一、系统背景
南水北调东线工程是缓解我国中东部地区的水资源供需矛盾、支撑该地区国民经济与社会可持续发展的一项跨流域、长距离的特大型、综合性调水工程。南水北调东线工程山东段供水范围共涉及14个市，共107个县、市、区。供水区面积11.3万km2，覆盖了山东主要的经济发达区和大部分重点城市,占全省国土面积的73.7%。
南水北调东线一期山东段工程主干线自苏鲁省界进入山东省韩庄运河，经台儿庄、万年闸、韩庄三级泵站提水进入南四湖的下级湖，经下级湖湖内航道及东股引河至南四湖二级坝，由二级坝泵站提水进入南四湖上级湖，经湖内航道进入梁济运河，由长沟、邓楼两级泵站提水进入柳长河，再由八里湾泵站提水入东平湖（老湖区），经东平湖后，分两路分别向黄河以北和胶东地区供水。向黄河北供水线路，经穿黄隧洞过黄河，自流进入小运河至临清，一期工程向北经七一、六五河进入大屯水库；二期工程自临清向西经穿卫枢纽工程进入河北，向河北省、天津市供水。向胶东地区供水线路，由东平湖渠首闸引水，经胶东输水干渠输水，向济南市及其以东的胶东地区供水。南水北调东线工程在山东境内分为南北、东西两大输水干线，形成“T”字形输水大动脉，干线长1191.81km。
二、项目建设目标与主要内容
南水北调东线山东段调度运行管理系统建设的总体目标是以山东干线调水业务为核心，以全线自动控制为重点，在应用支撑平台和数据资源管理平台的基础上，运用先进的信息采集技术、自动监控技术、通信和计算机网络技术、数据管理技术、信息应用与管理技术，构建面向东线工程山东段干线公司、管理局和管理处三级的具有个性化水量调度系统、综合会商、信息监测与管理系统和工程管理系统。以现代化的管理观念和工作方式，通过“调度方案最优化、调水过程自动化、远程监控可视化、运维管理信息化、应用系统集成化、数据传输网络化、企业管理现代化、安全保护全面化、应急响应预案化”，实现安全调水、精细配水、准确量水。全面提升各级管理部门的综合信息处理能力，为科学调度、管理和保护水资源，提供科学依据和技术支持。
南水北调东线山东段调度运行管理系统主要建设内容包括水量调度系统、信息监测与管理系统、工程管理系统、综合会商系统、闸（泵）站监控系统等五大部分，其关系图如下图所示：
其中，水量调度业务和闸（泵）站监控系统是核心业务，信息采集系统、信息监测与管理系统、综合会商系统和工程管理系统是辅助性业务。水量调度业务分为日常水量调度业务和应急水量调度业务，日常水量调度业主主要包括年、月、旬及实时调度业务，应急调度业务主要由于用水计划的临时调整或由于沿线水库等当地来水量的临时变化，需要调整调水计划，满足应急供水或农业与生态相机补水的要求。
信息采集系统为信息监测与管理系统、水量调度系统提供数据来源。信息监测与管理系统对工程安全、水质、水情的实时信息进行监测与分析，为水量调度系统、综合会商系统和工程管理系统提供告警异常、评价信息。工程管理系统接收信息监测与管理系统的工程安全评估信息，并将重大突发事件、重大维修养护方案上报至综合会商系统。综合会商系统接收工程管理系统、信息监测与管理系统及其他单位的告警信息，经分析、评价、会商制定处置方案，由水量调度、工程管理、综合办公等系统执行处理。水量调度系统则可接收综合会商决策方案，形成调度指令，由闸（泵）站监控系统执行。
三、应用系统架构
