精細化智慧水利信息平臺的應用實踐

李 揚 顏 蔚 湯 煒

(1.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200； 2.揚州市江都區水務局，江蘇 揚州 225200)

黨的十九大報告中把智慧社會作為建設創新型國家的重要內容，從頂層設計的角度，為智慧社會建設指明了方向[1]。諸多水利工作者提出了智慧水網、流域、水利、水務等概念[2]。目前，國內智慧水利的建設正在進行小范圍試點與研究，主要集中在技術方法、建設思路探索方面[3]。

江都水利樞紐是南水北調東線源頭工程，由4座大型抽水站、12座大中型水閘及其配套設施組成，具有抽江北送、自流引江、抽排澇水、分泄洪水、余水發電、保障航運、改善生態環境等功能[4]。該工程是我國第一座自行設計、安裝、管理的大型泵站群，并率先將精細化[5]引入水利工程管理中來，進而用于管理信息化平臺建設，實現水利工程全區域、全功能智慧管理。該工程以精細化的理念指引智慧水利的建設實踐，對于后續類似大型水利工程開展智慧水利的研究和建設具有一定的參考價值。

1 現有自動化平臺與智慧水利的差距

通過精細化的理念對自動化監控系統、視頻系統等現有技術平臺進行分析與梳理，找出與智慧水利目標的具體差距。該工程經過多年的水利工程自動化監控系統、視頻系統的研發，實現了以泵站、水閘各自為主體站一級的自動化監控系統，能夠做到對泵站、水閘電氣量、溫度量、水位、閘門開度、氣體壓力、油壓力等綜合監視，以及以操作票為步驟的主變、主機、勵磁等投運切出操作。此外，單獨開發了辦公自動化系統，初步滿足了郵件發送、公文報送簽發等辦公需求。但是，以智慧水利作為目標，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，從整個樞紐層面來看缺乏統一整體管理，未能將水利工程樞紐所有泵站、水閘監控管理系統進行整合，形成統一管理平臺。

b.工程抽江北送、自流引江等功能的發揮對應不同的調度方案，調度方式多是從經驗出發，通過電話進行調度，填寫紙質調度記錄，缺乏直觀性。

c.工程監控、辦公自動化、水情報送等多系統相互獨立，系統使用人員根據不同的工作需要進入不同的平臺進行處理，一定程度上增加了工作的復雜度。

d.工程維修養護項目管理及工程巡視檢查等仍主要采用紙質文檔，缺乏實時性，無法做到對工程維修養護進度的實時反饋以及巡視檢查執行情況的實時監督。

2 智慧管理信息平臺的實現

2.1 總體思路

該管理信息化平臺以實現智慧水利的管理目標，在功能設計及現場使用方面以精細化為要求，實現工程控制運用、水利工程管理的全業務智慧管理。

a.建設樞紐工程監控系統，實現各抽水泵站、水閘、水文站的水情與工情數據的全面監控，為防汛調度提供數據支撐，為相關部門精細化管理提供可視化決策支持。

b.信息化管理平臺整合智慧調度系統，能夠根據省防辦的調度指令，自動提供調度方案，供管理處防辦選擇并下達。

c.在對歷史維修養護數據電子化錄入的基礎上，加強對維修養護項目進度、標準要求的實時管理，重點是工程維修技術測量數據的及時錄入和質量控制，實現工程管理智慧化。

d.針對工程運行期間以及非運行期間的巡視檢查，建立智慧巡檢系統，以智能手機、平板為載體，編制巡檢APP，實現所有設備電子化巡檢。

2.2 具體實現

2.2.1 工程監控子系統

為實現樞紐工程全域管理，將泵站開啟主機數量、閘門開啟數量、各站點上下游水位與流量等主要管理對象整合集中顯示，同時引入該工程流域電子地圖，顯著標注所管理的主要泵站和水閘，從而實現工程流域全局數據的管理。在此基礎上可通過點擊地圖標注，直接進入相關泵站、水閘站一級的自動化監視系統。

同時在一級目錄上分欄顯示泵站、水閘、報表查詢，二級目錄用于切換具體的站點。泵站監控主畫面以動態主接線圖為主，直觀顯示相應主機運行、高壓斷路器狀態，并在各臺主機下方集中顯示該主機的定子及勵磁電壓、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面，動態顯示閘門啟閉動畫，對應標明各閘門閘位和單孔流量。對各閘站以及全處進線數據、站變數據、機組數據以列表的形式進行查詢。

