珊溪水庫庫區(qū)管理數(shù)字化轉型升級的思考

陳善佳，鄭 琪，戴國濤，蔡 趙，黃文濤，李釗寶，朱奕鑫

（1.溫州市珊溪水利樞紐管理中心，浙江 溫州 325000；2.永嘉縣建設投資集團有限公司，浙江 永嘉 325199；3.溫州甌海水利投資開發(fā)有限公司，浙江 溫州 325000；4.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設計研究院），浙江 杭州 310020；5.杭州定川信息技術有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

珊溪水庫是溫州地區(qū)最重要的飲用水源地，是溫州市經濟發(fā)展和社會穩(wěn)定的有力保障。多年來，水源保護工作深入推進，水庫水質穩(wěn)中向好。2019年以來，溫州市珊溪水利樞紐管理中心（以下簡稱珊管中心）啟動庫區(qū)綜合管理平臺建設工作，庫區(qū)管理各項工作向規(guī)范化、透明化、數(shù)字智慧化轉型，轉型工作得到水利部、浙江省水利廳及溫州市領導的高度肯定。雖然庫區(qū)管理工作取得了一定成績，但在數(shù)字化改革大背景下，庫區(qū)綜合管理平臺仍存在一些不足，比如在涉水涉庫數(shù)據(jù)方面缺少對數(shù)據(jù)的深度挖掘及利用；在工程建設和水源保護工作的成果展示方面缺少數(shù)字化展示平臺，在庫區(qū)違法違規(guī)行為的管理方面缺少智慧化管理手段。庫區(qū)管理工作點多面廣，管理對象眾多、資源分散、流程復雜、難度較大，故開展數(shù)字化、智慧化升級具有重要意義。

本文以珊溪水庫水源保護實際業(yè)務需求為導向，以促進物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術與實際業(yè)務深度融合為基本手段，對珊溪水庫庫區(qū)綜合管理工作進行再升級、再思考，為后續(xù)庫區(qū)綜合管理平臺升級搭建思路和框架，不斷提升數(shù)字化水平，補短板、強弱項，推動珊溪水源保護工作高質量發(fā)展。

2 國內外水庫管理數(shù)字化轉型進展

水利信息化建設是數(shù)字化轉型的基礎，充分利用現(xiàn)代信息技術，深入開發(fā)和廣泛利用水利信息資源，實現(xiàn)水利信息采集、傳輸、存儲、處理和服務的網絡化與智能化，全面提升水利事業(yè)各項活動的效率和效能[1]。國外發(fā)達國家起步較早，美國建立了完善的水情自動測報網絡系統(tǒng)、實時監(jiān)控系統(tǒng)和防洪自動預警系統(tǒng)等，歐洲發(fā)達國家水文、水質、氣象數(shù)據(jù)采集基本實現(xiàn)自動化[2]。

2019年全國水利工作會議將信息化工程列為四大工程短板之一，關于水利信息化、數(shù)字化的探討日漸增多。如曹宏文[3]論述數(shù)字水利、智慧水利產生的背景、特點、發(fā)展與成就、與數(shù)字水利的關系，介紹數(shù)字水利到智慧水利跨越的重大意義；劉德龍[4]等從感知層面開展深入的專題研究，探索視頻、遙感、定位等新技術在水利重點業(yè)務領域和關鍵要素監(jiān)測中的應用；葛從兵等[5]從概念、架構及關鍵問題等方面對智慧水庫建設作了探討。

隨著對信息化項目的推進，全國各地水利部門逐步開始嘗試在信息化的基礎上進行數(shù)字化轉型，數(shù)字化、智慧化應用逐步落地。如福建省沙縣基于WebGis技術開展智慧水利信息平臺的建設，提升沙縣水利信息化管理水平[6]。韓桂芳等[7]設計開發(fā)智慧水庫云監(jiān)管平臺，提高黃龍水庫智慧化、標準化管理和運行水平。河南省白龜山水庫通過建設3D電子沙盤及數(shù)字化管理系統(tǒng)，建立一套利用二維、三維技術展示水庫地理形態(tài)、水工建筑物結構及規(guī)劃建設信息的可視化管理系統(tǒng)，并為防洪及運行管理工作提供數(shù)字化管理平臺[8]。

3 珊溪水庫庫區(qū)管理數(shù)字化轉型升級的探索

3.1 優(yōu)化制度為數(shù)字化轉型升級提供保障

在優(yōu)化原有規(guī)章制度的基礎上，建立以庫區(qū)管理規(guī)范化、標準化為導向的新工作制度體系（見圖1），主要包括安全管理制度、平臺及設備使用規(guī)范、指揮中心管理制度等，完成制度體系框架的更新建設，為后續(xù)庫區(qū)管理工作數(shù)字化轉型升級提供保障。

圖1 庫區(qū)綜合管理數(shù)字換轉型制度體系圖

3.1.1 安全管理制度

安全管理是數(shù)字化轉型工作的重中之重，為保障庫區(qū)綜合管理平臺運行安全，珊管中心制定網絡安全管理制度，成立網絡安全領導小組，明確中心內部網絡安全管理責任。針對網絡入侵、信息泄露事件等嚴重網絡安全隱患，研究制定應急處置預案和網絡攻防演練方案，提升系統(tǒng)平臺應對風險的能力。

