大型水電站智慧壩區(qū)管理平臺開發(fā)與應用

摘要：信息化時代背景下，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術實現(xiàn)了質的發(fā)展與新的突破，傳統(tǒng)水電站壩區(qū)管理向可視化、智慧化管理轉變。結合實際情況，就大型水電站智慧壩區(qū)管理平臺的開發(fā)與應用進行探討，歸納其建設原則、總體框架，及其應用模塊與應用成果，為水電站壩區(qū)管理提出了一種高效、便捷且可靠的管理方案，優(yōu)化水電站壩區(qū)的日常管理流程，提高管理效率，為水電站壩區(qū)的現(xiàn)代化管理提供新的路徑參考。

關鍵詞：大型水電站壩區(qū)管理智慧管理平臺GIS技術

中圖分類號：TM76

DevelopmentandApplicationofIntelligentDamAreaManagementPlatformofLargeHydropowerStation

WANGZhengjunLinXiaohongChengXiaofei

ChinaYangtzepowerCo.，Ltd.XiangjiabaHydropowerPlant，Yibin，SichuanProvince，644612China

Abstract：Inthecontextoftheinformationage，newgenerationinformationtechnologiessuchasbigdata，cloudcomputingandtheInternetofThingshaveachievedqualitativedevelopmentandnewbreakthroughs.Thetraditionaldamareamanagementofhydropowerstationischangingtovisualizationandwisdommanagement.Basedontheactualsituation，thispa838648f6c66c1e10032488028df56016perdiscussesthedevelopmentandapplicationofintelligentdamareamanagementplatformoflargehydropowerstation.Bysummarizingitsconstructionprinciples，generalframework，applicationmodulesandapplicationresults，anefficient，convenientandreliablemanagementschemeisproposedforthedamareamanagementofhydropowerstation.Theschemeoptimizesthedailymanagementflowofthedamareaofhydropowerstation，improvesthemanagementefficiency，andprovidesanewpathreferenceforthemodernmanagementofthedamareaofhydropowerstation.

KeyWord：Largehydropowerstation;Damareamanagement;Intelligentmanagementplatform;GIStechnology

近年來，包括大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等在內的新一代信息技術實現(xiàn)了質的發(fā)展與新的突破，三維建模、 建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）等技術的應用使得可視化、智慧化管理成為可能，大幅度提高了管理效率與準確性。在水利水電領域，其壩區(qū)構成復雜、變化情況多、維護成本高、運行風險大，傳統(tǒng)管理向智慧管理轉變有其必要性，亟須在智慧管理平臺上有所突破[1]。傳統(tǒng)的壩區(qū)管理存在諸多業(yè)務痛點與薄弱環(huán)節(jié)，如信息可視化程度弱、壩區(qū)安全評判及時性差與可信度低、巡檢工作管理難度大、安全管理短板不易識別、資料整編工作量巨大等[2]。目前，國內外針對智慧水電站設計與建設路線較少聚焦于壩區(qū)非生產(chǎn)區(qū)域，并且缺少取得實質性成效的案例[3]。從現(xiàn)有研究來看，依托于智慧管理平臺的全生命周期管理方案仍存在諸多痛點難點問題，如前期數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與后期分析處理系統(tǒng)銜接不夠緊密、系統(tǒng)平臺實際操作流程較為復雜等[4]，需對相關技術的適用性與實用性進行進一步的探究。

本文結合大型水電站壩區(qū)管理實際情況，通過搭建集安防、消防、物業(yè)等非生產(chǎn)區(qū)域為一體的大型水電站智慧壩區(qū)管理平臺，達到強化壩區(qū)管理部門執(zhí)行管理、指揮、決策等職能的目的，實現(xiàn)了視頻監(jiān)控、入侵告警、出入口控制、公共廣播、無線對講、電子巡更、智慧交通等技防系統(tǒng)的融合與交互，實現(xiàn)壩區(qū)管理模式的更新升級，為全國智慧水電站壩區(qū)建設提供設計參考。

1智慧壩區(qū)管理平臺的設計構建

根據(jù)大型水電站壩區(qū)管理目標，智慧壩區(qū)管理平臺的構建需具備全要素感知、信息智能互聯(lián)、智慧決策診斷3個方面的技術基礎。具體來看，全要素感知通過運用圖像采集、衛(wèi)星定位、雷達監(jiān)測等手段獲取高分辨率且動態(tài)的要素數(shù)據(jù)，搭建“天一空一陸一水”立體數(shù)據(jù)庫；信息智能互聯(lián)則依托數(shù)據(jù)訪問控制、多平臺多客戶端等技術實現(xiàn)協(xié)同處理，實現(xiàn)壩區(qū)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)與應用決策系統(tǒng)的互聯(lián)互通；智慧決策診斷運用智能計算、機器學習等人工智能技術實現(xiàn)狀態(tài)診斷與風險方案預判，輔助以空間模型、三維BIM技術等技術實現(xiàn)更接近真實情況的情景模擬。在此基礎上，各技術通過有機結合與緊密聯(lián)系，最終實現(xiàn)智慧管理的目的[5]。

