大型水庫“智慧水庫”建設(shè)思路探索

陳 翔，余麗華，梅傳貴，蔣 宇

（寧波弘泰水利信息科技有限公司，浙江 寧波 315192）

1 問題的提出

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧水利新時代的到來，大型水庫應(yīng)結(jié)合浙江省水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理總體要求，充分利用現(xiàn)有資源，積極落實智慧水利發(fā)展要求，依托信息化前沿技術(shù)引導(dǎo)水庫管理模式轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)水庫感知、傳輸、應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化和智能化[1]，提升水庫專業(yè)化、精細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化管理能力，構(gòu)建“智慧水庫”一體化管理體系[2]。

大型水庫標(biāo)準(zhǔn)化管理信息化建設(shè)主要是建立水庫標(biāo)準(zhǔn)化運行管理平臺，立足水庫運行臺賬和水庫管理單位日常工作臺賬，實現(xiàn)水庫基礎(chǔ)信息、臺賬信息和實時信息的全面管理。具體建設(shè)任務(wù)主要有以下幾點：

（1）資料整編：對水庫標(biāo)準(zhǔn)化管理涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行整編。

（2）信息采集：對水庫日常工作中的臺賬信息及工程監(jiān)測實時監(jiān)測信息進行采集。臺賬信息主要包括汛前檢查、年度檢查、特別檢查、工程隱患、異常情況、安全監(jiān)測、控制運用等；實時信息主要包括水位、雨量、蒸發(fā)量、流量、工程安全監(jiān)測。

（3）水庫運行管理平臺建設(shè)：以工程日常工作管理業(yè)務(wù)和運行管理業(yè)務(wù)為核心建立運管平臺，圍繞組織管理、工程信息、安全鑒定、工程檢查、監(jiān)測監(jiān)視、維修養(yǎng)護等業(yè)務(wù)工作設(shè)置功能模塊。

（4）運行保障環(huán)境建設(shè)：為水庫運行管理平臺建設(shè)相應(yīng)的保障環(huán)境，主要包括軟件環(huán)境、硬件環(huán)境、安全環(huán)境等。

2 “智慧水庫”建設(shè)思路

“智慧水庫”的建設(shè)應(yīng)充分結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化管理要求，同時結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)打造水庫一體化管控體系[3-5]，完善水庫智能感知體系，構(gòu)建水庫智慧管理平臺，同時建設(shè)相應(yīng)的保障環(huán)境，實現(xiàn)水庫智慧管理。

2.1 完善水庫智能感知體系

大型水庫應(yīng)結(jié)合自身實際，完善水庫自動化監(jiān)測設(shè)施，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)水庫實時信息的采集與傳輸。

（1）水雨情監(jiān)測系統(tǒng)：對水庫流域的降雨量進行實時監(jiān)測，對水庫水位及上下游重要河道水庫進行監(jiān)測，為水庫日常運行和預(yù)報調(diào)度提供基礎(chǔ)水雨情數(shù)據(jù)。

（2）大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)：對水庫大壩壩體變形、滲流、應(yīng)力（應(yīng)變）等信息進行自動采集、分析及預(yù)警，掌握水庫大壩安全性態(tài)。

（3）設(shè)備工情監(jiān)測系統(tǒng)：對水庫發(fā)電設(shè)備、泄洪設(shè)備等運行工況數(shù)據(jù)進行自動采集，包括閘門啟閉狀態(tài)、開度、電站運行狀態(tài)、發(fā)電量、出力等信息，為水庫工程控制及優(yōu)化調(diào)度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（4）視頻立體防控系統(tǒng)：在水庫重要監(jiān)控區(qū)域建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過高低點視頻監(jiān)控攝像頭布控，從不同角度掌握監(jiān)控區(qū)域整體情況及細(xì)節(jié)情況，形成縱覽全局和掌控細(xì)節(jié)的全方位立體化綜合防控系統(tǒng)[6]。

（5）供水監(jiān)測系統(tǒng)：對水庫供水管網(wǎng)的流量等信息進行自動采集，為水庫供水調(diào)度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（6）水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)：對水庫水質(zhì)重要監(jiān)測指標(biāo)進行自動采集。

（7）水量墑情監(jiān)測系統(tǒng)：對水庫的墑情、蒸發(fā)量、流量進行自動化監(jiān)測，為水庫預(yù)報調(diào)度及水資源分析計算提供基礎(chǔ)參數(shù)。

（8）全景圖及無人機航拍：通過全景圖拍攝技術(shù)及無人機航拍技術(shù)實現(xiàn)水庫工程面貌信息的采集，全面、清晰、詳實展示水庫自身及工程所處的地理環(huán)境、周邊設(shè)施等情況，在緊急情況下提供決策支持。

（9）庫區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)：通過智能識別、智能巡更、電子圍欄等技術(shù)形成庫區(qū)安防體系[7-8]，發(fā)現(xiàn)異常情況自動觸發(fā)預(yù)警機制，保障管理區(qū)安全。

2.2 構(gòu)建水庫智慧管理平臺

通過水庫智能數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)服務(wù)的轉(zhuǎn)換，同時結(jié)合三維仿真、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)構(gòu)建水庫智慧管理平臺，提升水庫管理效能，為水庫提供智能決策支持與智慧管理服務(wù)。

