精細(xì)化智慧水利信息平臺(tái)的應(yīng)用實(shí)踐

李 揚(yáng) 顏 蔚 湯 煒

(1.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200； 2.揚(yáng)州市江都區(qū)水務(wù)局，江蘇 揚(yáng)州 225200)

黨的十九大報(bào)告中把智慧社會(huì)作為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的重要內(nèi)容，從頂層設(shè)計(jì)的角度，為智慧社會(huì)建設(shè)指明了方向[1]。諸多水利工作者提出了智慧水網(wǎng)、流域、水利、水務(wù)等概念[2]。目前，國(guó)內(nèi)智慧水利的建設(shè)正在進(jìn)行小范圍試點(diǎn)與研究，主要集中在技術(shù)方法、建設(shè)思路探索方面[3]。

江都水利樞紐是南水北調(diào)東線源頭工程，由4座大型抽水站、12座大中型水閘及其配套設(shè)施組成，具有抽江北送、自流引江、抽排澇水、分泄洪水、余水發(fā)電、保障航運(yùn)、改善生態(tài)環(huán)境等功能[4]。該工程是我國(guó)第一座自行設(shè)計(jì)、安裝、管理的大型泵站群，并率先將精細(xì)化[5]引入水利工程管理中來(lái)，進(jìn)而用于管理信息化平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)水利工程全區(qū)域、全功能智慧管理。該工程以精細(xì)化的理念指引智慧水利的建設(shè)實(shí)踐，對(duì)于后續(xù)類似大型水利工程開(kāi)展智慧水利的研究和建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

1 現(xiàn)有自動(dòng)化平臺(tái)與智慧水利的差距

通過(guò)精細(xì)化的理念對(duì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等現(xiàn)有技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行分析與梳理，找出與智慧水利目標(biāo)的具體差距。該工程經(jīng)過(guò)多年的水利工程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了以泵站、水閘各自為主體站一級(jí)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，能夠做到對(duì)泵站、水閘電氣量、溫度量、水位、閘門開(kāi)度、氣體壓力、油壓力等綜合監(jiān)視，以及以操作票為步驟的主變、主機(jī)、勵(lì)磁等投運(yùn)切出操作。此外，單獨(dú)開(kāi)發(fā)了辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，初步滿足了郵件發(fā)送、公文報(bào)送簽發(fā)等辦公需求。但是，以智慧水利作為目標(biāo)，仍存在以下不足：

a.該工程所涵蓋的泵站、水閘地理分布范圍廣，從整個(gè)樞紐層面來(lái)看缺乏統(tǒng)一整體管理，未能將水利工程樞紐所有泵站、水閘監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行整合，形成統(tǒng)一管理平臺(tái)。

b.工程抽江北送、自流引江等功能的發(fā)揮對(duì)應(yīng)不同的調(diào)度方案，調(diào)度方式多是從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，通過(guò)電話進(jìn)行調(diào)度，填寫紙質(zhì)調(diào)度記錄，缺乏直觀性。

c.工程監(jiān)控、辦公自動(dòng)化、水情報(bào)送等多系統(tǒng)相互獨(dú)立，系統(tǒng)使用人員根據(jù)不同的工作需要進(jìn)入不同的平臺(tái)進(jìn)行處理，一定程度上增加了工作的復(fù)雜度。

d.工程維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目管理及工程巡視檢查等仍主要采用紙質(zhì)文檔，缺乏實(shí)時(shí)性，無(wú)法做到對(duì)工程維修養(yǎng)護(hù)進(jìn)度的實(shí)時(shí)反饋以及巡視檢查執(zhí)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)督。

2 智慧管理信息平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

2.1 總體思路

該管理信息化平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)智慧水利的管理目標(biāo)，在功能設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)使用方面以精細(xì)化為要求，實(shí)現(xiàn)工程控制運(yùn)用、水利工程管理的全業(yè)務(wù)智慧管理。

a.建設(shè)樞紐工程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各抽水泵站、水閘、水文站的水情與工情數(shù)據(jù)的全面監(jiān)控，為防汛調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐，為相關(guān)部門精細(xì)化管理提供可視化決策支持。

b.信息化管理平臺(tái)整合智慧調(diào)度系統(tǒng)，能夠根據(jù)省防辦的調(diào)度指令，自動(dòng)提供調(diào)度方案，供管理處防辦選擇并下達(dá)。

c.在對(duì)歷史維修養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)電子化錄入的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目進(jìn)度、標(biāo)準(zhǔn)要求的實(shí)時(shí)管理，重點(diǎn)是工程維修技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)的及時(shí)錄入和質(zhì)量控制，實(shí)現(xiàn)工程管理智慧化。

d.針對(duì)工程運(yùn)行期間以及非運(yùn)行期間的巡視檢查，建立智慧巡檢系統(tǒng)，以智能手機(jī)、平板為載體，編制巡檢APP，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備電子化巡檢。

