智慧水庫一體化管理平臺特點介紹

張玉炳，楊明化，何向陽，楊 林

（國家大壩安全工程技術研究中心，長江勘測規劃設計研究院，湖北 武漢 430010）

面向水庫及水庫群的實時監控、集中管理和優化調度一直是水庫管理部門的工作重點，但是水庫及水庫群自身具備分布廣、信息雜、業務多等特點，加之普遍存在基礎設施缺乏、管理手段落后、運維資金有限、技術人員稀缺等現實問題，使監管變得異常困難。另外，由于水庫群相互關聯復雜，影響力巨大，對其監管不能有絲毫懈怠，實時掌握水庫群的運行狀況，及時高效地進行應急響應，科學合理地實施水庫群調度成為管理部門亟待解決的問題。

智慧水庫是基于水利信息化、數字化和智能化建設，運用新一代物聯網、移動通信網絡、光網絡等，利用云計算技術、MSTP、3S／3G等高性能信息數字化技術，深入開發和高度整合水利信息資源，實現水庫感知、傳輸、應用的網絡化與智能化，有效的實現水庫信息的共享，提升水庫工程運用和管理的效率和效能。

在“互聯網+”和智慧水利的大環境下，實現水庫管理部門從粗放管理向精細化管理的轉變，實現水庫及水庫群的集中管理和科學管理是必然趨勢。通過開發智慧水庫一體化管理平臺，集成離散而多樣的水庫管理業務和信息，實現水庫群工程、監測、水文、地形等信息的綜合利用，在實施集中監控的基礎上實現水庫群的聯合管理和調度，有效地提高了管理部門的工作效率，為管理部門的科學高效管理提供了支撐，為實現“互聯網+水庫管理”和智慧水利提供了輔助工具。

1 水庫信息化現狀分析

隨著時代的發展，在水庫監管及運行管理單位，水庫管理相關信息系統的應用已較為廣泛。水庫管理根據各自的業務需求，分別應用了各類專業管理軟件。據不完全統計，超過2／3的大型水庫和部分中型水庫管理單位建有水雨情測報系統、大壩安全監測系統。此外還有部分水庫單位布設有視頻監控、閘門自動控制、水文預報系統，主要注重信息的采集、查詢、展示，極少數信息化系統具備信息發布功能。根據調研，普遍存在以下幾類問題。

（1）缺乏統一規劃。水庫各個業務系統間相互獨立，每個系統的功能比較單一，業務不全或重復。

（2）集成程度低，存在信息孤島。已部署的軟件系統由于開發廠家、時間、開發語言等不盡相同，導致各個軟件間數據不能共享，無法有效融合。

（3）業務功能不全。目前，已開發水雨情測報、安全監測等系統僅實現了信息采集、查詢、展示，忽視日常管理業務以及整編分析、預警、對外信息發布等功能，且大多是基于某些具體的業務需求而開發，沒有實現水庫的日常管理業務的全覆蓋。

實踐證明，完全依靠工程措施，已經不能有效解決當前復雜的水問題。廣泛應用現代信息技術，充分開發水庫信息資源，拓展水庫信息化的深度和廣度，工程與非工程措施并重視實現水庫現代化的必然選擇。以水庫信息化帶動水利現代化，以水庫現代化促進水利信息化，增加水庫的科技含量，降低水庫的資源消耗，提高水庫的整體效益是新世紀水庫發展的必經之路，智慧水庫一體化管理平臺成為有效的解決方法。

智慧水庫一體化管理平臺是針對水庫及水庫群綜合運行管理的軟件系統，它是一個按照統一規劃、統一標準、統一平臺、統一運行環境、統一管理、可視化一張圖的基本原則研發而成，它集成了水庫的自動化監測、運行維護、行政管理等主要業務，最終達到一套軟件解決水庫及水庫群管理的所有業務的目的，實現水庫及水庫群的數據、業務、管理等要素的有效集成，解決大部分水庫及水庫群管理的問題。其優點主要體現在以下方面：

（1）智慧水庫一體化管理平臺大大提高雨情、水情、旱情、災情、安全監測采集傳輸的時效性，提高預測和預報的及時性和準確性，為制定防洪抗旱調度方案，提高決策水平提供科學依據，最終達到充分發揮已建成水庫設施效能的作用。

