水庫工程智慧運行管理系統設計

曾坤

摘 ?要：本文結合某水庫工程，對水庫工程智慧運行管理系統設計進行探討，希望給業內同仁帶來參考。

關鍵詞：水庫工程;智慧運行管理;系統設計

1 工程概述

某水庫位于黃河一級支流沁河干流，是黃河下游防洪工程體系的主要 組成部分， ?水庫總庫容3.17億m3， 為Ⅱ等大（ 2） 型工程。工程開發任務 以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發電、改善河道基流等綜合作用。水庫由 混凝土面板堆石壩、泄洪洞、溢洪道及引水發電系統組成。

2 存在的問題和技術難點

2.1 ?存在的主要問題

當前國內水庫工程信息化建設存在幾個列問題：①缺乏統一規劃，各 功能系統的建設相互獨立，業務不全或重復;②集成程度低，存在信息孤 島。③忽視日常管理業務及整編分析、預警、對外信息發布等功能，沒有 實現水庫的日常管理業務的全覆蓋。

2.2 ?技術難點

系統的主要技術難點體現三個方面。①水庫已建有電站監控、閘門監 控、水情測報、水質監測、大壩安全監測、視頻監控、自動照明等功能系 統，存在數據格式、通信接口、通信規約的差異性，如何整合各系統的數 據信息和軟件模型，使之能夠在統一的平臺可靠、安全應用是個復雜的技 術難題。②水庫運行管理的分析計算，包括水沙關系變化分析、庫容空間 變化分析、河道沖淤演變分析、水能利用情況分析、防洪庫容變化分析、 淹沒變化分析、調度方案分析等，如何打造分析模型，分析所需數據源的 合理調用和組織，實現準確的耦合計算是第2個技術難點。③智慧水庫運 管系統需要實現業務數據（監測數據、控制信息等）與水庫空間地形之間 的疊加處理，打造全面感知的可視化管理模式是第3個技術難點。

2.3 ?設計內容

設計內容包括：①構建水庫綜合業務數據中心，實現水工、設施、設 備等管理對象BIM模型的動態展示， 以及各業務系統采集的實時數據的可視 化查詢;②全面整合現有水情自動化測報、電站自動化監控、閘門自動化 監控、水庫視頻監控、大壩自動化安全監測等系統，開發統一數據接口， ?保證系統的無縫對接;③根據水庫運行管理的業務需求，建立各類數據的 業務關系及業務數據模型，根據業務需求進行深層的數據加工及分析;④ 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，提 供水庫實時運行信息、實時水雨情信息、實時工情信息、水庫調度管理、 水文泥沙分析、河道演變分析、供水發電信息和工險情預警等多業務支 持;⑤采用地理信息技術、 ?BIM和虛擬仿真技術，構建水庫運行管理的三 維、二維可視化仿真管理環境。真實展現水庫運用過程中庫區、河道形態 的實時變化和三維場景;⑥基于三維顯示平臺，在線顯示庫區實時水位、 蓄水量信息、特征庫容變化、泄水運用場景、淹沒范圍變化，支持不同防 汛調度預案的三維模擬演示;⑦基于移動網和智能化設備，支持手機端數 據采集、上傳和發布，實現水庫實時運行信息、統計管理信息、工險情預 警信息在線顯示查詢，以及搶險指揮信息、搶險過程信息在線顯示。

