大型调水项目生产调度系统研究与设计

徐永兵，靳宏昌，李贵清，郑 鑫

（1. 山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013；2. 山东省南水北调工程建设管理局，山东 济南 250013；3. 南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250013）

大型调水项目生产调度系统研究与设计

徐永兵1，靳宏昌2，李贵清1，郑 鑫3

（1. 山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013；2. 山东省南水北调工程建设管理局，山东 济南 250013；3. 南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250013）

当前，大型调水项目生产调度系统由众多业务子系统组成，各项生产调度功能分散在不同的子系统中，需要调度生产人员在多个系统间来回切换操作，既繁琐又容易发生误操作，整体上不便于调度生产人员使用。以南水北调东线山东段工程生产调度系统开发设计为实例，就大型调水项目生产调度系统的建设展开分析与讨论。梳理各岗位对应的功能与职责，设计出适合调水项目生产调度的信息系统，使用结果表明，该系统可降低用户的使用门槛，提高生产效率。

大型项目；调水项目；生产调度；调度工作台；职能分析；信息系统；统一用户；数据交换

0 引言

大型调水项目生产调度系统是用户直接使用的与业务有关的各子系统集合。从当前国内已投入运行的调水项目的生产调度系统的使用情况来看，各业务系统间已能实现数据层的信息交换，但在应用交互层面则各自相对独立。在实际调度生产过程中，调度生产人员岗位角色不同决定了其在系统中所使用的功能与权限也不同。各项生产调度功能分散在不同的业务系统中，需要调度生产人员在多个系统间来回切换操作，既繁琐又容易发生误操作，整体上不便于调度生产人员使用。因此，根据生产人员的岗位角色，开发出适合调水项目生产调度的信息系统，对降低系统对用户的使用门槛和提高生产效率是非常有意义的。为此以南水北调东线山东段工程生产调度系统开发设计为实例，就大型调水项目生产调度系统的建设展开分析与讨论。

1 生产调度职能分析

南水北调东线山东段工程调水采用两级调度（省调、分调中心）、三级控制方式（现地，省调、分调中心）[1]。各层级主要职能如下：

1）调度中心主要调度职能。根据用水需求进行受水区供水预测并制定调水计划；根据实时水量调度方案和前期供水计划执行情况制定年、月、旬水量分配方案；将调度指令发送到调度分中心、现地站实施调度并反馈；负责水价制定、管理，调水工程安全管理及应急事件处理；对重点站点进行水质、水量的远程监测与控制；负责省辖各类数据库管理与信息服务；负责公共信息的对外发布及管理。

2）调度分中心调度职能。接收、接受、执行来自调度中心的调水计划，对本辖区调水计划提出执行方案或调整意见；接收、转发调度中心调度指令，监控所辖范围渠道水位、流量、闸门状态和引水情况，对本辖区执行的调水计划监督、管理；负责本辖区内所有水情、水质、工程运行状态、水量信息的收集，编辑，入库，并转发到调度中心；负责本辖区调水工程安全管理；负责本辖区应急事件处理，根据气象和水文预报、视频监视及共享信息，获取所辖范围内对调度有影响的水情、冰情、污染和工程运行情况，随时准备应对突发紧急情况。应急情况主要有，制定应急处理方案，上报调度中心；接受调度中心下达的应急调度指令，发送到现地站执行；在调度中心授权的情况下，制定所辖范围的水量调度方案和指令，下发现地站执行并反馈控制。

3）现地站职能。接收来自上级的调水指令；执行常规或应急调度指令；监视调度指令执行情况，并上报下达指令的单位，直接执行调度中心下达指令的情形要抄报调度分中心。对现地站调水进行开机优化及运行监控；实现现地站实时视频信息的采集、管理、存储、传输；采集现地站工程运行状态、水量信息，并整理及转发至所属调度分中心；实现现地站设备的管理、维护；对现地站安全及应急事件进行处理。

2 生产调度主要业务系统分析

南水北调东线山东段生产调度系统每部分以一个业务目标为核心[2]，由多个子系统协同完成，主要业务系统组成结构如图 1 所示。系统设计和开发要紧紧围绕调水的核心业务开展，从闸门监控、水质监测和工程安全监测信息采集，到数据库建库；从调水计划、方案的制定，到调度方案模拟仿真；从水量调度、闸泵操作指令的下达执行，到操作信息和设备状态的反馈和监控等多方面，为用户提供使用便利、流畅可靠、响应敏捷的水调业务系统。系统在调度控制上要保证水量调度指令的顺利下达和有效执行，既要强调集中调度，又要展现出“总调中心—分调中心—现地站”3 个调度控制层次的不同职能。系统要建立调水计划、调度方案、水量调度指令、闸泵操作指令、闸泵实时运行状态之间的有效联系，对闸泵实时运行状态与水量调度指令和闸泵操作指令进行比对分析，并根据分析结果对调度方案进行必要的调整，进而实现工程全线的自动控制调水，达到安全输水、精细配水，实现灵活调度。按照分区分层设计思路，闸（泵）站监控系统部署在控制专网，其它业务系统都部署在业务内网。

