供水智慧運營系統(tǒng)在湛江市引調(diào)水工程中的應(yīng)用

阮 洋

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司,廣東 廣州 510635)

當前，水利平穩(wěn)安全準確的調(diào)度運行管理面臨極大的挑戰(zhàn)，智慧水利是應(yīng)對這項挑戰(zhàn)的有力武器和途徑[1]。智慧水利是基于互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代通信技術(shù)促進水利規(guī)劃、建設(shè)與管理的重要指導(dǎo)工具，智慧水利可提供快速、直觀、有效的信息服務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)字化管理[2]。由智慧水利構(gòu)建的信息化系統(tǒng)，在不同應(yīng)用場景中具有對應(yīng)的應(yīng)用方案，如節(jié)水灌溉系統(tǒng)、供水智慧運營系統(tǒng)、污水監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用方案，涵蓋監(jiān)控、運維、管理、指揮、調(diào)度等多環(huán)節(jié)[3]。其中，供水智慧運營系統(tǒng)是基于云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動終端、人工智能、水利、傳感器等新興技術(shù)的應(yīng)用，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)研發(fā)的決策管理平臺[4-5]。為適應(yīng)新時代水利事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需要，廣東省湛江市加快推進水利信息化建設(shè)步伐，深入落實互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與水利建設(shè)深度融合，實現(xiàn)水利水旱防御智慧化應(yīng)用、水資源智慧管理等[6-7]。做好供水智慧運營系統(tǒng)頂層設(shè)計，應(yīng)以“工程安全、調(diào)度安全、水質(zhì)安全”為主線，綜合運用大數(shù)據(jù)全量建模、云計算數(shù)字賦能等信息技術(shù)，高質(zhì)量完成采集監(jiān)控體系、通信傳輸網(wǎng)絡(luò)、工程智慧應(yīng)用、安全保障環(huán)境等任務(wù)，實現(xiàn)數(shù)字調(diào)蓄、智慧調(diào)度，促進供水服務(wù)智能化發(fā)展[8]。

1 湛江引調(diào)水工程

1.1 工程建設(shè)緣由

針對湛江市南北水資源分布不均的狀況，為進一步優(yōu)化水資源配置格局，從2017年底開始，湛江市開始論證區(qū)域內(nèi)的調(diào)水工程建設(shè)，工程將從北邊的鶴地水庫引水至湛江城區(qū)，解決城區(qū)供水安全問題，從南渡河調(diào)水到徐聞，解決雷州半島西南部片區(qū)的干旱缺水問題。湛江市引調(diào)水工程于2020年5月開工建設(shè)。工程通過引水隧洞、加壓泵站和輸水管道，從鶴地水庫引水到赤坎、麻章、霞山各區(qū)，保障城區(qū)供水安全。項目建成后，將改變湛江城區(qū)水源結(jié)構(gòu)單一的現(xiàn)狀，增強供水安全保障，為湛江高質(zhì)量發(fā)展提供強有力的供水支撐。

1.2 智慧運營系統(tǒng)建設(shè)目標

根據(jù)規(guī)劃方案總體安排及工程建設(shè)實際需求，湛江市引調(diào)水工程智慧運營系統(tǒng)建設(shè)的目標主要是：建立工程智能化、一體化平臺的信息化系統(tǒng)。通過工程信息管理、安全管理、水質(zhì)監(jiān)測、水情監(jiān)測、視頻會商、行政辦公自動化、管網(wǎng)GIS、生產(chǎn)管理輔助、運營展示監(jiān)管、數(shù)據(jù)分析及展現(xiàn)等應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)，構(gòu)建自動化、信息化系統(tǒng)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺架構(gòu)，實現(xiàn)統(tǒng)一管理，達到適時、高效地掌握工程運行情況，提高各管理部門的協(xié)調(diào)和工作效率的目的，并將信息化系統(tǒng)部署在粵?？偛繑?shù)據(jù)中心，利用數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)資源。

2 運營管理系統(tǒng)

2.1 信息管理系統(tǒng)

工程信息管理系統(tǒng)覆蓋項目全生命周期管理，包括項目立項、項目招標、投資、設(shè)計、采購、施工、開車試運行、竣工驗收、合同收尾、項目管理收尾全部過程的管理。通過統(tǒng)一的集成平臺，滿足項目溝通管理的需要。以進度計劃為龍頭，以投資成本為核心，實現(xiàn)合同管理、費用管理、質(zhì)量管理、安全管理等業(yè)務(wù)。

2.2 管網(wǎng)GIS系統(tǒng)