3 設計方案

3.1 ?系統框架設計

水庫智慧運維管理系統主要采用B/S架構，系統總體架構如圖1所示。

系統架構包含多個相互獨立的層：應用終端層、 ?SOA技術支撐與服務 層、業務應用層、基礎服務層、數據訪問層、數據存儲層等6部分。采用 分層結構，可根據應用需求進行縱向和橫向擴展。各層的主要功能為：① 應用終端層：應用終端層以二三維可視化信息綜合展示為主要任務， ?是信息 展示、用戶交互及查詢業務的窗口。應用層通過SOA技術服務層獲取終端 所需的服務，通過指揮大屏、移動應用、 ?PC應用等方式向用戶提供系統應 用。②SOA技術支撐與服務層：SOA技術支撐與服務層基于操作系統平臺、 數據庫平臺的中間軟件構建，提供通用基礎服務，主要是為用戶提供一個 統一、標準的信息通道，具有良好的兼容性、靈活性和可操作性。提供一 個支持信息訪問、數據傳遞的環境。技術支撐與服務層將業務應用層和數 據庫進行有效隔離， ?提高了數據庫的安全性。③業務應用層：業務應用層是 系統的核心，實現系統的核心業務，集成水庫運行管理各業務應用系統， ?實現各種業務的計算分析和處理。根據業務處理的需求，把每個業務模塊 的功能分解成適當力度的插件，以支持對服務的調用和業務的擴展。④基

礎服務層：基礎服務層是系統的基石， ?是提供系統開發和運行的實體環境。 ?通過功能集成來完成系統所需的各種基礎服務，如用戶身份驗證、 ?GIS服 務日志管理、消息流轉、報表引擎等。⑤數據存儲層：數據存儲層是存 儲、管理和訪問數據的支撐平臺，將水庫的各類信息進行集中管理，為業 務應用和基礎服務層提供數據的查詢和存儲服務，實現連接不同的數據 庫，如Oracle、 Excel、文件數據和模型數據等。

圖1 ?系統總體技術架構圖

3.2系統信息集成設計

系統對各業務系統進行集成，通過智慧水庫系統的運行管理信息服務 平臺提供各種業務展示服務。業務集成實現各系統的統一登錄入口，提供 水庫實時運行信息、預警信息服務，使各類管理人員和業務人員在一個界 面下了解水庫運行的情況。數據集成是對各信息系統業務數據采集的、匯 總和服務，它采用分布式結構部署在各業務系統的前臺或后臺。

3.3系統功能子系統設計

①水庫運用三維動態仿真子系統：主要利用三維仿真技術和空間分析 技術，把水庫周邊地形、水庫河道地形及水庫其他水工管理要素進行建 模，根據實時水情信息對庫區水情水態進行模擬，以便直觀展示庫區的 水情、水態變化。②系統BIM信息模型暨電子沙盤子系統：水庫BIM信息模 型系統以數字圖形介質理論及其“骨骼網架”建模方法，構建水庫監測設 備;及其流域地形的三維數字模型和三維信息模型，并且在該數字信息模 型中實現圖形與數據的統一。③水庫防洪綜合分析子系統：系統分析模型的 建立包括防洪系統、防洪工作內容及防洪預報-調度-決策流程，解決防洪調 度決策中的實際問題。水庫防洪綜合分析子系統是基于采集的庫水位、降 雨量、進出庫流量等數據，提供洪水預報、洪水調度、數據查詢等功能， ?為水庫防洪調度提供分析服務。④系統計算機輔助RCM分析子系統：智慧 水庫系統的計算機輔助RCM分析子系統是以RCM為基礎方法，融合水庫的 產品信息、產品故障信息、產品的維修保障信息、產品的費用信息等的數 字信息， ?確定重要功能產品（FSI）、行故障模式影響分析（FMEA）、應用邏輯 決斷、系統綜合及形成計劃的過程，實現水庫各種設備運維的計算機輔助 RCM分析。⑤其他功能子系統：各獨立運行的電站監控子系統、閘門監控子 系統、水情測報子系統、水質監測子系統、大壩觀測子系統、視頻監控子 系統、燈光亮化子系統等接入、數據整合和調度模型開發。

結束語

本智慧水庫運管系統采用BIM、云計算、大數據、物聯網、移動互聯 網和人工智能、虛擬仿真等先進技術，構建工程信息采集、處理、存儲、 管理、服務、應用、決策支持和遠程監控為一體的智慧工程系統，為傳統 的工程運管插上智慧的翅膀。

參考文獻：

[1]肖曉春，張煦，鄧小剛.水利樞紐工程綜合管理信息化系統框架設計，水電站機電技術，2018：47-51.

[2]張玉炳，楊明化，何向陽，等.智慧水庫一體化管理平臺特點介紹[J].水利規劃與設計，2018，（2）：85-88.