廣西大型水庫(kù)工程運(yùn)行管理信息化建設(shè)構(gòu)思

周澤江，王 皓，李靈芝

（廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

0 引言

新形勢(shì)和新要求下，水利工程要重點(diǎn)開(kāi)展防洪工程、供水工程、生態(tài)修復(fù)工程、信息化工程等方面補(bǔ)短板工作[1、2]。水庫(kù)工程作為水利工程完整體系中一個(gè)重要組成部分，在發(fā)電、灌溉、供水、防洪、生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[3]，借助信息化手段，能夠有效提升其運(yùn)行管理的執(zhí)行效率、工作效能和綜合決策支持能力。近些年，廣西在水庫(kù)運(yùn)行管理信息化建設(shè)作出積極嘗試，但受限于認(rèn)識(shí)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)，信息化建設(shè)過(guò)于分散和滯后，其業(yè)務(wù)應(yīng)用也普遍局限于防汛和大壩安全方面，無(wú)法全面支撐水庫(kù)現(xiàn)在運(yùn)行管理各項(xiàng)業(yè)務(wù)。本文以廣西大型水庫(kù)工程作為研究對(duì)象，深入調(diào)研和分析廣西大型水庫(kù)信息化建設(shè)現(xiàn)狀，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以需求為牽引，重點(diǎn)考慮其一般承擔(dān)防洪、供水、灌溉等功能特征，以“全面感知、可靠傳遞、完善基礎(chǔ)、智能應(yīng)用”為建設(shè)重點(diǎn)，圍繞信息資源、基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)等內(nèi)容，提出其在運(yùn)行管理階段中信息化建設(shè)的初步思路。

1 總體框架

廣西大型水庫(kù)信息化建設(shè)面向水庫(kù)運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化，以多源感知的信息采集監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)資源的整合應(yīng)用為核心，以數(shù)據(jù)的通信/計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為紐帶，以庫(kù)區(qū)的業(yè)務(wù)應(yīng)用及水庫(kù)管理平臺(tái)的應(yīng)用交互為標(biāo)志，以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全體系為保障，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分層分區(qū)，形成總體框架，具體包含6 個(gè)層面、兩大保障體系、四類(lèi)服務(wù)對(duì)象共同構(gòu)成，其中6個(gè)層面包括監(jiān)測(cè)感知層、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和應(yīng)用交互層，兩個(gè)保障體系包括安全保障體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系[4]，四類(lèi)服務(wù)對(duì)象包括上級(jí)管理部門(mén)、水庫(kù)運(yùn)行管理工作人員、社會(huì)公眾以及系統(tǒng)維護(hù)管理人員。平臺(tái)總體框架示意圖如圖1所示。

圖1 廣西大型水庫(kù)運(yùn)行管理信息化建設(shè)總體架構(gòu)

2 建設(shè)內(nèi)容

2.1 監(jiān)測(cè)感知層

監(jiān)測(cè)感知層是信息來(lái)源的基礎(chǔ)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和傳輸。廣西大型水庫(kù)監(jiān)測(cè)感知層建設(shè)要重點(diǎn)利用傳感、控制、視頻等各種設(shè)備以及遙感、無(wú)人機(jī)等監(jiān)測(cè)技術(shù)手段和方法，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)采集涉及水庫(kù)業(yè)務(wù)活動(dòng)的水情、雨情、工情、氣象以及視頻、影像等監(jiān)測(cè)信息，具體包括大壩安全監(jiān)測(cè)、水庫(kù)水雨情監(jiān)測(cè)、水庫(kù)下游監(jiān)測(cè)預(yù)警、閘門(mén)監(jiān)控以及視頻監(jiān)控等。

2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層是支撐水庫(kù)運(yùn)行管理各種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和計(jì)算存儲(chǔ)環(huán)境，是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸交流和處理的基礎(chǔ)。廣西大型水庫(kù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層建設(shè)主要為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境建設(shè)，其中：網(wǎng)絡(luò)建設(shè)包括工控網(wǎng)建設(shè)、局域網(wǎng)建設(shè)、廣域網(wǎng)建設(shè)，建設(shè)重點(diǎn)包括與防汛抗旱專(zhuān)網(wǎng)的連接以及原有網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)；基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境建設(shè)主要包括私有云建設(shè)和云平臺(tái)租賃等，私有云建設(shè)主要適用于管理明確，有專(zhuān)門(mén)服務(wù)器等設(shè)備放置的空間，有充足的人員配備，具備系統(tǒng)、設(shè)備自主運(yùn)行維護(hù)能力的工程管理單位。通過(guò)建設(shè)機(jī)房，放置服務(wù)器、防火墻、核心交換機(jī)等系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備，構(gòu)建可靠的信息系統(tǒng)基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境。云平臺(tái)租賃主要適用于沒(méi)有可放置服務(wù)器等設(shè)備的可用空間，管理人員少，不具備系統(tǒng)、設(shè)備自主運(yùn)行維護(hù)能力的工程管理單位。通過(guò)租賃可靠運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)器、防火墻、主機(jī)防護(hù)、網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)的方式，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)部署基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境的搭建。

