水庫綜合信息自動化系統研發與應用

□張亞銘 劉 科 李延峰

（1河南省河口村水庫管理局；2河南省白龜山水庫管理局；3河南省水利信息中心)

1 工程概況

河口村水庫工程是河南省“十二五”規劃的重點建設項目，工程位于濟源市克井鎮境內，黃河一級支流沁河最后一段峽谷出口處，壩址距下游五龍口水文站約9 km 處。水庫控制流域面積9 223 km2，占沁河流域面積68.20%。設計防洪標準為500 a 一遇，校核標準為2 000 a一遇。水庫總庫容3.17億m3，是一座以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發電、改善河道基流等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。

2 系統建設必要性

由于河口村水庫是新建的綜合性水利樞紐工程，工程建設難度大、設計標準高、綜合效益比較顯著，為使以防洪減災為核心的綜合效益得到充分發揮，更好服務于社會民生，服務于沁河兩岸人民群眾幸福生活。系統圍繞防洪、發電、供水等多目標運用需求，在如何確保工程安全運行的前提下，通過高效管理實現水庫運用效益最大化，努力把水庫打造成集自動化、科技化、信息化為一身的新型水利工程典范。

河口村水庫工程綜合信息自動化是一個綜合性的業務管理和服務平臺。不僅要新建一些業務子系統，還需要把現有的不同業務系統、不同來源和不同類型的數據整合起來，形成統一的平臺入口、統一的用戶管理和角色管理，進行數據的統一管理和分析應用。因此本項目設計將借用物聯網和云計算的思想，采用面向服務架構（SOA）進行設計和開發。

3 系統建設內容

3.1 系統架構

河口村水庫綜合信息自動化系統的建設，包括硬件和軟件兩部分內容。硬件部分主是指用于支持綜合信息自動化系統運行的網絡和服務器環境；軟件部分建設將通過整合現有系統和構建新的業務系統，建設一套全面覆蓋河口村水庫業務管理的綜合性信息服務系統。

河口村水庫綜合信息服務系統軟件的設計開發，包括水庫運行綜合管理信息服務平臺（水庫信息化建設總控制系統）、已有子系統整合接入，以及水庫BIM信息模型暨電子沙盤系統、水庫調度決策系統、水庫計算機輔助RCM分析系統、水質監測信息系統等新建系統開發。支撐信息系統運行必須硬件建設，主要包括支持本項目軟件系統運行的服務器、數據存儲、網絡及安全設備的采購與安裝調試。

3.2 系統開發環境

系統的運行環境如應用服務器和數據庫服務器的操作系統要求為Windows、Unix、Linux服務器系列版本。在此基礎上，應保證整套系統的系統穩定性和響應時間等性能指標。同時系統應能滿足在多種主流操作系統上運行和使用的要求，包括桌面端和移動端，如主流的Windows、Android、IOS等操作系統。

3.3 系統建設標準

系統的設計開發除應按照信息化建設的相關標準和技術規范要求之外，還遵循有關水利工程技術規范標準，主要包括國標和水利有關標準規范、計算機軟件工程規范國家標準、質量管理標準和地理信息應用規范等四個部分。

3.4 系統需求功能

根據建管局的實際工作需要，本系統主要功能點包括：綜合服務、辦公管理、防洪綜合、電站監控、閘門監控、防洪分析、大壩安全監測、視頻監控、設備維修輔助、水質監測、電子沙盤、照明管理12 個子系統，主界面還能顯示實時運行、水情、供水及發電信息。

系統的建設，旨在運用現代信息技術和專業分析理論，集成工程建設期已建的信息化系統，合并新建業務管理系統，實現了一站式業務應用和信息服務。根據水庫運用管理需求，開發了水庫綜合管理業務系統（暨智慧水庫平臺）、水庫BIM信息模型暨電子沙盤系統、水庫防洪綜合分析系統、水庫計算機輔助RCM分析系統、水庫水質監測信息系統，最終形成一套支撐水庫運行多業務管理的綜合信息自動化系統。

4 系統功能及應用

4.1 綜合業務管理平臺

開發水庫運行綜合業務管理平臺，使之成為現有自動化系統、新開發業務系統和今后新增業務有效集成平臺，滿足水庫運行、調度、防汛、安全、發電和供水等核心業務管理需求。系統總集成界面如圖1所示。

圖1 系統總集成圖

4.2 系統架構及信息服務平臺

構建水庫綜合業務數據中心，基于統一、規范的數據標準有效接入和管理已建現有業務系統的數據，為各業務系統統一的查詢訪問服務。系統總體采用B/S多層技術架構；自動采集其它系統數據，無需人工干預；支持PC機、智能手機、平板電腦等多種設備。如圖2所示。

圖2 系統架構圖

信息服務平臺通過數據集成，對各業務管理人員提供綜合的信息服務；信息集成接入平臺提供多種接口適配器(如：數據庫適配器、文件適配器、設備對接適配器等)，以前置機或服務的方式自動采集數據；水庫信息服務與電子沙盤系統無縫對接，即可以直接把業務信息展現在電子沙盤上，也提供電子沙盤對業務的調用；視頻監控采用直接調用的模式，視頻數據可選擇性的保存到數據中心。平臺的信息流向如圖3所示。

圖3 信息流向圖

4.3 水庫運行管理系統

4.3.1 水庫實時運行模塊

實時運行信息模塊是通過對各自動化信息模塊的數據采集，通過三維虛擬仿真、二維電子地圖、數據表格圖表的形式，在主界面進行模擬和展示，并對超限數據進行實時預警；實時運行信息的內容包括：進出庫流量信息、壩前水位控制信息、水庫蓄水量信息、各類庫容實時信息、機組發電實時信息、水庫供水實時信息、工情觀測實時信息等。

4.3.2 水庫工程信息模塊

工程信息是對水庫工程概要性介紹，以及對水庫設計指標、建設沿革、歷史險情等文檔、圖片、視頻資源的存檔管理；工程信息服務包括：工程概要介紹信息、工程規劃設計信息、工程建設沿革信息、主要技術指標信息、歷年災情險情信息、組織機構管理信息等。部分信息可通過GIS、電子沙盤進行承載展示。

4.3.3 水情信息模塊

水情信息是對水情歷史數據的管理和查詢分析。水情信息管理的內容包括：降雨量信息、水位信息、進出庫流量信息、水情日報表信息、雨情汛情旱情預警、發電供水水位預警、超汛限（警戒）水位預警等。

4.3.4 工情信息模塊

工情信息是指水庫工程/堤防工程運行狀態、工程險情動態等信息等。工情信息管理的內容包括：工程外部觀測信息、工程內部觀測信息、水庫運行狀態表、堤防運行狀態表、險情信息采集服務、工程險情信息表、工情預警信息發布等。

4.4 虛擬仿真系統

構建水庫虛擬仿真系統，在可視化環境下展示水庫工程構造、設計信息、建設過程、水庫地理環境、運用場景，并進行空間計算和分析模擬。

5 結語

河口村水庫綜合自動化信息服務系統的建設為河口村水庫提高水庫防汛減災、水資源優化配置、水利政務管理等水利業務的信息技術應用水平，保障水資源合理利用，以信息化帶動水利現代化為實現水庫的科學、有效管理打下良好的基礎。