調水工程智慧管養系統

周 文

（山東省調水工程運行維護中心煙臺分中心，山東 煙臺 264003）

1 概述

2002年國務院《關于水利工程體質改革實施意見》指出“積極推行水利工程管養分離，精簡管理機構，提高養護水平，降低運行成本”。各省市水管單位積極探索“水利工程管養分離”，水管單位重點負責發展規劃和運營管理，水利工程日常維修養護逐步由專業的外包隊伍承擔。調水工程規模龐大，流域分布廣，沿線涉及大量的泵站、閘站、閥站、輸水管線及附屬設施等水利設施，維修養護工作量大，養護隊伍及人員眾多。管養分離后如何對養護隊伍進行有效的管理，保障水利工程的安全運行，充分發揮其經濟效益和社會效益是管理單位面臨的主要問題。依托現代化技術手段構建智慧管養系統，賦能工程養護實現“扁平化管理、專業化分工、合理化配備、人本化推進”管理，能夠促進調水工程養護向信息化、智能化、智慧化的轉型升級，強化調水工程日常養護管理工作，有效實現調水工程的養護管理目標。

2 智慧管養系統架構

利用調水工程已建的光纖網絡或采用4G/5G公網作為主干傳輸網絡，搭配功耗低、組網靈活的LoRa無線泛在物聯網，構建一張低成本、廣覆蓋的調水流域泛感知網絡，支撐調水工程智慧養護管理向廣度和深度擴展。LoRa是一種低功耗長距離無線通信技術，優勢在于長距離覆蓋能力和超低功耗特性。具有較強的穿透能力，傳輸距離遠，在空曠地區傳輸距離可以達到10～20 km。無需布線建設成本低，自主組網運營成本低。

智慧管養系統架構分為物理終端系統、網絡通信系統、定位服務器系統3大部分。物理終端系統由養護人員佩戴定位工卡和覆蓋室內的定位信標組成，工卡接收信標信號，將經緯度信息通過LoRa無線網絡回傳定位服務器進行定位解析。定位服務器系統基于人員位置信息，結合地理信息系統，實現養護人員軌跡呈現、記錄查詢和應急救援等具體應用功能。

室內采用藍牙信標定位，室外采用GPS定位，藍牙與GPS定位實現自適應無縫切換。藍牙信標固定位置安裝，廣播信標編號，定位終端接收藍牙廣播信號或GPS信號，通過LoRa網關上傳定位服務器解算出定位結果。室內通過合理部署定位信標（6～10 m間距）可以實現3～5 m的定位精度，室外通過GPS可以實現10 m左右的定位精度，定位精度高。終端采用低功耗技術，電池供電，可實現長續航、低成本、易部署和維護。通過3層網絡結構實現定位信息的采集和呈現系統結構簡潔。

3 人員、物資定位及工作流程監功能

通過調水流域泛感知網絡對養護站點和路線進行全面網絡覆蓋，實現人員精確定位、人員軌跡記錄和查詢、一鍵求救和緊急救援等功能。根據現場環境需要，室內室外交替定位，通過LoRa+藍牙信標+定位終端的技術手段，實現精準定位人員位置。在數據庫中對所有人員的位置信息進行記錄，形成歷史數據庫，可以對人員歷史位置信息進行調取并結合場地地理信息系統形成軌跡呈現，實現人員軌跡記錄和查詢。在工作過程中，如果突發緊急事件，人員可以第一時間按動工卡上的SOS 呼救按鈕，告警信息將實時傳回管理中心，并通過手機APP、短消息、視頻聯動等各種方式通知相關人員進行應急救援。針對高價值和易偷盜設備設施，進行實時監測，物資一旦被拿起、倒置、傾倒、定位終端被剝離、位置發生變化等，都能夠及時進行報警。

通過人員、物資定位及工作流程監管可實現：全體職工、勞務外包人員、第三方作業人員等全員管理。根據需要可實現辦公區域、泵閘站及現場等室外資產的全資產管理。可對所有佩戴和安裝定位終端的人員及資產進行全天候工作流程跟蹤和回溯，實現全流程的監管。管理上只需按要求佩戴工卡，不需要進行任何人為操作，不受個人信息保密或沒有手機信號的限制，實現無感監測。

4 平臺管理功能

管理人員可通過軟件將內部人員的信息錄入系統，審批后在系統中存檔，系統可從記錄中選擇進行終端錄入，實現終端管理功能。將指定的信息和人員佩戴的終端進行綁定，在系統中顯示的終端即代表佩戴該終端的人員，并可對所有人員列表信息進行管理，可以添加或者編輯人員信息、人員狀態等，實現終端綁定功能。可通過軌跡回放實現人員移動軌跡平滑顯示、軌跡錄像保存、數據保存數據、可調用播放、多窗口回放等功能。可通過記錄查詢，了解工作人員和外來人員來訪的情況，查詢人員的詳細信息。可對終端進行實時監控，并在地圖中顯示終端的當前位置，跟蹤指定終端時，地圖隨著終端的移動自動切換，并且可以實時顯示各類終端的信息和狀態。

基于綜合看板的管理駕駛艙，可實現全局性綜合調度。通過對養護人員的位置定位和追蹤，可實時發現養護人員脫崗的情況，并及時報警。繪制養護人員全天候的行動軌跡，實現對養護人員的KPI自動量化考核。可實現對設備遠程接入、系統運行狀態、資產、能耗、運行趨勢等進行全生命周期的管理與預測性運維。對野外應用的重要設備進行全天候在線定位監管，一旦出現設備被傾覆、挪位、偷盜等情況，能夠立即進行報警，并通過定位追蹤，及時發現設備所在位置。實時跟蹤現場故障的處理進度，分析故障處理情況，督促管理養護人員對故障及時進行處理。處理結果自動生成文檔并保存記錄，便于管理人員事后進行故障原因分析及對故障處理結果進行評估。以監測、報警、日志分析、報告等服務工具為依托，實時掌握設備的運行狀態、故障處理情況等。通過智慧管養系統，可加快故障報警的響應時間和故障的處理時間，不斷提高養護工作質量。

通過PC、大屏、手機等各種終端顯示設備，綜合展示設備運行狀態、維修養護現場的各種故障處理情況和各類養護管理應用子系統，實現服務與應用的快捷訪問和可視化展現。支持多級展現形式，既可在調度指揮中心集中調度，管理處監控中心集中監控，又可在辦公環境通過網頁瀏覽，還能通過手機等智能設備隨時隨地的進行查看，可為各級管理部門及現場管理人員提供智慧養護應用的便利，提高工作效率。

通過設備維修保養APP，可實現設備管理流程的標準化，設備維護的全面化，提高管理效率，提高庫存利用率，降低管理成本，為管理層提供各種直觀的科學分析手段。系統可根據每臺設備的型號、參數、維護周期、使用年限等要素，自動生成保養計劃，并推送給相應的設備負責人員，管理人員可在APP端查看需要執行的保養計劃及保養計劃執行情況。當設備出現故障時，可通過APP實現設備報修、報損、維修記錄、送修狀態等查詢，實現設備維修管理的升級。

5 結語

智慧養護管理系統適應調水工程運行維護管理模式轉變的需要，將分散的業務場景，通過智慧養護管理應用系統進行統一、集中管理，使調水工程能夠得到高效、持續性的運行。尤其是在疫情長期防控壓力下，通過對調水工程智慧化養護管理手段的應用，可減少一線用工，降低巡檢頻次，全面監管一線職工、第三方作業和外包人員的工作流程等。