水庫(kù)工程智慧運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾坤

摘 ?要：本文結(jié)合某水庫(kù)工程，對(duì)水庫(kù)工程智慧運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，希望給業(yè)內(nèi)同仁帶來(lái)參考。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)工程;智慧運(yùn)行管理;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 工程概述

某水庫(kù)位于黃河一級(jí)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(kù)總庫(kù)容3.17億m3， 為Ⅱ等大（ 2） 型工程。工程開發(fā)任務(wù) 以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電、改善河道基流等綜合作用。水庫(kù)由 混凝土面板堆石壩、泄洪洞、溢洪道及引水發(fā)電系統(tǒng)組成。

2 存在的問題和技術(shù)難點(diǎn)

2.1 ?存在的主要問題

當(dāng)前國(guó)內(nèi)水庫(kù)工程信息化建設(shè)存在幾個(gè)列問題：①缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各 功能系統(tǒng)的建設(shè)相互獨(dú)立，業(yè)務(wù)不全或重復(fù);②集成程度低，存在信息孤 島。③忽視日常管理業(yè)務(wù)及整編分析、預(yù)警、對(duì)外信息發(fā)布等功能，沒有 實(shí)現(xiàn)水庫(kù)的日常管理業(yè)務(wù)的全覆蓋。

2.2 ?技術(shù)難點(diǎn)

系統(tǒng)的主要技術(shù)難點(diǎn)體現(xiàn)三個(gè)方面。①水庫(kù)已建有電站監(jiān)控、閘門監(jiān) 控、水情測(cè)報(bào)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、大壩安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、自動(dòng)照明等功能系 統(tǒng)，存在數(shù)據(jù)格式、通信接口、通信規(guī)約的差異性，如何整合各系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)信息和軟件模型，使之能夠在統(tǒng)一的平臺(tái)可靠、安全應(yīng)用是個(gè)復(fù)雜的技 術(shù)難題。②水庫(kù)運(yùn)行管理的分析計(jì)算，包括水沙關(guān)系變化分析、庫(kù)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(kù)容變化分析、 淹沒變化分析、調(diào)度方案分析等，如何打造分析模型，分析所需數(shù)據(jù)源的 合理調(diào)用和組織，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的耦合計(jì)算是第2個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。③智慧水庫(kù)運(yùn) 管系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、控制信息等）與水庫(kù)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(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

2.3 ?設(shè)計(jì)內(nèi)容

設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：①構(gòu)建水庫(kù)綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)水工、設(shè)施、設(shè) 備等管理對(duì)象BIM模型的動(dòng)態(tài)展示， 以及各業(yè)務(wù)系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可視 化查詢;②全面整合現(xiàn)有水情自動(dòng)化測(cè)報(bào)、電站自動(dòng)化監(jiān)控、閘門自動(dòng)化 監(jiān)控、水庫(kù)視頻監(jiān)控、大壩自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)，開發(fā)統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口， ?保證系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接;③根據(jù)水庫(kù)運(yùn)行管理的業(yè)務(wù)需求，建立各類數(shù)據(jù)的 業(yè)務(wù)關(guān)系及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型，根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行深層的數(shù)據(jù)加工及分析;④ 滿足水庫(kù)運(yùn)行、調(diào)度、防汛、安全、發(fā)電和供水等核心業(yè)務(wù)管理需求，提 供水庫(kù)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、實(shí)時(shí)水雨情信息、實(shí)時(shí)工情信息、水庫(kù)調(diào)度管理、 水文泥沙分析、河道演變分析、供水發(fā)電信息和工險(xiǎn)情預(yù)警等多業(yè)務(wù)支 持;⑤采用地理信息技術(shù)、 ?BIM和虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建水庫(kù)運(yùn)行管理的三 維、二維可視化仿真管理環(huán)境。真實(shí)展現(xiàn)水庫(kù)運(yùn)用過(guò)程中庫(kù)區(qū)、河道形態(tài) 的實(shí)時(shí)變化和三維場(chǎng)景;⑥基于三維顯示平臺(tái)，在線顯示庫(kù)區(qū)實(shí)時(shí)水位、 蓄水量信息、特征庫(kù)容變化、泄水運(yùn)用場(chǎng)景、淹沒范圍變化，支持不同防 汛調(diào)度預(yù)案的三維模擬演示;⑦基于移動(dòng)網(wǎng)和智能化設(shè)備，支持手機(jī)端數(shù) 據(jù)采集、上傳和發(fā)布，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、統(tǒng)計(jì)管理信息、工險(xiǎn)情預(yù) 警信息在線顯示查詢，以及搶險(xiǎn)指揮信息、搶險(xiǎn)過(guò)程信息在線顯示。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 ?系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