2.2 具體實(shí)現(xiàn)

2.2.1 工程監(jiān)控子系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)樞紐工程全域管理，將泵站開(kāi)啟主機(jī)數(shù)量、閘門開(kāi)啟數(shù)量、各站點(diǎn)上下游水位與流量等主要管理對(duì)象整合集中顯示，同時(shí)引入該工程流域電子地圖，顯著標(biāo)注所管理的主要泵站和水閘，從而實(shí)現(xiàn)工程流域全局?jǐn)?shù)據(jù)的管理。在此基礎(chǔ)上可通過(guò)點(diǎn)擊地圖標(biāo)注，直接進(jìn)入相關(guān)泵站、水閘站一級(jí)的自動(dòng)化監(jiān)視系統(tǒng)。

同時(shí)在一級(jí)目錄上分欄顯示泵站、水閘、報(bào)表查詢，二級(jí)目錄用于切換具體的站點(diǎn)。泵站監(jiān)控主畫(huà)面以動(dòng)態(tài)主接線圖為主，直觀顯示相應(yīng)主機(jī)運(yùn)行、高壓斷路器狀態(tài)，并在各臺(tái)主機(jī)下方集中顯示該主機(jī)的定子及勵(lì)磁電壓、電流、有功功率、功率因素以及葉片角度。水閘則以建筑物立面圖為主畫(huà)面，動(dòng)態(tài)顯示閘門啟閉動(dòng)畫(huà)，對(duì)應(yīng)標(biāo)明各閘門閘位和單孔流量。對(duì)各閘站以及全處進(jìn)線數(shù)據(jù)、站變數(shù)據(jù)、機(jī)組數(shù)據(jù)以列表的形式進(jìn)行查詢。

2.2.2 調(diào)度管理子系統(tǒng)

在調(diào)度管理中，根據(jù)工程調(diào)水、排澇、發(fā)電、自流引江、淮河泄洪等功能，通過(guò)流量進(jìn)行分級(jí)，預(yù)先設(shè)置調(diào)度方案。當(dāng)管理處防辦接收到上級(jí)防辦指令時(shí)，調(diào)度系統(tǒng)(調(diào)度系統(tǒng)支持技術(shù)架構(gòu)見(jiàn)圖 1)根據(jù)指令提供最優(yōu)方案以供選擇。例如抗旱，調(diào)水流量在400m3/s以上時(shí)，調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)開(kāi)啟二站7臺(tái)主水泵，三站10臺(tái)主水泵，四站6臺(tái)主水泵調(diào)度指令，生成詳細(xì)調(diào)度任務(wù)表，將調(diào)度指令按照權(quán)限自動(dòng)送達(dá)二站、三站、四站負(fù)責(zé)人賬號(hào)，同時(shí)發(fā)送相關(guān)指令信息到相關(guān)負(fù)責(zé)人手機(jī)，完成指令下達(dá)流程。相關(guān)負(fù)責(zé)人執(zhí)行指令后在調(diào)度系統(tǒng)中填寫相關(guān)執(zhí)行情況。同時(shí)，該系統(tǒng)以流程圖的形式從上級(jí)調(diào)令、處級(jí)調(diào)令、基層站點(diǎn)調(diào)令接受情況、基層站點(diǎn)執(zhí)行情況、處級(jí)調(diào)令執(zhí)行情況五個(gè)層級(jí)對(duì)指令進(jìn)行跟蹤。系統(tǒng)留有調(diào)度方案編輯接口，便于處級(jí)調(diào)度人員進(jìn)一步對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)度子系統(tǒng)具備值班管理功能，由基層站點(diǎn)負(fù)責(zé)人提前預(yù)設(shè)排班表，當(dāng)接到調(diào)令后，可直接選擇相應(yīng)的運(yùn)行值班方案，機(jī)組運(yùn)行后值班人員登錄該系統(tǒng)進(jìn)行值班登記，便于上級(jí)對(duì)基層值班情況整體把控。

圖1 調(diào)度系統(tǒng)支持技術(shù)架構(gòu)

調(diào)度系統(tǒng)中統(tǒng)計(jì)分析可對(duì)雨情報(bào)表、水情報(bào)表、值班情況、調(diào)度情況進(jìn)行查詢，并自動(dòng)對(duì)泵站機(jī)組運(yùn)行時(shí)間、水閘單孔運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)形成運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)表，通過(guò)對(duì)水雨情分析自動(dòng)生成測(cè)站雨量柱狀圖、單站時(shí)段降雨量圖、單站日降雨量圖以及水量統(tǒng)計(jì)表。這些圖表為基層管理單位以及工程管理科室實(shí)施精細(xì)化工程管理提供了數(shù)據(jù)支持。

2.2.3 工程管理子系統(tǒng)

