基于水庫標(biāo)準(zhǔn)化管理的信息平臺研究與建設(shè)

戴春祥 朱承明 段科萍

摘 要：為更好地推動工程管理標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，實現(xiàn)水利現(xiàn)代化發(fā)展目標(biāo)，大溪水庫以強化水庫安全管理為重點，不斷完善水庫信息化功能體系，著力構(gòu)建現(xiàn)代化的水庫智能管理信息系統(tǒng)，建立了大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、洪水預(yù)報系統(tǒng)和“智慧大溪”信息系統(tǒng)。涵蓋安全監(jiān)測、水雨情信息、洪水預(yù)報、工程監(jiān)控、運行調(diào)度、工程管理、水政管理、水文信息、科技檔案及辦公自動化等水庫管理業(yè)務(wù)，改變了傳統(tǒng)的水庫管理模式，提高了水庫工程管理現(xiàn)代化水平，初步實現(xiàn)了水庫管理的信息化和標(biāo)準(zhǔn)化。

關(guān)鍵詞：水庫工程 信息化 智能水庫 信息管理平臺 調(diào)度系統(tǒng) 巡檢系統(tǒng) 系統(tǒng)研究

溧陽市大溪水庫（以下簡稱大溪水庫）位于溧陽市西南部低丘陵山區(qū)，工程于1958年興建，后經(jīng)三次較大規(guī)模續(xù)建，2009年進(jìn)行除險加固改造，是一座以防洪、灌溉、供水為主，結(jié)合水生態(tài)保護(hù)的大（Ⅱ）型水庫。水庫總庫容11280萬m3，設(shè)計水位15.48m（青島基面，下同），校核水位15.98m，防洪面積200km2，設(shè)計灌溉面積50km2，城鎮(zhèn)年供水2000萬m3。工程設(shè)有主壩一座，全長475.0m，副壩一座，全長210.0m，為均質(zhì)土壩。主壩溢洪閘1座，共3孔，閘孔總凈寬3×2.5m，設(shè)計最大泄洪流量120m3/s，配弧形鋼閘門3扇，采用3臺400kN固定卷揚式啟閉機，另有灌溉涵洞3座。

大溪水庫致力于工程管理的規(guī)范化、制度化、科學(xué)化，積極探索工程管理標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、信息化、現(xiàn)代化，建立了較為規(guī)范、系統(tǒng)的工程管理體系。近年來，大溪水庫利用工程除險加固、管理考核等機遇，以強化水庫安全管理為重點，以水庫信息化建設(shè)為突破，著力構(gòu)建現(xiàn)代化的水庫智能管理信息系統(tǒng)，建立了大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、洪水預(yù)報系統(tǒng)和“智慧大溪”信息系統(tǒng)。涵蓋安全監(jiān)測、水雨情信息、洪水預(yù)報、工程監(jiān)控、運行調(diào)度、工程管理、水政管理、水文信息、科技檔案及辦公自動化等水庫管理業(yè)務(wù)。另外，通過GPS、GIS、RS“3S”技術(shù)，為水庫日常管理提供移動巡查、網(wǎng)上辦公、在線監(jiān)測、水文監(jiān)測、考核評價等功能，改變了傳統(tǒng)的水庫管理模式，提高了大溪水庫工程管理、水文信息、防汛決策等管理任務(wù)和現(xiàn)代化水平，初步實現(xiàn)了水庫管理的標(biāo)準(zhǔn)化和智能化。2017年11月，大溪水庫高分通過國家級水利工程管理單位考核驗收。