3.1.2 平臺及設備使用規(guī)范

系統(tǒng)相關設備的可靠運行，是庫區(qū)綜合管理平臺乃至整個數(shù)字化平臺正常高效運轉的重要保證。為實現(xiàn)設備管理制度化、規(guī)范化、科學化，制定平臺及設備使用規(guī)范，例如執(zhí)法終端管理使用規(guī)定和執(zhí)法終端分配方案等。編寫主要設備的使用說明書和常見故障的排除方法。

3.1.3 指揮中心管理制度

指揮中心是庫區(qū)綜合管理工作的中樞神經，為確保指揮中心正常運轉，制定一套結構合理、運轉協(xié)調、靈活高效的科學管理制度十分必要。首先，在厘清人員職責、量化每日工作、明晰工作標準的基礎上，建立指揮中心管理制度和值班制度；其次，制定指揮中心考核細則，對指揮中心服務外包公司和服務人員開展定期考核打分，以提高外包公司的管理水平和服務質量。

制度層面保障數(shù)字化轉型平穩(wěn)有序推進，管理過程中不斷優(yōu)化完善，促使管理在制度建設中不斷走向科學化、規(guī)范化，為數(shù)字化轉型升級保駕護航。

3.2 在數(shù)字化轉型升級中加強涉水涉庫數(shù)據(jù)的深度挖掘及利用

珊溪水庫庫區(qū)前期信息化、數(shù)字化建設，積累了豐富的庫區(qū)管理數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術手段充分挖掘數(shù)據(jù)內涵價值，提升庫區(qū)管理效能。

（1）對歷年庫區(qū)水位數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)等進行統(tǒng)計分析，建立庫區(qū)防洪調度模型；

（2）根據(jù)大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)建立大壩安全監(jiān)測模型；

（3）通過線采集水庫各項水質數(shù)據(jù)（電導率、pH值、溶解氧、濁度、氨氮、COD、葉綠素a、藍藻），輔以人工監(jiān)測斷面，逐步建立和完善覆蓋珊溪水庫水平方向和垂直方向的三維水質監(jiān)測體系，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析建立水質監(jiān)測預測模型，實現(xiàn)水質和藻類預警，縮短水質變化響應時間，在水質出現(xiàn)重大變化的小概率事件發(fā)生前，為人工干預和輿情控制贏得時間。

（4）利用大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)智慧排班，通過熱力圖分析，確定違法違規(guī)行為高頻發(fā)生區(qū)域。通過機器學習，針對違法違規(guī)行為高發(fā)區(qū)域、近期關注的重點區(qū)域等進行大數(shù)據(jù)分析，對違法違規(guī)行為變化趨勢進行預測，提高執(zhí)法效能。

3.3 探索構建數(shù)字化的三維實景展示平臺

當前，水庫庫區(qū)地圖以平面圖為主，由于民用地圖精度的問題，對管理者來說，不能準確定位庫區(qū)關鍵管理位置?？梢詤⒖及俣冉志澳Ｊ剑诒Ｗo區(qū)或校核洪水位范圍內建設三維庫區(qū)實景圖，用于精確標定庫周亂點，方便庫區(qū)管理人員和上級管理單位精確定位亂點的相對位置、相對高程。另外，還可以在三維庫區(qū)實景圖的基礎上，附加AR/VR技術，在指揮中心設置體驗區(qū)，從而實現(xiàn)在指揮大廳實景參觀庫區(qū)，給各參觀人員提供庫區(qū)巡查執(zhí)法的實景體驗。

另外，借鑒交通領域應用較多的AR實景化調度系統(tǒng)（見圖2），構建庫區(qū)執(zhí)法實景指揮平臺，實現(xiàn)快速發(fā)現(xiàn)異常情況，簡單高效指揮調度，精確全局指揮執(zhí)法。在AR場景中，對已建的系統(tǒng)進行對接，各子系統(tǒng)以標簽的形式在AR場景中進行疊加，指揮中心工作人員可以實時與各子系統(tǒng)進行聯(lián)動交互，以“畫中畫”的方式進行展示，方便指揮中心對庫區(qū)執(zhí)法管理行動進行實景化的調度和指揮，提高執(zhí)法效率。

圖2 AR實景化調度在交通運輸領域的使用圖

3.4 增加智慧化管理手段

（1）利用平臺開展違法違規(guī)行為的智能化交辦督辦。通過AI攝像頭行為識別及機器學習，積累違法違規(guī)行為的圖像資源，訓練監(jiān)控攝像頭及其支撐系統(tǒng)對違法違規(guī)行為的識別能力，不斷提升識別準確度，輔以人工審核，實現(xiàn)違規(guī)行為的發(fā)現(xiàn)、識別和判定。同時，根據(jù)設置的模型將任務自動分發(fā)到相關縣（市）、中隊及人員。

