水庫綜合信息自動化系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

□張亞銘 劉 科 李延峰

（1河南省河口村水庫管理局；2河南省白龜山水庫管理局；3河南省水利信息中心)

1 工程概況

河口村水庫工程是河南省“十二五”規(guī)劃的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，工程位于濟(jì)源市克井鎮(zhèn)境內(nèi)，黃河一級支流沁河最后一段峽谷出口處，壩址距下游五龍口水文站約9 km 處。水庫控制流域面積9 223 km2，占沁河流域面積68.20%。設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為500 a 一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為2 000 a一遇。水庫總庫容3.17億m3，是一座以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電、改善河道基流等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。

2 系統(tǒng)建設(shè)必要性

由于河口村水庫是新建的綜合性水利樞紐工程，工程建設(shè)難度大、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高、綜合效益比較顯著，為使以防洪減災(zāi)為核心的綜合效益得到充分發(fā)揮，更好服務(wù)于社會民生，服務(wù)于沁河兩岸人民群眾幸福生活。系統(tǒng)圍繞防洪、發(fā)電、供水等多目標(biāo)運(yùn)用需求，在如何確保工程安全運(yùn)行的前提下，通過高效管理實(shí)現(xiàn)水庫運(yùn)用效益最大化，努力把水庫打造成集自動化、科技化、信息化為一身的新型水利工程典范。

河口村水庫工程綜合信息自動化是一個(gè)綜合性的業(yè)務(wù)管理和服務(wù)平臺。不僅要新建一些業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，還需要把現(xiàn)有的不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)、不同來源和不同類型的數(shù)據(jù)整合起來，形成統(tǒng)一的平臺入口、統(tǒng)一的用戶管理和角色管理，進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和分析應(yīng)用。因此本項(xiàng)目設(shè)計(jì)將借用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的思想，采用面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)。

3 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

河口村水庫綜合信息自動化系統(tǒng)的建設(shè)，包括硬件和軟件兩部分內(nèi)容。硬件部分主是指用于支持綜合信息自動化系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器環(huán)境；軟件部分建設(shè)將通過整合現(xiàn)有系統(tǒng)和構(gòu)建新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，建設(shè)一套全面覆蓋河口村水庫業(yè)務(wù)管理的綜合性信息服務(wù)系統(tǒng)。

河口村水庫綜合信息服務(wù)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)，包括水庫運(yùn)行綜合管理信息服務(wù)平臺（水庫信息化建設(shè)總控制系統(tǒng)）、已有子系統(tǒng)整合接入，以及水庫BIM信息模型暨電子沙盤系統(tǒng)、水庫調(diào)度決策系統(tǒng)、水庫計(jì)算機(jī)輔助RCM分析系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測信息系統(tǒng)等新建系統(tǒng)開發(fā)。支撐信息系統(tǒng)運(yùn)行必須硬件建設(shè)，主要包括支持本項(xiàng)目軟件系統(tǒng)運(yùn)行的服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)及安全設(shè)備的采購與安裝調(diào)試。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境如應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的操作系統(tǒng)要求為Windows、Unix、Linux服務(wù)器系列版本。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)保證整套系統(tǒng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)時(shí)間等性能指標(biāo)。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)能滿足在多種主流操作系統(tǒng)上運(yùn)行和使用的要求，包括桌面端和移動端，如主流的Windows、Android、IOS等操作系統(tǒng)。

3.3 系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)除應(yīng)按照信息化建設(shè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范要求之外，還遵循有關(guān)水利工程技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，主要包括國標(biāo)和水利有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、計(jì)算機(jī)軟件工程規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)和地理信息應(yīng)用規(guī)范等四個(gè)部分。

3.4 系統(tǒng)需求功能

根據(jù)建管局的實(shí)際工作需要，本系統(tǒng)主要功能點(diǎn)包括：綜合服務(wù)、辦公管理、防洪綜合、電站監(jiān)控、閘門監(jiān)控、防洪分析、大壩安全監(jiān)測、視頻監(jiān)控、設(shè)備維修輔助、水質(zhì)監(jiān)測、電子沙盤、照明管理12 個(gè)子系統(tǒng)，主界面還能顯示實(shí)時(shí)運(yùn)行、水情、供水及發(fā)電信息。

系統(tǒng)的建設(shè)，旨在運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)和專業(yè)分析理論，集成工程建設(shè)期已建的信息化系統(tǒng)，合并新建業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一站式業(yè)務(wù)應(yīng)用和信息服務(wù)。根據(jù)水庫運(yùn)用管理需求，開發(fā)了水庫綜合管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)（暨智慧水庫平臺）、水庫BIM信息模型暨電子沙盤系統(tǒng)、水庫防洪綜合分析系統(tǒng)、水庫計(jì)算機(jī)輔助RCM分析系統(tǒng)、水庫水質(zhì)監(jiān)測信息系統(tǒng)，最終形成一套支撐水庫運(yùn)行多業(yè)務(wù)管理的綜合信息自動化系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)功能及應(yīng)用

