那板水庫安全監管數字平臺建設思路

唐 崗

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概況

那板水庫位于廣西左江支流，明江河上游上思縣境內，壩址距縣城4 km，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發電、城鎮供水、養殖等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。樞紐工程主要由大壩左岸溢洪道和右岸壩后引水式發電站組成。那板電站屬壩后引水式電站，設兩條引水管。

那板水庫信息化建設自1995年開始，先后建設水情自動測報系統、電站計算機監控系統、大壩安全監測系統、閘門監控系統、視頻監控系統等信息系統，并配套相應的信息采集設備、服務器、網絡設備等基礎設施，但隨著水庫運行管理工作要求的不斷提高以及云計算、大數據、物聯網、移動技術的普及和應用，水庫現有的信息系統已經無法滿足那板水庫安全運行管理的精細化要求。

2 水庫信息化管理情況

經過多年的發展，那板水庫利用信息化技術在水庫運行管理方面已做出一些嘗試和探索，且取得了一定的成果，但距離實現水庫的制度化、專業化、信息化、標準化管理還有一定距離，主要存在以下幾點問題。

2.1 信息系統分散搭建，數據資源共享性、兼容性、交互性低

那板水庫信息化建設雖已起步多年，先后建設了支撐水庫工程安全、防洪等業務管理的信息系統，但受各項目投資來源不同、實施時間不同等影響，各信息系統分散搭建，缺乏統一規劃和頂層設計，沒有統籌各種信息系統的建設，致使現有信息系統種類多、相互獨立，數據仍采用分散存儲的方式，集成度低，數據信息分散，缺乏統一的數據體系，數據標準和格式不統一，數據質量缺乏保障，造成信息化成果“條塊分割”，存在數據壁壘信息孤島現象突出，無法實現數據資源的有效流動、互聯共享，阻礙數據信息的進一步整合和分析。

2.2 感知體系不完善，監測手段亟需改造提升

那板水庫感知體系覆蓋范圍和要素內容不全面，信息感知監測手段相對落后，自動化、智能化程度偏低。水文情勢監測數據采集標準不統一，大壩安全監測系統監測項目不齊全，部分儀器存在損壞、老化、失效等問題，同時，缺乏放水流量和生態流量監測感知內容。

2.3 支撐環境基礎薄弱

（1）未建設標準機房，信息化設備運行環境不能得到有效保障，部分網絡、服務器等設備經過多年運行，已出現老化、效率較低、故障率升高等問題，無法可靠地支撐信息化系統安全穩定運行。計算機網絡的數據傳輸能力不足，范圍覆蓋不全、傳輸帶寬不足、通信網絡基礎設施薄弱。

（2）未建立信息化建設標準體系。各業務系統相互獨立，建設時期相關較遠，所遵循的數據結構規范不一致，且未提供進行數據交換的接口，使得各業務系統之間的數據集成存在較大的困難。難以實現數據資源的共享和數據的安全運行，大大降低了信息資源的利用率。

（3）信息系統分散搭建，采用單機部署的方式，導致服務器無法得到充分利用，使用效率不高。

（4）缺乏異地視頻會商條件和機制，會商系統的應對突發事件能力不足。

2.4 業務應用支撐水平不高

（1）應用系統和業務融合不深入，覆蓋面有限，整體支撐能力不足。目前已建設的信息系統為水庫在洪水預報、防洪調度、大壩安全管理、閘門管控等業務管理方面提供了一定的信息化支撐，但存在業務支撐盲區，距離強監管的要求仍有一定差距，在水電站協同管理、水庫流量管理、庫區巡查監管、水域岸線管理等業務管理領域仍采用傳統的管理模式和管理手段。

（2）應用系統功能存在局限性。由于現有業務應用系統開發和建設時間較早，部分系統流程、體系架構已不能適應新時期、新形勢下對水庫管理工作的任務和要求，不能夠為水庫在保障水資源、水環境、水生態、水災害等方面提供有力的信息化支撐。同時，水情自動測報系統和洪水預報系統已無法更新升級，導致系統使用率降低、兼容性不高、數據共享性低、不能實現業務聯動和協同分析，在技術和決策支撐方面仍存在較大短板。