1.1建設原則

大型水電站智慧壩區(qū)管理平臺的建設應充分利用現(xiàn)有的技術系統(tǒng)和信息資源，采用模塊化、結構化的設計，確保系統(tǒng)穩(wěn)定安全高效運行，易于使用、管理、維護和擴展。平臺建設原則如下。（1）適用性原則。平臺建設需在保證流程規(guī)范的前提下，提供靈活可變的設置，以最大程度地適應未來業(yè)務發(fā)展需要。（2）標準性原則。平臺建設所涉及的控制協(xié)議、傳輸協(xié)議、接口協(xié)議、視音頻文件格式、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等，均需符合相應國家標準或行業(yè)標準。（3）先進性原則。平臺采用先進成熟的計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術、信息傳遞與工作流技術、安全與容錯技術以及主流的體系結構。（4）可靠性原則。平臺建設采用集中管理的主流技術和架構，利用故障處理機制、容錯機制、備份機制，以及結構化、分布式的結構，以提高系統(tǒng)的可靠性。（5）可擴展性原則。平臺采用模塊化設計，確保滿足系統(tǒng)規(guī)模擴展、功能擴充、軟件升級的需求。（6）易用性原則。平臺設計需滿足人機界面友好、人性化的需求，使管理平臺易于掌握、操作和使用。

1.2總體框架

1.2.1系統(tǒng)架構

智慧壩區(qū)管理平臺以地理信息技術、云計算技術、大數(shù)據(jù)技術、互聯(lián)網(wǎng)技術、數(shù)據(jù)庫技術為支撐，在標準規(guī)范體系與安全保障體系的基礎上，采用基礎設施層（InfrastructureasaService，IaaS）、數(shù)據(jù)資源層（DataAnalyticsApplicationsSuccess，DaaS）、平臺支撐平臺（PlatformasaService）、應用服務層（SoftwareasaService，SaaS）四層架構，面向壩區(qū)領導、壩區(qū)管理部門相關人員及管理業(yè)務相關人員提供集成化、可視化的綜合信息服務。系統(tǒng)總體架構設計思路見圖1。

（1）基礎設施層（IaaS）：將計算機、存儲器、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡設施等軟硬件設備組織起來，提供全面的計算資源、云存儲資源和網(wǎng)絡資源，可以實現(xiàn)資源的管理和服務。

（2）數(shù)據(jù)資源層（DaaS）：數(shù)據(jù)資源層由平臺運行所需的數(shù)據(jù)資源及信息資源庫組成，邏輯上分為三維成果數(shù)據(jù)、基礎地理類數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測類數(shù)據(jù)、業(yè)務管理類數(shù)據(jù)、外部技防系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)等，物理上包括元數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、文檔資料數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)。

（3）平臺支撐層（PaaS）：以MapGIS全空間智能平臺為支撐，實現(xiàn)對目錄服務、地圖服務、要素服務、處理服務、影像大數(shù)據(jù)服務、實時流服務等各種服務資源的發(fā)布與高效管理。同時對外提供基礎數(shù)據(jù)服務、基礎功能服務以及定制服務等服務資源，形成統(tǒng)一的服務資源整合與管理的支撐平臺。

（4）應用服務層（SaaS）：為智慧壩區(qū)管理平臺三維應用體系提供統(tǒng)一的信息資源共享和框架支撐，面向壩區(qū)各級管理部門相關人員提供符合其權限的場景化應用與數(shù)據(jù)功能服務。用戶借助各種終端設備，獲取服務資源，包括壩區(qū)三維可視化管理系統(tǒng)、壩區(qū)通行巡檢管理系統(tǒng)（Web+小程序）、電子沙盤、運行維護管理系統(tǒng)。

