连云港港口设施数字化综合管理平台建设的顶层设计

港口科技・中国港口协会科学技术奖优秀成果　连云港港口设施数字化综合管理平台　建设的顶层设计　寇黎瑛　杜磊　王志国　杨凯　龚剑　（１．交通运输部天津水运工程科学研究　院，天津３００４５６；　２．连云港市港口公共基础设施管理中心，　江苏连云港２２２０４２）　摘要：为规范和指导连云港港口设施数字化综合管理平台建设工作，开展平台建设的　顶层设计。利用信息工程方法论，按照信息工程、软件工程的标准规范进行信息资源规　划，建立１４个数据标准和开发规范。这些标准、规范是连云港市港口设施维护信息化　建设的指导性文件。　关键词：港１：７；港口设施管理；顶层设计；信息资源规划　Ｔｏｐ－Ｌｅｖｅｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｐｏｒｔ　Ｆａｃｉｌｉｔｙ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｎ　Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ　Ｐｏｒｔ　ＫＯＵ　Ｌｉｙｉｎｇ　，ＤＵ　Ｌｅｉ　，ＷＡＮＧ　Ｚｈｉｇｕｏ　，ＹＡＮＧ　Ｋａｉ　，Ｇ０ＮＧ　Ｊｉａｎ　ｆ１．Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＭＯＴ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００４５６，　Ｃｈｉｎａ；　２．Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ　Ｐｏｒｔ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ　２２２０４２，　Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｐ—ｌｅｖｅｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｔｏ　ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅ　ａｎｄ　ｇｕｉｄｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｒｔ　ｆａｃｉｌｉｔｙ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｎ　Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ　Ｐｏｒｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ．Ｆｏｕｒｔｅｅｎ　ｄａｔａ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ａｎｄ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｓｅｔ　ｕｐ．Ｔｈｅｓｅ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｇｕｉｄａｎｃｅ　ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｐｏｒｔ　ｆａｃｉｌｉｔｙ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｔ；ｐｏｒｔ　ｆａｃｉｌｉｔｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｔｏｐ・ｌｅｖｅｌ　ｄｅｓｉｇｎ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　港口科技・中国港口协会科学技术奖优秀成果　０引　言　连云港地处中国沿海中部的海州湾西南岸、　江苏省的东北端、中国万里海疆的中部，处于承东　启西、连南通北的重要战略位置。由于连云港港为　横贯中国东西的铁路大动脉——陇海、兰新铁路　的东部终点港，被誉为新亚欧大陆桥东桥头堡和　新丝绸之路东端起点，是中国中西部地区最便捷、　最经济的出海口。　