廣西大型水庫工程運行管理信息化建設(shè)構(gòu)思

周澤江，王 皓，李靈芝

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

0 引言

新形勢和新要求下，水利工程要重點開展防洪工程、供水工程、生態(tài)修復(fù)工程、信息化工程等方面補短板工作[1、2]。水庫工程作為水利工程完整體系中一個重要組成部分，在發(fā)電、灌溉、供水、防洪、生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用，同時關(guān)系到人民的生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[3]，借助信息化手段，能夠有效提升其運行管理的執(zhí)行效率、工作效能和綜合決策支持能力。近些年，廣西在水庫運行管理信息化建設(shè)作出積極嘗試，但受限于認識和區(qū)域經(jīng)濟，信息化建設(shè)過于分散和滯后，其業(yè)務(wù)應(yīng)用也普遍局限于防汛和大壩安全方面，無法全面支撐水庫現(xiàn)在運行管理各項業(yè)務(wù)。本文以廣西大型水庫工程作為研究對象，深入調(diào)研和分析廣西大型水庫信息化建設(shè)現(xiàn)狀，以問題為導(dǎo)向，以需求為牽引，重點考慮其一般承擔(dān)防洪、供水、灌溉等功能特征，以“全面感知、可靠傳遞、完善基礎(chǔ)、智能應(yīng)用”為建設(shè)重點，圍繞信息資源、基礎(chǔ)運行環(huán)境、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)等內(nèi)容，提出其在運行管理階段中信息化建設(shè)的初步思路。

1 總體框架

廣西大型水庫信息化建設(shè)面向水庫運行管理標準化、現(xiàn)代化，以多源感知的信息采集監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)資源的整合應(yīng)用為核心，以數(shù)據(jù)的通信/計算機網(wǎng)絡(luò)為紐帶，以庫區(qū)的業(yè)務(wù)應(yīng)用及水庫管理平臺的應(yīng)用交互為標志，以標準規(guī)范體系和信息安全體系為保障，對系統(tǒng)進行分層分區(qū)，形成總體框架，具體包含6 個層面、兩大保障體系、四類服務(wù)對象共同構(gòu)成，其中6個層面包括監(jiān)測感知層、計算機網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和應(yīng)用交互層，兩個保障體系包括安全保障體系和標準規(guī)范體系[4]，四類服務(wù)對象包括上級管理部門、水庫運行管理工作人員、社會公眾以及系統(tǒng)維護管理人員。平臺總體框架示意圖如圖1所示。

圖1 廣西大型水庫運行管理信息化建設(shè)總體架構(gòu)

2 建設(shè)內(nèi)容

2.1 監(jiān)測感知層

監(jiān)測感知層是信息來源的基礎(chǔ)，主要負責(zé)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和傳輸。廣西大型水庫監(jiān)測感知層建設(shè)要重點利用傳感、控制、視頻等各種設(shè)備以及遙感、無人機等監(jiān)測技術(shù)手段和方法，動態(tài)監(jiān)測和實時采集涉及水庫業(yè)務(wù)活動的水情、雨情、工情、氣象以及視頻、影像等監(jiān)測信息，具體包括大壩安全監(jiān)測、水庫水雨情監(jiān)測、水庫下游監(jiān)測預(yù)警、閘門監(jiān)控以及視頻監(jiān)控等。

2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)層

計算機網(wǎng)絡(luò)層是支撐水庫運行管理各種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和計算存儲環(huán)境，是監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸交流和處理的基礎(chǔ)。廣西大型水庫計算機網(wǎng)絡(luò)層建設(shè)主要為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和基礎(chǔ)運行環(huán)境建設(shè)，其中：網(wǎng)絡(luò)建設(shè)包括工控網(wǎng)建設(shè)、局域網(wǎng)建設(shè)、廣域網(wǎng)建設(shè)，建設(shè)重點包括與防汛抗旱專網(wǎng)的連接以及原有網(wǎng)絡(luò)的升級；基礎(chǔ)運行環(huán)境建設(shè)主要包括私有云建設(shè)和云平臺租賃等，私有云建設(shè)主要適用于管理明確，有專門服務(wù)器等設(shè)備放置的空間，有充足的人員配備，具備系統(tǒng)、設(shè)備自主運行維護能力的工程管理單位。通過建設(shè)機房，放置服務(wù)器、防火墻、核心交換機等系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備，構(gòu)建可靠的信息系統(tǒng)基礎(chǔ)運行環(huán)境。云平臺租賃主要適用于沒有可放置服務(wù)器等設(shè)備的可用空間，管理人員少，不具備系統(tǒng)、設(shè)備自主運行維護能力的工程管理單位。通過租賃可靠運營商的服務(wù)器、防火墻、主機防護、網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)的方式，實現(xiàn)信息系統(tǒng)部署基礎(chǔ)運行環(huán)境的搭建。