2.3 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層是系統(tǒng)中所需的所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)和管理的邏輯表現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一分類(lèi)存儲(chǔ)和管理，為業(yè)務(wù)應(yīng)用程序服務(wù)層提供數(shù)據(jù)支持環(huán)境。完整、準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握與水庫(kù)業(yè)務(wù)管理密切相關(guān)的水情、雨情、工情、水量等各類(lèi)信息，是實(shí)現(xiàn)水庫(kù)數(shù)字化、規(guī)范化、精細(xì)化管理的基礎(chǔ)。廣西大型水庫(kù)數(shù)據(jù)資源主要建設(shè)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)與管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)3部分。其中，數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)包括數(shù)據(jù)目錄建設(shè)、水庫(kù)數(shù)據(jù)模型建設(shè)、數(shù)據(jù)資源建設(shè)以及數(shù)據(jù)共享建設(shè)；數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)與管理包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)庫(kù)遷移與備份恢復(fù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理主要是完成對(duì)存儲(chǔ)和備份設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)管理和安全管理。數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)負(fù)責(zé)為存儲(chǔ)體系提供備份與恢復(fù)策略，保證數(shù)據(jù)的安全。建設(shè)過(guò)程中，要按照“統(tǒng)籌已建，規(guī)范新建”的思路推進(jìn)各類(lèi)數(shù)據(jù)資源整合和共享，對(duì)分散信息進(jìn)行匯集、組織和關(guān)聯(lián)，按照“統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型”和“統(tǒng)一數(shù)據(jù)目標(biāo)”構(gòu)建水庫(kù)數(shù)據(jù)資源平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)信息的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，對(duì)歷史文檔、資料信息、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)過(guò)程數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交換和數(shù)據(jù)共享訪問(wèn)機(jī)制，滿足水庫(kù)運(yùn)行管理海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理要求，為整體系統(tǒng)平臺(tái)的各類(lèi)業(yè)務(wù)應(yīng)用和綜合信息服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

2.4 應(yīng)用支撐層

應(yīng)用支撐層是連接數(shù)據(jù)資源層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層的橋梁，是實(shí)現(xiàn)資源的有效共享和應(yīng)用系統(tǒng)的互連互通，為應(yīng)用系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持、多種服務(wù)及運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間、應(yīng)用系統(tǒng)與其他平臺(tái)之間進(jìn)行信息交換、傳輸、共享。應(yīng)用支撐平臺(tái)包括基礎(chǔ)應(yīng)用支撐、通用專(zhuān)業(yè)應(yīng)用支撐、水利專(zhuān)業(yè)應(yīng)用支撐以及一張圖建設(shè)。其中，基礎(chǔ)支撐軟件作為應(yīng)用支撐層的基礎(chǔ)，為水庫(kù)運(yùn)行管理各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行提供基礎(chǔ)軟件環(huán)境，主要建設(shè)內(nèi)容包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、應(yīng)用服務(wù)器套件（Application Server）、業(yè)務(wù)流程管理（BPM）及工作流引擎（Workflow）、消息服務(wù)（MOM）、報(bào)表制作工具、BIM軟件、GIS服務(wù)等構(gòu)件；通用專(zhuān)業(yè)應(yīng)用支撐主要是利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，提升水利業(yè)務(wù)應(yīng)用自動(dòng)化水平和智能應(yīng)用能力，包括AI 平臺(tái)、融合指揮、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等；水利專(zhuān)業(yè)應(yīng)用支撐指具有水利專(zhuān)業(yè)技術(shù)特點(diǎn)的模型服務(wù)，包括水力學(xué)模型、水動(dòng)力模型、水文模型、水質(zhì)模型、工程安全運(yùn)行評(píng)估模型、工程調(diào)度模型、水資源配置模型等；一張圖建設(shè)主要是利用地理信息軟件搭建各類(lèi)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)可便捷調(diào)用各類(lèi)基礎(chǔ)信息和動(dòng)態(tài)信息的地圖服務(wù)平臺(tái)，包括水利要素的地圖標(biāo)繪、地理屬性信息的規(guī)范化處理、地圖樣式庫(kù)建設(shè)、服務(wù)接口開(kāi)發(fā)等。

2.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是數(shù)據(jù)分析和綜合應(yīng)用的核心，圍繞廣西大型水庫(kù)運(yùn)行管理主要開(kāi)展的業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)應(yīng)用層建設(shè)主要包括水庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、資料整編系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)、水庫(kù)下游預(yù)警系統(tǒng)、大屏綜合展示決策系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、運(yùn)維管理系統(tǒng)、移動(dòng)端應(yīng)用系統(tǒng)等[5]。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng)聚焦水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化管理，重點(diǎn)針對(duì)水庫(kù)信息管理、行政辦公、水文資料整編、設(shè)備巡檢、視頻監(jiān)控、維修養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急管理、檔案管理等需求，通過(guò)業(yè)務(wù)流程信息化、業(yè)務(wù)表單電子化、處理過(guò)程規(guī)范化、結(jié)果展示多樣化，實(shí)現(xiàn)大型水庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、高效化管理。