1.項目研究背景

水利是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)的基礎(chǔ)和保障。由于我國水資源在時間和空間分布上極不均衡，水庫作為國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)設(shè)施，肩負(fù)著防汛減災(zāi)、水資源管理以及改善水環(huán)境等重任，在區(qū)域防洪、興利、供水、灌溉等方面發(fā)揮的作用十分重要。孫振剛等根據(jù)2013年全國第一次水庫普查數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明我國已擁有10萬m3及以上水庫大壩9.8萬余座。雖然近10年來我國進(jìn)行了大規(guī)模的病險水庫除險加固，但是由于水庫管理工作是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，面廣點多，內(nèi)容復(fù)雜，水庫的大壩安全運用仍是水庫管理的重點。新時期，水利行業(yè)以推進(jìn)大壩在線監(jiān)測、水雨情預(yù)報、洪水預(yù)報模型等信息化手段，強化水庫安全管理，提高了水庫行業(yè)整體安全管理水平。針對水庫管理面臨著從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利方向轉(zhuǎn)變的迫切需要。葛從兵等以實現(xiàn)水庫科學(xué)調(diào)度為研究重點，探討了水庫信息化的可行性和信息化的內(nèi)容;馮愛斌分析了黃壁莊水庫的信息化建設(shè)成果提出了水庫應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的重點、組織管理和發(fā)展方向;陳喜從水庫工程信息化系統(tǒng)構(gòu)建出發(fā)，再對信息化技術(shù)在水庫工程的具體運用進(jìn)行了研究;張力分析了水庫信息化建設(shè)中的一些問題，并針對問題提出了一些加強水庫工程信息化建設(shè)的措施;孔祥芹基于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對水庫工程管理信息化建設(shè)提出了一些建設(shè)性的意見。由這些研究可見水庫管理單位亟需通過水利信息化建設(shè)，改變傳統(tǒng)的工程管理模式，從而實現(xiàn)水庫信息化、自動化，繼而實現(xiàn)智能化，為此，推進(jìn)水庫信息管理系統(tǒng)平臺研究與應(yīng)用非常必要。

2.信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

大溪水庫信息化經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，取得了明顯成效，2014年初步建成了包括：大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、洪水預(yù)報系統(tǒng)等3項業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)。2017年，通過對水庫日常管理任務(wù)的梳理，結(jié)合水庫標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，又開發(fā)了服務(wù)水庫綜合業(yè)務(wù)的“智慧大溪”信息系統(tǒng)。同時，對原有3個系統(tǒng)進(jìn)行了整合與優(yōu)化，使大溪水庫形成了目前以大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、洪水預(yù)報系統(tǒng)、“智慧大溪”信息系統(tǒng)等4個核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)為主要架構(gòu)的信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)涵蓋了水庫安全監(jiān)測、水雨情信息、洪水預(yù)報、工程監(jiān)控、運行調(diào)度、工程管理、水政管理、水文信息、科技檔案及辦公自動化等業(yè)務(wù)應(yīng)用。尤其是針對水庫日常業(yè)務(wù)管理研發(fā)的大“智慧大溪”信息管理系統(tǒng)，對其他水庫工程管理信息化建設(shè)具有很好的借鑒價值。大溪水庫信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.信息系統(tǒng)設(shè)計

3.1 綜合信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大溪水庫研發(fā)的“智慧大溪”信息系統(tǒng)整合現(xiàn)有的大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、水雨情實時數(shù)據(jù)、溢洪閘閘門啟閉數(shù)據(jù)、移動巡檢實時數(shù)據(jù)、水庫設(shè)施定位和水庫基本特征等數(shù)據(jù)，通過綜合信息數(shù)據(jù)匯總實時展示水庫各業(yè)務(wù)開展情況和成果，為工程管理人員快捷、高效、準(zhǔn)確的作出決策與判斷，提供實時的科學(xué)依據(jù)，從而全面提高了水庫日常管理的效率與水平?！爸腔鄞笙毙畔⑾到y(tǒng)包括：綜合展示、移動巡查系統(tǒng)、信息化管理和后臺管理四個子系統(tǒng)?！爸腔鄞笙毙畔⑾到y(tǒng)結(jié)構(gòu)所圖2所示。

3.2 綜合信息系統(tǒng)功能

“智慧大溪”信息系統(tǒng)主要包括：綜合展示系統(tǒng)、移動巡查系統(tǒng)、信息化管理系統(tǒng)和后臺管理等四個子系統(tǒng)。

3.2.1 綜合展示子系統(tǒng)

“智慧大溪”綜合展示子系統(tǒng)主要包括：氣象信息、水雨情數(shù)據(jù)、巡查監(jiān)控、設(shè)備管理和工程概況5個功能模塊。該系統(tǒng)融合大溪水庫水雨情實時數(shù)據(jù)、水庫閘門開閉實時數(shù)據(jù)、移動巡查監(jiān)控、水庫設(shè)施定位和水庫基本特征數(shù)據(jù)，通過各類輸出終端以及移動終端，實時展示水庫各業(yè)務(wù)開展情況，集中展示大溪水庫工程管理以及信息化建設(shè)成效。“智慧大溪”系統(tǒng)功能如圖3所示。