通過對GIS數(shù)據(jù)采集，對引調(diào)水工程管線范圍內(nèi)的空間數(shù)據(jù)(影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)、電子地圖、交通數(shù)據(jù)、地下管線數(shù)據(jù)等)進行采集并入庫。以空間信息數(shù)據(jù)資源庫為基礎(chǔ)，集成影像數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、工地物模型，為管理人員提供可視化工地管理服務(wù)，直觀展示工地地理信息、位置分布，周邊道路、設(shè)施、環(huán)境信息以及重要單位，提高工作的準確性，推進工地、空間、設(shè)施設(shè)備科學(xué)化管理。

2.3 安全監(jiān)管系統(tǒng)

依據(jù)國家安全生產(chǎn)標準化體系結(jié)構(gòu)，組織對招標人業(yè)務(wù)進行調(diào)研，為招標人建立安全管理提升標準和安全績效評價模型；根據(jù)招標人安全管理現(xiàn)狀及制定的安全管理提升標準和流程，重點實現(xiàn)13個應(yīng)用功能模塊，包括：安全視圖、目標職責(zé)、制度管理、教育培訓(xùn)、現(xiàn)場管理、風(fēng)險管控、隱患管理、應(yīng)急管理。根據(jù)信息安全等級保級要求，對工程信息化進行相應(yīng)的信息安全規(guī)劃、設(shè)計。制定相應(yīng)的信息安全規(guī)章制度，采用安全設(shè)備、軟件，通過內(nèi)、外網(wǎng)絡(luò)隔離、訪問控制、入侵防范、數(shù)據(jù)審計、病毒檢測等安全措施、手段，滿足相應(yīng)的信息安全等保級別要求，其中計算機監(jiān)控系統(tǒng)為等保三級，其它信息化系統(tǒng)為等保二級。

2.4 生產(chǎn)管理系統(tǒng)

2.4.1設(shè)備管理系統(tǒng)

設(shè)備管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)以設(shè)備為核心通過設(shè)備靜態(tài)管理(設(shè)備臺帳等相關(guān)信息)、動態(tài)管理(維修歷史、設(shè)備變動情況、設(shè)備狀況等相關(guān)記錄)，現(xiàn)場設(shè)備二維碼化，建立一套設(shè)備全生命周期管理模式，提供全面的設(shè)備管理系統(tǒng)，管理從設(shè)備采購申請、安裝、調(diào)試、運行維護到報廢的全部設(shè)備記錄。

2.4.2運營監(jiān)管系統(tǒng)

搭建引水工程運營展示監(jiān)管系統(tǒng)，將所有智能化子系統(tǒng)和設(shè)備融為一體，進行全局化管理。系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)操控平臺技術(shù)架構(gòu)，通過接口和協(xié)議與計算機監(jiān)控系統(tǒng)、視頻設(shè)備等安防進行整合。在系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下，各設(shè)備能夠信息互聯(lián)互通、設(shè)備間功能協(xié)同聯(lián)動，從而實現(xiàn)資源共享，設(shè)備協(xié)同、管理流程再造、優(yōu)化融合。實現(xiàn)對各子系統(tǒng)的全聯(lián)接、集中管控、場景全聯(lián)動、數(shù)據(jù)全融合。利用大屏顯示系統(tǒng)，同時實現(xiàn)輸水管線、泵站廠房及重要設(shè)施的三維展示。手機端應(yīng)用可以實時查看設(shè)備運行狀態(tài)及參數(shù)，還包括接收系統(tǒng)報警信息、歷史事件和歷史數(shù)據(jù)進行查詢等功能。

2.4.3供水調(diào)度系統(tǒng)

建立引調(diào)水運行水力模型，集成取水泵站、機組的運行狀況，沿線的壓力、流量、水質(zhì)及分水口的監(jiān)測數(shù)據(jù)等，自動生成調(diào)度計劃、泵站智能調(diào)度方案及應(yīng)急處置方案，形成集“數(shù)據(jù)采集-診斷預(yù)測-優(yōu)化調(diào)度-應(yīng)急調(diào)控-事故處置”等環(huán)節(jié)于一體的聯(lián)合調(diào)控與應(yīng)急響應(yīng)體系。

2.4.4AR技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)

AR技術(shù)成功應(yīng)用于供水智慧運營服務(wù)領(lǐng)域，工程技術(shù)人員通過手持的移動終端，利用設(shè)備自帶的攝像頭掃描目標對象，關(guān)于目標對象的相關(guān)信息點即可顯示在屏幕中，點擊相應(yīng)的信息點，包括技術(shù)文檔，電氣圖紙，維護記錄表以及實時數(shù)據(jù)信息等更為詳細的內(nèi)容就會顯示在移動終端的畫面上。采用AR技術(shù)后，可以提高維修人員的工作效率，快速解決設(shè)備的故障問題。

