那板水庫安全監(jiān)管數(shù)字平臺建設(shè)思路

唐 崗

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概況

那板水庫位于廣西左江支流，明江河上游上思縣境內(nèi)，壩址距縣城4 km，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、城鎮(zhèn)供水、養(yǎng)殖等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。樞紐工程主要由大壩左岸溢洪道和右岸壩后引水式發(fā)電站組成。那板電站屬壩后引水式電站，設(shè)兩條引水管。

那板水庫信息化建設(shè)自1995年開始，先后建設(shè)水情自動測報系統(tǒng)、電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等信息系統(tǒng)，并配套相應(yīng)的信息采集設(shè)備、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施，但隨著水庫運行管理工作要求的不斷提高以及云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動技術(shù)的普及和應(yīng)用，水庫現(xiàn)有的信息系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足那板水庫安全運行管理的精細(xì)化要求。

2 水庫信息化管理情況

經(jīng)過多年的發(fā)展，那板水庫利用信息化技術(shù)在水庫運行管理方面已做出一些嘗試和探索，且取得了一定的成果，但距離實現(xiàn)水庫的制度化、專業(yè)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化管理還有一定距離，主要存在以下幾點問題。

2.1 信息系統(tǒng)分散搭建，數(shù)據(jù)資源共享性、兼容性、交互性低

那板水庫信息化建設(shè)雖已起步多年，先后建設(shè)了支撐水庫工程安全、防洪等業(yè)務(wù)管理的信息系統(tǒng)，但受各項目投資來源不同、實施時間不同等影響，各信息系統(tǒng)分散搭建，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和頂層設(shè)計，沒有統(tǒng)籌各種信息系統(tǒng)的建設(shè)，致使現(xiàn)有信息系統(tǒng)種類多、相互獨立，數(shù)據(jù)仍采用分散存儲的方式，集成度低，數(shù)據(jù)信息分散，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)體系，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和格式不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)質(zhì)量缺乏保障，造成信息化成果“條塊分割”，存在數(shù)據(jù)壁壘信息孤島現(xiàn)象突出，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的有效流動、互聯(lián)共享，阻礙數(shù)據(jù)信息的進(jìn)一步整合和分析。

2.2 感知體系不完善，監(jiān)測手段亟需改造提升

那板水庫感知體系覆蓋范圍和要素內(nèi)容不全面，信息感知監(jiān)測手段相對落后，自動化、智能化程度偏低。水文情勢監(jiān)測數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測項目不齊全，部分儀器存在損壞、老化、失效等問題，同時，缺乏放水流量和生態(tài)流量監(jiān)測感知內(nèi)容。

2.3 支撐環(huán)境基礎(chǔ)薄弱

（1）未建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房，信息化設(shè)備運行環(huán)境不能得到有效保障，部分網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器等設(shè)備經(jīng)過多年運行，已出現(xiàn)老化、效率較低、故障率升高等問題，無法可靠地支撐信息化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力不足，范圍覆蓋不全、傳輸帶寬不足、通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱。

（2）未建立信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系。各業(yè)務(wù)系統(tǒng)相互獨立，建設(shè)時期相關(guān)較遠(yuǎn)，所遵循的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范不一致，且未提供進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口，使得各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成存在較大的困難。難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享和數(shù)據(jù)的安全運行，大大降低了信息資源的利用率。

（3）信息系統(tǒng)分散搭建，采用單機(jī)部署的方式，導(dǎo)致服務(wù)器無法得到充分利用，使用效率不高。

（4）缺乏異地視頻會商條件和機(jī)制，會商系統(tǒng)的應(yīng)對突發(fā)事件能力不足。

2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用支撐水平不高

（1）應(yīng)用系統(tǒng)和業(yè)務(wù)融合不深入，覆蓋面有限，整體支撐能力不足。目前已建設(shè)的信息系統(tǒng)為水庫在洪水預(yù)報、防洪調(diào)度、大壩安全管理、閘門管控等業(yè)務(wù)管理方面提供了一定的信息化支撐，但存在業(yè)務(wù)支撐盲區(qū)，距離強(qiáng)監(jiān)管的要求仍有一定差距，在水電站協(xié)同管理、水庫流量管理、庫區(qū)巡查監(jiān)管、水域岸線管理等業(yè)務(wù)管理領(lǐng)域仍采用傳統(tǒng)的管理模式和管理手段。