3.2.2移動巡查子系統(tǒng)

移動巡查系統(tǒng)主要包括：工程巡查、水行政巡查、應(yīng)急巡查和巡查查詢4個功能模塊。為運行人員提供移動巡查手段，實時記錄巡查軌跡和巡查記錄，并可以上傳大溪水庫信息化管理后臺系統(tǒng)，包括執(zhí)法巡查、涉水建設(shè)項目管理等。為日常巡查管理和水庫管理層監(jiān)督考核提供科學(xué)的管理數(shù)據(jù)。移動巡查系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)所圖4所示。

3.2.3信息化管理子系統(tǒng)

信息化管理子系統(tǒng)主要包括：水雨情、工程管理、視頻監(jiān)控、工程調(diào)度、安全管理、檔案管理、水生態(tài)保護(hù)、白蟻防治和學(xué)習(xí)題庫9個功能模塊。該子系統(tǒng)是“智慧大溪”系統(tǒng)的核心，功能業(yè)務(wù)模塊緊扣水庫標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)內(nèi)容設(shè)置。該子系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)模塊滿足現(xiàn)有各類水庫信息化管理需求，基本覆蓋了大溪水庫的日常管理和考核評價等工作。信息化管理子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)所圖5所示。

3.2.4后臺管理子系統(tǒng)

大后臺管理子系統(tǒng)主要包括：任務(wù)下達(dá)、通知公告、用戶管理、部門管理和權(quán)限管理等5個功能模塊。主要服務(wù)于管理人員，提供了后臺數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的維護(hù)，提供包括增刪、查改等功能，移動巡查任務(wù)下派、通知公告、用戶管理、部門管理和權(quán)限管理等功能。移動巡查系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)所圖3所示。后臺管理子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)所圖6所示。

3.3 移動巡查APP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大溪水庫移動巡查APP系統(tǒng)主要包括：巡查任務(wù)、水行政巡查、工程巡查、歷史任務(wù)和通知公告等5個功能模塊。該巡查系統(tǒng)提供基于GIS地圖的相關(guān)操作工具，管理人員能及時準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)問題，快速制定問題解決措施，并且能夠提升庫區(qū)的設(shè)備設(shè)施的管理維護(hù)能力。移動巡查系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)所圖7所示。

3.4 移動巡查APP統(tǒng)功能

巡查任務(wù)模塊主要包括：巡查任務(wù)下載、制定巡查計劃、巡查內(nèi)容的上報和水行政巡查等4個功能。巡查任務(wù)模塊功能結(jié)構(gòu)所圖8所示。

巡查任務(wù)下載：巡查人員可從服務(wù)器上下載巡查計劃，也可自行制定計劃，按照日常巡查計劃到指定區(qū)域巡查，無論有無發(fā)現(xiàn)違法行為，都要點擊巡查簽到（每個巡查點簽到一次，要上傳一次照片），系統(tǒng)提示簽到成功，系統(tǒng)自動標(biāo)注人員位置和簽到時間。巡查任務(wù)下達(dá)：巡查人員可在線獲取后臺服務(wù)制定的巡查計劃，并根據(jù)計劃中設(shè)定好的路線進(jìn)行巡查。制定巡查計劃：巡查人員可自行創(chuàng)建巡查計劃，并執(zhí)行創(chuàng)建好的巡查計劃，在巡查計劃執(zhí)行中，巡查人員可手動打點，填寫巡查內(nèi)容，巡查內(nèi)容包含巡查記錄、照片、視頻。巡查內(nèi)容上報：巡查人員可以將完成的巡查計劃及巡查的內(nèi)容和文件一起上報到服務(wù)器。

水行政巡查主要包括：水行政巡查包含水陸巡查和陸路巡查，水行政巡查主要針對庫區(qū)及周邊陸地上發(fā)生的一些突發(fā)事件和違法行為進(jìn)行記錄和上報，當(dāng)巡查人員在巡查過程中，發(fā)現(xiàn)違法行為后，進(jìn)行拍照取證，填寫相應(yīng)內(nèi)容后，上報到后臺服務(wù)器。

工程巡查主要包括：日常巡查、年度巡查、特別巡查，工程巡查主要針對庫區(qū)內(nèi)的設(shè)備設(shè)施定期進(jìn)行檢查，當(dāng)巡查人員在巡查過程中，發(fā)現(xiàn)問題后，進(jìn)行拍照取證，填寫相應(yīng)內(nèi)容后，上報到后臺服務(wù)器。

