥着至关重要的作用 通过应急响应系统, 实现对于突发事件相关资料快速 完整地汇集, 以便决策者能够及时 完整地了解突发事件的相关情况和进展, 同时提供预案 处置建议等资料辅助决策 ; 决策制定后, 通过应急响应系统实现对于突发事件应急处置的指挥与跟踪反馈等工作, 从而实现对于突发事件应急响应的流程管理及对于突发事件的快速响应 2.2 功能设计 2.2.1 决策会商系统功能设计 1) 会商流程管理 决策会商系统应当明确会商流程, 并对会商流程进行管理, 使用户明确不同阶段应当准备和完成的工作 ; 同时系统应当能够提示用户当前会商进展情况 2) 会商材料收集与汇总 会商开始前, 需提示会商参与单位准备会商所需相关材料, 由会商组织单位审查完成后, 交由相关人员对材料进行收集与汇总整理工作, 并将整理汇总后的相关材料上传至决策会商系统, 以供会商过程中使用 3) 群体会商 会商过程中, 辅助决策人员应当利用决策会商系统提供的相关模板将收集到的与本次会商主题相关的信息进行展示, 由决策人员通过
陈翔等 : 南水北调中线决策会商与应急响应系统设计研究 7 讨论及与决策会商系统互动对相关信息进行分析, 对不同方案进行比对甄选, 从而进行决策 4) 档案管理与信息发布 在会商完成后, 由相关人员对会商结果进行总结整理, 并通过决策会商系统对本次会商的相关信息及结果进行归档处理, 以作为方案回顾的依据 同时, 还应当根据需要对相关信息进行发布 5) 方案回顾与知识更新 会商结束后对档案资料进行重审, 进行评价, 并提取有用信息, 补充修改完善预案 规则 知识 2.2.2 应急响应系统功能设计 1) 应急流程管理 应急响应系统应当明确应急流程, 并对应急流程进行管理, 使用户明确不同阶段应当准备和完成的工作 ; 同时系统应当能够提示用户当前应急处置进展情况 2) 信息收集与评价 应急响应系统应当能够通过自动采集或手工录入等形式接收其他业务系统或相关工作人员提供的突发事件相关信息, 并能够将突发事件的相关信息进行采集 汇总与整理 ; 同时, 也需要为突发事件的分析与评价分级提供理论依据和平台支持 3) 方案制定 应急响应系统应当能够为决策者制定应急响应方案提供支持和帮助, 这其中包括对于突发事件信息 应急预案及相关处置方案 已发生同类事件信息及对于应急处置相关人员物资位置和调配情况等的展示 ; 同时应急响应系统还应当能够与决策会商系统进行连接, 从而实现通过会商制定应急响应方案, 指导应急响应的目的 4) 方案执行指挥 在应急响应方案制定后, 应急响应组织单位可将方案分解为执行动作, 并通过应急响应系统组织相关单位对方案及涉及本单位的相关执行动作进行实施, 同时实时对方案和执行动作的实施情况进行跟踪, 从而实现动态指挥的目的 5) 档案管理与信息发布 在突发事件处置完成后, 由相关人员对事件的相关信息和结果进行整理, 并通过应急响应系统对突发事件的相关信息进行归档处理, 以作为方案回顾的依据 同时, 还应当根据需要对相关信息进行发布 6) 方案回顾与知识更新 应急事件结束后对档案资料进行重审 评价, 并提取有用信息, 补充修改完善预案 规则 知识 2.3 服务对象中线干线工程输水渠道长 交叉建筑物多, 为 了进行全面 系统的管理, 按统一调度层 管理执行层和现地操作层设立总公司 分公司 管理处等 3 级管理机构 由于决策会商系统需要进行群体决策并制定决策方案, 而应急响应系统则需要对突发事件进行应急响应, 上述 2 个系统的相关功能都需要有上级主管领导参与, 因此 2 个系统的主要服务对象为总公司 分公司领导及相关业务人员, 由相关业务人员对相关信息进行录入 采集及整理, 并将其输入系统供领导进行会商决策 3 系统实现 3.1 系统架构决策支持系统和应急响应系统采用松耦合 易扩展的设计思路, 使平台本身具有很强的可扩展性, 从而适应于项目的建设 系统以 B/S 方式运行, 基于 Web J2EE 技术架构进行开发, 其本身有着良好的开放性设计, 以基于 SOA(Service Oriented Architecture, 面向服务架构 ) 的体系架构建设系统平台, 从而充分利用服务松耦合的软件模式及各种主流的开放标准 3.2 业务流程 3.2.1 决策会商系统业务流程由会议组织单位相关人员填写会议相关信息, 并上传需参会单位提供的相关材料模板 ; 相关参会单位接收到会议通知后, 根据会议组织单位相关要求上传相应文件, 由会议组织单位相关人员进行审批, 对于审批通过的材料进行汇总上传 ; 本系统中, 将会商主题确定为 2 类, 即常规水量主题和突发事件应急会商, 根据不同会商主题, 在会商过程中进行相关信息展示 修改等操作, 实现会商信息展示和修改的功能, 以达到会商讨论商榷的目的 ; 得出结论后, 可将相关会商结论整理形成会商结果并进行归档 ; 如有需求, 可对会商结果的相关信息向相关单位进行发布 ; 同时, 也可将本次会商的相关信息录入知识库, 以达到更新知识库的目的, 方便后续会商使用 决策会商系统业务流程如图 1 所示 3.2.2 应急响应系统业务流程发生突发事件后, 首先进行突发事件的相关报警信息收集工作, 报警信息来源包括人工录入 短信及邮件等 ; 随后进行突发事件的相关信息采集工作, 需要采集的信息包括外部信息 ( 来源于本系统外的其他系统 单位或个人 ) 及内部信息 ( 来源于