（2）大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)重點(diǎn)圍繞大壩滲流壓力、滲流量、變形、應(yīng)力、環(huán)境等監(jiān)測(cè)需求，通過(guò)監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)提醒、預(yù)警設(shè)置、安全預(yù)警等功能建設(shè)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)大壩安全運(yùn)行。

（3）資料整編系統(tǒng)主要包括水文資料整編和水工資料整編，主要實(shí)現(xiàn)水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)上報(bào)，水文資料整編過(guò)程流程化、規(guī)范化處理；水工資料整編工作電子化，實(shí)現(xiàn)對(duì)廣西大型水庫(kù)工程基礎(chǔ)資料、測(cè)點(diǎn)資料、巡檢資料、監(jiān)測(cè)記錄資料、監(jiān)測(cè)成果等信息的錄入和運(yùn)行整編。

（4）洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)重點(diǎn)圍繞水庫(kù)防汛業(yè)務(wù)，根據(jù)氣象預(yù)報(bào)以及雨量、水位和蒸發(fā)信息等，利用洪水預(yù)報(bào)模型，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)來(lái)水量和來(lái)水過(guò)程的預(yù)測(cè)以及超限水量水位的自動(dòng)預(yù)警，同時(shí)結(jié)合水庫(kù)的當(dāng)前的蓄泄能力，利用信息化處理能力，為水庫(kù)調(diào)度提供優(yōu)化策略。

（5）水庫(kù)下游預(yù)警系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)預(yù)警廣播、預(yù)警提示大屏等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，針對(duì)水庫(kù)下游可能淹沒(méi)區(qū)域進(jìn)行預(yù)警信息的及時(shí)傳遞。

（6）衛(wèi)星遙感系統(tǒng)主要基于高分辨率航天和航空遙感數(shù)據(jù)，應(yīng)用遙感分析、信息提取、識(shí)別監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段協(xié)助庫(kù)區(qū)巡查管理人員進(jìn)行大尺度范圍的綜合監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括水土流失情況、庫(kù)區(qū)岸線侵占、水質(zhì)污染等。

（7）視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)安全生產(chǎn)、水庫(kù)敏感位置進(jìn)行視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（8）閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各閘門(mén)的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)查看，閘門(mén)啟閉參數(shù)展示查詢(xún)，同時(shí)結(jié)合遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，遠(yuǎn)程決策指揮。

（9）移動(dòng)辦公應(yīng)用主要將業(yè)務(wù)系統(tǒng)擴(kuò)展到智能終端上，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公，方便系統(tǒng)用戶隨時(shí)隨地參與水庫(kù)運(yùn)行管理。

（10）大屏綜合展示決策系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)水庫(kù)運(yùn)行管理關(guān)鍵信息的綜合分析和展示，為水庫(kù)管理者進(jìn)行綜合決策提供支撐。

2.6 應(yīng)用交互層

應(yīng)用交互層是直接與用戶交互的層面，直接面向水庫(kù)上級(jí)管理部門(mén)、水庫(kù)管理單位以及社會(huì)公眾等。廣西大型水庫(kù)信息化建設(shè)涉及多個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用交互層建設(shè)包括統(tǒng)一身份認(rèn)證、單點(diǎn)登錄、工作門(mén)戶集成等內(nèi)容。

2.7 信息安全及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

信息安全體系是保障廣西大型水庫(kù)信息化建設(shè)成果安全應(yīng)用的基礎(chǔ)，總體安全防護(hù)體系整體防護(hù)框架主要從物理安全、通信網(wǎng)絡(luò)安全、區(qū)域邊界安全、計(jì)算環(huán)境安全、管理中心安全、管理體系安全、第三方安全服務(wù)7 個(gè)方面入手。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)是水庫(kù)信息化建設(shè)和運(yùn)行的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)建設(shè)和信息共享的需要，是系統(tǒng)不斷擴(kuò)充、持續(xù)改進(jìn)和版本升級(jí)的需要。建設(shè)過(guò)程中要重點(diǎn)從分類(lèi)與編碼、傳輸與交換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與庫(kù)表結(jié)構(gòu)、圖示與服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全、運(yùn)行、管理、維護(hù)等方面開(kāi)展工作。

3 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)工程建設(shè)面臨著新的形勢(shì)和要求，深化水庫(kù)運(yùn)行管理業(yè)務(wù)與信息化技術(shù)的融合，是當(dāng)前和今后水庫(kù)建設(shè)的一個(gè)重要方向。本文結(jié)合當(dāng)前廣西大型水庫(kù)工程信息化建設(shè)現(xiàn)狀和主要開(kāi)展的業(yè)務(wù)，提出廣西大型水庫(kù)工程信息化建設(shè)總體框架，從監(jiān)測(cè)感知層、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、應(yīng)用交互層以及信息安全體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，提出廣西大型水庫(kù)建設(shè)的重點(diǎn)任務(wù)和主要內(nèi)容，提出其在運(yùn)行管理階段中信息化建設(shè)的初步構(gòu)思，希望為廣西大型水庫(kù)今后在信息化建設(shè)方面提供些許借鑒。