同方股份有限公司作为南水北调东线一期工程山东段调度运行管理水量调度、综合会商、闸（泵）站监控与信息采集系统的承建单位，结合公司在物联网应用和IT信息化方面的建设经验，提出了基于统一信息采集平台的、业务分层的调度运行业务应用系统架构。从需求整体来考虑，山东段干线公司中心、分中心以及管理处的信息数据是在数据展示上分开的，但是逻辑上是统一管理，信息监测和管理系统以及工程管理系统的主要功能实现依赖相关的数据采集和获取，数据采集在本系统中至关重要，而本项目的数据来源有多样性和不确定性：多样性体现在数据来源于异构的数据库、实时上传的数据、移动设备上报的数据、半自动手动批量导入数据、人工输入数据以及外部气息、凌情数据等；不确定性体现在数据类型暂时不能全部明确、数据格式内容还需要具体明确、数据存储方式不明确、数据完整性验证方式不明确、异常数据报警规则可能有多种方式等；基于以上考虑，设计了数据采集接收系统（即统一的信息采集平台）实现各种类型、各种途径数据的多种方式采集和处理，该数据采集接收系统在整个应用系统的设计中非常关键，它既要兼顾到数据的完整性，也要考虑到系统的扩展性，在不修改主体程序的情况下能通过编写驱动等方式实现有效数据的接入，支持各种方式的数据接入。数据采集接收系统（即统一的信息采集平台）同时还要提供统一的数据访问接口、数据推送系统和报警系统。
在保证各种监测数据的有效性、准确性和完整性的基础上通过GIS、web和android等平台来展示、分析处理，为信息监测和管理系统和工程管理系统提供可靠的数据支持。调度运行管理系统的业务应用系统架构图如下图所示：
整个调度运行管理业务应用系统可分为4层：
1、物理层：包括网络环境、硬件系统、操作系统、数据库管理系统等；
2、数据采集子系统：
1)数据接入协议：为不同的数据接入提供数据转换协议和接入系统的方法，可以动态加载和卸载；
2)自动采集数据：有些协议支持的数据需要自动的、定期的由系统自动采集数据；
3)批量数据采集系统：支持半自动化的数据采集，如对人工表格或者PDA离线数据进行批量导入到系统中；
4)人工数据录入系统：支持不同类型数据的人工录入；
5)数据预处理系统：对接入到系统的数据进行初步计算、完整性校验等工作；
6)数据访问接口：提供其他模块访问数据的接口以及访问仪器设备参数接口，并且支持按权限、按组织结构查询、修改数据；
7)数据推送系统：数据双向推送：一方面提供监听注册接口，对需要实时推送数据的模块进行数据推送，另一方面将配置信息远程推送到远程仪器设备上；
8)报警系统：定义报警规则、方式和报警推送方式，对异常数据进行报警。
3、应用支撑层：包括所使用的中间件，如spring等、GIS服务、视频服务和android移动平台；
4、业务层：包括信息监测和管理系统、工程管理系统、综合会商系统。
四、项目进展
按照国家通水目标，自5月25日至6月25日山东段开始试通水，工程所有七级泵站，六大输水河道、干渠，三座调蓄水库，南四湖、东平湖两大调蓄湖泊和穿黄隧洞工程均已试通水运行。东线一期工程于10月份22日开始正式通水试运行，长江水从下游江苏省江都水利枢纽以每秒500立方米的抽水速度北上，送至鲁北、胶东地区，并具备向河北、天津应急供水的能力，水量调度运行管理系统运行正常，初步实现了预期的信息系统监测与管理、自动化数据采集和视频监控等功能。其中：水情监测与管理子系统为调度运行管理系统提供了必要的基础水情数据，当水情发生异常变化时，提供必要的报警功能。水质监测与管理子系统可监测分析交水界面和交叉河流的水质变化情况，实现调度部门优质调水，同时根据变化情况给予相应的报警。视频监控系统可为管理维护人员提供对建筑物、渠道、闸泵运行的可视化管理功能，并根据各级用户的不同操作级别显示不同视频图像，作为信息管理、水量调度和安防控制的监测手段。
山东段工程试运行成功同时实现了长江水穿越黄河这一历史创举，打通了南水北调东线上最为关键的环节，今后长江水和黄河水将实现立交而行，直达中国水资源短缺的北方地区。
本文作者为同方股份有限公司物联网应用产业本部技术总监王丰锦博士