在交通运输部和江苏省人民政府联合批复的　《连云港港总体规划》中，港口规划岸线１００．７　ｋｍ，　自北向南布局前三岛、赣榆、连云、徐圩和灌河等　５大港区，形成“一体延伸、两翼拓展、功能互补、　错位发展”的格局。　随着“一体两翼”组合大港建设的快速推进，　３０万吨级深水航道、旗台防波堤以及东、南疏港　公路等一大批港口公共基础设施的投入使用，如　何对这些设施进行规范、科学的管理，不仅是港口　运营和行业管理的需求，也是连云港港转变发展　方式、打造核心竞争力的需要。　在港口设施管理的信息化发展程度上，大型　港口之间、大小港口之间也存在着较大不平衡，例　如：有些港口自２１世纪初就建立设施技术台账，　开发建设港口设施信息管理系统；有些港口至今　仍采用纸质账簿或Ｅｘｃｅｌ表格进行设施台账管　理；某些港口甚至从未建立设施台账，广泛分布在　港区的设施处于监管空白状态。　西方发达国家的港口设施维护管理信息化工　作开展较早，到目前为止基本已经实现信息化，正　在向智能化方向发展。例如日本的典型大港早在　２Ｏ世纪９Ｏ年代就开展港口设施信息化技术研究　工作，将台账管理、地理信息管理应用于设施管理　中，开展设施数字化档案管理系统和设施管理信　息系统的开发应用工作，信息化手段的应用使港　口设施管理效率大幅提高，设施维护更加精细化、　精准化。　连云港港口设施管理信息化建设工作正在探　索中前行，信息化发展的整体框架尚不明确，导致　省市间、连云港市港口公共基础设施管理中心与　港口企业各业务领域间信息化建设不协调，信息　难以共享。要改变现状，须借助信息化手段规范管　理、提高效率，遵照系统工程、信息工程、软件工程　理论，按照统一领导、统一规划、统一标准的原则，　・２　・　有计划、有步骤、有原则地进行信息资源规划，理　清发展思路，选择合理的发展路径，提高信息化建　设应用实效，促进连云港市港口设施信息化整体　水平的提升。　１　顶层设计　１．１顶层设计的内涵　顶层设计是用系统论的方法，从全局视角，以　信息资源规划为核心，对项目建设的各方面、各层　次、各要素进行统筹考虑，协调各种关系，确定目　标，选择实现目标的具体路线，确定正确的战略、　战术，并适时调整，规避可能导致失败的风险，提　高效益、降低成本。　１．２顶层设计的基本原则　（１）全局考虑、适度超前。综合考虑行业各级　部门的应用需求，强调由局部上升为整体，全面系　统地反映设施管理信息化建设的各个方面，统一　规划，适度超前。　（２）突出重点、面向实际。全面梳理设施管理　业务现状和信息化需求，紧紧围绕战略目标和业　务核心，以满足业务需求为宗旨，突出设计的针对　性和实用性，强调可操作性是第一要义。　（３）开放兼容、精细设计。按照规范化、标准　化、系统化的要求，由浅入深地精细化设计，注重　各种资源的有机集成，综合业务管理与信息技术　应用，注重系统内外部、行业内外部的逻辑关系。　（４）资源共享、安全可靠。既要考虑各单位、各　部门之间信息共享的迫切需要，符合未来发展趋　势，也要严格遵照国家有关安全保密的法则，保证　信息安全可靠。　２平台信息资源规划　２．１信息资源规划目标　连云港港口设施数字化综合管理平台信息资　源规划的主要目标是立足于连云港市港口设施行　业管理的高度，优先设计好数字化信息资源框架　架构，统领规划业务架构和数据架构，梳理定义行　业业务模型、业务流程、业务数据流图等，明确数　据对象及其关系，定义数据标准及编码规范，为形　成区域性港口设施维护领域一数一源的基础性、　全局性数据奠定基础。　信息资源规划可使各级管理者了解、掌握信　息资源的分布状况，在管理层面上实现对行业信　息资源的统一有效组织和管理规划，避免重复建　设，并逐步建立行业信息资源长效共享机制，以实　现行业信息资源的共享和整合应用，促进行业信　息化建设统筹协调发展。　通过信息资源规划，连云港市港口设施维护　管理数据被划分为若干面向主题的数据域，每　个主题域是基于业务环境视角而设计的，并不　直接反映现有业务系统的实际数据状况，因此　定义各类业务对象的抽象属性及逻辑关系的理　想模型。　２．２信息资源规划原则　信息资源规划质量的高低从根本上决定数据　资源库的优劣。在进行信息资源规划时，秉承以需　求为导向，以建模为支撑，以应用为目的的指导思　想，并坚持以下原则：　（１）命名规范。以国家或交通运输行业的数据　标准命名规范为蓝本，编制本系统数据库规范，对　数据库对象命名进行约束。