（2）智慧水庫一體化管理平臺在水庫資源開發、利用和治理的同時，更為注重水庫資源的配置，節約和保護，為水庫資源的統一配置、統一調度、統一管理，提供重要技術支持和信息支持。

（3）智慧水庫一體化管理平臺在政府機構改革和職能轉變之機，深入利用信息資源以更好地管理復雜的事務，提高管理水平和工作效率，使社會各界有效的監督部門工作，達到政務公開和改進服務的目的。

（4）智慧水庫一體化管理平臺對于現在推行的節水型農業，提高水庫資源的利用率，提高資源共享，促進國民經濟協調發展將具有重要現實意義和長遠的歷史意義。

2 一體化管理平臺的設計

智慧水庫一體化管理平臺的建立，旨在收集整編水庫的監測管理數據、完成數據集中與共享、建成統一業務支撐平臺、開發和整合相互協同管理調度的業務功能，提供防汛管理多層級、多部門用戶的協作平臺，為防汛決策提供專業、快速、準確的技術支持，為實現信息資源整合提供基礎，同時促進水利行業與其它行業信息的交換與共享。

2.1 系統架構

智慧水庫一體化管理平臺在綜合考慮水庫已有自動化系統的基礎上，采用分層式架構、模塊化思想進行程序開發和部署，系統結構包括數據訪問層、業務邏輯層以及表現層，實現“高內聚、低耦合”，降低模塊之間的耦合性，增強系統的可維護性和擴展性。系統邏輯構成包括：用戶層、業務應用、數據層、采集層等部分。系統的開發采用以相關技術標準與規程規范和安全與運維為支撐，包括數據采集、數據存儲、業務應用和用戶應用等邏輯層，平臺的設計原則是靈活性、可擴展性和兼容性。

系統架構圖如圖1所示，相對于水庫管理部門的其他業務，針對水庫群的管理業務呈現出多樣性。水庫的地理位置比較分散、水利工程各具特點、管理方式各異等因素，要求系統架構必須能夠適應業務的多樣性需求。另一方面業務的不斷變化和功能需求的不斷更新對系統功能的可擴展性提出了更高的要求。隨著移動智能終端的普及，智能手機、平板電腦、Pad的普及和應用要求系統能夠運行在不同的硬件設備上，并且能夠適應不同的操作系統。

2.2 功能特點

相對于其他水利信息管理軟件，智慧水庫一體化管理平臺是一套業務全覆蓋、過程全管理、資源全整合的高度集成的一體化管理平臺軟件，可解決水庫全方位的信息化管理問題。其功能特點主要體現在良好的人機交互能力，提供科學合理的業務服務，系統本身在運行性能上有較高的要求，具體體現在以下幾個方面。

（1）多層級全要素一體化解決方案。它為水庫的各級管理單位（水庫管理處、縣市級水利局、省區級水利局等）提供覆蓋自動化監測、遠程監控、統計分析、綜合調度、預警預報、應急響應、運行維護和行政管理等實用業務功能，使其日常運行維護管理規范化、流程化、信息化，可根據實際需求定制性部署。徹底解決“信息孤島”問題，實現專業信息統一規劃、集中存儲和綜合利用，實現水庫主要業務在一套系統中集中展示，達到數據和業務的有效融合，最大程度發揮集中管控的作用。

圖1 系統架構圖

（2）可視化水庫一張圖。借助于地理信息系統（GIS）和三維模型，在一張地圖上展示水庫各水工建筑物及設施的位置關系、數據信息和統計信息，結合圖形、表格、熱點、氣泡等表現方式，充分實現系統的可視化、形象化，將水庫的氣象、水雨情、監測、閘門開度、流量、應急事件、待辦事項等主要信息進行集中展示。

（3）基于虛擬現實的工程管理。結合虛擬現實技術，實現水庫工程在線巡查，管理者足不出戶即可實現整個工程狀況的檢查，主要體現在監測點、視頻終端、水工建筑物、巡檢對象的在線可視化巡查，將終端信息和巡檢對象的狀態結合到一起，使管理者身臨其境的進行工程管理與應急處置。

（4）可視化數據整編。系統支持原始數據粗大誤差自動整編，保證數據基本正常，避免因儀器設備由于外界干擾造成的測值不穩定和不準確的情況出現。另外，系統支持在線可視化數據整編，通過對歷史變化過程的分析處理，快速定位到誤差數據所在區域，對數據進行在線處理編輯，便于用戶實現對監測數據的整理，極大提高了數據的準確性和工作的方便性。