工程管理子系統(tǒng)將工程檢查、工程觀測(cè)、維修養(yǎng)護(hù)、考核管理等項(xiàng)目管理過(guò)程電子化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化，通過(guò)將原有歷史資料進(jìn)行電子化錄入，逐步替代原有人工紙質(zhì)檔案管理。

a.工程檢查：主要是為了實(shí)時(shí)掌握工況變化和工作情況、分析工情變化規(guī)律提供科學(xué)的管理依據(jù)。系統(tǒng)提供定期檢查、日常巡查、特別檢查、電氣試驗(yàn)、安全鑒定等記錄登記功能，檢查人員根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)記錄進(jìn)行登記。

b.工程觀測(cè)：觀測(cè)內(nèi)容主要包括垂直位移觀測(cè)、測(cè)壓管水位觀測(cè)、引河河床變形觀測(cè)、混凝土建筑物裂縫觀測(cè)、建筑物伸縮縫觀測(cè)以及其他(水流形態(tài)、混凝土碳化深度、水文)觀測(cè)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)結(jié)果的電子化管理，工作人員可將觀測(cè)結(jié)果登記到系統(tǒng)上，對(duì)其進(jìn)行分類、歸檔，并提供模糊檢索的功能。

c.維修養(yǎng)護(hù)：工程維修養(yǎng)護(hù)主要是對(duì)承擔(dān)防洪、排澇等公益性任務(wù)的水閘、河道堤防等水利工程以及設(shè)備的正常維修養(yǎng)護(hù)等項(xiàng)目過(guò)程進(jìn)行記錄和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上報(bào)。

d.考核管理：對(duì)各工程所的日常考核、年度考核/復(fù)核過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行記錄，方便查詢。

2.2.4 智慧巡檢系統(tǒng)

該工程原先巡檢模式采用傳統(tǒng)人工巡檢，通過(guò)人工記錄、紙質(zhì)上報(bào)的工作方式進(jìn)行巡查。該模式的缺點(diǎn)是管理人員無(wú)法對(duì)巡查人員的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)督，工作效率不高。

通過(guò)建設(shè)智慧巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效、便捷、可管理的巡檢模式。

系統(tǒng)采用地理信息系統(tǒng)GIS平臺(tái)，外業(yè)巡查人員通過(guò)智慧巡檢APP在每一個(gè)巡檢點(diǎn)上報(bào)實(shí)時(shí)位置信息，系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄在執(zhí)行巡檢任務(wù)過(guò)程中的位置信息，后臺(tái)通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)位置信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并繪制出該巡檢人員的巡檢軌跡，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢人員執(zhí)行巡檢任務(wù)的監(jiān)管與監(jiān)督。若巡查工作因地圖上無(wú)法使用GPS定位識(shí)別工作人員的精確位置，則選擇二維碼掃描和附有時(shí)間信息的工作照片上傳的巡檢模式，確保巡檢員到達(dá)指定地點(diǎn)工作，并留下工作記錄。

智慧巡檢系統(tǒng)整合工程管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、水閘信息數(shù)據(jù)庫(kù)、泵站信息數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)庫(kù)等進(jìn)行部署配置，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見(jiàn)圖2。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

智慧巡檢系統(tǒng)包含服務(wù)端和客戶端，其中服務(wù)端用于巡檢管理人員下發(fā)巡查任務(wù)、查詢上報(bào)信息以及對(duì)巡檢工作進(jìn)行統(tǒng)計(jì)考核；客戶端用于巡檢人員巡檢任務(wù)的接收與查詢、現(xiàn)場(chǎng)巡檢的信息上報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)工程信息的查詢以及其他輔助功能的使用。巡檢業(yè)務(wù)流程見(jiàn)圖3。

圖3 巡檢業(yè)務(wù)流程

智慧巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了安全隱患上報(bào)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況信息的及時(shí)上報(bào)，對(duì)需要巡查的內(nèi)容進(jìn)行核查，對(duì)已經(jīng)巡查過(guò)的內(nèi)容可拍照、語(yǔ)音、視頻或文字編輯發(fā)送，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)情況信息的在線上報(bào)，方便管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)情況的及時(shí)監(jiān)管與處理。

3 結(jié) 語(yǔ)

精細(xì)化智慧水利的應(yīng)用實(shí)踐以信息化技術(shù)手段在將原有工程管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、水閘信息數(shù)據(jù)庫(kù)、泵站信息數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)庫(kù)等有效整合的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水利樞紐工程各個(gè)層級(jí)的指令下達(dá)、執(zhí)行、反饋，能夠?yàn)檎{(diào)度人員提供最優(yōu)調(diào)度方案，為工程管理人員提供運(yùn)行臺(tái)時(shí)、水量等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，為安全部門提供隱患、故障統(tǒng)計(jì)、分析，為站所負(fù)責(zé)人提供智能排班安排，達(dá)到了工程管理的全范圍、全層級(jí)、全過(guò)程的覆蓋，實(shí)現(xiàn)了以江都水利樞紐工程為樣本的精細(xì)化智慧水利。