廣西大型水庫工程運行管理信息化建設構思

周澤江，王 皓，李靈芝

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

0 引言

新形勢和新要求下，水利工程要重點開展防洪工程、供水工程、生態修復工程、信息化工程等方面補短板工作[1、2]。水庫工程作為水利工程完整體系中一個重要組成部分，在發電、灌溉、供水、防洪、生態環境等方面發揮著重要作用，同時關系到人民的生命財產安全和經濟的可持續發展[3]，借助信息化手段，能夠有效提升其運行管理的執行效率、工作效能和綜合決策支持能力。近些年，廣西在水庫運行管理信息化建設作出積極嘗試，但受限于認識和區域經濟，信息化建設過于分散和滯后，其業務應用也普遍局限于防汛和大壩安全方面，無法全面支撐水庫現在運行管理各項業務。本文以廣西大型水庫工程作為研究對象，深入調研和分析廣西大型水庫信息化建設現狀，以問題為導向，以需求為牽引，重點考慮其一般承擔防洪、供水、灌溉等功能特征，以“全面感知、可靠傳遞、完善基礎、智能應用”為建設重點，圍繞信息資源、基礎運行環境、數據資源、應用支撐、業務應用系統等內容，提出其在運行管理階段中信息化建設的初步思路。

1 總體框架

廣西大型水庫信息化建設面向水庫運行管理標準化、現代化，以多源感知的信息采集監測物聯網為基礎，以數據資源的整合應用為核心，以數據的通信/計算機網絡為紐帶，以庫區的業務應用及水庫管理平臺的應用交互為標志，以標準規范體系和信息安全體系為保障，對系統進行分層分區，形成總體框架，具體包含6 個層面、兩大保障體系、四類服務對象共同構成，其中6個層面包括監測感知層、計算機網絡層、數據資源層、應用支撐層、業務應用層和應用交互層，兩個保障體系包括安全保障體系和標準規范體系[4]，四類服務對象包括上級管理部門、水庫運行管理工作人員、社會公眾以及系統維護管理人員。平臺總體框架示意圖如圖1所示。

圖1 廣西大型水庫運行管理信息化建設總體架構

2 建設內容

2.1 監測感知層

監測感知層是信息來源的基礎，主要負責數據采集、轉換和傳輸。廣西大型水庫監測感知層建設要重點利用傳感、控制、視頻等各種設備以及遙感、無人機等監測技術手段和方法，動態監測和實時采集涉及水庫業務活動的水情、雨情、工情、氣象以及視頻、影像等監測信息，具體包括大壩安全監測、水庫水雨情監測、水庫下游監測預警、閘門監控以及視頻監控等。

2.2 計算機網絡層

計算機網絡層是支撐水庫運行管理各種業務的網絡環境和計算存儲環境，是監測數據傳輸交流和處理的基礎。廣西大型水庫計算機網絡層建設主要為網絡建設和基礎運行環境建設，其中：網絡建設包括工控網建設、局域網建設、廣域網建設，建設重點包括與防汛抗旱專網的連接以及原有網絡的升級；基礎運行環境建設主要包括私有云建設和云平臺租賃等，私有云建設主要適用于管理明確，有專門服務器等設備放置的空間，有充足的人員配備，具備系統、設備自主運行維護能力的工程管理單位。通過建設機房，放置服務器、防火墻、核心交換機等系統基礎設備，構建可靠的信息系統基礎運行環境。云平臺租賃主要適用于沒有可放置服務器等設備的可用空間，管理人員少，不具備系統、設備自主運行維護能力的工程管理單位。通過租賃可靠運營商的服務器、防火墻、主機防護、網絡等服務的方式，實現信息系統部署基礎運行環境的搭建。

2.3 數據資源層

數據資源層是系統中所需的所有基礎數據信息存儲和管理的邏輯表現，可實現對各類基礎數據資源的統一分類存儲和管理，為業務應用程序服務層提供數據支持環境。完整、準確、及時地掌握與水庫業務管理密切相關的水情、雨情、工情、水量等各類信息，是實現水庫數字化、規范化、精細化管理的基礎。廣西大型水庫數據資源主要建設內容包括數據庫建設、數據庫維護與管理、數據存儲平臺3部分。其中，數據庫建設包括數據目錄建設、水庫數據模型建設、數據資源建設以及數據共享建設；數據庫維護與管理包括數據導入導出、數據庫遷移與備份恢復；數據存儲管理主要是完成對存儲和備份設備、數據庫服務器及網絡基礎設施的管理，實現對數據的物理存儲管理和安全管理。數據備份與恢復負責為存儲體系提供備份與恢復策略，保證數據的安全。建設過程中，要按照“統籌已建，規范新建”的思路推進各類數據資源整合和共享，對分散信息進行匯集、組織和關聯，按照“統一數據模型”和“統一數據目標”構建水庫數據資源平臺，實現對各項信息的統一存儲和管理，對歷史文檔、資料信息、業務應用系統過程數據的數字化處理，建立統一的數據存儲、交換和數據共享訪問機制，滿足水庫運行管理海量數據的存儲管理要求，為整體系統平臺的各類業務應用和綜合信息服務提供數據支撐。