3 運營輔助系統(tǒng)

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是智慧管網(wǎng)信息化的重要組成部分，為工程監(jiān)測監(jiān)控、水環(huán)境管理、行政辦公提供信息通信保障。通過構(gòu)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺，為工程項目中的應(yīng)用系統(tǒng)、日常辦公、數(shù)據(jù)采集、實時視頻等網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹?。所需要的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有局域網(wǎng)絡(luò)、專用數(shù)據(jù)電路、互聯(lián)網(wǎng)專線，以及日常辦公及數(shù)據(jù)采集的需要的無線WIFI、4G等網(wǎng)絡(luò)。考慮在調(diào)度中心設(shè)置2條200M互聯(lián)網(wǎng)光纖專線，1條50M互聯(lián)網(wǎng)視頻專線；在調(diào)度中心設(shè)置1條10M MSTP專線用于與總部視頻會議使用；在3個水廠分別設(shè)置1條50M互聯(lián)網(wǎng)光纖專線用于與調(diào)度中心數(shù)據(jù)通信?？紤]在泵站內(nèi)部建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)，滿足泵站智能巡檢設(shè)備實時數(shù)據(jù)傳輸及生產(chǎn)管理系統(tǒng)實時操作需要。

3.2 圖像監(jiān)視與門禁系統(tǒng)

根據(jù)本工程的規(guī)模設(shè)置圖像監(jiān)視系統(tǒng)及門禁系統(tǒng)設(shè)備。本工程設(shè)1套圖像監(jiān)視系統(tǒng)，由調(diào)度中心主系統(tǒng)及取水泵站子系統(tǒng)組成。圖像監(jiān)視中心設(shè)在調(diào)度中心，在取水泵站設(shè)圖像監(jiān)視分中心。調(diào)度中心圖像監(jiān)視系統(tǒng)采用數(shù)字式系統(tǒng)，主要由視頻工作站、NVR視頻錄像機、網(wǎng)絡(luò)一體化彩色高清球型攝像機、網(wǎng)絡(luò)遙控控制鍵盤(帶搖桿)等圖像設(shè)備組成。泵站分中心設(shè)在控制室，主要由視頻平臺(含視頻服務(wù)器)、NVR視頻錄像機、圖像顯示器、遙控控制鍵盤、網(wǎng)絡(luò)一體化彩色高清球型攝像機等圖像設(shè)備組成。通過切換，可實時顯示泵站的、管理中心的視頻圖像，泵站各泵組的運行工況。

泵站分中心所配置的視頻平臺(含視頻服務(wù)器)，可實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測、人數(shù)統(tǒng)計、人臉識別、安全帽識別等攝像頭智能應(yīng)用功能。對于重要區(qū)域(如大門入口、高錳酸鉀間、應(yīng)急投加室)，增設(shè)人臉識別攝像頭；對于主廠房(電機、水泵)、高壓開關(guān)柜室、低壓開關(guān)柜室，增設(shè)安全帽識別攝像頭。泵站配置一套脈沖電子圍欄系統(tǒng)用作泵站周界防范，通過信號傳輸設(shè)備將報警信號傳至調(diào)度中心的報警控制系統(tǒng)，遠程對外部脈沖主機進行布撤防控制等操作。

3.3 視頻會商系統(tǒng)

3.3.1大屏顯示系統(tǒng)

在調(diào)度監(jiān)控室設(shè)1套大屏顯示系統(tǒng)設(shè)備，與計算機監(jiān)控系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)連接，為工程運行管理、泵站水廠調(diào)度、視頻監(jiān)控等提供實時可視化設(shè)備。在會商室設(shè)1套大屏顯示系統(tǒng)設(shè)備，與視頻會商系統(tǒng)進行連接，為視頻會商系統(tǒng)提供可視化設(shè)備。

3.3.2視頻會商系統(tǒng)

設(shè)計采用討論型會議系統(tǒng)，主要用于上級管理單位召開各種會議、報告等，滿足各種會議活動的需要。該系統(tǒng)設(shè)計為一個智能會議系統(tǒng)，配置擴聲系統(tǒng)、會議系統(tǒng)，可以與大屏顯示系統(tǒng)、攝像監(jiān)控系統(tǒng)、多媒體投影系統(tǒng)、電視電話終端、局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)等相結(jié)合構(gòu)成較大型的多功能廳系統(tǒng)。

3.4 工程巡檢系統(tǒng)