2.3 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層是系統(tǒng)中所需的所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息存儲和管理的邏輯表現(xiàn)，可實現(xiàn)對各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一分類存儲和管理，為業(yè)務(wù)應(yīng)用程序服務(wù)層提供數(shù)據(jù)支持環(huán)境。完整、準確、及時地掌握與水庫業(yè)務(wù)管理密切相關(guān)的水情、雨情、工情、水量等各類信息，是實現(xiàn)水庫數(shù)字化、規(guī)范化、精細化管理的基礎(chǔ)。廣西大型水庫數(shù)據(jù)資源主要建設(shè)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)庫建設(shè)、數(shù)據(jù)庫維護與管理、數(shù)據(jù)存儲平臺3部分。其中，數(shù)據(jù)庫建設(shè)包括數(shù)據(jù)目錄建設(shè)、水庫數(shù)據(jù)模型建設(shè)、數(shù)據(jù)資源建設(shè)以及數(shù)據(jù)共享建設(shè)；數(shù)據(jù)庫維護與管理包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)庫遷移與備份恢復(fù)；數(shù)據(jù)存儲管理主要是完成對存儲和備份設(shè)備、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的管理，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的物理存儲管理和安全管理。數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)負責(zé)為存儲體系提供備份與恢復(fù)策略，保證數(shù)據(jù)的安全。建設(shè)過程中，要按照“統(tǒng)籌已建，規(guī)范新建”的思路推進各類數(shù)據(jù)資源整合和共享，對分散信息進行匯集、組織和關(guān)聯(lián)，按照“統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型”和“統(tǒng)一數(shù)據(jù)目標”構(gòu)建水庫數(shù)據(jù)資源平臺，實現(xiàn)對各項信息的統(tǒng)一存儲和管理，對歷史文檔、資料信息、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、交換和數(shù)據(jù)共享訪問機制，滿足水庫運行管理海量數(shù)據(jù)的存儲管理要求，為整體系統(tǒng)平臺的各類業(yè)務(wù)應(yīng)用和綜合信息服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

2.4 應(yīng)用支撐層

應(yīng)用支撐層是連接數(shù)據(jù)資源層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層的橋梁，是實現(xiàn)資源的有效共享和應(yīng)用系統(tǒng)的互連互通，為應(yīng)用系統(tǒng)的功能實現(xiàn)提供技術(shù)支持、多種服務(wù)及運行環(huán)境，實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間、應(yīng)用系統(tǒng)與其他平臺之間進行信息交換、傳輸、共享。應(yīng)用支撐平臺包括基礎(chǔ)應(yīng)用支撐、通用專業(yè)應(yīng)用支撐、水利專業(yè)應(yīng)用支撐以及一張圖建設(shè)。其中，基礎(chǔ)支撐軟件作為應(yīng)用支撐層的基礎(chǔ)，為水庫運行管理各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的運行提供基礎(chǔ)軟件環(huán)境，主要建設(shè)內(nèi)容包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件、應(yīng)用服務(wù)器套件（Application Server）、業(yè)務(wù)流程管理（BPM）及工作流引擎（Workflow）、消息服務(wù)（MOM）、報表制作工具、BIM軟件、GIS服務(wù)等構(gòu)件；通用專業(yè)應(yīng)用支撐主要是利用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，提升水利業(yè)務(wù)應(yīng)用自動化水平和智能應(yīng)用能力，包括AI 平臺、融合指揮、物聯(lián)網(wǎng)平臺等；水利專業(yè)應(yīng)用支撐指具有水利專業(yè)技術(shù)特點的模型服務(wù)，包括水力學(xué)模型、水動力模型、水文模型、水質(zhì)模型、工程安全運行評估模型、工程調(diào)度模型、水資源配置模型等；一張圖建設(shè)主要是利用地理信息軟件搭建各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)可便捷調(diào)用各類基礎(chǔ)信息和動態(tài)信息的地圖服務(wù)平臺，包括水利要素的地圖標繪、地理屬性信息的規(guī)范化處理、地圖樣式庫建設(shè)、服務(wù)接口開發(fā)等。

2.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是數(shù)據(jù)分析和綜合應(yīng)用的核心，圍繞廣西大型水庫運行管理主要開展的業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)應(yīng)用層建設(shè)主要包括水庫標準化管理系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、資料整編系統(tǒng)、洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)、水庫下游預(yù)警系統(tǒng)、大屏綜合展示決策系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、運維管理系統(tǒng)、移動端應(yīng)用系統(tǒng)等[5]。

（1）標準化管理系統(tǒng)聚焦水庫運行過程的標準化管理，重點針對水庫信息管理、行政辦公、水文資料整編、設(shè)備巡檢、視頻監(jiān)控、維修養(yǎng)護、應(yīng)急管理、檔案管理等需求，通過業(yè)務(wù)流程信息化、業(yè)務(wù)表單電子化、處理過程規(guī)范化、結(jié)果展示多樣化，實現(xiàn)大型水庫的標準化、規(guī)范化、高效化管理。

