基于水庫標準化管理的信息平臺研究與建設

戴春祥 朱承明 段科萍

摘 要：為更好地推動工程管理標準化建設，實現水利現代化發展目標，大溪水庫以強化水庫安全管理為重點，不斷完善水庫信息化功能體系，著力構建現代化的水庫智能管理信息系統，建立了大壩安全監測系統、水情測報系統、洪水預報系統和“智慧大溪”信息系統。涵蓋安全監測、水雨情信息、洪水預報、工程監控、運行調度、工程管理、水政管理、水文信息、科技檔案及辦公自動化等水庫管理業務，改變了傳統的水庫管理模式，提高了水庫工程管理現代化水平，初步實現了水庫管理的信息化和標準化。

關鍵詞：水庫工程 信息化 智能水庫 信息管理平臺 調度系統 巡檢系統 系統研究

溧陽市大溪水庫（以下簡稱大溪水庫）位于溧陽市西南部低丘陵山區，工程于1958年興建，后經三次較大規模續建，2009年進行除險加固改造，是一座以防洪、灌溉、供水為主，結合水生態保護的大（Ⅱ）型水庫。水庫總庫容11280萬m3，設計水位15.48m（青島基面，下同），校核水位15.98m，防洪面積200km2，設計灌溉面積50km2，城鎮年供水2000萬m3。工程設有主壩一座，全長475.0m，副壩一座，全長210.0m，為均質土壩。主壩溢洪閘1座，共3孔，閘孔總凈寬3×2.5m，設計最大泄洪流量120m3/s，配弧形鋼閘門3扇，采用3臺400kN固定卷揚式啟閉機，另有灌溉涵洞3座。

大溪水庫致力于工程管理的規范化、制度化、科學化，積極探索工程管理標準化、精細化、信息化、現代化，建立了較為規范、系統的工程管理體系。近年來，大溪水庫利用工程除險加固、管理考核等機遇，以強化水庫安全管理為重點，以水庫信息化建設為突破，著力構建現代化的水庫智能管理信息系統，建立了大壩安全監測系統、水情測報系統、洪水預報系統和“智慧大溪”信息系統。涵蓋安全監測、水雨情信息、洪水預報、工程監控、運行調度、工程管理、水政管理、水文信息、科技檔案及辦公自動化等水庫管理業務。另外，通過GPS、GIS、RS“3S”技術，為水庫日常管理提供移動巡查、網上辦公、在線監測、水文監測、考核評價等功能，改變了傳統的水庫管理模式，提高了大溪水庫工程管理、水文信息、防汛決策等管理任務和現代化水平，初步實現了水庫管理的標準化和智能化。2017年11月，大溪水庫高分通過國家級水利工程管理單位考核驗收。

1.項目研究背景

水利是經濟社會可持續發展、生態文明建設的基礎和保障。由于我國水資源在時間和空間分布上極不均衡，水庫作為國民經濟的重要基礎設施，肩負著防汛減災、水資源管理以及改善水環境等重任，在區域防洪、興利、供水、灌溉等方面發揮的作用十分重要。孫振剛等根據2013年全國第一次水庫普查數據統計分析表明我國已擁有10萬m3及以上水庫大壩9.8萬余座。雖然近10年來我國進行了大規模的病險水庫除險加固，但是由于水庫管理工作是一項復雜的系統工程，面廣點多，內容復雜，水庫的大壩安全運用仍是水庫管理的重點。新時期，水利行業以推進大壩在線監測、水雨情預報、洪水預報模型等信息化手段，強化水庫安全管理，提高了水庫行業整體安全管理水平。針對水庫管理面臨著從傳統水利向現代水利、可持續發展水利方向轉變的迫切需要。葛從兵等以實現水庫科學調度為研究重點，探討了水庫信息化的可行性和信息化的內容;馮愛斌分析了黃壁莊水庫的信息化建設成果提出了水庫應用系統建設的重點、組織管理和發展方向;陳喜從水庫工程信息化系統構建出發，再對信息化技術在水庫工程的具體運用進行了研究;張力分析了水庫信息化建設中的一些問題，并針對問題提出了一些加強水庫工程信息化建設的措施;孔祥芹基于互聯網的發展，對水庫工程管理信息化建設提出了一些建設性的意見。由這些研究可見水庫管理單位亟需通過水利信息化建設，改變傳統的工程管理模式，從而實現水庫信息化、自動化，繼而實現智能化，為此，推進水庫信息管理系統平臺研究與應用非常必要。

