智慧水庫云監(jiān)管平臺的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

韓桂芳，丁天沛，金小雨（.浙江雨川教育咨詢有限公司，浙江 杭州 0000；.天臺縣桐柏電力工程管理局，浙江 天臺 5600；.浙江水利水電學(xué)院水利系，浙江 杭州 0000）

智慧水庫云監(jiān)管平臺的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

韓桂芳1，丁天沛2，金小雨3
（1.浙江雨川教育咨詢有限公司，浙江 杭州 310000；2.天臺縣桐柏電力工程管理局，浙江 天臺 325600；3.浙江水利水電學(xué)院水利系，浙江 杭州 310000）

針對水庫大壩的自動化水平不高、水庫的安全運(yùn)行傳統(tǒng)、庫區(qū)管理安全等級低等情況，結(jié)合云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等，設(shè)計(jì)開發(fā)智慧水庫云監(jiān)管平臺，在黃龍水庫的實(shí)際應(yīng)用表明，提高了水庫的智慧化、標(biāo)準(zhǔn)化管理和運(yùn)行水平。

智慧水庫；云監(jiān)管；大壩自動化；安全標(biāo)準(zhǔn)化

1　建設(shè)背景

水庫大壩的安全運(yùn)行是事關(guān)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重大事項(xiàng)，也是縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。加強(qiáng)庫區(qū)管理提高安全等級是水庫水源地水質(zhì)安全、大壩安全、庫區(qū)防火、偷釣禁游、防汛抗洪的需要。我國歷來對水庫、水源地水質(zhì)及大壩的安全管理和監(jiān)控十分的重視，在《中華人民共和國水法》、《中華人民共和國防汛法》、《安全生產(chǎn)法》等法律中都寫有相關(guān)的條文，此外針對水庫、水源地及大壩的安全管理?xiàng)l例和政策法規(guī)有：《水庫大壩安全管理?xiàng)l例》、《水庫防汛搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案編制大綱》、《小型水庫安全管理辦法》、《水庫大壩安全管理應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》、《飲用水水源保護(hù)條例》等。

但隨著近年來人類活動因素的影響，水庫安全和水源地水質(zhì)受到了極大的沖擊，相應(yīng)的為水庫管理帶來陡然增加的壓力。根據(jù)《浙江省環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃實(shí)施情況中期評估報(bào)告》，浙江省2013年有13個縣級以上水源地水質(zhì)超標(biāo)，全省15％的水源地存在水質(zhì)不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。水源地水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的原因眾多，其中人為的水體污染行為是一項(xiàng)重要因素，而管理不到位又是導(dǎo)致這一行為發(fā)生的重要原因。

為消除上述人為因素造成的水體污染、水質(zhì)下降、安全壓力增加等影響，水庫運(yùn)行管理需改變“重建輕管”的傳統(tǒng)思路，根據(jù)“三分建設(shè)、七分管理”的新要求，采取切實(shí)有效的方法、手段提高水庫工程的安全管理水平，從而保障水庫持續(xù)安全運(yùn)行并發(fā)揮工程效益。這與中央《關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》（2011年）和浙江省委《關(guān)于加快水利工程改革發(fā)展的實(shí)施意見》（2011年）的文件要求一致，同時(shí)這也符合浙江省當(dāng)前正在實(shí)施“五水共治”的發(fā)展戰(zhàn)略。

在此背景下，本項(xiàng)目運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等最新技術(shù)建設(shè)一個智慧水庫云監(jiān)管平臺，為水庫管理部門提供管理技術(shù)支撐，從而更安全、科學(xué)、高效的開展水庫日常運(yùn)行管理。

實(shí)施本項(xiàng)目具有如下意義：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控庫區(qū)，提高庫區(qū)安全等級。通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，可以提高水庫安全防衛(wèi)水平，可查看岸上的物體（如人、獸）是否進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)（如閘門口、大堤上），以及是否存在偷釣、游泳等違反水庫安全管理的行為，或是否有可疑的情況（如有人想要破壞水庫）。還可查看水面上是否有漂浮物（如白色垃圾）、漂流物（如泄漏的原油）的情況。

（2）通過最新技術(shù)隨時(shí)掌握庫區(qū)水位情況。通過移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施庫區(qū)水庫的實(shí)時(shí)監(jiān)測和報(bào)警管理，一旦庫區(qū)水位超過警戒值實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警功能，通知相關(guān)的人員。