8 水利信息化 2015 (2) 会商基本信息填写 年水量分配方案查询历史年水量分配方案查询历史月调度方案查询需水量信息查询月调度计划制定 会议需求材料模板上传相关材料上传材料审批与汇总主题会商常规水量会商突发事件应急会商形成会商结果会商结果整理与归档信息发布 年水量分配方案查询历史年水量分配方案查询历史月调度方案查询需水量信息查询月调度计划制定历史月调度方案查询需水量信息查询月调度计划制定 知识库更新 图 1 决策会商系统业务流程 本系统内部 ), 并对突发事件进行综合研判 ; 在突发事件发生后及处置过程中, 根据实际情况随时对突发事件进行评价和分级 ; 随后根据突发事件的具体情况制定应急方案, 在制定过程中, 综合考虑预案 应急资源等方面, 并可调用决策会商系统进行会商 ; 应急方案制定后, 将其分解为相应的执行动作, 下发给各执行单位, 各执行单位执行后及时将相关情况进行反馈, 以便开展后续工作 ; 突发事件处置完成后, 对处置结果进行整理汇总, 并将本次突发事件进行归档 ; 处置过程中可以调用相关知识库进行决策支持, 同时也可以将本次突发事件的相关信息录入知识库 应急响应系统业务流程如图 2 所示 3.3 数据交换除决策支持系统和应急响应系统外, 南水北调中线干线工程自动化调度与运行管理决策支持系统还包含水量业务处理 工程安全监测自动化 水质监测 工程防洪信息管理等业务应用系统 而决策支持系统和应急响应系统作为系统的顶层, 需要将其他业务应用系统的相关数据进行收集与汇总, 因此就需要与其他业务应用系统进行交互, 从而实现数据的共享与传递 数据交互主要采用以下 2 种方式 : 突发事件告警应急响应系统基本信息采集外部信息采集支持库更新突发事件综合研判信息发布内部信息采集结果整理与归档应急预案查询与展示执行情况反馈与查询应急资源查询与展示方案下达否启动决策会商系统应急响应方案制定是决策会商系统图 2 决策会商系统业务流程 1) 应用支撑平台 应用支撑平台是以应用服务器 中间件技术为核心的基础软件技术支撑平台, 其作用是实现资源的有效共享和应用系统的互连互
陈翔等 : 南水北调中线决策会商与应急响应系统设计研究 9 通, 为应用系统的功能实现提供技术支持 多种服务及运行环境, 是实现应用系统之间 应用系统与其他平台之间进行信息交换 传输 共享的核心 其余业务应用系统定期将本系统数据推送至应用支撑平台相关数据库, 由决策支持系统和应急响应系统进行取用 2)Web Service 服务 其他业务应用系统将本系统产生的数据或产品封装为 Web Service 服务的形式, 向决策支持系统或应急响应系统进行推送 4 结语本文总结了南水北调中线工程特点及在业务会商和应急响应方面存在的问题, 通过调研并结合实际情况提出了南水北调中线工程业务会商与应急响应体系, 并依此设计了决策会商系统和应急响应系统 设计思路既能够切实指导南水北调中线工程决策会商系统与应急响应系统的开发实现及后续管理工作, 也能够为类似系统的建设提供借鉴 参考文献 : [1] 蒋云钟, 赵红莉, 董延军, 等. 南水北调中线水资源调度关键技术研究 [J]. 南水北调与水利科技,2007, 5 (4): 1-5. [2] 陈暘. 分布式水文模型 EasyDHM 在南水北调中线受水区的应用研究 [D]. 天津 : 天津大学,2010: 1-2. [3] 黄会勇. 南水北调中线总干渠水量调度模型研究及系统 开发 [D]. 北京 : 中国水利水电科学研究院,2013: 1-9. [4] 张大伟. 南水北调中线干线水质水量联合调控关键技术研究 [D]. 上海 : 东华大学,2014: 1-3. [5] 金旸, 徐岩, 王彤彤. 南水北调中线水资源调度复杂性对策研究 [J]. 中国水利,2013 (20): 4-8. [6] 田雨, 杨明祥, 蒋云钟. 水利信息化发展水平评价指标体系研究 [J]. 南水北调与水利科技,2014, 12(1): 114-117. [7] 肖杰, 李文学. 