命名规范还要充分考　虑跨行业数据对接交换的通用性。　（２）设计规范。遵循关系数据库的规范化理　论，按照第三范式的要求进行库表设计。数据库的　定义描述结构应着眼总体设计，向量要素属性丰　富，表图层次多样、清晰。在特殊情况下，例如考虑　性能等因素，可适当采用有限的数据冗余。　（３）统一数据模型。本平台建设中所有应用系　统均采用全局统一的数据模型，并共享使用底层　的基础数据模型和业务数据模型。　（４）公共代码。遵循行业编码规范，保障业务　可持续发展与行业内相关系统保持数据一致性。　２．３信息资源规划内容　连云港港口设施数字化综合管理平台信息资　源规划利用信息工程方法论（ＩＥＭ），按照信息工　程的方法步骤，遵循信息工程、软件工程的标准规　范，紧密结合港口设施维护管理特点，对设施台账　管理子系统、设施维护工程管理子系统、设施巡检　应急管理子系统、设施地理信息管理子系统、设施　管理决策支持子系统和系统设置管理等６个职能　区域的业务流程进行全面深入的分析、梳理，制定　港口设施维护管理信息资源基础标准，规范化表　达企业运作层、管理层、决策层信息需求，规范全　部数据元素、用户视图（各种表格），结合企业发展　战略识别全系统的数据模型、功能模型，规划数据　模型间的关联关系。　港口科技・中国港口协会科学技术奖优秀成果　总体规划包括：分析识别业务过程３０个；分　析识别业务活动１４８个；规范全系统用户视图５７　个；规范全系统数据元素４７１个，识别定义主题数　据库２３个、数据库基本表８０个；识别定义全系统　功能模型３０个；识别定义全系统体系结构及数据　共享关系；识别编码对象２２个；制定港口设施维　护管理信息化集成开发规范１４个。信息资源规划　开发规范见表１。　表１　信息资源规划开发规范　序号　文档　文档名称　１　信息资源规划文档１　职能域与外单位　２　信息资源规划文档２　业务流程　３　信息资源规划文档３　职能域业务模型　４　信息资源规划文档４　用户视图；ｒ－总　５　信息资源规划文档５　系统功能模型　６　信息资源规划文档６　平台功能示例　７　信息资源规划文档７　主题数据库　８　信息资源规划文档８　基本表一览表　９　信息资源规划文档９　基本表组成　１０　信息资源规划文档１Ｏ　子系统数据模型　１１　信息资源规划文档１１　数据元素／项一览表　１２　信息资源规３ｔ，ｊ文档１２　数据元素在数据库中的分布　１３　信息资源规划文档１３　全系统编码对象　１４　信息资源规划文档１４　全系统功能模型　这些规范是港口设施维护管理业务的规范化　反映，是流程重组、信息化建设的蓝图和指导性文　件，对连云港市港口公共基础设施管理中心港口　设施维护全面实现管理信息化起到重要作用。　３平台顶层架构设计　３．１平台总体架构　连云港港口设施数字化综合管理平台总体架　构划分为基础层、数据层、应用层和用户层等４个　层次，并由信息资源规划、技术标准、系统安全方　案和运行维护保障系统等提供整体支撑，见图１。　（１）基础层。主要包括平台正常运行所需要的　硬件环境、软件环境、操作系统和网络环境。　（２）数据层。主要包括港口基本数据库、应用　数据库和空间数据库等３大专题数据库，各专题　数据库下又由多个子数据库组成。　（３）应用层。主要包括台账管理、维护管理、巡　检应急、地理信息和决策支持等５个模块的多项　应用服务功能。　・　・　港口科技・中国港口协会科学技术奖优秀成果　圈　数据库群　囡应用数据库　圆空间数据库　　一黑一　困　基础数据库　港　港　港　设　设　设　设　设　设　突　维　设　统　口　口　口　施　施　施　施　施　施　发　护　施　计　标　准　港　航　设　电　子　海　图　信　信　信　信　信　信　信　信　信　信　信　信　信　数　港　管　企　技　管　技　检　日　工　事　计　大　分　区　理　业　术　理　术　钡ｄ　常　程　件　划　修　析　基　害氍　管　档　识　状　评　巡　台　处　资　报　数　础　门　理　案　别　态　估　检　账　置　金　废　据　道　施　区　水　地　地　深　息　息　息　息　息　息　息　息　息　息　息　息　息　形　钡４　图　量　数　数　据　据　据　理　位　置　数　据　囡图１平台总体架构　　（４）用户层。本平台的目标用户为港口管理局、　３．３应用架构设计　区县分局、公管中心以及港口企业等，采用严格的　用户身份管理和权限分级管理机制。　