水庫(kù)智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)主要采用B/S架構(gòu)，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)架構(gòu)包含多個(gè)相互獨(dú)立的層：應(yīng)用終端層、 ?SOA技術(shù)支撐與服務(wù) 層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、基礎(chǔ)服務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層等6部分。采用 分層結(jié)構(gòu)，可根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行縱向和橫向擴(kuò)展。各層的主要功能為：① 應(yīng)用終端層：應(yīng)用終端層以二三維可視化信息綜合展示為主要任務(wù)， ?是信息 展示、用戶交互及查詢業(yè)務(wù)的窗口。應(yīng)用層通過(guò)SOA技術(shù)服務(wù)層獲取終端 所需的服務(wù)，通過(guò)指揮大屏、移動(dòng)應(yīng)用、 ?PC應(yīng)用等方式向用戶提供系統(tǒng)應(yīng) 用。②SOA技術(shù)支撐與服務(wù)層：SOA技術(shù)支撐與服務(wù)層基于操作系統(tǒng)平臺(tái)、 數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的中間軟件構(gòu)建，提供通用基礎(chǔ)服務(wù)，主要是為用戶提供一個(gè) 統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)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(gè)支持信息訪問、數(shù)據(jù)傳遞的環(huán)境。技術(shù)支撐與服務(wù)層將業(yè)務(wù)應(yīng)用層和數(shù) 據(jù)庫(kù)進(jìn)行有效隔離， ?提高了數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性。③業(yè)務(wù)應(yīng)用層：業(yè)務(wù)應(yīng)用層是 系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)，集成水庫(kù)運(yùn)行管理各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)， ?實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的計(jì)算分析和處理。根據(jù)業(yè)務(wù)處理的需求，把每個(gè)業(yè)務(wù)模塊 的功能分解成適當(dāng)力度的插件，以支持對(duì)服務(wù)的調(diào)用和業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。④基

礎(chǔ)服務(wù)層：基礎(chǔ)服務(wù)層是系統(tǒng)的基石， ?是提供系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行的實(shí)體環(huán)境。 ?通過(guò)功能集成來(lái)完成系統(tǒng)所需的各種基礎(chǔ)服務(wù)，如用戶身份驗(yàn)證、 ?GIS服 務(wù)日志管理、消息流轉(zhuǎn)、報(bào)表引擎等。⑤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層是存 儲(chǔ)、管理和訪問數(shù)據(jù)的支撐平臺(tái)，將水庫(kù)的各類信息進(jìn)行集中管理，為業(yè) 務(wù)應(yīng)用和基礎(chǔ)服務(wù)層提供數(shù)據(jù)的查詢和存儲(chǔ)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)連接不同的數(shù)據(jù) 庫(kù)，如Oracle、 Excel、文件數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)等。

圖1 ?系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)圖

3.2系統(tǒng)信息集成設(shè)計(jì)