1.2.2業(yè)務架構

智慧壩區(qū)管理平臺將作為壩區(qū)日常管理、應急指揮、決策分析等業(yè)務工作執(zhí)行的重要依托，匯聚壩區(qū)管理工作所需要的各類數(shù)據(jù)信息，搭建集多源數(shù)據(jù)于一體的三維可視化管理應用場景。平臺作為業(yè)務人員管理、分析各項業(yè)務數(shù)據(jù)的樞紐，將實現(xiàn)與技防系統(tǒng)軟硬件的融合與交互，為管理部門輸出可供決策、分析的綜合成果信息，助力壩區(qū)管理工作的提質增效。管理平臺業(yè)務架構如圖2所示。

1.2.3系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

智慧壩區(qū)管理平臺將根據(jù)不同操作群體需求，部署不同網(wǎng)絡環(huán)境，包括外部互聯(lián)網(wǎng)和內部局域網(wǎng)等。其中數(shù)據(jù)中心和核心業(yè)務系統(tǒng)將依托內部局域網(wǎng)，保障數(shù)據(jù)與運行安全，小程序則部署在外部互聯(lián)網(wǎng)，便于日常查看及管理。

1.2.4系統(tǒng)基礎設施

在信息系統(tǒng)總體框架的基礎上，開展網(wǎng)絡、計算、存儲、安全保障能力建設，滿足系統(tǒng)部署運行、信息共享協(xié)同、數(shù)據(jù)安全可靠等需求，主要包括網(wǎng)絡環(huán)境建設與完善、應用部署與運行環(huán)境建設、安全環(huán)境建設等。

（1）網(wǎng)絡環(huán)境建設：基于業(yè)務網(wǎng)，采用以太組網(wǎng)鏈路或光纖鏈路，通過接入路由器就近接入相應互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡匯聚節(jié)點。包括對外服務區(qū)、數(shù)據(jù)存儲管理區(qū)和數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工區(qū)。

（2）應用部署與運行環(huán)境建設：包括Web應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器，具備集群能力，提供高可用性服務和負載均衡。

（3）安全環(huán)境建設：嚴格按照國家有關重要信息系統(tǒng)等級保護的要求部署安全產(chǎn)品，應對平臺廣域網(wǎng)環(huán)境下面臨的安全威脅。涉密系統(tǒng)應嚴格按照國家涉密信息系統(tǒng)分級保護要求建設并通過測評。

（4）其他系統(tǒng)環(huán)境建設：配置相應的不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply，UPS），以提高整個運行環(huán)境的穩(wěn)定性、可靠性，進而克服由于供電問題，造成的系統(tǒng)運行宕機、中斷等問題。

2智慧壩區(qū)管理平臺的應用

2.1平臺功能模塊

2.1.1集成化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

智慧集成管理平臺基于CGCS2000平面坐標系統(tǒng)，1985國家高程基準構建統(tǒng)一的項目測繪基準，并在此基礎上收集并整理傾斜攝影、正射影像、DEM等10類成果數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一的綜合數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成管理。各類數(shù)據(jù)成果情況見表1。

2.1.2可視化管理系統(tǒng)

智慧集成管理平臺匯聚壩區(qū)地上、地表、地下三維模型，搭建全空間全要素信息融合的三維應用場景，接入視頻監(jiān)控、出入口控制、入侵報警、公共廣播、無線對講、電子巡更、智慧交通等技防系統(tǒng)設施，實現(xiàn)大型水電站壩區(qū)人防、物防、技防的可視化管理，為管理部門提供清晰便捷的可視化面板和成果信息服務。

1. 綜合態(tài)勢感知：通過三維場景綜合展示全壩區(qū)三維數(shù)據(jù)信息、技防設施設備點位信息、對接技防系統(tǒng)基礎與分析成果信息，實現(xiàn)水電站全局信息的一圖表達。

（2）三維場景瀏覽展示：支持三維場景的瀏覽查看，可對三維場景進行移動、放大縮小、場景快照等操作，場景中的信息可隨瀏覽視角的變化自動加載。

（3）場景分析工具：管理平臺提供距離量測、面積量測、場景漫游、動態(tài)剖切等三維基礎分析工具，支持三維場景下的全方向前進、后退、漫游、自定義路徑巡視功能。

其中，智慧安防為目前已實現(xiàn)的智慧壩區(qū)管理平臺核心功能模塊，主要對接壩區(qū)智能安防系統(tǒng)平臺及相關視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

（1）視頻監(jiān)控模塊：主要對接各攝像頭設備，并展示重點關注的視頻監(jiān)控，同時將對應的設備點位在三維場景中展示，并對視頻報警進行了展示與統(tǒng)計。

（2）出入口控制模塊：主要對接出入口控制系統(tǒng)，包括人員通行記錄和車輛通行記錄的查看、搜索以及數(shù)據(jù)導出。同時，具有一鍵布防、一鍵撤防功能，實現(xiàn)平臺和物理設備的聯(lián)動。