2.2.2 調度管理子系統

在調度管理中，根據工程調水、排澇、發電、自流引江、淮河泄洪等功能，通過流量進行分級，預先設置調度方案。當管理處防辦接收到上級防辦指令時，調度系統(調度系統支持技術架構見圖 1)根據指令提供最優方案以供選擇。例如抗旱，調水流量在400m3/s以上時，調度系統下發開啟二站7臺主水泵，三站10臺主水泵，四站6臺主水泵調度指令，生成詳細調度任務表，將調度指令按照權限自動送達二站、三站、四站負責人賬號，同時發送相關指令信息到相關負責人手機，完成指令下達流程。相關負責人執行指令后在調度系統中填寫相關執行情況。同時，該系統以流程圖的形式從上級調令、處級調令、基層站點調令接受情況、基層站點執行情況、處級調令執行情況五個層級對指令進行跟蹤。系統留有調度方案編輯接口，便于處級調度人員進一步對調度方案進行優化。調度子系統具備值班管理功能，由基層站點負責人提前預設排班表，當接到調令后，可直接選擇相應的運行值班方案，機組運行后值班人員登錄該系統進行值班登記，便于上級對基層值班情況整體把控。

圖1 調度系統支持技術架構

調度系統中統計分析可對雨情報表、水情報表、值班情況、調度情況進行查詢，并自動對泵站機組運行時間、水閘單孔運行時間進行統計形成運行情況統計表，通過對水雨情分析自動生成測站雨量柱狀圖、單站時段降雨量圖、單站日降雨量圖以及水量統計表。這些圖表為基層管理單位以及工程管理科室實施精細化工程管理提供了數據支持。

2.2.3 工程管理子系統

工程管理子系統將工程檢查、工程觀測、維修養護、考核管理等項目管理過程電子化、網絡化、信息化，通過將原有歷史資料進行電子化錄入，逐步替代原有人工紙質檔案管理。

a.工程檢查：主要是為了實時掌握工況變化和工作情況、分析工情變化規律提供科學的管理依據。系統提供定期檢查、日常巡查、特別檢查、電氣試驗、安全鑒定等記錄登記功能，檢查人員根據實際情況，對記錄進行登記。

b.工程觀測：觀測內容主要包括垂直位移觀測、測壓管水位觀測、引河河床變形觀測、混凝土建筑物裂縫觀測、建筑物伸縮縫觀測以及其他(水流形態、混凝土碳化深度、水文)觀測。系統實現對觀測結果的電子化管理，工作人員可將觀測結果登記到系統上，對其進行分類、歸檔，并提供模糊檢索的功能。

c.維修養護：工程維修養護主要是對承擔防洪、排澇等公益性任務的水閘、河道堤防等水利工程以及設備的正常維修養護等項目過程進行記錄和關鍵節點上報。

d.考核管理：對各工程所的日常考核、年度考核/復核過程和結果進行記錄，方便查詢。

2.2.4 智慧巡檢系統

該工程原先巡檢模式采用傳統人工巡檢，通過人工記錄、紙質上報的工作方式進行巡查。該模式的缺點是管理人員無法對巡查人員的工作進行實時有效監督，工作效率不高。

通過建設智慧巡檢系統實現高效、便捷、可管理的巡檢模式。

系統采用地理信息系統GIS平臺，外業巡查人員通過智慧巡檢APP在每一個巡檢點上報實時位置信息，系統實時記錄在執行巡檢任務過程中的位置信息，后臺通過對實時位置信息進行統計并繪制出該巡檢人員的巡檢軌跡，從而實現對巡檢人員執行巡檢任務的監管與監督。若巡查工作因地圖上無法使用GPS定位識別工作人員的精確位置，則選擇二維碼掃描和附有時間信息的工作照片上傳的巡檢模式，確保巡檢員到達指定地點工作，并留下工作記錄。

智慧巡檢系統整合工程管理系統數據庫、水閘信息數據庫、泵站信息數據庫、實時水雨情數據庫等進行部署配置，網絡拓撲圖見圖2。

圖2 網絡拓撲圖

智慧巡檢系統包含服務端和客戶端，其中服務端用于巡檢管理人員下發巡查任務、查詢上報信息以及對巡檢工作進行統計考核；客戶端用于巡檢人員巡檢任務的接收與查詢、現場巡檢的信息上報、現場工程信息的查詢以及其他輔助功能的使用。巡檢業務流程見圖3。

圖3 巡檢業務流程

智慧巡檢系統實現了安全隱患上報。通過對現場情況信息的及時上報，對需要巡查的內容進行核查，對已經巡查過的內容可拍照、語音、視頻或文字編輯發送，實現現場情況信息的在線上報，方便管理人員對現場突發情況的及時監管與處理。

3 結 語

精細化智慧水利的應用實踐以信息化技術手段在將原有工程管理系統數據庫、水閘信息數據庫、泵站信息數據庫、實時水雨情數據庫等有效整合的基礎上進一步開發信息管理平臺，實現水利樞紐工程各個層級的指令下達、執行、反饋，能夠為調度人員提供最優調度方案，為工程管理人員提供運行臺時、水量等數據統計，為安全部門提供隱患、故障統計、分析，為站所負責人提供智能排班安排，達到了工程管理的全范圍、全層級、全過程的覆蓋，實現了以江都水利樞紐工程為樣本的精細化智慧水利。