３．２系统体系结构设计　连云港港口设施数字化综合管理平台是集港　口设施数据填报、管理以及分析、统计与应用于一　体的综合性系统。系统的用户既有专业技术人员，　连云港港口设施数字化综合管理平台应用架　构由台账管理子系统、维护管理子系统、巡检应急　子系统、地理信息子系统及决策支持子系统等组　成，见图２。　台账管理子系统包括港口基本信息管理、公　共设施技术台账、企业设施技术台账、设施技术档　也有业务管理人员，还有各级决策人员。系统应用　的范围遍布管理部门和企业的各个层面，针对这　案管理和政策法规技术标准等模块。　维护管理子系统包括航道维护Ｔ程管理、公　共设施维护管理、企业设施维护管理、设计施工监　种复杂的应用对象，系统功能应满足专业处理的　高效率、高速度要求，还应满足多接人、服务广泛　的要求。因此，系统架构采用Ｂ／Ｓ模式。Ｂ／Ｓ是　Ｂｒｏｗｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ的缩写，客户机上只要安装１个浏　理单位管理等模块。　巡检应急子系统包括设施日常巡检管理、设　施突发事件管理、设施大修报废管理、设施维护监　督管理和检测评估单位管理等模块。　览器（Ｂｒｏｗｓｅｒ），例如Ｎｅｔｓｃａｐｅ　Ｎａｖｉｇａｔｏｒ或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｅｘｐｌｏｒｅｒ等，服务器安装Ｏｒａｃｌｅ，Ｓｙｂａｓｅ，Ｉｎｆｏｒｍｉｘ或　ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ等数据库。在这种结构下，一部分事务　逻辑在客户端前端实现，但主要事务逻辑在服务　器端实现。浏览器通过Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｅｒ与数据库进行　地理信息子系统包括港区地图显示操作、设　施地理位置查询、台账与地图双向交互、航道水深　浅点判定和航道水深查询分析等模块。　决策支持子系统包括设施台账数据汇总、设　数据交互。Ｂ／Ｓ最大的优点就是可以在任何地方进　行操作而不用安装任何专门的软件，只要有１台　能上网的电脑就能使用，客户端零维护，系统的扩　展非常容易实现。　・施技术状态统计、设施维护信息汇总及设施综合　统计报告等模块。　３．４数据架构设计　根据各业务应用系统所需数据资源的属性　４・　港口科技・中国港口协会科学技术奖优秀成果　图２平台应用架构　和使用要求，并按照相关技术要求，建设３大数　据库。　３．４．１基础数据库　作应以信息资源规划为龙头，周密制定建设方案，　以此作为确定建设项目的依据，按照分类指导、分　布实施原则，扎实稳妥地推进规划实施＿丁作。　４．１．２需求导向，注重效能　连云港港口设施数字化综合管理平台建设必　基础数据库包括港口基本信息、港区基本信　息、作业区基本信息、港口管理部门基本信息、港　口经营人基本信息、港口设施基本信息、岸线资源　信息、水运工程设计单位基本信息、水运工程施工　单位基本信息、水运工程监理单位基本信息、检测　评估单位信息和港口设施技术档案信息等ｌ２类　数据库。　３．４．２应用数据库　须以解决行业中存在的突出问题和矛盾为切入　点，将信息技术与行业管理和服务充分融合，并坚　持需求与效能并重，积极推进效能优先的绩效管　理，建立起绩效考核与信息化投资预算的反馈机　制，为信息化投资决策提供科学依据。　４．１＿３机制创新，长效运行　应用数据库包括港口设施技术台账信息、岸　连云港港口设施数字化综合管理平台建设工　线资源申请信息、港口设施维护工程台账信息、港　口设施维护计划信息、港口设施维护资金信息、港　口设施维护开工备案信息、港口设施维护竣工验　收信息、港口设施维护大修信息、港口设施维护报　作必须充分认识到机制创新的重要性，通过加强　领导和组织协调，建立、完善信息采集、共享、更　新、维护机制和配套的规章制度，在保障信息化长　效运行方面做出积极探索。　４．２总体目标　废信息、港口设施日常巡检信息、港口设施技术状　态评定信息、港口设施安全突发事件信息和港口　设施统计分析数据等１３类数据库。　３．４＿３地理空间数据库　地理空间数据库包括标准电子海图数据、港　区地形图数据、航道水深测量数据和设施地理位　置数据等４类数据库。　