（3）入侵報警模塊：主要對接各入侵報警設備，包括入侵報警信息及地圖中的展示。同時，對核心區(qū)、控制區(qū)、限制區(qū)等不同安防級別區(qū)域的報警記錄分別形成統(tǒng)計報表。

2.1.3數(shù)字化運維管理系統(tǒng)

運行維護管理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)管理維護與后臺運行維護，為系統(tǒng)運維人員提供數(shù)據(jù)管理、用戶管理、權限管理、日志管理、用戶認證等功能，提升系統(tǒng)運維的便捷性。

其中，數(shù)據(jù)管理維護模塊主要提供管線數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、物防技防人防設施數(shù)據(jù)等的統(tǒng)一入庫和管理。同時支持壩區(qū)影像數(shù)據(jù)、矢量電子地圖、傾斜攝影數(shù)據(jù)、地質模型、管線模型等數(shù)據(jù)的服務發(fā)布；日志管理模塊提供系統(tǒng)用戶登錄、數(shù)據(jù)操作等日志信息，為系統(tǒng)管理員分析平臺運行情況和監(jiān)控平臺用戶提供支撐。

后臺運行維護管理系統(tǒng)提供場景初始位置參數(shù)、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)服務信息等基礎配置功能，并提供數(shù)據(jù)節(jié)點的管理服務。同時，有效整合與統(tǒng)一用戶中心統(tǒng)一認證的對接，實現(xiàn)專業(yè)用戶單點登錄（SingleSignOn，SSO）、訪問控制并采用相關的安全機制，增強用戶身份認證過程的安全性。

2.2平臺應用成果

2.2.1實現(xiàn)實時監(jiān)控與預警，提升安全保障能力

智慧壩區(qū)管理平臺通過部署各類傳感器和監(jiān)控設備，建立壩區(qū)地質模型等搭建并完善三維可視化系統(tǒng)，提高水電站壩區(qū)數(shù)字化程度，實現(xiàn)對水電站壩區(qū)的實時監(jiān)控。壩區(qū)內地質變化情況、管線布置情況、各保衛(wèi)分區(qū)突發(fā)事件情況，以及技防、物防、人防等設備運行狀態(tài)等均能實現(xiàn)實時采集，并監(jiān)測異常變化觸發(fā)預警機制。同時，平臺將自動生成預警報告，并詳細記錄，為管理人員的決策提供有力支持。智慧壩區(qū)管理平臺在水電站壩區(qū)的應用，使得管理人員能夠實時掌握壩區(qū)的運行狀態(tài)和安全狀況，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患并采取有效措施進行處治，切實提升水電站壩區(qū)的安全保障能力。

3.2.2優(yōu)化調度與決策，提升維護效率與管理水平

智慧壩區(qū)管理平臺通過集成先進的調度優(yōu)化算法和決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)了對水電站壩區(qū)維護工作的優(yōu)化管理。通過對壩區(qū)通行和安全巡查的信息化管理、設備設施的可視化管理，實現(xiàn)水電站壩區(qū)人、車、物的綜合管理，優(yōu)化電子巡更線路、合理配置壩區(qū)公共資源。同時面向系統(tǒng)運維人員提供一站式運維管理平臺，減少日常管理工作的重復化與低效化，實現(xiàn)管理效率與水平的雙提升。

3結語

大型水電站作為水利行業(yè)的重要組成部分，其壩區(qū)安全運行對于保障國家能源安全和經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。智慧壩區(qū)管理平臺作為水電站智能化管理的關鍵手段，其應用成果日益顯現(xiàn)。本文提出的大型水電站智慧壩區(qū)管理平臺實現(xiàn)了各業(yè)務場景的加載，對集成化數(shù)據(jù)管理、可視化管理、數(shù)字化運維等方面的功能模塊設計以及應用進行了探討，提供了高效、便捷、可靠的大型水電站壩區(qū)管理方案，不僅有助于水電站的安全運行和效益提升，也為未來智慧水利壩區(qū)建設提供了寶貴的經(jīng)驗和借鑒。當然，大型水電站智慧壩區(qū)管理平臺的應用仍面臨一些挑戰(zhàn)，如在保障系統(tǒng)安全性的同時提高開放性與可拓展性、后續(xù)應用場景拓展延伸等。未來，需要進一步加強技術研發(fā)和人才培養(yǎng)，推動智慧壩區(qū)管理平臺在大型水電站的應用不斷深化和完善。

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