图 1 生产调度主要业务系统组成结构示意图

3 生产调度系统设计方案

在生产调度职能与主要业务系统分析的基础上，结合工程项目的管理模式，梳理出对应的岗位职责及调度业务流程，再基于各岗位的工作职责及内容，把分散在各业务系统中的相关模块抽取集成到调度生产系统平台中，形成每个岗位对应的工作台，这样相关调度人员进入后，只需要面对一个系统进行操作。生产调度系统业务开展模式如图 2 所示。为完善生产调度系统的集成与开发，需要重点做好统一用户管理、数据交换和生产调度台的功能与界面设计工作。

图 2 生产调度系统业务开展模式示意图

3.1 统一用户管理

统一用户系统需要对整个生产调度系统的用户、岗位、权限等进行统一管理[3]，并提供相应的管理维护界面，同时同步给各业务子系统，进行统一的用户和角色判断。统一用户系统通过 TAM 组件实现单点登录及认证功能，各业务系统通过与统一用户系统做接口，并在反向代理 Web Seal 组件上注册业务系统单点登录地址。当用户进行单点登录时，首先访问业务系统在 Web Seal 上的注册地址，Web Seal 截获用户请求，并且完成用户的认证和授权工作，把用户请求转发给要访问的业务系统，并同时传递一个身份信息放在 HTTP Header 中，其中包含统一用户身份标识（人员编号）。业务系统获取HTTP Header 中的人员身份信息，并通过该信息查找数据库中的用户信息，如果查到该人员身份信息对应的用户信息，就完成确认用户身份的工作；否则认证失败。具体管理如下：

1）用户管理。管理全部用户，用户与人员保持多对一的关系，主要字段包括登录名、密码、注册时间、注册人、人员 ID 等信息，在增加用户的界面上可以选择人员，添加完成其他信息后，保存到用户信息表，同时同步到统一用户 LDAP 中，供单点登录使用。

2）角色管理[4]。管理全部角色信息，通过梳理所有岗位信息，使之作为特定的系统角色。角色管理提供角色的增加、删除、修改、查询功能，同时与人员和权限保持多对多的关系。管理员添加角色后，保存到基础库角色表中，同时同步给各业务系统数据库。

3）权限管理。权限管理是梳理系统中哪些是需要权限控制的系统资源，并提供对权限资源的增加、删除、修改、查询等维护界面。权限与角色是多对多的关系，用户通过角色关联权限。权限信息增加后，需要通过数据交换系统同步给各业务系统数据库。

4）角色人员管理。对已有的角色指定用户，可以同时指定给多个用户。信息保存在基础库的角色对人员表中，同时通过数据交换系统同步给各业务系统数据库。

5）角色权限管理。对已有用户角色，设置权限资源，指定该角色可以访问的资源，支持同时选择多个权限资源。信息保存在基础库角色对权限表中，同时通过数据交换系统同步给各业务系统数据库。

6）组织结构管理。负责将组织机构信息同步到基础库中，同时提供查询界面，并共享给各业务系统使用，主要包括的字段有组织机构代码、资料截止日期、组织机构名称和级别、资料更新日期、资料更新负责人、上级组织等。

7）人员管理。负责将人员信息同步到基础库中，同时提供查询界面，并共享给各业务系统使用，主要包括的字段有工号、所属组织机构、姓名、岗位、职能描述、性别、生日、办公电话、手机号码等。

8）岗位管理。提供岗位的增加、删除、修改、查询功能，主要包括的字段有岗位编号、所属组织机构、岗位名称、排序号、资料更新日期和责任人等。

3.2 数据交换

系统通过 ETL 工具和数据传输中间件（CDC）抽取转换各专业数据源的数据并加载至数据中心。各类文件传输服务通过向 ESB 服务总线进行服务注册向外部提供文件传输服务。应用系统统一访问ESB 服务总线，ESB 服务总线经服务定位后向应用系统提供已经注册的文件传输和数据访问等服务。采用提供数据交换中间件状态监控界面的方式[5]，监控内容主要包括以下几点：

1）消息传输监控。通过监控消息中间产品的运行状态等信息，可以了解到哪些数据和业务在进行传输交换，同时可以了解到交换的状态是否成功等。具体监控信息包括发送系统、IP、开始时间、结束时间、主机名，接收系统、IP、开始时间、完成时间，以及状态、类型等信息。

2）数据传输监控。通过读取相关的 API 或相关日志等信息实现对数据传输的监控，监控内容主要包括数据传输的状态、相关任务参数、是否异常延时等。

3）服务注册管理。通过自行开发业务应用实现服务注册功能，提供基于 J2EE 架构的 Web 应用，主要包括服务注册、查询、接口等功能。通过服务注册功能，各业务系统厂商可以方便地查询和浏览自己需要的服务，从而了解到服务的 WSDL 地址，以及包含的方法、参数、返回值等相关信息。同时为其他调用提供接口。

4）数据库状态监控。通过相关的 API 及数据库脚本获取以上数据库信息，并提供友好的 Web 界面方便数据库管理员管理和维护数据库，同时也便于程序开发人员了解掌握数据库运行情况，查找系统的瓶颈及相关的 Bug 等。