歷史任務(wù)主要包括：提供用戶可以查詢每次上傳的巡查數(shù)據(jù)，按順序排列，查看某次巡查信息

通知公告主要包括：通知公告模塊提供用戶可以獲取后臺管理者發(fā)布的公告信息。

4.系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫開發(fā)

數(shù)據(jù)庫是應(yīng)用系統(tǒng)的信息支撐平臺，用于存儲和管理各專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供信息支持服務(wù)。目前，大溪水庫已經(jīng)建立了實時數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫硬件采用一主一備的高可用性數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，并配置高性能品牌機架服務(wù)器/高密度品牌服務(wù)器、大容量高性能存儲和光纖交換系統(tǒng)。部署安全防火墻，加強安全和數(shù)據(jù)訪問管理。部署數(shù)據(jù)連續(xù)性保護(hù)設(shè)備，保障數(shù)據(jù)在主備用系統(tǒng)中的一致性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)性保護(hù)。數(shù)據(jù)中心的各類數(shù)據(jù)庫，為各個應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，實現(xiàn)不同的應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。各個數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)統(tǒng)一開發(fā)平臺、統(tǒng)一傳輸模式、統(tǒng)一維護(hù)管理，實現(xiàn)水庫等各類信息的統(tǒng)一存儲。

5.系統(tǒng)的應(yīng)用評價

“智慧大溪”信息平臺的建設(shè)完成了多個平臺系統(tǒng)的集成，匯集了監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、水雨情數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)，使之可以通過系統(tǒng)前端界面以圖表的形式進(jìn)行展示;系統(tǒng)對部分具有較強內(nèi)在關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)，系統(tǒng)通過統(tǒng)計分析報表的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，完全替代了傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計方式，并將各工程信息、測繪單位提供的地籍圖等數(shù)據(jù)資料疊加到地圖中展示，結(jié)合GIS平臺的操作特性（放大、縮小、漫游、圖層控制、量距等）查看方式更為直觀和靈活，同時，實現(xiàn)了了水政執(zhí)法的遠(yuǎn)程監(jiān)管新模式，提高了水庫管理工作效率。

6.結(jié)論

大溪水庫按照水庫標(biāo)準(zhǔn)化管理的要求，結(jié)合工程管理現(xiàn)代化建設(shè)方向，在現(xiàn)有分散系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行資源整合，研究開發(fā)“智慧大溪”綜合信息系統(tǒng)，對水庫工程各個信息化分系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、分析、管理，實行一個平臺綜合信息的發(fā)布、查詢，同時，運用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展水庫移動巡查，提高了巡查效率，加強了過程管理，確保水利工程能夠安全運行。該信息系借助信息化管理手段，通過先進(jìn)的信息技術(shù)強化標(biāo)準(zhǔn)化過程控制、流程管理，規(guī)范了管理行為、提高了水庫管理工作成效，促進(jìn)工程管理標(biāo)準(zhǔn)化落地生根，在全省水庫工程管理信息化建設(shè)具有示范借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]溧陽市大溪水庫管理處.溧陽市大溪水庫技術(shù)細(xì)則[R].溧陽：溧陽市大溪水庫管理處，2016：1-7.

[2]溧陽市大溪水庫管理處.溧陽市大溪水庫管理現(xiàn)代化規(guī)劃（2011-2020）[R].溧陽：溧陽市大溪水庫管理處，2016：1-20.

[3]孫振剛，張嵐，段中德，等.我國水庫工程數(shù)量及分布[J].中國水利，2013（7）：10-11.

[4]葛從兵，陳劍，等.水庫信息化探討[J].水利建設(shè)與管理，2006（4）：54-56.

[5]馮愛斌.水庫信息化管理探討[J].河北水利，2015（1）：47.

[6]陳喜.水庫工程管理信息化建設(shè)探討[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（2）：224.

[7]張力.水庫工程管理信息化建設(shè)探討[J].探索科學(xué)，2016（6）：144.

[8]孔祥芹. 水庫工程管理工作信息化建設(shè)探討[J].科學(xué)與財富，2017（3）：233.

[9]溧陽市大溪水庫管理處.溧陽市大溪水庫信息管理系統(tǒng)軟件需求規(guī)格說明書[R].溧陽：溧陽市大溪水庫管理處，2017：1-18.