（2）應(yīng)用系統(tǒng)功能存在局限性。由于現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)時間較早，部分系統(tǒng)流程、體系架構(gòu)已不能適應(yīng)新時期、新形勢下對水庫管理工作的任務(wù)和要求，不能夠為水庫在保障水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水災(zāi)害等方面提供有力的信息化支撐。同時，水情自動測報系統(tǒng)和洪水預(yù)報系統(tǒng)已無法更新升級，導(dǎo)致系統(tǒng)使用率降低、兼容性不高、數(shù)據(jù)共享性低、不能實現(xiàn)業(yè)務(wù)聯(lián)動和協(xié)同分析，在技術(shù)和決策支撐方面仍存在較大短板。

（3）應(yīng)用系統(tǒng)展示手段單一。應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)場景以二維方式展示，缺乏三維地理展示和BIM展示，直觀性不足。

2.5 網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力不足，缺乏安全防護(hù)機(jī)制

網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)水平不高，未建立完善可靠的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)策略和防護(hù)機(jī)制，僅僅通過防火墻對內(nèi)外網(wǎng)進(jìn)行隔離，安全風(fēng)險高，威脅感知應(yīng)急響應(yīng)能力不足，無法支撐網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢，無法及時主動發(fā)現(xiàn)及處置網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險。

3 數(shù)字化平臺設(shè)計原則

本次建設(shè)主要內(nèi)容是在那板水庫已建信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完善水文情勢監(jiān)測、大壩安全監(jiān)測、水庫放水流量在線監(jiān)測、視頻監(jiān)視等感知體系，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)升級改造，搭建先進(jìn)完善的應(yīng)用支撐平臺，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)、開放、共享的數(shù)據(jù)資源體系，建設(shè)云管理平臺、機(jī)房、集控中心、視頻會商系統(tǒng)等基礎(chǔ)運行環(huán)境，開發(fā)水庫標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng)、水庫防洪調(diào)度管理系統(tǒng)、庫區(qū)空天地一體化管理系統(tǒng)、移動服務(wù)系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，完善和集成整合大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，形成集成化、標(biāo)準(zhǔn)化的安全運行管理數(shù)字平臺，為那板水庫數(shù)字化、精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理提供支撐。

那板水庫安全監(jiān)管數(shù)字平臺在現(xiàn)有信息化設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)遵循以下原則。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化原則。數(shù)字平臺建設(shè)要以現(xiàn)行相關(guān)規(guī)程、規(guī)范為依據(jù)，應(yīng)選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和軟件構(gòu)件，以便于實施質(zhì)量控制和確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

（2）先進(jìn)性原則。應(yīng)以先進(jìn)的信息化技術(shù)手段為引領(lǐng)，在信息采集、信息傳輸、平臺搭建、應(yīng)用開發(fā)等各方面，融合當(dāng)前“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用等先進(jìn)技術(shù)和理念，實現(xiàn)數(shù)字平臺建設(shè)的先進(jìn)性和科學(xué)性，保證數(shù)字平臺具有持久的生命力，滿足當(dāng)前和未來的那板水庫業(yè)務(wù)應(yīng)用需要。

（3）安全性原則。數(shù)字平臺建設(shè)需以安全、可靠為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建主動、有效的安全防護(hù)體系，支撐系統(tǒng)安全運行，建立完整的安全保密機(jī)制和完善的訪問授權(quán)機(jī)制，針對不同的用戶提供訪問權(quán)限控制。

（4）可靠性原則。數(shù)字平臺硬件建設(shè)應(yīng)選擇技術(shù)成熟、高可靠性的設(shè)備，確保在惡劣環(huán)境下和突發(fā)事故情況下硬件設(shè)備能夠為應(yīng)用系統(tǒng)提供可靠的支撐。業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)，應(yīng)選用主流、成熟可靠、被廣泛認(rèn)可的軟件產(chǎn)品、開發(fā)方法、算法，確保系統(tǒng)的成熟穩(wěn)定性。

