寶安區五指耙水庫信息化建設方案淺析

朱東陽

（深圳市深水水務咨詢有限公司,廣東 深圳 518000）

1 引言

水庫信息化建設可提高水庫管理工作效率和水平,對水庫工程安全和效益發揮具有十分重要的作用。目前,我國有較多的水庫工程信息化建設水平較為落后,導致水庫管理工作難度大,需要耗費大量的人力、物力,且難以取得良好的管理效果。因此,有較多的水庫工程采取了信息化建設工作,取得了良好的效果。

2 五指耙水庫信息化建設存在的主要問題

目前水庫信息化存在以下問題：大壩無沉降、變形、滲壓自動化監測設備；視頻監控系統年久失修,系統運行年限7～8 年,大多數已不能正常運行,經現場勘察發現,有近40處攝像頭不可用,系統有新建需求；水庫管理現場尚未接入水務信息政務網；無專用機柜。故項目信息化建設是必要的。為便于工程運行管理,水庫設置監控管理中心用房,實現上級調度運行管理、視頻會商等,上下互聯,智慧水務信息全面共享、存儲。

3 系統架構

按照信息系統微服務架構的建設思路,采用先進的、科學的信息技術,搭建“四橫兩縱”的系統總體框架,盡可能地避免未來的重復建設,為系統開發建設打下堅實的基礎。為便于工程運行管理,水庫設置監控管理中心用房,實現上級調度運行管理、視頻會商等,上下互聯,智慧水務信息全面共享、存儲。

信息系統邏輯構成從層次上從下往上包括：信息采集系統,通信網絡及數據交換,數據中心,應用支撐平臺,應用系統等構成。自動化監控系統按照業務需求和國家標準的要求,單獨配置在控制專網之中。系統總體架構見圖1。

圖1 系統架構圖

五指耙水庫工程信息化按照深圳市智慧水務要求,依托市政云平臺和城市大數據中心,構建從物聯感知、基礎設施、大數據中心到業務應用的四層架構和信息安全、標準規范兩大保障體系,形成“四橫兩縱”的智慧水務一體化平臺。

（1）物聯感知層

本項目重點建設物聯感知體系,針對水工建筑物、閥井、閘門等對象進行水情、水量、水質、工情、視頻實時監測監控,采用衛星遙感、5G、物聯網等新技術構建工程的智能感知體系。

（2）基礎設施層

根據項目自動化控制、視頻監控、安全監測等多類數據傳輸需求,構建覆蓋庫區的控制專網和視頻專網,為智能感知采集提供網絡支撐；建設水庫管理監控中心,利用政務外網,為數據交換、信息共享、值班監控、調度指揮提供基礎設備。

（3）平臺層

深圳市智慧水務云平臺主要圍繞以深圳市政務云為主的構建方式,能夠根據前端業務需求按需自動擴容,實現運維自動監控等。通過政務外網實現各個系統的數據共享與歸集。將水雨情、視頻監控、大壩安全監測數據統一歸集于區政數局,后傳輸至深圳市水務大數據中心,數據從大數據中心獲取。其相關配置與智慧水務一期項目保持一致。見圖2。

圖2 網絡架構圖

4 應用系統工程設計

五指耙水庫管理平臺直接利用寶安區建設的智慧水務水庫綜合管理系統,其中功能模塊包括綜合展示、監測管理、日常管理、移動巡檢等。其中監測管理為管理人員日常使用較多功能,包括視頻監控、水雨情監測、安全監測、監測預警及相關性分析等功能。可通過該系統查看視頻監控,隨時了解水庫庫區情況。寶安區水庫綜合管理系統的功能如下：

1）綜合展示。借助于地理信息系統,通過一張地圖的形式展示水庫相關工程和設備的監測和統計信息,以可視化、形象化的方式將水庫的主要信息進行集中展示,真正實現水庫數據與空間地理信息的一體化的聯動查詢,并可進行預測等高級查詢,為水庫管理調度提供依據。

2）監測管理。集成水庫視頻監控、水雨情監測等監測信息,并分析顯示位移、滲壓、滲流的安全監測,根據閾值進行監測預警,并對位移-滲壓-滲流-水位-庫容進行相關性分析。

