中型水庫信息化體系結構設計與研究

姚真凱 金富炳??

摘要：隨著水利工程逐步從建設為主轉變為管理為主，信息化對工程運行管理支撐作用越來越重要，本文探討了水庫信息化工程建設的技術路線、總體框架和構成，并對相應單元工程做了簡要建設說明，最后介紹了筆者負責和參與實施的相關項目的設計案例。

關鍵詞：水庫平臺；體系結構；運行管理

1 研究概述

1.1 研究背景

隨著水利工程逐步從建設為主轉變為管理為主，信息化對工程運行管理的支撐作用越來越重要，加大水利工程信息化建設力度，對提高工程管理效率，實現工程標準化管理，保證工程安全運行都有著十分重要的意義。

作為水利工程典型代表的水庫工程，是水利系統的重要基礎工程，其信息化建設也是水利信息化的重要實施對象。隨著計算機與信息技術的快速發展，采用新技術、新裝備對整個水庫進行現代化改造和信息化建設，可以進一步挖掘水庫潛力，加強水庫運行管理的科學性，充分發揮水庫工程的功能和效益。

1.2 水庫信息化現狀與主要問題

隨著信息技術的不斷普及和工程管理理念的進步，浙江省大中型水庫普遍建成了由現場自動化量測設施、遠程無線通訊、監測數據采集系統、信息處理查詢及發布等組成的完整信息化系統，有效實現了水庫的雨量、水位、工程安全監測數據、視頻監控圖像等數據的自動采集和監控，為水庫的安全管理與運行調度提供了及時準確的信息，提高了管理效率。[1]但是，對照新時期水庫工程管理的需求、正在開展的水利工程標準化工作的創標要求，還存在不少問題，具體表現在如下幾個方面：

1）部分管理數據采集、傳輸手段仍顯落后。

2）自動化設備需加快標準化建設和有序維護。

3）工程管理數據匯集和共享水平有待進一步提高

4）工程管理軟件系統功能和架構設計需更加契合用戶實際需要。

5）工程管理數據、信息系統智慧決策功能需強化深度應用。

1.3 基本措施

針對當前水庫信息化工程存在的問題及發展前景，本文提出如下思路與措施，嘗試對這些問題進行修正和完善。

1）研究在水庫管理范圍內設計并建立一套快速及時、準確可靠、先進實用、高度自動化的水雨情信息、工程安全信息、閘門監控信息、實時圖像信息的采集、監測（控）與管理自動化系統，并通過采用新興的數據微服務架構，搭建水庫軟件平臺從底層實現工程管理數據實時交換，達到資源共享的目的。

2）通過研究基于水庫主體工程配套建設的信息化軟件系統，能為流域防洪減災、水資源優化配置等提供決策支持，進一步提高管理決策速度和水平，提高工程的運行效益。

3）在水庫管理區按需配備必要的信息化基礎設施，實現對水庫工程信息的立體可視化管理，做到洪水科學調度、大壩實時安全監控，有效預警大壩未來的安全性態，合理控制壩前水位，提高水資源利用率，充分發揮工程效益，進一步增強“三分建設、七分管理”的水利工程理念。

4）研究并提出一套典型的水庫信息化工程的系統框架和子系統構成方案，達到合理選用、因庫制宜、發揮效益的目標。[2]

2 技術路線

水庫信息化系統是實現對水庫工程信息一體化的管理。提出的信息化系統解決方案涵蓋水庫工程的安全管理、運行管理及綜合管理。通過對信息資源的整合，可實現信息共享、數據智能分析及優化決策，實現對工程各類指標的實時監測、實時調度和實時運維。

以數據采集技術、視頻技術、通信計算機網絡技術、自動控制技術、GIS技術等技術為支持，以“采集自動化、傳輸網絡化、集成標準化、管控一體化、決策智能化”為目標，通過采用功能層次劃分的方法，實現各分項系統的建設與整合，并形成完整的水庫工程運行管理信息化平臺，支撐工程標準化運行管理系統建設，并提供標準化數據接口，兼容其他深度應用系統的續建和數據共享。

3 總體技術框架

水庫工程運行管理信息化平臺按功能層次劃分為信息采集與監控、水庫專題數據庫、應用支撐與工程業務應用軟件平臺、工程信息化系統運行環境、信息安全等五部分。[3]

以上五個組成部分之間相互依存，缺一不可，共同組成了水庫工程信息化綜合體系。信息采集與工程監控是水利信息的主要來源之一；專題數據庫與應用支撐平臺是實現水利信息資源共享與利用的數據服務平臺；業務應用平臺是業務管理信息化的主要窗口，是業務信息化水平的重要衡量標準；水利信息系統運行環境是業務應用的基礎設施；水利信息安全是業務系統安全運行和通訊的基本保證。

4 分項研究

4.1 信息采集與工程監測

水庫信息采集是指利用遙測、通訊、數據接收與處理終端等技術，完成水庫工程測區內固定及移動點位的雨量、水位、流量、水質等要素數據的自動采集、傳輸和處理。水庫信息自動采集系統通常由前端傳感器、遙測終端、通訊網絡、中心站等組成，其中各類要素采集傳感器差異最大，而中心站、通訊網絡及遙測終端機建設較為類似。因此，信息采集自動化系統的通信網絡、中心站等共性部分應與前端傳感器分開，采用分段模塊化思路進行分段設計和集成。