（3）應用系統展示手段單一。應用系統業務場景以二維方式展示，缺乏三維地理展示和BIM展示，直觀性不足。

2.5 網絡安全防護能力不足，缺乏安全防護機制

網絡安全防護水平不高，未建立完善可靠的網絡安全防護策略和防護機制，僅僅通過防火墻對內外網進行隔離，安全風險高，威脅感知應急響應能力不足，無法支撐網絡安全態勢，無法及時主動發現及處置網絡安全風險。

3 數字化平臺設計原則

本次建設主要內容是在那板水庫已建信息系統的基礎上，完善水文情勢監測、大壩安全監測、水庫放水流量在線監測、視頻監視等感知體系，計算機網絡升級改造，搭建先進完善的應用支撐平臺，構建標準、開放、共享的數據資源體系，建設云管理平臺、機房、集控中心、視頻會商系統等基礎運行環境，開發水庫標準化管理系統、水庫防洪調度管理系統、庫區空天地一體化管理系統、移動服務系統等業務應用系統，完善和集成整合大壩安全監測系統，形成集成化、標準化的安全運行管理數字平臺，為那板水庫數字化、精細化、標準化管理提供支撐。

那板水庫安全監管數字平臺在現有信息化設施的基礎上進行建設，應遵循以下原則。

（1）標準化原則。數字平臺建設要以現行相關規程、規范為依據，應選擇符合國家標準的設備和軟件構件，以便于實施質量控制和確保系統穩定運行。

（2）先進性原則。應以先進的信息化技術手段為引領，在信息采集、信息傳輸、平臺搭建、應用開發等各方面，融合當前“互聯網+”、云計算、物聯網、移動應用等先進技術和理念，實現數字平臺建設的先進性和科學性，保證數字平臺具有持久的生命力，滿足當前和未來的那板水庫業務應用需要。

（3）安全性原則。數字平臺建設需以安全、可靠為基礎，通過構建主動、有效的安全防護體系，支撐系統安全運行，建立完整的安全保密機制和完善的訪問授權機制，針對不同的用戶提供訪問權限控制。

（4）可靠性原則。數字平臺硬件建設應選擇技術成熟、高可靠性的設備，確保在惡劣環境下和突發事故情況下硬件設備能夠為應用系統提供可靠的支撐。業務系統設計和開發，應選用主流、成熟可靠、被廣泛認可的軟件產品、開發方法、算法，確保系統的成熟穩定性。

（5）資源共享和擴展性原則。搭建數據交換共享平臺，信息系統各層之間均提供開放的接口，支持其它系統的接入和融合，促進信息資源廣泛共享；數字平臺建設應保證良好的可擴展性，在建設過程中應充分考慮未來發展的需要，為后期系統擴展預留接口，滿足信息化不斷發展的需要。

（6）易用性原則。數字平臺建設應充分結合水庫管理和業務應用特點進行設計，力求軟件界面友好、結構清晰、流程合理、操作方便、功能一目了然，菜單操作從充分滿足管理人員的視覺流程和使用習慣為出發點，確保系統易理解、易學習、易使用、易維護、易升級。

（7）利舊原則。在確保設備和設施性能、功能滿足要求的前提下，應充分利用原有設備，避免重復建設、提高復用率，保證數字平臺建設方便實施、經濟合理。

4 設計思路

采取“自上而下、自下而上、上下協調”的方式，通過資料收集、現狀調查和需求調研，調查和梳理那板水庫信息化建設現狀，摸清存在的問題和短板，以問題為導向，按照“統籌已建，規范新建”的思路，以那板水庫業務管理為主線條，深入分析那板水庫信息化應用需求。在此基礎上，確定那板水庫安全監管數字平臺建設方向，合理制定那板水庫安全監管數字平臺的總體建設目標，以信息流的運行與處理路線為脈絡，分析平臺層次結構，提出平臺總體框架。根據總體框架，開展感知體系、通信/計算機網絡、數據資源體系、應用支撐平臺、基礎運行環境、業務應用系統等分項設計，提出系統集成方案、建設與運行管理、投資概算等（見圖1）。

圖1 平臺總體設計路線

4.1 總體框架設計

那板水庫安全監管數字平臺的總體框架由6個層面、兩大保障體系、4類服務對象共同構成，其中6個層面包括信息感知傳輸層、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，4個保障體系包括信息安全體系和標準規范體系，四類服務對象包括那板水庫上級管理部門、那板水庫管理工作人員、水庫周邊社會公眾以及系統維護管理人員（見圖2）。