（1）智能數(shù)據(jù)服務(wù)。構(gòu)建水庫智能數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)服務(wù)的轉(zhuǎn)換。水庫各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分散，通過智能數(shù)據(jù)服務(wù)，將多源多格式數(shù)據(jù)快速高效地匯集至標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)務(wù)需求進行智能化數(shù)據(jù)清洗及預(yù)處理，并提供具有查詢、統(tǒng)計水利數(shù)據(jù)信息功能的API服務(wù)接口。同時可通過標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)服務(wù)接口實現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的資源交互共享，提升信息資源利用效率和應(yīng)用能力。

（2）智能仿真模擬。構(gòu)建水庫大壩三維安全展示模型及庫區(qū)三維場景模型，模擬各監(jiān)測點的實時工況，還原水庫真實面貌。根據(jù)預(yù)測的降雨和實際地形情況，結(jié)合水利模型計算，形成水庫洪水演進過程，實現(xiàn)三維潰壩模擬及下游淹沒分析等動態(tài)模擬[9]。

（3）智能診斷預(yù)警。建立大壩安全診斷評估系統(tǒng)，實現(xiàn)水庫大壩安全狀況智能診斷分析?；诖髩伪O(jiān)測三維在線模擬、洪水過程模擬演進等，對水庫當(dāng)前運行情況進行智能診斷，提出興利最優(yōu)、安全最優(yōu)等多種解決方案。并結(jié)合多種信息化手段，實現(xiàn)水庫重要運行信息及預(yù)警信息的自動推送及發(fā)布。

（4）智能決策調(diào)度。利用自動預(yù)報調(diào)度等先進技術(shù)，構(gòu)建水庫水資源調(diào)配、防汛減災(zāi)、工程調(diào)度于一體的大數(shù)據(jù)智能決策平臺，滿足水庫智能決策需求，結(jié)合水庫數(shù)據(jù)大屏進行綜合展示，有效提高業(yè)務(wù)管理水平和管理效率。

（5）智慧工作平臺。構(gòu)建水庫綜合管理智慧工作平臺，結(jié)合PC端及移動端，實現(xiàn)水庫綜合業(yè)務(wù)一體化、多終端同步管理，滿足水庫組織管理、工程信息、工程檢查、監(jiān)測監(jiān)視等各類日常業(yè)務(wù)需求，提高水庫精細(xì)化管理水平。

2.3 建設(shè)水庫運行保障環(huán)境

通過通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、會商中心、工程集控中心、安全體系的建設(shè)，為水庫各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行提供基礎(chǔ)、安全、穩(wěn)定的保障環(huán)境。

（1）通信網(wǎng)絡(luò)。圍繞水利現(xiàn)代化數(shù)據(jù)交換、共享、監(jiān)控信息傳輸、視頻會商等業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，構(gòu)建水庫政務(wù)專網(wǎng)、工控網(wǎng)、視頻監(jiān)控專網(wǎng)、視頻會議專網(wǎng)。對內(nèi)形成各專網(wǎng)間的物理隔離，對外可連接上級主管部門、電子政務(wù)網(wǎng)、防辦視頻會商專線和互聯(lián)網(wǎng)等。

（2）數(shù)據(jù)中心。構(gòu)建水庫數(shù)據(jù)中心，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化機房，并配套相應(yīng)的軟硬件設(shè)施，水庫應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源，避免重復(fù)建設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)內(nèi)容主要包括機房裝修工程、配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等。同時應(yīng)配備主機及存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、數(shù)據(jù)備份設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)等相應(yīng)的軟硬件設(shè)施。

（3）會商中心。會商中心系統(tǒng)包括大屏幕顯示、視頻會議、會議擴聲、數(shù)字會議、集中控制等子系統(tǒng)。

（4）工程集控中心。工程集控中心是水庫日常工作值守的主要區(qū)域，可以滿足日常水雨情、工情、視頻監(jiān)控、小規(guī)模工作討論、防汛值班等功能。集控中心系統(tǒng)包括大屏幕顯示、會議擴聲、集中控制及配套設(shè)施等子系統(tǒng)。

（5）安全體系。主要包括物理安全、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全。系統(tǒng)運行的物理環(huán)境是保證安全的前提，機房物理環(huán)境應(yīng)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。綜合采用防火墻技術(shù)、入侵檢測技術(shù)、身份認(rèn)證技術(shù)等保證網(wǎng)絡(luò)安全。通過數(shù)據(jù)加密、權(quán)限控制、日志和安全審計等技術(shù)保障應(yīng)用安全。數(shù)據(jù)安全包括數(shù)據(jù)傳輸、存儲、訪問、處理的安全，同時應(yīng)做好數(shù)據(jù)的備份容災(zāi)。

3 結(jié) 語

在水利工程標(biāo)準(zhǔn)化和“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧水利的大背景下，通過結(jié)合浙江省水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理信息化建設(shè)要求，提出大型水庫建設(shè)“智慧水庫”的總體思路，完善水庫智能感知體系，構(gòu)建水庫智慧管理平臺，同時建設(shè)相應(yīng)的保障環(huán)境，通過先進的信息化技術(shù)手段切實提高水庫的管理效能和現(xiàn)代化管理水平，充分發(fā)揮水庫社會效益和經(jīng)濟效益。