（2）大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)重點圍繞大壩滲流壓力、滲流量、變形、應(yīng)力、環(huán)境等監(jiān)測需求，通過監(jiān)測異常數(shù)據(jù)提醒、預(yù)警設(shè)置、安全預(yù)警等功能建設(shè)，實現(xiàn)水庫大壩安全運行。

（3）資料整編系統(tǒng)主要包括水文資料整編和水工資料整編，主要實現(xiàn)水文監(jiān)測數(shù)據(jù)自動上報，水文資料整編過程流程化、規(guī)范化處理；水工資料整編工作電子化，實現(xiàn)對廣西大型水庫工程基礎(chǔ)資料、測點資料、巡檢資料、監(jiān)測記錄資料、監(jiān)測成果等信息的錄入和運行整編。

（4）洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)重點圍繞水庫防汛業(yè)務(wù)，根據(jù)氣象預(yù)報以及雨量、水位和蒸發(fā)信息等，利用洪水預(yù)報模型，實現(xiàn)水庫來水量和來水過程的預(yù)測以及超限水量水位的自動預(yù)警，同時結(jié)合水庫的當(dāng)前的蓄泄能力，利用信息化處理能力，為水庫調(diào)度提供優(yōu)化策略。

（5）水庫下游預(yù)警系統(tǒng)主要通過對預(yù)警廣播、預(yù)警提示大屏等設(shè)備的遠程控制，針對水庫下游可能淹沒區(qū)域進行預(yù)警信息的及時傳遞。

（6）衛(wèi)星遙感系統(tǒng)主要基于高分辨率航天和航空遙感數(shù)據(jù)，應(yīng)用遙感分析、信息提取、識別監(jiān)測等技術(shù)手段協(xié)助庫區(qū)巡查管理人員進行大尺度范圍的綜合監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括水土流失情況、庫區(qū)岸線侵占、水質(zhì)污染等。

（7）視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要針對安全生產(chǎn)、水庫敏感位置進行視頻實時監(jiān)控。

（8）閘門監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)各閘門的狀態(tài)信息實時查看，閘門啟閉參數(shù)展示查詢，同時結(jié)合遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)無人值守，遠程決策指揮。

（9）移動辦公應(yīng)用主要將業(yè)務(wù)系統(tǒng)擴展到智能終端上，實現(xiàn)移動辦公，方便系統(tǒng)用戶隨時隨地參與水庫運行管理。

（10）大屏綜合展示決策系統(tǒng)主要通過對水庫運行管理關(guān)鍵信息的綜合分析和展示，為水庫管理者進行綜合決策提供支撐。

2.6 應(yīng)用交互層

應(yīng)用交互層是直接與用戶交互的層面，直接面向水庫上級管理部門、水庫管理單位以及社會公眾等。廣西大型水庫信息化建設(shè)涉及多個業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用交互層建設(shè)包括統(tǒng)一身份認證、單點登錄、工作門戶集成等內(nèi)容。

2.7 信息安全及標準規(guī)范體系

信息安全體系是保障廣西大型水庫信息化建設(shè)成果安全應(yīng)用的基礎(chǔ)，總體安全防護體系整體防護框架主要從物理安全、通信網(wǎng)絡(luò)安全、區(qū)域邊界安全、計算環(huán)境安全、管理中心安全、管理體系安全、第三方安全服務(wù)7 個方面入手。標準規(guī)范體系建設(shè)是水庫信息化建設(shè)和運行的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)平臺建設(shè)和信息共享的需要，是系統(tǒng)不斷擴充、持續(xù)改進和版本升級的需要。建設(shè)過程中要重點從分類與編碼、傳輸與交換、數(shù)據(jù)存儲與庫表結(jié)構(gòu)、圖示與服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全、運行、管理、維護等方面開展工作。

3 結(jié)語

水庫工程建設(shè)面臨著新的形勢和要求，深化水庫運行管理業(yè)務(wù)與信息化技術(shù)的融合，是當(dāng)前和今后水庫建設(shè)的一個重要方向。本文結(jié)合當(dāng)前廣西大型水庫工程信息化建設(shè)現(xiàn)狀和主要開展的業(yè)務(wù)，提出廣西大型水庫工程信息化建設(shè)總體框架，從監(jiān)測感知層、計算機網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、應(yīng)用交互層以及信息安全體系和標準規(guī)范體系，提出廣西大型水庫建設(shè)的重點任務(wù)和主要內(nèi)容，提出其在運行管理階段中信息化建設(shè)的初步構(gòu)思，希望為廣西大型水庫今后在信息化建設(shè)方面提供些許借鑒。