城区河道动态养护系统的设计与实现

【摘 要】 杭州市市区河道监管中心现有职工40余名，需要承担全市市管河道养护巡查管理工作。面对一年比一年重的河道管理工作压力，杭州市市区河道监管中心在人员设备长期得不到同步发展情况下，依靠信息化手段来武装运管队伍，改造队伍工作装备，提高工作效率。本文通过介绍本中心在城区河道动态养护信息化方面的建设思路和成果与兄弟部门共享经验，共同为建设智慧河道工程出谋划策。

【关键词】 五水共治 河道养护 物联网

浙江是著名水乡，水是生产之基，生态之要，生命之源。近几年连续发生的垃圾河、城市内涝、饮用水污染事件，严重影响到居民人身安全和社会经济发展。浙江省委十三届四次全会提出，要以治污水、防洪水、排涝水、保供水、抓节水为突破口倒逼转型升级。“五水共治”将把握轻重缓急，分步实施，时间表将分三年、五年、七年等三步。其中，2014-2016年要解决突出问题，明显见效；2014-2018年要基本解决问题，全面改观；2014-2020年要基本不出问题，实现质变。

如果把整治比喻成手术，那么养护就是日常的养身。“五水共治”的治理成果需要靠产业转型、日常养护来巩固。杭州市市区河道监管中心从日常的城市河道主体、河岸资源、工程资源等日常养护出发，依靠物联网技术和信息化手段，与各养护单位紧密合作，为“五水共治”的目标努力奋斗。

1 相关概念/技术

1.1 GPS

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，目前比较著名的有美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯“格洛纳斯”系统、欧洲“伽利略”系统和中国“北斗”系统，广泛应用于车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等。

1.2 2.4G电子标签

电子标签即RFID标签。RFID是Radio Frequency Identification（无线电射频识别）的缩写。2.4G电子标签是一种工作频点在2.45GHz的主动式有源标签，识别距离可以达到50到80米，具有稳定、可携带、电池寿命长等特点。

1.3 GIS

GIS即地理信息系统。通过GIS技术，可以把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。目前比较流行的GIS引擎有ArcGIS和MapInfo等。

2 系统分析与设计

2.1 设计原则及目标

统一规划，分步实施是信息化建设长期坚持的方针，智慧河道工程是智慧城市建设的重要组成，而城区河道动态养护又是智慧河道工程的重要工作内容之一。因此系统在设计规划时需要遵守以下原则。

（1）开放性与标准化原则；系统应建立在一个开放且符合业界主流技术标准的框架平台上，主要技术标准及运行环境应确保与智慧河道核心系统无缝对接。（2）安全性原则；河道动态养护和防汛工作，可能涉及到政府信息安全。系统规划和设计时，应确保公众数据与政府内部数据独立存储，并建立对安全数据的访问机制。（3）差异化管理原则；系统在设计时，应充分考虑防汛与养护、公务车船与租赁车船、全河段与重点区域的区别管理，提高资源使用率。

2.2 系统整体架构

市区河道动态养护系统组网方案如图1所示，主体设备由3部分组成，分别为安装在养护车、船上GPS智能终端，安装在河道两侧重点监测区、桥梁及垃圾倾倒场所的电子标签读取设备，以及位于中心机房的应用服务群。

GPS智能终端设备因个体价格较高、使用成本较高，仅被安装在紧急防汛、重点区域养护的车、船上，以便实时监控和远程指挥。而电子标签虽然无法实现全程定位，但对重点区域、重点路段、河道的识别，却因其价格低廉、管理方便得到广泛的使用，尤其是对大量第三方临时租赁的车、非机动船及物资的管理。最后考虑到网络覆盖范围及传输速率，所有GPS终端和电气标签读卡器均采用CDMA模块，将采集的位置及记录信息发送到中心服务器。

2.3 数据存储设计

城区河道动态养护系统需要存储的数据包括：市级及区级河道部门及人员信息、第三方养护单位及驾驶员信息、GPS实时上报的位置及图片信息、电子标签位置信息、以及业务考核、分析、地图坐标等业务数据。动态养护系统直接关系到养护单位的绩效及财政预算，汛期还需要配合防汛指挥系统进行统一调度，因此对数据的安全性和实时响应要求较高，数据存储设计原则应遵守：（1）核心数据加密存储，确保安全等级。（2）位置等即时数据按时间分区存储，提供系统响应速度。（3）支持OLAP数据分析，采用集群关系数据库。

因此数据存储设计方案中，决定采用SQL Server 2005数据库集群，运行在与防汛指挥系统Web服务器同一局域网的独立主机上。原始文件采用加密格式存储在接口机上，解析后的上报数据则保存到SQL Server数据库。

3 系统开发实现

3.1 系统界面

河道动态养护系统的主界面与智慧河道信息平台保持风格兼容，即可以作为独立的业务系统提供给第三方养护单位访问，也能作为子系统嵌入到智慧河道信息平台。功能菜单可折叠、拖放，操作窗口则采用tabs分页显示，方便操作人员在不同功能模块之间自由切换、对比分析，确保较好的人机交互友好度（如图2）。

3.2 系统功能

河道动态养护系统是智慧河道信息化平台的重要组成部分，系统核心模块采用J2EE技术开发，构建在Spring Security、Hibernate、XFire、JQuery、Ajax/JSON、GIS等框架基础之上，其主要子系统及模块包括：

（1）防汛电子地图：在ArcGIS地图引擎的基础上，通过对外提供的基于JavaScript的远程脚本进行二次开发、定制。允许外部程序通过引入“flex/v2/EGovaAPI.js”远程调用、修改图层、标记、画线等。（2）实时监控图：分别通过城区防汛地图和百度地图，实时监测各养护单位的车、船实时轨迹和当前位置。（3）消息通知中间介：采用XmlBlaster消息中间介实现数据实时共享和指令下发，消息采用加密的xml格式，保证数据传输的安全性和通用性。（4）数据采集上报平台：安装在指定位置或车船上的检测设备将采集的数据发送到采集服务器，安装在采集服务器上的采集程序通过解码协议将数据进行分解、预处理及规范化，以元数据的方式上报防汛指挥系统服务器。（5）重点区域监控：通过地图、曲线图的方式，展现不同时间段养护车、船经过该区域的时间坐标。（6）业务阈值告警台：对未按规定路线作业的车、船，或未按计划通过监测点的车、船进行声光告警，提醒管理人员注意。（7）绩效及作业管理：对养护车、船的行驶里程、路线及通过作业区域的原始数据进行分析，建立对驾驶员、作业人员及养护单位的绩效考核机制。

4 结论及效果

（1）利用物联网、信息化等手段，能在政府机构精简环境下较好地为第三方养护单位、防汛工作提供有效管理和支持工作。（2）电子标签+GPS终端+视频能较好解决动态养护工作中要求的差异化管理。