小型水庫安全巡查管理系統設計與應用

張雯，孔衛瑞

(河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003)

0 引言

據統計，1954—2006年，中國各類水庫失事3 496座，其中小型水庫3 370座，占失事總數的96.40%以上。故近年來，多個地區都進行了小型水庫除險加固與日常巡查等工作，以保證當前水庫安全以及后期安全問題排查。安全監管工作看似得到保證，但實際上小型水庫巡查人員水平良莠不齊，巡查任務執行多靠人員自覺，常會巡查不到位，以致水庫安全仍然存在安全隱患，并未從源頭保證精細化安全巡查。因此，如何規范小型水庫巡查工作保證水庫安全成了難點問題。

針對規范水庫巡查工作的問題，多地開發了水庫巡查監管系統，從信息化角度監督水庫日常巡查工作。但是，傳統信息化監管在實際運行中仍存在一定弊端，如在巡查過程中，水庫巡查員信息化接受能力不一，如果巡查APP功能過多、上報過程煩瑣、操作難度高，常會導致巡查人員操作失誤，進而使信息化、規范化監管的意義大打折扣。在巡查監管體系上，小型水庫安全巡查工作涉及地市多、層面廣，各地巡查標準不一，從縣級到市級再到省級，逐級監督、上報，若不統一巡查標準，會導致信息混亂，更難以從省級層面快速掌握全省水庫整體巡查情況，使水庫多層面監管存在一定局限性。因此，如何開發實用型強的巡查APP與面向對象廣的巡查監管后臺，是規范小型水庫日常精細化巡查、從源頭保證水庫安全運行與監管的關鍵問題。

針對上述問題，文章首先有效簡化巡查APP功能與操作流程，將多數功能集成為一個模塊，實現簽到、巡查上報、簽退的一站式操作流程，功能全，讓巡查人員易上手；然后設計面向層面廣的小水庫巡查監管后臺，形成從省到縣、自上而下監督管理體系，有助于監管人員高效監督；最后以河南省為背景開展實際應用，分析該系統的實用性。

1 小水庫安全巡查管理系統總體設計

1.1 系統架構

小水庫安全巡查管理系統基于B/S與C/S架構，綜合利用了互聯網技術和GIS技術系統架構包括用

戶層、應用層、服務層、數據層四個層面，為水庫各級管理人員及巡查人員提供系統服務。總體框架如圖1所示。

圖1 系統整體架構圖

用戶層根據業務流程及不同使用人員，主要分為四級，分別為省級管理人員、市級管理人員、縣級管理人員和水庫巡查人員。

應用層由移動巡查APP和巡查監管后臺兩部分組成。移動巡查APP使用對象為水庫巡查人員，用于巡查前查看規劃線路、在巡查過程中進行過程上報、巡查結束后查看歷史巡查記錄、有重大臨時問題時也可與后臺視頻通訊。巡查監管后臺使用對象為各級管理人員，各級人員下發任務，分權限監督管轄范圍內的巡查過程與巡查結果，并提供用戶角色，實現角色的權限賦予與用戶的角色綁定。

服務層主要包括“一張圖”綜合地圖、統一身份認證、保證數據傳輸安全的加密、工作流中間件，以及各應用系統的應用等幾部分服務。

數據層是整個系統的數據支持與保證，構建小型水庫巡查管理信息數據庫，包括巡查項、制定的巡查內容、巡查結果、巡查過程中上報的問題、水庫基本信息、系統管理信息以及照片等多媒體信息等。

1.2 業務流程

小水庫安全巡查管理系統基于地理信息系統，將所有功能在系統上進行整合，按照巡查任務制定、巡查任務執行、巡查任務監督三大部分以實現整個小型水庫安全巡查管理流程。

1.2.1 巡查任務制定

首先，從省級層面統一巡查標準，明確水庫巡查“是什么，做什么”，然后下發至各地市，地市根據情況向縣級下達巡查任務，明確“巡什么，怎么巡”；最后縣級管理員再根據水庫實際現狀、來水情況等當前基本信息，針對性制定不同水庫的巡查內容、巡查要求、巡查路線等具體巡查任務，并根據巡查人員的賬號自動將任務下發至巡查APP端。

1.2.2 巡查任務執行

巡查人員根據賬號登錄移動巡查端，登錄后無須進行任務選擇，可自動查收巡查路線和任務，然后按規定周期、規定內容一一進行巡查。

1.2.3 巡查任務監督

巡查人員在巡查過程中，實時將巡查情況及存在問題上報至web服務器，巡查管理后臺即可查看任務執行情況并解決問題。同時，縣、市級后臺管理系統可監控人員位置、回放巡查軌跡、查詢任務進度、統計巡查次數，以監督記錄巡查人員工作進度；省級后臺管理系統可監督各地市水庫管理情況。最后各級管理人員可根據需求自動生成巡查值班記錄表、巡查結果統計表、巡查問題匯總表、水庫巡查情況匯總表等巡查報表。

圖2 巡查業務流程圖

2 實例應用

2.1 研究區概況

河南省位于華北平原南部的黃河中下游地區，總面積16.70萬km2，人口9 640萬人。全省共有小型水庫2 541座，數量多且分布分散，其安全監管均以縣或市為主管單位，采用人工巡查、紙質記錄、上報、存檔的模式，存在各地市監管標準體系不統一，巡查員學習能力整體偏低、巡查難到位，巡查記錄難保存等監管盲點和弊端。統一監管標準、提高日常巡查水平、增強監管效率成為當務之急。