（5）資源共享和擴(kuò)展性原則。搭建數(shù)據(jù)交換共享平臺，信息系統(tǒng)各層之間均提供開放的接口，支持其它系統(tǒng)的接入和融合，促進(jìn)信息資源廣泛共享；數(shù)字平臺建設(shè)應(yīng)保證良好的可擴(kuò)展性，在建設(shè)過程中應(yīng)充分考慮未來發(fā)展的需要，為后期系統(tǒng)擴(kuò)展預(yù)留接口，滿足信息化不斷發(fā)展的需要。

（6）易用性原則。數(shù)字平臺建設(shè)應(yīng)充分結(jié)合水庫管理和業(yè)務(wù)應(yīng)用特點進(jìn)行設(shè)計，力求軟件界面友好、結(jié)構(gòu)清晰、流程合理、操作方便、功能一目了然，菜單操作從充分滿足管理人員的視覺流程和使用習(xí)慣為出發(fā)點，確保系統(tǒng)易理解、易學(xué)習(xí)、易使用、易維護(hù)、易升級。

（7）利舊原則。在確保設(shè)備和設(shè)施性能、功能滿足要求的前提下，應(yīng)充分利用原有設(shè)備，避免重復(fù)建設(shè)、提高復(fù)用率，保證數(shù)字平臺建設(shè)方便實施、經(jīng)濟(jì)合理。

4 設(shè)計思路

采取“自上而下、自下而上、上下協(xié)調(diào)”的方式，通過資料收集、現(xiàn)狀調(diào)查和需求調(diào)研，調(diào)查和梳理那板水庫信息化建設(shè)現(xiàn)狀，摸清存在的問題和短板，以問題為導(dǎo)向，按照“統(tǒng)籌已建，規(guī)范新建”的思路，以那板水庫業(yè)務(wù)管理為主線條，深入分析那板水庫信息化應(yīng)用需求。在此基礎(chǔ)上，確定那板水庫安全監(jiān)管數(shù)字平臺建設(shè)方向，合理制定那板水庫安全監(jiān)管數(shù)字平臺的總體建設(shè)目標(biāo)，以信息流的運行與處理路線為脈絡(luò)，分析平臺層次結(jié)構(gòu)，提出平臺總體框架。根據(jù)總體框架，開展感知體系、通信/計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)資源體系、應(yīng)用支撐平臺、基礎(chǔ)運行環(huán)境、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)等分項設(shè)計，提出系統(tǒng)集成方案、建設(shè)與運行管理、投資概算等（見圖1）。

圖1 平臺總體設(shè)計路線

4.1 總體框架設(shè)計

那板水庫安全監(jiān)管數(shù)字平臺的總體框架由6個層面、兩大保障體系、4類服務(wù)對象共同構(gòu)成，其中6個層面包括信息感知傳輸層、計算機(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，4個保障體系包括信息安全體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，四類服務(wù)對象包括那板水庫上級管理部門、那板水庫管理工作人員、水庫周邊社會公眾以及系統(tǒng)維護(hù)管理人員（見圖2）。

4.2 系統(tǒng)劃分

水情、雨情、工情、水量、視頻以及電站工況等各類監(jiān)測信息，經(jīng)GPRS、光纖、以太網(wǎng)等傳輸通道匯聚至數(shù)據(jù)資源平臺，形成那板水庫數(shù)據(jù)資源池。對池中數(shù)據(jù)進(jìn)行治理，實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理與服務(wù)環(huán)境，基于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用使能和應(yīng)用支撐平臺設(shè)計，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供應(yīng)用支撐、服務(wù)支撐、服務(wù)決策的基礎(chǔ)能力，實現(xiàn)上層智能應(yīng)用。

（1）信息感知層。信息感知層是信息來源的基礎(chǔ)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和傳輸，利用各種感知設(shè)備、技術(shù)手段和方法，動態(tài)監(jiān)測和實時采集涉及那板水庫業(yè)務(wù)活動的水情、雨情、工情、水量以及視頻等監(jiān)測信息。