水庫工程監監測要側重于工程建筑物、實時工況信息的監測與監控，并在獲得授權后，能對監控系統實施遠程操控。主要由閘門監控、大壩安全監測、視頻監控、電站監控等組成。

4.2 水庫專題數據庫

基于資料整編和信息采集成果，并根據水庫工程管理和相關業務系統建設需求，需建設的數據庫為：水利工程數據庫、水利空間數據庫、水文數據庫、社會經濟數據庫、水利法規數據庫、行政管理數據庫、水質數據庫、實時水雨情數據庫、歷史大洪水數據庫、實時工情數據庫、水利工程建設管理數據庫等。

4.3 水庫軟件平臺

水庫軟件平臺分為應用支撐平臺和業務應用平臺，分述如下。

應用支撐平臺，主要提供水庫工程的管理數據資源服務和基本業務處理功能，為信息共享和水庫工程業務應用系統建設提供數據和技術支撐。較為完整的應用支撐系統主要包括：數據共享與交換、綜合信息展示與檢索、數據分析、數據發布、專題服務等，水庫工程應根據運用需要，適時開展建設。

業務應用平臺，包括符合浙江省水利工程標準化管理要求的運行管理系統和水庫管理提升之用的決策支持類系統。運行管理系統主要包括用戶首頁、綜合信息、組織管理、工程檢查、維修養護、監測監控、調度運行、應急管理、值班管理、檔案管理和考核管理等功能模塊。決策支持類系統主要包括三維可視化、工程實體影像、洪水預報、工程安全監測數據分析等功能模塊。

軟件平臺應充分考慮整體架構的先進性、數據結構的合理性、核心算法的科學性，確保平臺的整體性能合理，并精心選擇功能模塊組成，滿足工程業務應用需求。

4.4 信息化基礎運行環境

信息化基礎運行環境主要建設目標為滿足管理人員在工程管理房的日常信息化設施設備的使用需求，保證水庫軟件平臺的正常部署和運行，保障日常水庫管理數據的安全存儲。

基于上述目標，運行環境建設主要包括庫區通信網絡、服務器與存儲設施配備配置、中心機房、工程會商系統、集中監控系統和安防系統。

4.5 信息安全

信息安全建設可建立由服務器安全、網絡安全、應用安全、實體安全以及安全管理等組成的具有防護、檢測、應急響應的安全保障體系，同時采用先進的安全管理平臺，提高系統的可靠性、穩定性和安全性。

5 研究實例

永寧水庫位于浙江省諸暨市楓橋鎮境內，壩址位于浦陽江流域楓橋江上，地處永寧村石砩自然村附近，距諸暨市縣城約26km，距楓橋鎮約9km。

永寧水庫是一座以防洪為主，結合供水，兼顧灌溉等綜合利用的水庫。壩址以上集水面積73.6km2，水庫正常蓄水位為44.00m，正常蓄水位以下庫容為1332萬m3，校核洪水位為49.45m，總庫容為2308萬m3，防洪庫容1028萬m3。工程建成后，可以使下游直接防洪保護區防洪標準提高到20年一遇，多年平均供水量為1159萬m3，多年平均灌溉水量為69萬m3。

永寧水庫初設報告對本工程的調度運用、工程監測、工程安全運行和充分發揮工程效益提出了具體的意見，根據這些意見和要求，利用先進的計算機技術和信息技術，提高水庫安全運行管理能力和效率已十分迫切。以此為契機，于2016年初完成了永寧水庫信息化系統專題方案編制，設計并建設一套以水雨工情采集、安全監測、視頻監視、自動化控制、會商會議為基礎，以基于WEB架構的水庫安全運行管理平臺為載體，將水庫的防汛信息服務、洪水預報調度、水庫在線安全監測、綜合業務管理等系統，進行一體化數字集成管理，實現信息化條件下的水庫安全運行管理。

6 結語

水庫信息化工程是水庫管理非工程措施的重要組成部分，在水庫信息化工程的架構設計和單元工程組織上必須把握“因庫制宜、合理設定”的宗旨，精心設計技術框架和各單元工程的建設內容。對于信息化建設內容多、投資額大的部分水庫，可以分批、分階段實施，但應優先保障基礎功能的建設，以期通過信息技術手段，穩步提高水庫管理水平和信息化應用深度，充分發揮水庫的綜合效益。

參考文獻：

[1]何建寧.淺談水庫信息化發展及應用[J].技術與市場，2013（20）：227228.

[2]楊杰.水庫管理信息化的相關問題分析[J].科技資訊，2015（25）：9.

[3]詹全忠，蔡陽.水利關鍵信息基礎設施保護的思考[J].水利信息化，2017（3）：6366.

作者簡介：姚真凱（1982），男，漢族，浙江杭州人，工作單位為浙江省水利水電勘測設計院研發中心，本科，工程碩士學位，工程師，研究方向：水利信息化；金富炳（1983），男，漢族，浙江玉環人，工作單位為浙江省水利水電勘測設計院，本科，工程師，研究方向為水利信息化。