2.2 主要功能實現

小水庫安全巡查管理系統一共有兩個端口，即移動巡查APP和巡查管理后臺，其中移動巡查APP端主要負責水庫巡查任務，巡查管理后臺主要負責管理、統計的任務。

2.2.1 巡查管理后臺功能實現

任務管理。通過該功能可實現各級管理人員對任務的分配與管理。河南省級人員可向各地市下發巡查標準；各地市根據省級下發的標準開展工作并向縣級傳達；縣級則分別為各個水庫配置巡查員的巡查內容及巡查周期，然后下發至巡查人員移動巡查APP端。

三維監管與軌跡優化。系統可實現對巡查過程的三維展示與巡查軌跡的優化，不同層級人員可根據權限查看管轄范圍內的巡查過程。主要包括：①巡查監管。實現對巡查人員巡查路徑、巡查過程的實時監督，可回放巡查軌跡及巡查路線，直觀顯示巡查員在大壩、溢洪道、涵洞等各部位的停留時間；②三維展示。可切換至三維方式展示建筑物結構及巡查人員在建筑物上的三維巡查軌跡；③軌跡優化。系統直接通過GPS點位生成的巡查軌跡常有大幅度跳動，現采用去燥、卡爾曼濾波算法、抽稀算法對異常點位進行優化，使巡查軌跡更為準確(如圖3)；④視頻通訊。若有臨時任務下發，或巡查員遇緊急問題時，可實時視頻通訊。

圖3 軌跡優化對比圖

巡查結果管理。系統可對巡查結果進行統計分析、結果上報與預警，主要包括：①巡查記錄。建立歷史巡查臺賬，包括巡查路徑、上報內容、照片等，便于后期查詢；②隱患合并與推送。管理人員可以根據不同的管理權限，進行隱患的忽略、合并、對比、上報、整改、關閉等操作，并自動通過微信或短信推送至相關負責人。

自動監測與數據存檔。系統可對所有上報數據和水雨情數據進行處理，主要包括：①實時水雨情監測。自動導入水情遙測數據，實現對水情數據的存儲、查詢，以便對可能出現的險情和水庫建筑物安全做出更精確的評估；②緊急預警。若出現水情超范圍或巡查員上報緊急問題時，則觸發緊急預警并及時推送；③自動化報表。可分析統計當前或歷史巡查內容，并自動生成報表，存檔保存；④績效考核。記錄巡查人員考勤、任務完成、工作表現等情況。

用戶及角色管理。實現用戶的增刪改查，將角色分為省、市、縣、巡查員四級，為各級角色賦予不同權限，然后為用戶綁定角色，實現分級分權限管理。

2.2.2 移動巡查APP端功能實現

巡查上報。巡查員手持移動終端簽到后自動定位至所在水庫，然后可開始巡查。選擇巡查上報內容，以選擇或語音描述形式上報存在問題及照片，如圖4所示。任務上報后會自動消失，直至該頁面無任務時，當次巡查才可結束、簽退，否則無法簽退。當所有任務巡查周期滿后會再次出現，以供下次巡查。該模塊從簽到到巡查上報再到簽退，一站式操作流程可有效降低巡查難度，簡單易學，更適合巡查人員使用。

圖4 巡查上報圖

線路規劃。系統根據提前設定好的巡查內容，為巡查人員規劃出一條最優巡查路線，以保證巡查內容正確、全面。

巡查記錄。用于存儲歷史巡查記錄與上報內容，便于后期調取與查看。

2.3 應用效果分析

將該系統從河南省省級層面開始布設，從省到市再到縣，級級滲透，通過系統完成整個小水庫安全巡查過程。該系統已于2019年11月開始在河南省省級、登封市和舞鋼市試運行，將應用結果與系統應用前的巡查過程進行對比，以分析系統的應用效果。對比結果如表1所示，從對比結果可以發現。

表1 系統應用對比結果表

移動巡查APP功能全，涵蓋簽到上報、線路規劃等內容，一體化提醒式操作流程，逐項進行，可保證巡查內容準確、全面，更適合專業水平參差不齊的巡查員使用，有效避免了流程復雜、技術難等問題，足以滿足一整次巡查過程。

系統建設將網絡部署在省級，由省至縣，在各層級間實現標準下發、任務制定、巡查過程及成果監督全過程，從省級也可全面快速地掌握所有小水庫實際情況，避免了各地市層層上報導致的差異。

從任務制定、下發，到巡查，再到成果監督，以信息化方式實現全過程高效巡查與監管，不再通過紙質形式記錄、整理、上報。

3 結語

小水庫安全巡查管理系統從省級層面建立標準，由省至縣，通過移動巡查APP和巡查管理后臺兩部分貫穿整個巡查過程。從水庫直管部門規劃巡查內容及路線，然后下發至移動巡查APP，巡查人員以下發任務為指導開展巡查，最終上報至后臺，由后臺監管。“閉環式”操作流程簡單便捷，有效避免了巡查不到位及監管遺漏的現象，實現了水庫安全巡查監管由被動變主動，由標準分散到統一，由地市整理上報到省級直接監督的高效化監管方式。