南水北调中线干线工程自动化调度与运行管理决策支持系统初步设计报告 [M]. 北京 : 北京电信规划设计院有限公司与黄河勘测规划设计有限公司联合体,2009: 230-245. [8] 侯召成, 翟宜峰. 南水北调中线干线自动化调度系统总体框架设计 [J]. 水利信息化,2010 (2): 40-45. [9] 郝长江, 胡长华, 杜泽快. 南水北调中线干线工程安全监测系统设计研究 [J]. 大坝与安全,2006 (6): 3-8. [10] 吴少华, 焦康, 薛伟. 南水北调中线干线工程安全监测自动化系统 [J]. 中国农村水利水电,2012 (9): 140-143. [11] 刘鹏. 南水北调中线闸站监控系统的设计与实现 [D]. 西安 : 西安电子科技大学,2011: 1-47. [12] 孙婧, 郭晖. 管理信息系统在南水北调中线干线工程中的应用 [J]. 河南水利与南水北调,2014 (7): 42-43. [13] 徐艳杰, 常利武, 魏永强. 黄河下游工情险情会商系统构建与实现 [J]. 煤矿现代化,2006 (5): 46-47. [14] 沈桂林. 湖州市防汛远程会商系统应用情况分析 [J]. 浙江水利科技,2008 (5): 56-58. [15] 李福仁, 梁玉兰. 突发性环境污染事故应急系统探讨 [J]. 工业安全与环保,2002 (8): 28-30. [16] 陈蓓青, 谭德宝, 程学军, 等. 三峡水库突发性水污染事件应急系统的开发 [J]. 人民长江,2006 (5): 89-91. Design and Implementation of Decision-Support and Emergency Response System for Middle Route of South-to-North Water Transfer Project CHEN Xiang, LEI Xiaohui, JIANG Yunzhong, WANG Hao (China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China) Abstract: The Middle Route of the South-to-North Water Transfer Project would supply water for Beijing, Tianjin, Hebei, Henan four provinces, more than 100 cities. The construction of the project is large-scale and very complicated, so the management of the project is very difficult. Therefore, it is important to establish a complete set of decision making and emergency response system. Combined with the actual situation of the management unit after related investigation and theoretical research, it integrates the modules of display and query of engineering basic information, the collection and display of information, emergency operation and consultation interaction. Based on the B/S architecture, the design schemes of the decision support and emergency response system is proposed to provide assistance and support for emergency response and decision-making in the process of engineering operating. Key words: South-to-North Water Diversion Middle Route Project; decision support system; emergency response system; design; function; process