4.2 系統劃分

水情、雨情、工情、水量、視頻以及電站工況等各類監測信息，經GPRS、光纖、以太網等傳輸通道匯聚至數據資源平臺，形成那板水庫數據資源池。對池中數據進行治理，實現統一的數據管理與服務環境，基于標準的應用使能和應用支撐平臺設計，為業務應用系統提供應用支撐、服務支撐、服務決策的基礎能力，實現上層智能應用。

（1）信息感知層。信息感知層是信息來源的基礎，主要負責數據采集、轉換和傳輸，利用各種感知設備、技術手段和方法，動態監測和實時采集涉及那板水庫業務活動的水情、雨情、工情、水量以及視頻等監測信息。

（2）計算機網絡層。計算機網絡層是支撐那板水庫安全監管數字平臺各種業務的運行網絡環境，是監測數據傳輸交流的基礎，是數據傳輸的介質，為那板水庫各業務應用系統訪問、數據同步傳輸等提供高速可靠的傳輸通道。

（3）數據資源層。數據資源層是那板水庫的綜合數據管理平臺，對數據存儲體系進行統一管理，是業務應用系統運行的基礎，主要包括數據管理、數據存儲管理等功能，并對基礎數據、空間地理信息庫、三維模型庫、動態監測信息庫、水庫標準化管理信息庫等進行存儲與管理，利用大數據分析技術對各類基礎數據和業務數據進行深度挖掘，進一步提高數據的應用價值。

（4）應用支撐層。應用支撐層提供統一的技術架構和運行環境，為那板水庫安全監管數字平臺運行提供通用應用服務和集成服務，為資源整合和信息共享提供運行平臺。主要由各類商用支撐軟件和開發類通用支撐軟件共同組成。

（5）業務應用層。業務應用層以數據分析和綜合應用為核心，建設包括信息服務、預警服務、決策支持、應急響應、水雨情測報及預報、洪水風險分析及管理、水庫洪水調度運行、庫區及下游的洪水預警等業務功能模塊，依托大數據分析技術，構建先進、科學、高效、實用的智能化綜合管理系統。

（6）應用交互層。應用交互層是直接與用戶交互的層面，直接面向那板水庫上級管理部門、那板水庫管理人員、那板水庫工作人員及系統維護管理人員。按照國家統一標準，系統建設以Java EE技術架構，充分融合利用物聯網、云計算、大數據、“互聯網+”等新技術和新理念進行設計，依托WEBGIS三維技術，采用流行的B/S瀏覽器應用模式，建立可視化多層次的空間圖形操作界面，直觀提供自動化監控系統信息服務功能。

（7）標準規范體系。標準規范體系是那板水庫信息化建設和運行的基礎，是實現信息系統建設和信息共享的需要，是節省項目建設成本、提高項目建設效率的需要，是系統不斷擴充、持續改進和版本升級的需要。

（8）安全保障體系。安全保障體系是保障系統安全應用的基礎，包括物理安全、網絡安全、信息安全及安全管理等。

5 建設目標

以那板水庫除險加固工程為依托，與除險加固工程同步實施、同步完成，充分運用云計算、大數據、物聯網、移動互聯等新一代信息技術，通過深入調研和分析那板水庫業務應用需求，以存在問題為導向，轉變思路、統籌規劃、協調發展，以“全面感知、可靠傳遞、完善基礎、智能應用”建設為重點，以精準化管理、高效能行政、智能化服務為顯著特征，通過共享和整合信息資源、完善信息化基礎設施環境、建立基礎數據庫、敦實應用支撐平臺、完善業務應用系統等方式，搭建集成化、標準化的安全運行管理數字平臺，補齊那板水庫信息化短板，為加強那板水庫業務管理提供支撐，為那板水庫防洪安全、工程安全、設備安全、水生態安全、庫區管理安全提供堅實的保障，有效提升水庫管理工作的業務能力、響應速度、執行效率和過程質量，同時以那板水庫作為廣西率先實行信息化升級改造的試點，為廣西數字水利和數字水庫的發展和建設提供引導作用。