（3）集中查詢水庫相關(guān)的數(shù)據(jù)，為防汛決策提供依據(jù)。通過平臺可以實(shí)現(xiàn)水庫水位、雨情及臺風(fēng)路徑實(shí)時(shí)查詢（省廳臺風(fēng)發(fā)布數(shù)據(jù)），便于自如應(yīng)對汛期帶來的影響，做到心中有數(shù)據(jù)，指揮有分寸。

（4）通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線喇叭喊話，等于水庫有一個24 h在場的保安。通過手機(jī)或管理房話筒設(shè)備遠(yuǎn)程調(diào)用庫區(qū)設(shè)置的喇叭進(jìn)行重復(fù)播放，警示非法作業(yè)、險(xiǎn)情等。

（5）實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理。通過安全巡查管理、OA辦公自動化管理等管理系統(tǒng)功能，大大提高水庫內(nèi)部安全運(yùn)行管理水平和管理規(guī)范性，與水利系統(tǒng)目前主推安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化一致。

2　水庫水源地智慧安全管理需求

本項(xiàng)目利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等最新技術(shù)打造一個智慧水庫云監(jiān)管平臺，通過平臺為水庫現(xiàn)有管理業(yè)務(wù)提供技術(shù)支撐，提升智慧化管理水平，實(shí)現(xiàn)水庫水源地的安全運(yùn)行管理和水質(zhì)安全監(jiān)控。

2.1智慧水庫功能需求

（1）全庫區(qū)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。建設(shè)一個圍繞水庫全庫區(qū)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并且需要在最優(yōu)性價(jià)比范圍內(nèi)提供最高質(zhì)量最佳維護(hù)性的視頻監(jiān)控方案，監(jiān)控視頻能夠在手機(jī)端、水庫管理房及管理局內(nèi)部實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控，視頻在高質(zhì)量狀態(tài)下需實(shí)現(xiàn)1個月的連續(xù)存儲。

（2）水庫安全巡查管理。通過全水庫設(shè)置必要的巡檢點(diǎn)，要求每次巡檢必須人到巡檢點(diǎn)，并且可以記錄下巡檢情況，對于異常的巡檢記錄可以通過拍照方式上傳到云端，同時(shí)相關(guān)負(fù)責(zé)人可以及時(shí)接收到巡檢異常情況，以便及時(shí)排除險(xiǎn)情，保障水庫安全運(yùn)行。

（3）水庫遠(yuǎn)程語音喇叭喊話管理。在遠(yuǎn)程視頻發(fā)現(xiàn)有人存在破壞或損害水庫運(yùn)行安全行為時(shí)，通過語音或手機(jī)語音實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的語言喊話功能，實(shí)現(xiàn)嚇阻，提高管理人員的管理效率和及時(shí)程度，并且在一定程度上避免了面對面的沖突，保護(hù)了管理人員的人身安全。

（4）水位實(shí)時(shí)監(jiān)測與智能報(bào)警管理。在手機(jī)端、電腦端都能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的水庫水位查詢，并且可以設(shè)置警戒水位，一旦超過警戒水位則將報(bào)警信息發(fā)送到相關(guān)人員的手機(jī)上（可以以短信或微信方式）。

（5）臺風(fēng)路徑、水雨情實(shí)時(shí)查詢管理。整理省水文數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)臺風(fēng)路徑和水雨情的實(shí)時(shí)手機(jī)查詢。

（6）水庫大壩運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測管理。通過傳感器實(shí)現(xiàn)水庫大壩相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的查詢和智能分析，可以在手機(jī)上查詢水庫位移、沉降等信息。

（7）OA辦公自動化系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^手機(jī)端方便的實(shí)現(xiàn)內(nèi)部管理，包括采購審批、請假審批、日志上報(bào)、出差申請、用車申請等功能。

（8）水庫大壩運(yùn)行日志管理?？梢詫?shí)現(xiàn)水庫大壩的運(yùn)行日志管理，實(shí)時(shí)上報(bào)云端，在手機(jī)上可查詢相關(guān)的日志信息。

2.2水庫監(jiān)控設(shè)置點(diǎn)