４建设实施　根据连云港公共港口设施分布及设施维护管　理的特点，利用先进的数据库技术、网络地理信息　技术，开发连云港港口设施数字化综合管理平台，　实现连云港港口设施维护管理业务的数字化应用　操作，并将港口业务数据与相关地理信息空间数　据进行关联，实现港口设施地理位置分布的图形　化查询显示，实现基于港口设施基础数据的统计　分析和决策支持。　（１）重点掌握连云港港公共航道、防波堤、锚　４．１　建设原则　４．１．１规划引领，统筹推进　连云港港口设施数字化综合管理平台建设工　地、疏港公路、桥梁及隧道等主要公共设施维护管　（下转第３６页）　・　５　・　港口科技・科研与技革　至能将所有空压机停止。根据该港口每月能耗数　据，在空压机控制系统投入使用后，该港口空压机　能耗由０．２５２　ｋＷ・ｈ／ｔ下降至０．２０４　ｋＷ・ｈ／ｔ，节能降　耗效果明显。　６结语　综合运用ＰＬＣ控制技术、Ｐｒｏｉｆｂｕｓ现场总线　（上接第５页）　理资料和涵盖港口其他设施（码头泊位、港池、港　区道路、堆场、仓库、铁路及运输管道等）的维护管　理资料，实现港口公共基础设施和企业设施维护　计划管理、资金预算管理、安全事件管理、大修报　废管理、维护工程过程管理及技术状态评定等业　务流程信息化。　（２）通过图形化、数字化、可视化的方式实现　对连云港港口基础设施资源的直观展示和集约　化、动态化管理。　（３）通过港口设施数字化综合管理功能，可探　寻设施状态特征、发现隐患规律、提供预测预警，　以信息作为引导，为管理决策提供强有力的数据　支撑工具。　（４）平台提供的决策支持功能为连云港港口　设施管理水平和效能的提高、港口监督管理信息　化水平的提升和智慧港口、平安港口的建设提供　必要的数据和技术支撑。　４．３风险及应对措施　连云港港口设施数字化综合管理平台基础　数据规模大、建设进度要求高，涉及连云港市港　口管理局、连云港市港口公共基础设施管理中　心、赣榆分局、灌南县港口管理局、灌云县港口　管理局、徐圩新区管委会和市辖区全部港口企　业等。为确保工程顺利实施，需要对项目可能产　生的风险进行识别和分析，并采取相应的措施，　消除或降低风险带来的不良影响，确保建设目　标的实现。　４．３．１组织风险对策和管理措施　为了降低因为涉及部门多、业务多、时间紧、　任务重给工程组织带来的建设质量和实施进度风　险，建设单位应加大自身管理能力的培训，提高自　身素养。同时，建设单位应根据项目组织方式，严　格按照工程界面落实各项工程建设任务责任制，　・３６・　技术和工业以太网技术，对某港口的空压机控制　系统进行自动化改造，实现就地联控和远程监控。　新的空压机控制系统根据管网压力自动调节空压　机的启动和停止，解决空压机系统输出功率与实　际负载功率难以相匹配的问题。实践证明，改造后　的空压机控制系统具有运行稳定、控制准确、可移　植性强等优点，取得良好的经济效益和社会效益。　综合调动项目建设工作组的积极性，加强组织协　调，保证工程质量和进度。　首先，按照软件工程管理的思想，制订详细的　工程建设进度表。其次，从软件需求、概要设计、详　细设计到系统编码进行全过程的跟踪和测试。再　次，制订详细的工程实施方案，建立定期／不定期　工程例会制度。　４．３．２数据采集风险对策和管理措施　为了降低数据采集带来的系统运行风险，在　工程的实施与系统运行维护过程中，应积极探索　并建立一套数据采集的保障机制。在系统开发过　程中，应重视后台功能的设计，尽可能从源头上降　低人工录入错误的概率。系统建成后，按照数据采　集责任主体的要求，建设单位数据维护人员、数据　上报单位数据维护人员应加强数据源管控和数据　采集质量管理。　４．３．３长效运行风险对策和管理　数据的及时、准确、全面获取，应用系统的正　常运行管理及需求变更的及时调整等各种机制的　建设是确保系统长效运行的根本，应尽快制定相　应的数据采集机制、系统运行维护机制及人员培　训计划等，加强运维队伍的建设。　５结语　为了开展连云港港口设施数字化综合管理平　台建设的顶层设计研究，利用信息工程方法论　（ＩＥＭ），按照信息工程的方法步骤，遵循信息工　程、软件工程的标准规范，按照统一领导、统一规　划、统一标准的原则，有计划、有步骤、有原则地进　行信息资源规划，建立相应的数据标准和开发规　范。这些标准、规范是连云港市港口设施维护信息　化建设的蓝图和指导性文件，并在平台建设实施　中起到关键作用。