3.3 调度工作台设计

调度工作台设置多个显示窗口[6]，可以同时显示诸如调度指令的编制与执行、视频图像监控、闸（泵）站监控等界面与日常生产调度相关的内容。各监控界面可以根据需要实现联动显示功能[7]，即当现场出现运行异常或调度管理需要时，值班人员可以在中间的调度运行仿真图中选择当前需查看的指定闸站，系统在后台将该指定闸站的 ID 通过后台接口传递给视频和闸（泵）站监控系统。视频监控系统，根据传递过来的闸站 ID 在视频监控界面显示对应闸站的现场视频画面和相关信息；同时，闸（泵）站监控系统，根据传递过来的闸站 ID 在运行监控界面显示对应闸站的运行监控画面和相关信息。各主要岗位调度工作台的界面设计如下：

1）调度中心值班长工作台界面。主要包括调度指令审核、运行监视及综合查询 3 部分内容。

2）调度中心调度员工作台界面。主要包括调度指令生成、编辑等功能。中心调度人员通过该平台界面生成调度指令，并对生成的调度指令进行管理。

3）调度中心值班员工作台界面。主要包括调度指令执行、运行监视及综合查询 3 部分内容。

4）分中心值班长工作台界面。主要包括授权调度情况下辖区调度指令接收确认、运行监视、综合信息查询 3 部分内容。

5）分中心值班员工作台界面。主要包括辖区调度指令发布、运行监视、综合信息查询 3 部分内容。

6）管理处值班员工作台界面。主要包括指令接收确认，闸站的运行、视频监视 3 部分内容。

4 结语

南水北调东线山东段工程生产调度系统服务于日常的调度生产人员，在对调度生产各岗位的职责及工作内容进行梳理后，分别针对每个级别的每个岗位定制对应的工作台界面，把该岗位常用的功能整合到一个界面上，工作人员登录系统后即可对自己负责的业务内容一目了然，降低了系统对用户的使用门槛，减少了误操作事故的发生，提高了生产效率。南水北调东线山东段生产调度系统自投入运行以来，系统运行稳定，操作界面简洁，受到调度生产人员高度认可。但在实际运行中，也发现有部分管理职责难以与岗位角色一一对应及系统联动响应时间过长的问题[8]，这些都需要在下一步的系统优化改良过程中，认真研究并加以解决，争取尽快形成一套较为完善的生产调度系统在全国范围内推广应用。

[1] 徐永兵，孙水英. MOSAIC SCADA 在南水北调闸（泵）站监控系统中的应用[J]. 水利信息化，2015 (5): 39-43.

[2] 徐永兵，孙水英. 南水北调东线一期工程山东段调度运行管理系统需求分析与设计实现[J]. 水利规划与设计，2016 (1): 19-24.

[3] 王健. 企业统一用户管理模式的构建[J]. 山西电力，2008 (5): 41-43.

[4] 范小康，何连跃，王晓川，等. 一种基于 RBAC 模型的角色管理方法[J]. 计算机研究与发展，2012，49 (增刊 1): 211-215.

[5] 祁洁，周洲，茅婷婷，等. 大型调水调度运行管理系统数据中心框架设计[J]. 水利信息化，2013 (1): 21-25.

[6] 彭惠民. 电力系统综合监控系统[J]. 电世界，2009 (8): 52.

[7] 温晓慧. SCADA 视频联动在轨交车站电力监控系统中的应用[J]. 电工技术，2015 (4): 50-51.

[8] 王东海. 调度员视角下高铁运营调度优化研究[J]. 管理观察，2013 (26): 159-161.

Researchand design of production scheduling system for large scale water transfer project

XU Yongbing1, JIN Hongchang2, LI Guiqing1, ZHENG Xin3
(1.Shandong Surveyand Design Institute of Water Conservancy, Jinan 250013, China; 2. Shandong Institute of Water Resources Reconnaissanceand Design, Jinan 250013, China; 3. Shandong Trunk Corp. of the Eastern Route of the South-to-North Water Diversion, Jinan 250013, China)

At present, the production scheduling system of large-scale water diversion projectsare composed by many business subsystems. The production scheduling functionsare scattered in different subsystems. It needs scheduling production personnels switchamong the subsystems. It is cumbersomeand prone to misuse, on the whole is not easy to operation personnel. Based on design of the eastern route of the South-to-North Water Diversion Project in Shandong section of the production scheduling systemasan example, thearticleanalyzesand discusses the construction of the production scheduling system of large water diversion project. The functionsand responsibilities of each positionare combed. And the information system is designed for the production scheduling of water transfer project. The results show that the system can reduce the user's using thresholdand improve the production efficiency.

large scale project; water transfer project; production scheduling; scheduling system interface; functionanalysis; information system; unified user; data exchange

TV68

A

1674-9405(2017)02-0021-05

10.19364/j.1674-9405.2017.02.005

2016-11-07

徐永兵（1981-），男，安徽望江人，工程师，主要研究方向：水利信息化、电气自动化。