（5）全業務報告自動生成。基于智能分析的全業務報告自動生成功能。按照規范要求，支持WEB頁面配置運行報告模板，定時自動抽取水庫日常運行管理的各類監測監控數據、調度數據、工程檢查資料以及維修養護記錄等內容，并基于專業知識智能分析自動生成全業務的運行管理報告。系統可根據需要按設定周期或操作人員的要求自動生成周、月、季、年、專題等各種資料整編分析或運行管理報告。

（6）專業智能分析評判與實時預警報警處置。系統提供專業智能分析手段，包括相關分析、回歸分析、有限元分析等業務功能，建立全方位的實時預警報警機制，通過比對歷史極值、變化速度極值等邊界值，實現監測數據的實時處理。預警報警機制還引入各種信息傳輸手段，實現信息、郵件等多種方式的報警，完成安全機制的立體建設。

（7）移動應用及智能移動巡檢。巡視檢查是及時發現水庫大壩問題的重要手段，通過日常定期和非定期的人工巡檢發現工程隱患，快速進行事故處置。隨著智能移動設備和移動網絡的快速發展，本系統基于移動終端進行應用軟件開發。管理人員可實現水庫巡檢工作的立體化全方位監控，在日常運行管理特別是遇到突發事件處理等緊急情況下，能通過移動終端進行決策指揮。系統具有高度兼容性，實現了移動應用與固定應用的無縫對接，并可在沒有公共網絡的應急狀態下獨立工作。

圖2 智慧水庫圖

3 典型應用

水庫管理一體化系統已在湖北、安徽、廣東、四川、重慶、內蒙古、廣西等省（市、區）的大中型水庫進行了應用，得到了包括流域機構、省、市、縣等不同管理層級的高度評價。該系統已被水利部科技推廣中心認定為水利先進實用技術，列入《2016年水利先進實用技術重點推廣指導目錄》。該系統是在各座水庫原有的水雨情、安全監測、閘門控制、視頻監控等子系統的基礎上進行綜合集成。系統解決了管理人員需登錄多個系統方可獲得所需要信息的問題，有效解決了原有子系統間開發接口、數據存儲、維護不統一導致存在“信息孤島”的問題，各層級管理人員可根據所屬權限快速掌握所關注的各類業務數據和成果信息。通過智慧水庫一體化管理平臺實現了水雨情、工情、調度、安全性態等主要業務的信息共享，并利用報告自動生成功能，智能評判大壩運行狀態，提高工作效率和管理水平。

湖北省赤壁市陸水水利樞紐工程是智慧水庫一體化管理平臺的具體應用，系統截圖如圖2所示。該平臺的部署和實施完善了陸水水庫大壩安全監測、視頻監控等自動化系統，擴大監測覆蓋范圍，形成信息采集體系。同時，建立了信息采集與預警相結合的模式，通過設定安全臨界值、警戒值，實現預警預報。

平臺建立了集水（雨）情數據、工情數據、大壩安全監測數據、水土保持數據、空間地理數據、水利工程建設（質量、資金、監管）信息、多媒體（圖片、音頻、視頻）數據、社會經濟數據等所有與水利工作有關的多元多維水利信息數據中心，搭建統一的檢查觀測、防洪調度、防洪預警、閘門監控、視頻監控等業務支撐平臺，實現跨子系統的數據、流程的交互。

除此之外，平臺在統一數據中心和業務支撐平臺基礎之上，基于已有業務系統，進行功能完善和補充，形成由檢查觀測、視頻監控、預警預報、閘門監控、防洪調度、綜合管理等構成的業務應用系統。

4 結語

水庫及水庫群的管理是水利管理部門的核心業務，鑒于水庫群信息種類多，數量大的特點，智慧水庫一體化管理平臺通過靈活運用Web GIS技術，充分發揮地理信息系統在展示上的優勢，將水庫的主要信息元素化后集中在一張地圖上展示，達到提升用戶體驗的目的。另外，系統緊密結合水庫管理單位的業務實際需求，從功能設計、數據存儲和管理、性能需求、安全需求等方面做了詳細設計，形成了一套既滿足業務需求又具備高性能特點的體系架構，很好解決了水庫及水庫群管理的主要問題，為智慧水庫的建設發揮積極的作用。

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