系統(tǒng)對(duì)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行集成，通過(guò)智慧水庫(kù)系統(tǒng)的運(yùn)行管理信息服務(wù) 平臺(tái)提供各種業(yè)務(wù)展示服務(wù)。業(yè)務(wù)集成實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的統(tǒng)一登錄入口，提供 水庫(kù)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、預(yù)警信息服務(wù)，使各類管理人員和業(yè)務(wù)人員在一個(gè)界 面下了解水庫(kù)運(yùn)行的情況。數(shù)據(jù)集成是對(duì)各信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集的、匯 總和服務(wù)，它采用分布式結(jié)構(gòu)部署在各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的前臺(tái)或后臺(tái)。

3.3系統(tǒng)功能子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

①水庫(kù)運(yùn)用三維動(dòng)態(tài)仿真子系統(tǒng)：主要利用三維仿真技術(shù)和空間分析 技術(shù)，把水庫(kù)周邊地形、水庫(kù)河道地形及水庫(kù)其他水工管理要素進(jìn)行建 模，根據(jù)實(shí)時(shí)水情信息對(duì)庫(kù)區(qū)水情水態(tài)進(jìn)行模擬，以便直觀展示庫(kù)區(qū)的 水情、水態(tài)變化。②系統(tǒng)BIM信息模型暨電子沙盤子系統(tǒng)：水庫(kù)BIM信息模 型系統(tǒng)以數(shù)字圖形介質(zhì)理論及其“骨骼網(wǎng)架”建模方法，構(gòu)建水庫(kù)監(jiān)測(cè)設(shè) 備;及其流域地形的三維數(shù)字模型和三維信息模型，并且在該數(shù)字信息模 型中實(shí)現(xiàn)圖形與數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。③水庫(kù)防洪綜合分析子系統(tǒng)：系統(tǒng)分析模型的 建立包括防洪系統(tǒng)、防洪工作內(nèi)容及防洪預(yù)報(bào)-調(diào)度-決策流程，解決防洪調(diào) 度決策中的實(shí)際問題。水庫(kù)防洪綜合分析子系統(tǒng)是基于采集的庫(kù)水位、降 雨量、進(jìn)出庫(kù)流量等數(shù)據(jù)，提供洪水預(yù)報(bào)、洪水調(diào)度、數(shù)據(jù)查詢等功能， ?為水庫(kù)防洪調(diào)度提供分析服務(wù)。④系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助RCM分析子系統(tǒng)：智慧 水庫(kù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助RCM分析子系統(tǒng)是以RCM為基礎(chǔ)方法，融合水庫(kù)的 產(chǎn)品信息、產(chǎn)品故障信息、產(chǎn)品的維修保障信息、產(chǎn)品的費(fèi)用信息等的數(shù) 字信息， ?確定重要功能產(chǎn)品（FSI）、行故障模式影響分析（FMEA）、應(yīng)用邏輯 決斷、系統(tǒng)綜合及形成計(jì)劃的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)各種設(shè)備運(yùn)維的計(jì)算機(jī)輔助 RCM分析。⑤其他功能子系統(tǒng)：各獨(dú)立運(yùn)行的電站監(jiān)控子系統(tǒng)、閘門監(jiān)控子 系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)子系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、大壩觀測(cè)子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子 系統(tǒng)、燈光亮化子系統(tǒng)等接入、數(shù)據(jù)整合和調(diào)度模型開發(fā)。

結(jié)束語(yǔ)

本智慧水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)采用BIM、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián) 網(wǎng)和人工智能、虛擬仿真等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建工程信息采集、處理、存儲(chǔ)、 管理、服務(wù)、應(yīng)用、決策支持和遠(yuǎn)程監(jiān)控為一體的智慧工程系統(tǒng)，為傳統(tǒng) 的工程運(yùn)管插上智慧的翅膀。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖曉春，張煦，鄧小剛.水利樞紐工程綜合管理信息化系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)，水電站機(jī)電技術(shù)，2018：47-51.

[2]張玉炳，楊明化，何向陽(yáng)，等.智慧水庫(kù)一體化管理平臺(tái)特點(diǎn)介紹[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2018，（2）：85-88.