2.信息系統總體結構

大溪水庫信息化經過多年的建設與發展，取得了明顯成效，2014年初步建成了包括：大壩安全監測系統、水情測報系統、洪水預報系統等3項業務信息系統。2017年，通過對水庫日常管理任務的梳理，結合水庫標準化建設，又開發了服務水庫綜合業務的“智慧大溪”信息系統。同時，對原有3個系統進行了整合與優化，使大溪水庫形成了目前以大壩安全監測系統、水情測報系統、洪水預報系統、“智慧大溪”信息系統等4個核心業務系統為主要架構的信息系統。該系統涵蓋了水庫安全監測、水雨情信息、洪水預報、工程監控、運行調度、工程管理、水政管理、水文信息、科技檔案及辦公自動化等業務應用。尤其是針對水庫日常業務管理研發的大“智慧大溪”信息管理系統，對其他水庫工程管理信息化建設具有很好的借鑒價值。大溪水庫信息系統結構圖如圖1所示。

3.信息系統設計

3.1 綜合信息系統結構

大溪水庫研發的“智慧大溪”信息系統整合現有的大壩安全監測數據、水雨情實時數據、溢洪閘閘門啟閉數據、移動巡檢實時數據、水庫設施定位和水庫基本特征等數據，通過綜合信息數據匯總實時展示水庫各業務開展情況和成果，為工程管理人員快捷、高效、準確的作出決策與判斷，提供實時的科學依據，從而全面提高了水庫日常管理的效率與水平。“智慧大溪”信息系統包括：綜合展示、移動巡查系統、信息化管理和后臺管理四個子系統。“智慧大溪”信息系統結構所圖2所示。

3.2 綜合信息系統功能

“智慧大溪”信息系統主要包括：綜合展示系統、移動巡查系統、信息化管理系統和后臺管理等四個子系統。

3.2.1 綜合展示子系統

“智慧大溪”綜合展示子系統主要包括：氣象信息、水雨情數據、巡查監控、設備管理和工程概況5個功能模塊。該系統融合大溪水庫水雨情實時數據、水庫閘門開閉實時數據、移動巡查監控、水庫設施定位和水庫基本特征數據，通過各類輸出終端以及移動終端，實時展示水庫各業務開展情況，集中展示大溪水庫工程管理以及信息化建設成效。“智慧大溪”系統功能如圖3所示。

3.2.2移動巡查子系統

移動巡查系統主要包括：工程巡查、水行政巡查、應急巡查和巡查查詢4個功能模塊。為運行人員提供移動巡查手段，實時記錄巡查軌跡和巡查記錄，并可以上傳大溪水庫信息化管理后臺系統，包括執法巡查、涉水建設項目管理等。為日常巡查管理和水庫管理層監督考核提供科學的管理數據。移動巡查系統功能結構所圖4所示。

3.2.3信息化管理子系統

信息化管理子系統主要包括：水雨情、工程管理、視頻監控、工程調度、安全管理、檔案管理、水生態保護、白蟻防治和學習題庫9個功能模塊。該子系統是“智慧大溪”系統的核心，功能業務模塊緊扣水庫標準化建設內容設置。該子系統提供的業務模塊滿足現有各類水庫信息化管理需求，基本覆蓋了大溪水庫的日常管理和考核評價等工作。信息化管理子系統功能結構所圖5所示。

3.2.4后臺管理子系統

大后臺管理子系統主要包括：任務下達、通知公告、用戶管理、部門管理和權限管理等5個功能模塊。主要服務于管理人員，提供了后臺數據庫數據的維護，提供包括增刪、查改等功能，移動巡查任務下派、通知公告、用戶管理、部門管理和權限管理等功能。移動巡查系統功能結構所圖3所示。后臺管理子系統功能結構所圖6所示。

3.3 移動巡查APP系統結構

大溪水庫移動巡查APP系統主要包括：巡查任務、水行政巡查、工程巡查、歷史任務和通知公告等5個功能模塊。該巡查系統提供基于GIS地圖的相關操作工具，管理人員能及時準確的發現問題，快速制定問題解決措施，并且能夠提升庫區的設備設施的管理維護能力。移動巡查系統功能結構所圖7所示。

3.4 移動巡查APP統功能

巡查任務模塊主要包括：巡查任務下載、制定巡查計劃、巡查內容的上報和水行政巡查等4個功能。巡查任務模塊功能結構所圖8所示。

巡查任務下載：巡查人員可從服務器上下載巡查計劃，也可自行制定計劃，按照日常巡查計劃到指定區域巡查，無論有無發現違法行為，都要點擊巡查簽到（每個巡查點簽到一次，要上傳一次照片），系統提示簽到成功，系統自動標注人員位置和簽到時間。巡查任務下達：巡查人員可在線獲取后臺服務制定的巡查計劃，并根據計劃中設定好的路線進行巡查。制定巡查計劃：巡查人員可自行創建巡查計劃，并執行創建好的巡查計劃，在巡查計劃執行中，巡查人員可手動打點，填寫巡查內容，巡查內容包含巡查記錄、照片、視頻。巡查內容上報：巡查人員可以將完成的巡查計劃及巡查的內容和文件一起上報到服務器。