3）日常管理。對水庫注冊登記、基本信息、維護養護、安全鑒定等進行管理。

4）水庫管理移動應用。提供移動巡檢,實現巡檢移動化辦公,并提供管理端,便于任務的上報與處理。本項目應用系統保持充分利用寶安區智慧水務水庫綜合管理系統,在寶安區智慧水務建設時,該系統已完成與寶安區業務中臺服務及寶安區統一身份認證和統一消息服務的對接。因此本項目不另行對接服務。由于本項目所利用的系統已部署在政務云上,且本項目建設政務外網,利用政務外網訪問水庫綜合管理系統,因此水庫業務運行過程中產生的業務數據滿足實時、全量匯聚到寶安區大數據資源中心的條件。本項目由于沿用寶安區智慧水務水庫綜合管理系統,系統已做好用戶角色的權限管理與分配工作,按照流程向上級申請可開通用戶權限。

5 分項技術方案

5.1 水雨情環境量監測

水庫大壩現場設有水位計、雨量計、水尺等觀測設施,雨量與水位觀測數據通過無線傳播。目前水庫為五指耙水廠備用水源,也對周圍河道補水,水質監測采用人工取樣,數據錄入系統,頻率1 次/月。

大壩上游水位監測布置有人工觀測水尺,水尺采用56 高程系統,這次更換水尺,按85 高程標定。水位計、雨量計布置于閘門啟閉房,更換損壞的雨量計,通過交換機接入局域網,數據存儲在本地,通過政務外網將水雨情監測數據集成至深圳市大數據中心。

5.2 水庫閘門自動化控制系統

對水庫閘門啟閉機進行自動化集中管理和控制,在閘室設置一套現地測控單元,實現對站點內設施的自動控制。在中控室內設置一套中控層計算機監控設備,實現對管理范圍內工藝設備的集中控制。在控制層預留遠方調度接口。中控層與現地控制層之間通過自建光纜進行網絡通訊,控制層可與遠方調度層或政務網/互聯網接入,設置防火墻等保護,確保系統信息安全。

5.3 工程安全監測自動化系統

本次監測設施的改造設計主要為增設變形監測、滲流監測,同時將現有量水堰一并接入安全監測自動化系統。將GNSS 測點（28個）、各測壓管內滲壓計（54支）、量水堰計（1支）接入大壩安全監測自動化系統,實現變形、大壩滲流滲壓監測數據的自動采集。同時,可導入水位計、雨量計及人工監測數據,實現對所有大壩安全監測數據（含人工和自動化數據）的存儲和整編。

本工程監測自動化系統采用分布式、開放性的網絡結構形式。在水庫管養房內布置1 個監測中心站。監測中心站的主要作用是工作站和服務器通過安全監測信息管理系統對監測管理站自動采集、其它半自動、人工測讀的數據、工程所有與安全監測相關的文檔資料進行集中統一管理,且通過安全分析評價系統進行監測資料的分析和發布工作。數據信息通過局域網外接光纜到政務網,匯聚到寶安區大數據資源中心。

5.4 視頻圖像監控系統

視頻圖像監控系統由前端設備（現地攝像機）、網絡及傳輸設備、控制中心設備（管理終端設備）等三部分組成。對年久失修的視頻監控系統進行整體更換,基于先前的布設位置配備59 個新攝像頭。庫尾臨五指耙體育主題公園,人流量較大,考慮到庫區安防,需沿庫尾增設10 個攝像頭,以光纖傳輸。出于經濟性考慮,經排查能正常運行的舊攝像頭應繼續使用,通過接入新建的監控系統來加密布設點位。

系統新建后,視頻監控覆蓋水尺,大門,壩后坡,泄洪閘門,溢流道下游行洪通道等部位,攝像頭包含防雷模塊,管理單位安排工作人員進行維護。并根據各感知部位業務場景,實現智能AI 感知與自動報警功能。

6 結語

為了提高水庫信息化建設水平,根據五指耙水庫的工程特性、建設現狀以及精細化管理需求,進行水庫信息化系統建設。五指耙水庫項目信息化建設主要內容包括感知體系建設、通信網絡建設、水庫管理系統建設。水庫的長期安全運行是項目功能有效發揮的重要保證,在工程運行期,需加強工情感知體系和自動化控制系統建設,形成從數據采集到存儲、管理、使用的完整體系,從而及時獲取各建筑物、設施設備等工作形態,實行工程運行的實時化監管,為合理評價結構安全狀態提供決策依據。