（2）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層是支撐那板水庫安全監(jiān)管數(shù)字平臺各種業(yè)務(wù)的運行網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，是監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸交流的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，為那板水庫各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)訪問、數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)忍峁└咚倏煽康膫鬏斖ǖ馈?/p>

（3）數(shù)據(jù)資源層。數(shù)據(jù)資源層是那板水庫的綜合數(shù)據(jù)管理平臺，對數(shù)據(jù)存儲體系進(jìn)行統(tǒng)一管理，是業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，主要包括數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲管理等功能，并對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、空間地理信息庫、三維模型庫、動態(tài)監(jiān)測信息庫、水庫標(biāo)準(zhǔn)化管理信息庫等進(jìn)行存儲與管理，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值。

（4）應(yīng)用支撐層。應(yīng)用支撐層提供統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和運行環(huán)境，為那板水庫安全監(jiān)管數(shù)字平臺運行提供通用應(yīng)用服務(wù)和集成服務(wù)，為資源整合和信息共享提供運行平臺。主要由各類商用支撐軟件和開發(fā)類通用支撐軟件共同組成。

（5）業(yè)務(wù)應(yīng)用層。業(yè)務(wù)應(yīng)用層以數(shù)據(jù)分析和綜合應(yīng)用為核心，建設(shè)包括信息服務(wù)、預(yù)警服務(wù)、決策支持、應(yīng)急響應(yīng)、水雨情測報及預(yù)報、洪水風(fēng)險分析及管理、水庫洪水調(diào)度運行、庫區(qū)及下游的洪水預(yù)警等業(yè)務(wù)功能模塊，依托大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，構(gòu)建先進(jìn)、科學(xué)、高效、實用的智能化綜合管理系統(tǒng)。

（6）應(yīng)用交互層。應(yīng)用交互層是直接與用戶交互的層面，直接面向那板水庫上級管理部門、那板水庫管理人員、那板水庫工作人員及系統(tǒng)維護(hù)管理人員。按照國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)建設(shè)以Java EE技術(shù)架構(gòu)，充分融合利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新技術(shù)和新理念進(jìn)行設(shè)計，依托WEBGIS三維技術(shù)，采用流行的B/S瀏覽器應(yīng)用模式，建立可視化多層次的空間圖形操作界面，直觀提供自動化監(jiān)控系統(tǒng)信息服務(wù)功能。

（7）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是那板水庫信息化建設(shè)和運行的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)信息系統(tǒng)建設(shè)和信息共享的需要，是節(jié)省項目建設(shè)成本、提高項目建設(shè)效率的需要，是系統(tǒng)不斷擴(kuò)充、持續(xù)改進(jìn)和版本升級的需要。

（8）安全保障體系。安全保障體系是保障系統(tǒng)安全應(yīng)用的基礎(chǔ)，包括物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全及安全管理等。

5 建設(shè)目標(biāo)

以那板水庫除險加固工程為依托，與除險加固工程同步實施、同步完成，充分運用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)等新一代信息技術(shù)，通過深入調(diào)研和分析那板水庫業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，以存在問題為導(dǎo)向，轉(zhuǎn)變思路、統(tǒng)籌規(guī)劃、協(xié)調(diào)發(fā)展，以“全面感知、可靠傳遞、完善基礎(chǔ)、智能應(yīng)用”建設(shè)為重點，以精準(zhǔn)化管理、高效能行政、智能化服務(wù)為顯著特征，通過共享和整合信息資源、完善信息化基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境、建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、敦實應(yīng)用支撐平臺、完善業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)等方式，搭建集成化、標(biāo)準(zhǔn)化的安全運行管理數(shù)字平臺，補(bǔ)齊那板水庫信息化短板，為加強(qiáng)那板水庫業(yè)務(wù)管理提供支撐，為那板水庫防洪安全、工程安全、設(shè)備安全、水生態(tài)安全、庫區(qū)管理安全提供堅實的保障，有效提升水庫管理工作的業(yè)務(wù)能力、響應(yīng)速度、執(zhí)行效率和過程質(zhì)量，同時以那板水庫作為廣西率先實行信息化升級改造的試點，為廣西數(shù)字水利和數(shù)字水庫的發(fā)展和建設(shè)提供引導(dǎo)作用。