水行政巡查主要包括：水行政巡查包含水陸巡查和陸路巡查，水行政巡查主要針對庫區及周邊陸地上發生的一些突發事件和違法行為進行記錄和上報，當巡查人員在巡查過程中，發現違法行為后，進行拍照取證，填寫相應內容后，上報到后臺服務器。

工程巡查主要包括：日常巡查、年度巡查、特別巡查，工程巡查主要針對庫區內的設備設施定期進行檢查，當巡查人員在巡查過程中，發現問題后，進行拍照取證，填寫相應內容后，上報到后臺服務器。

歷史任務主要包括：提供用戶可以查詢每次上傳的巡查數據，按順序排列，查看某次巡查信息

通知公告主要包括：通知公告模塊提供用戶可以獲取后臺管理者發布的公告信息。

4.系統數據庫開發

數據庫是應用系統的信息支撐平臺，用于存儲和管理各專業應用系統所需的數據，為業務應用系統提供信息支持服務。目前，大溪水庫已經建立了實時數據庫。數據庫硬件采用一主一備的高可用性數據中心架構，并配置高性能品牌機架服務器/高密度品牌服務器、大容量高性能存儲和光纖交換系統。部署安全防火墻，加強安全和數據訪問管理。部署數據連續性保護設備，保障數據在主備用系統中的一致性，實現數據連續性保護。數據中心的各類數據庫，為各個應用系統提供數據，實現不同的應用系統統一數據源，實現數據共享。各個數據庫實現統一開發平臺、統一傳輸模式、統一維護管理，實現水庫等各類信息的統一存儲。

5.系統的應用評價

“智慧大溪”信息平臺的建設完成了多個平臺系統的集成，匯集了監控系統數據庫、水雨情數據庫的實時數據，使之可以通過系統前端界面以圖表的形式進行展示;系統對部分具有較強內在關聯的業務，系統通過統計分析報表的形式進行呈現，完全替代了傳統的人工統計方式，并將各工程信息、測繪單位提供的地籍圖等數據資料疊加到地圖中展示，結合GIS平臺的操作特性（放大、縮小、漫游、圖層控制、量距等）查看方式更為直觀和靈活，同時，實現了了水政執法的遠程監管新模式，提高了水庫管理工作效率。

6.結論

大溪水庫按照水庫標準化管理的要求，結合工程管理現代化建設方向，在現有分散系統的基礎上，進行資源整合，研究開發“智慧大溪”綜合信息系統，對水庫工程各個信息化分系統的重要數據進行采集、存儲、分析、管理，實行一個平臺綜合信息的發布、查詢，同時，運用移動互聯網技術開展水庫移動巡查，提高了巡查效率，加強了過程管理，確保水利工程能夠安全運行。該信息系借助信息化管理手段，通過先進的信息技術強化標準化過程控制、流程管理，規范了管理行為、提高了水庫管理工作成效，促進工程管理標準化落地生根，在全省水庫工程管理信息化建設具有示范借鑒作用。

參考文獻：

[1]溧陽市大溪水庫管理處.溧陽市大溪水庫技術細則[R].溧陽：溧陽市大溪水庫管理處，2016：1-7.

[2]溧陽市大溪水庫管理處.溧陽市大溪水庫管理現代化規劃（2011-2020）[R].溧陽：溧陽市大溪水庫管理處，2016：1-20.

[3]孫振剛，張嵐，段中德，等.我國水庫工程數量及分布[J].中國水利，2013（7）：10-11.

[4]葛從兵，陳劍，等.水庫信息化探討[J].水利建設與管理，2006（4）：54-56.

[5]馮愛斌.水庫信息化管理探討[J].河北水利，2015（1）：47.

[6]陳喜.水庫工程管理信息化建設探討[J].電子技術與軟件工程，2016（2）：224.

[7]張力.水庫工程管理信息化建設探討[J].探索科學，2016（6）：144.

[8]孔祥芹. 水庫工程管理工作信息化建設探討[J].科學與財富，2017（3）：233.

[9]溧陽市大溪水庫管理處.溧陽市大溪水庫信息管理系統軟件需求規格說明書[R].溧陽：溧陽市大溪水庫管理處，2017：1-18.