4.1 綜合業(yè)務(wù)管理平臺

開發(fā)水庫運(yùn)行綜合業(yè)務(wù)管理平臺，使之成為現(xiàn)有自動化系統(tǒng)、新開發(fā)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和今后新增業(yè)務(wù)有效集成平臺，滿足水庫運(yùn)行、調(diào)度、防汛、安全、發(fā)電和供水等核心業(yè)務(wù)管理需求。系統(tǒng)總集成界面如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總集成圖

4.2 系統(tǒng)架構(gòu)及信息服務(wù)平臺

構(gòu)建水庫綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心，基于統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)有效接入和管理已建現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)一的查詢訪問服務(wù)。系統(tǒng)總體采用B/S多層技術(shù)架構(gòu)；自動采集其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)，無需人工干預(yù)；支持PC機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦等多種設(shè)備。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

信息服務(wù)平臺通過數(shù)據(jù)集成，對各業(yè)務(wù)管理人員提供綜合的信息服務(wù)；信息集成接入平臺提供多種接口適配器(如：數(shù)據(jù)庫適配器、文件適配器、設(shè)備對接適配器等)，以前置機(jī)或服務(wù)的方式自動采集數(shù)據(jù)；水庫信息服務(wù)與電子沙盤系統(tǒng)無縫對接，即可以直接把業(yè)務(wù)信息展現(xiàn)在電子沙盤上，也提供電子沙盤對業(yè)務(wù)的調(diào)用；視頻監(jiān)控采用直接調(diào)用的模式，視頻數(shù)據(jù)可選擇性的保存到數(shù)據(jù)中心。平臺的信息流向如圖3所示。

圖3 信息流向圖

4.3 水庫運(yùn)行管理系統(tǒng)

4.3.1 水庫實(shí)時(shí)運(yùn)行模塊

實(shí)時(shí)運(yùn)行信息模塊是通過對各自動化信息模塊的數(shù)據(jù)采集，通過三維虛擬仿真、二維電子地圖、數(shù)據(jù)表格圖表的形式，在主界面進(jìn)行模擬和展示，并對超限數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警；實(shí)時(shí)運(yùn)行信息的內(nèi)容包括：進(jìn)出庫流量信息、壩前水位控制信息、水庫蓄水量信息、各類庫容實(shí)時(shí)信息、機(jī)組發(fā)電實(shí)時(shí)信息、水庫供水實(shí)時(shí)信息、工情觀測實(shí)時(shí)信息等。

4.3.2 水庫工程信息模塊

工程信息是對水庫工程概要性介紹，以及對水庫設(shè)計(jì)指標(biāo)、建設(shè)沿革、歷史險(xiǎn)情等文檔、圖片、視頻資源的存檔管理；工程信息服務(wù)包括：工程概要介紹信息、工程規(guī)劃設(shè)計(jì)信息、工程建設(shè)沿革信息、主要技術(shù)指標(biāo)信息、歷年災(zāi)情險(xiǎn)情信息、組織機(jī)構(gòu)管理信息等。部分信息可通過GIS、電子沙盤進(jìn)行承載展示。

4.3.3 水情信息模塊

水情信息是對水情歷史數(shù)據(jù)的管理和查詢分析。水情信息管理的內(nèi)容包括：降雨量信息、水位信息、進(jìn)出庫流量信息、水情日報(bào)表信息、雨情汛情旱情預(yù)警、發(fā)電供水水位預(yù)警、超汛限（警戒）水位預(yù)警等。

4.3.4 工情信息模塊

工情信息是指水庫工程/堤防工程運(yùn)行狀態(tài)、工程險(xiǎn)情動態(tài)等信息等。工情信息管理的內(nèi)容包括：工程外部觀測信息、工程內(nèi)部觀測信息、水庫運(yùn)行狀態(tài)表、堤防運(yùn)行狀態(tài)表、險(xiǎn)情信息采集服務(wù)、工程險(xiǎn)情信息表、工情預(yù)警信息發(fā)布等。

4.4 虛擬仿真系統(tǒng)

構(gòu)建水庫虛擬仿真系統(tǒng)，在可視化環(huán)境下展示水庫工程構(gòu)造、設(shè)計(jì)信息、建設(shè)過程、水庫地理環(huán)境、運(yùn)用場景，并進(jìn)行空間計(jì)算和分析模擬。

5 結(jié)語

河口村水庫綜合自動化信息服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)為河口村水庫提高水庫防汛減災(zāi)、水資源優(yōu)化配置、水利政務(wù)管理等水利業(yè)務(wù)的信息技術(shù)應(yīng)用水平，保障水資源合理利用，以信息化帶動水利現(xiàn)代化為實(shí)現(xiàn)水庫的科學(xué)、有效管理打下良好的基礎(chǔ)。