2.4 應用支撐層

應用支撐層是連接數據資源層和業務應用層的橋梁，是實現資源的有效共享和應用系統的互連互通，為應用系統的功能實現提供技術支持、多種服務及運行環境，實現應用系統之間、應用系統與其他平臺之間進行信息交換、傳輸、共享。應用支撐平臺包括基礎應用支撐、通用專業應用支撐、水利專業應用支撐以及一張圖建設。其中，基礎支撐軟件作為應用支撐層的基礎，為水庫運行管理各業務應用系統的運行提供基礎軟件環境，主要建設內容包括操作系統、數據庫軟件、應用服務器套件（Application Server）、業務流程管理（BPM）及工作流引擎（Workflow）、消息服務（MOM）、報表制作工具、BIM軟件、GIS服務等構件；通用專業應用支撐主要是利用云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術，提升水利業務應用自動化水平和智能應用能力，包括AI 平臺、融合指揮、物聯網平臺等；水利專業應用支撐指具有水利專業技術特點的模型服務，包括水力學模型、水動力模型、水文模型、水質模型、工程安全運行評估模型、工程調度模型、水資源配置模型等；一張圖建設主要是利用地理信息軟件搭建各類業務應用系統可便捷調用各類基礎信息和動態信息的地圖服務平臺，包括水利要素的地圖標繪、地理屬性信息的規范化處理、地圖樣式庫建設、服務接口開發等。

2.5 業務應用層

業務應用層是數據分析和綜合應用的核心，圍繞廣西大型水庫運行管理主要開展的業務，業務應用層建設主要包括水庫標準化管理系統、大壩安全監測系統、資料整編系統、洪水預報調度系統、水庫下游預警系統、大屏綜合展示決策系統、衛星遙感監測系統、視頻監控系統、運維管理系統、移動端應用系統等[5]。

（1）標準化管理系統聚焦水庫運行過程的標準化管理，重點針對水庫信息管理、行政辦公、水文資料整編、設備巡檢、視頻監控、維修養護、應急管理、檔案管理等需求，通過業務流程信息化、業務表單電子化、處理過程規范化、結果展示多樣化，實現大型水庫的標準化、規范化、高效化管理。

（2）大壩安全監測系統重點圍繞大壩滲流壓力、滲流量、變形、應力、環境等監測需求，通過監測異常數據提醒、預警設置、安全預警等功能建設，實現水庫大壩安全運行。

（3）資料整編系統主要包括水文資料整編和水工資料整編，主要實現水文監測數據自動上報，水文資料整編過程流程化、規范化處理；水工資料整編工作電子化，實現對廣西大型水庫工程基礎資料、測點資料、巡檢資料、監測記錄資料、監測成果等信息的錄入和運行整編。

（4）洪水預報調度系統重點圍繞水庫防汛業務，根據氣象預報以及雨量、水位和蒸發信息等，利用洪水預報模型，實現水庫來水量和來水過程的預測以及超限水量水位的自動預警，同時結合水庫的當前的蓄泄能力，利用信息化處理能力，為水庫調度提供優化策略。

（5）水庫下游預警系統主要通過對預警廣播、預警提示大屏等設備的遠程控制，針對水庫下游可能淹沒區域進行預警信息的及時傳遞。

（6）衛星遙感系統主要基于高分辨率航天和航空遙感數據，應用遙感分析、信息提取、識別監測等技術手段協助庫區巡查管理人員進行大尺度范圍的綜合監測。監測內容包括水土流失情況、庫區岸線侵占、水質污染等。

（7）視頻監控系統主要針對安全生產、水庫敏感位置進行視頻實時監控。

（8）閘門監控系統實現各閘門的狀態信息實時查看，閘門啟閉參數展示查詢，同時結合遠程視頻監控系統，實現無人值守，遠程決策指揮。

（9）移動辦公應用主要將業務系統擴展到智能終端上，實現移動辦公，方便系統用戶隨時隨地參與水庫運行管理。

（10）大屏綜合展示決策系統主要通過對水庫運行管理關鍵信息的綜合分析和展示，為水庫管理者進行綜合決策提供支撐。

2.6 應用交互層

應用交互層是直接與用戶交互的層面，直接面向水庫上級管理部門、水庫管理單位以及社會公眾等。廣西大型水庫信息化建設涉及多個業務應用系統，應用交互層建設包括統一身份認證、單點登錄、工作門戶集成等內容。

2.7 信息安全及標準規范體系

信息安全體系是保障廣西大型水庫信息化建設成果安全應用的基礎，總體安全防護體系整體防護框架主要從物理安全、通信網絡安全、區域邊界安全、計算環境安全、管理中心安全、管理體系安全、第三方安全服務7 個方面入手。標準規范體系建設是水庫信息化建設和運行的基礎，是實現平臺建設和信息共享的需要，是系統不斷擴充、持續改進和版本升級的需要。建設過程中要重點從分類與編碼、傳輸與交換、數據存儲與庫表結構、圖示與服務、網絡安全、運行、管理、維護等方面開展工作。

3 結語

水庫工程建設面臨著新的形勢和要求，深化水庫運行管理業務與信息化技術的融合，是當前和今后水庫建設的一個重要方向。本文結合當前廣西大型水庫工程信息化建設現狀和主要開展的業務，提出廣西大型水庫工程信息化建設總體框架，從監測感知層、計算機網絡層、數據資源層、應用支撐層、業務應用層、應用交互層以及信息安全體系和標準規范體系，提出廣西大型水庫建設的重點任務和主要內容，提出其在運行管理階段中信息化建設的初步構思，希望為廣西大型水庫今后在信息化建設方面提供些許借鑒。