為提高本工程運行巡檢信息化和智能化管理水平，在泵站設(shè)置1套機器人智能巡檢系統(tǒng)，對取水泵站設(shè)備工作狀態(tài)及運行環(huán)境進行巡查監(jiān)視。在工程沿線設(shè)置1套無人機巡檢系統(tǒng)，對管線周邊環(huán)境及重要供水設(shè)施等進行智能巡檢。

3.4.1機器人巡檢系統(tǒng)

本系統(tǒng)由輪式機器人、后臺監(jiān)控系統(tǒng)、供電樁設(shè)備、通信系統(tǒng)等構(gòu)成，對泵站內(nèi)設(shè)備、運行設(shè)備及環(huán)境進行全天候巡檢、視頻監(jiān)控，以解決泵站設(shè)備依靠人工巡視的現(xiàn)狀，且發(fā)生異常緊急情況時，智能巡檢系統(tǒng)可作為移動式監(jiān)控平臺，代替人工及時發(fā)現(xiàn)和查明設(shè)備故障，降低人員的安全風(fēng)險。巡檢高低壓室、電機水泵層、二次設(shè)備室等，對配電設(shè)備、電機、水泵、管路等進行智能巡檢，可智能開門巡檢。

實現(xiàn)全自主和遙控巡檢模式。具備巡檢路線規(guī)劃功能。系統(tǒng)實時顯示智能巡檢系統(tǒng)在電子地圖上的位置。具備設(shè)置檢修區(qū)域功能，及操作員在電子地圖上標記了檢修區(qū)域后，智能巡檢系統(tǒng)在巡檢過程中自動規(guī)劃巡檢路徑，自動避開檢修區(qū)域。當發(fā)生智能預(yù)警或彈出事件時，系統(tǒng)通過話音進行事件信息播報。當機器人執(zhí)行巡檢任務(wù)時，通過語音播報其處理情況，包括開始巡檢、預(yù)檢。情況、任務(wù)下載情況、重要位置或重要任務(wù)的執(zhí)行情況、巡檢結(jié)束情況等。智能語音交互功能：平臺支持智能語音交互功能，操作用戶可通過麥克風(fēng)說出常規(guī)的控制操作指令或功能描述，系統(tǒng)自動進行語音分析，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。智能巡檢系統(tǒng)配備紅外高清攝像機和聲音采集等檢測設(shè)備，并能將所采集的視頻和聲音上傳至后臺監(jiān)控系統(tǒng)。

3.4.2無人機巡檢系統(tǒng)

無人機巡檢系統(tǒng)由飛行平臺、飛機負載和地面站三大部分組成。其中，飛行平臺主要是無人機機架部分，包括導(dǎo)航、飛控、動力、電源等；飛機負載由云臺和相機組成，相機可選擇可見光或熱成像相機，并預(yù)留多種接口；地面站系統(tǒng)有一體化遙控器和地面站組成，主要用于對無人機的控制。巡檢區(qū)域：泵站、管道沿線等重要區(qū)域。無人機在安全監(jiān)控領(lǐng)域可運用于泵站、管線巡檢等工作，通過無人機實現(xiàn)重要位置區(qū)域的安全監(jiān)管、提醒等工作。

3.5 監(jiān)測管理系統(tǒng)

3.5.1水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)針對水質(zhì)進行實時監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括：常規(guī)水質(zhì)5參數(shù)(水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度)，總磷、氨氮、總氮、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素、藍綠藻等測參數(shù)。根據(jù)監(jiān)測的內(nèi)容設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測的管理、應(yīng)用軟件。

3.5.2水情監(jiān)測系統(tǒng)

水情在線監(jiān)測系統(tǒng)針對水情數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，充分利用系統(tǒng)的實時性和可靠性優(yōu)勢，通過快速可靠的傳輸方式和實時自動的處理手段，能很好地完成工程對水位、水量監(jiān)測等信息的要求，為本工程的運行調(diào)度提供水文數(shù)據(jù)保障。

4 結(jié)語

供水智慧運營系統(tǒng)的建設(shè)為湛江市智慧水利打下良好的基礎(chǔ)，工程運行管理和服務(wù)智慧化，提升水旱災(zāi)害防御能力，保護水生態(tài)環(huán)境，為湛江市經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展提供堅實的水安全屏障。湛江市水利有關(guān)單位將信息化建設(shè)與工程建設(shè)同步并行、有機結(jié)合，加快具有預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧引調(diào)水工程建設(shè)，提高水安全管理能力和保障能力。同時將進一步完善流域計劃用水智慧管理數(shù)據(jù)庫，深入開發(fā)節(jié)約用水信息化管理平臺功能模塊，加快建立先進實用的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，推進引調(diào)水工程供水智慧化管理。