水庫監(jiān)控包括了黃龍水庫和原水管理處兩部分的視頻監(jiān)控。

3　總體設(shè)計(jì)方案

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則：技術(shù)設(shè)計(jì)上要保證智慧水庫云監(jiān)管平臺的規(guī)范、穩(wěn)定、安全、可靠，功能設(shè)計(jì)上要保障一定的靈活性、擴(kuò)展性、維護(hù)性等要求，支持系統(tǒng)能夠根據(jù)水電管理的發(fā)展而升級，避免大量、重復(fù)的軟件開發(fā)。具體原則包括：

（1）用戶參與原則

行業(yè)用戶身處一線，了解行業(yè)管理業(yè)務(wù)，掌握如何管理，知道需要什么樣的系統(tǒng)平臺，因此，系統(tǒng)需要考慮用戶參與原則，具體由高層領(lǐng)導(dǎo)對總體方案進(jìn)行決策指導(dǎo)，核心骨干用戶對系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行指導(dǎo)。

（2）可拓展性原則

系統(tǒng)要充分考慮今后平臺業(yè)務(wù)的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要具有高度的靈活性和可擴(kuò)展性，以便于在今后業(yè)務(wù)情況發(fā)展、變化時(shí)，可以根據(jù)應(yīng)用需求的改變而方便地?cái)U(kuò)充和調(diào)整系統(tǒng)功能，滿足新的應(yīng)用需求。

（3）易維護(hù)性原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該便于安裝、升級和維護(hù)，盡可能減少因系統(tǒng)維護(hù)問題對平臺的管理服務(wù)產(chǎn)生影響。

（4）易使用性原則

系統(tǒng)的用戶接口界面設(shè)計(jì)應(yīng)符合用戶已有的操作習(xí)慣，系統(tǒng)操作應(yīng)易學(xué)易用。

（5）安全性原則

系統(tǒng)安全性和保密性對于計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是至關(guān)重要的，系統(tǒng)中的任何數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)錯誤以及數(shù)據(jù)泄露都有可能對公司和相應(yīng)的業(yè)務(wù)客戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以在方案設(shè)計(jì)中要充分考慮系統(tǒng)的安全和保密因素，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)不會被非法修改、竊取、破壞。

（6）穩(wěn)定性原則

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要具有高穩(wěn)定性，系統(tǒng)在正常的訪問使用過程中能夠穩(wěn)定、可靠地進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理。

3.2技術(shù)架構(gòu)方案

本項(xiàng)目的技術(shù)架構(gòu)方案完全采取智慧信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)4層解決方案，從底層硬件感知到上層用戶界面包括了：智能感知層、智能互聯(lián)層、智能計(jì)算層和協(xié)同服務(wù)層，技術(shù)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)4層架構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

整個技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案采用了物聯(lián)網(wǎng)典型4層架構(gòu)模型，感知、互聯(lián)、智能、應(yīng)用，其中感知層是智慧水庫的重要物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施，可以實(shí)現(xiàn)巡查、視頻監(jiān)控、大壩狀態(tài)數(shù)據(jù)的全面獲知，互聯(lián)層可以對接現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡(luò)，智能計(jì)算層建有GIS、數(shù)據(jù)、安全、圖形等各種數(shù)據(jù)模型和算法，平臺具有較高的先進(jìn)性和功能可擴(kuò)展性。

3.3智慧水庫云監(jiān)管平臺功能設(shè)計(jì)

如圖2所示，智慧水庫云監(jiān)管平臺共分為9大系統(tǒng)模塊。這些功能涵蓋了安全管理、安全監(jiān)測、內(nèi)部管理、智能報(bào)警、氣象信息5個領(lǐng)域，通過這些功能協(xié)助水庫管理實(shí)現(xiàn)全范圍智能化提升。

圖2　智慧水庫云監(jiān)管平臺功能結(jié)構(gòu)圖

4　結(jié)束語

通過黃龍水庫的設(shè)計(jì)應(yīng)用可知，該技術(shù)具有先進(jìn)性，水庫的運(yùn)行管理水平將會大大提高。新技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用提高了安全標(biāo)準(zhǔn)化管理水平和運(yùn)行可靠性。

TV737

B

1672-5387（2016）05-0073-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.05.026

2016-04-03

韓桂芳（1972-），女，講師，研究方向：水利水電工程。