（2）利用平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能提升執(zhí)法管理水平和執(zhí)法資源使用效率。對違法違規(guī)行為發(fā)生區(qū)域、發(fā)生頻率、類型進行統(tǒng)計分析，增加不同縣市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間的橫向對比和趨勢分析，對異常情況增加智能提醒，供管理人員進行決策判斷。

（3）利用平臺規(guī)范人、車、船管理。借用數(shù)字化平臺，逐步實現(xiàn)對人員、車輛、船舶運行軌跡的收集和處理、異常數(shù)據(jù)識別和報警、歷史數(shù)據(jù)的存儲和查看，通過聯(lián)動監(jiān)控視頻進行科學調度，給人、車、船安全管理提供更多科學依據(jù)。

（4）利用平臺進行在線培訓和學習。執(zhí)法人員的技能培訓、政策宣貫工作往往以會議或集中學習的形式開展，耗時多、頻次低、內容少、效率低。網絡化的學習和培訓可以減少工作時間的占用，同時疫情期間可減少聚集風險。

3.5 完善平臺基礎設施建設

3.5.1 監(jiān)控探頭升級與更新

評估現(xiàn)有監(jiān)控探頭覆蓋范圍，結合巡查管理重點區(qū)域，以全天候、無死角、智能化為目標，科學布設監(jiān)控探頭，進一步優(yōu)化庫區(qū)監(jiān)控點位設置。根據(jù)需要增加重點區(qū)域攝像頭數(shù)量，逐步擴大重點區(qū)域監(jiān)控探頭的覆蓋范圍，提高重點區(qū)域的監(jiān)測能力。

目前，在珊溪水庫庫區(qū)總共布設77個監(jiān)控探頭，通過對監(jiān)控探頭性能參數(shù)的分析，大致描繪出文成區(qū)域監(jiān)控覆蓋范圍（見圖3）。其中，項坑到珊溪碼頭、河背碼頭水域等監(jiān)控覆蓋較為密集，2塊水域之間監(jiān)控覆蓋程度較低。在充分考慮建設成本、電源、網絡以及違法違規(guī)行為發(fā)生頻次等方面的因素后，加密重點區(qū)域和覆蓋率過低區(qū)域的探頭布設。

圖3 庫區(qū)現(xiàn)有監(jiān)控探頭覆蓋范圍示意圖

3.5.2 庫區(qū)管理感知手段創(chuàng)新

探索無人機、無人船、智慧水利球、全景攝像機等新型感知手段（見圖4），以更多維度、更廣視角提升庫區(qū)感知水平，完善感知體系。

圖4 新型感知手段示意圖

工業(yè)級無人機和無人船可以實現(xiàn)定時、定軌跡巡航，輔助執(zhí)法人員開展庫區(qū)大面積巡查，能及時發(fā)現(xiàn)庫周岸線變化、庫面違規(guī)行為。智慧水利球實現(xiàn)水位全時預警、水質全域保護，在庫區(qū)不同水域實現(xiàn)水位讀取。漂浮物檢測，絆線入侵、區(qū)域入侵、滯留檢測等行為的檢測功能，為庫周監(jiān)控設施選擇提供新思路。

3.5.3 水質監(jiān)測體系建設

庫區(qū)現(xiàn)有水質監(jiān)測體系比較薄弱，相當一部分監(jiān)測數(shù)據(jù)來自人工監(jiān)測，數(shù)據(jù)密度低、時效性差，不利于及時有效掌握庫區(qū)水質變化，無法支撐更進一步的預警和決策，增加在線水質監(jiān)測探頭（見圖5），建立和完善庫區(qū)水質在線監(jiān)測體系十分有必要。

圖5 在線監(jiān)測探頭示意圖

平臺基礎設施建設，是為了打造湖陸空天一體的在線感知網絡，實現(xiàn)水源保護區(qū)水位、水質、違規(guī)行為、漂浮物、人員、車輛、船舶等涉水涉庫數(shù)據(jù)的全收集全感知，為科學分析和決策提供全面多維完整的數(shù)據(jù)支撐。

3.5.4 平臺升級實現(xiàn)多平臺互動

“數(shù)字珊溪·智慧監(jiān)管”平臺相對于微信、釘釘?shù)却笮蛻么嬖谙到y(tǒng)不夠穩(wěn)定、移動用戶黏性差等問題，可以嘗試實現(xiàn)平臺與微信、釘釘?shù)瘸Ｓ蒙缃卉浖幕ヂ?lián)互通。在釘釘平臺增設庫區(qū)綜合管理模塊，通過釘釘下發(fā)巡查任務、上報巡查成果、查詢各種信息等，打通上傳下達的渠道，輔助信息傳遞，實現(xiàn)更加便捷的信息交互，滿足上級對信息化平臺整合要求。

4 結 語

在數(shù)字中國建設戰(zhàn)略背景下，珊溪水庫水源保護工作朝數(shù)字化、智慧化方向轉型。當前，庫區(qū)綜合管理系統(tǒng)給庫區(qū)管理工作帶來革命性提升，實現(xiàn)以人防為主的模式向人防技防結合的新模式轉變，并不斷更新迭代升級，使庫區(qū)管理工作向更高臺階邁進。