水庫工程智慧運行管理系統(tǒng)設計

曾坤

摘 ?要：本文結(jié)合某水庫工程，對水庫工程智慧運行管理系統(tǒng)設計進行探討，希望給業(yè)內(nèi)同仁帶來參考。

關鍵詞：水庫工程;智慧運行管理;系統(tǒng)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(fā)任務 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 存在的問題和技術難點

2.1 ?存在的主要問題

當前國內(nèi)水庫工程信息化建設存在幾個列問題：①缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各 功能系統(tǒng)的建設相互獨立，業(yè)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(yè)務及整編分析、預警、對外信息發(fā)布等功能，沒有 實現(xiàn)水庫的日常管理業(yè)務的全覆蓋。

2.2 ?技術難點

系統(tǒng)的主要技術難點體現(xiàn)三個方面。①水庫已建有電站監(jiān)控、閘門監(jiān) 控、水情測報、水質(zhì)監(jiān)測、大壩安全監(jiān)測、視頻監(jiān)控、自動照明等功能系 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(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，實現(xiàn)準確的耦合計算是第2個技術難點。③智慧水庫運 管系統(tǒng)需要實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)（監(jiān)測數(shù)據(jù)、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(nèi)容

設計內(nèi)容包括：①構建水庫綜合業(yè)務數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)水工、設施、設 備等管理對象BIM模型的動態(tài)展示， 以及各業(yè)務系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)的可視 化查詢;②全面整合現(xiàn)有水情自動化測報、電站自動化監(jiān)控、閘門自動化 監(jiān)控、水庫視頻監(jiān)控、大壩自動化安全監(jiān)測等系統(tǒng)，開發(fā)統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口， ?保證系統(tǒng)的無縫對接;③根據(jù)水庫運行管理的業(yè)務需求，建立各類數(shù)據(jù)的 業(yè)務關系及業(yè)務數(shù)據(jù)模型，根據(jù)業(yè)務需求進行深層的數(shù)據(jù)加工及分析;④ 滿足水庫運行、調(diào)度、防汛、安全、發(fā)電和供水等核心業(yè)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(diào)度管理、 水文泥沙分析、河道演變分析、供水發(fā)電信息和工險情預警等多業(yè)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(huán)境。真實展現(xiàn)水庫運用過程中庫區(qū)、河道形態(tài) 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(qū)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(diào)度預案的三維模擬演示;⑦基于移動網(wǎng)和智能化設備，支持手機端數(shù) 據(jù)采集、上傳和發(fā)布，實現(xiàn)水庫實時運行信息、統(tǒng)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(tǒng)框架設計

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

系統(tǒng)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(yè)務應用層、基礎服務層、數(shù)據(jù)訪問層、數(shù)據(jù)存儲層等6部分。采用 分層結(jié)構，可根據(jù)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(yè)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(tǒng)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(tǒng)平臺、 數(shù)據(jù)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(tǒng)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(shù)據(jù)傳遞的環(huán)境。技術支撐與服務層將業(yè)務應用層和數(shù) 據(jù)庫進行有效隔離， ?提高了數(shù)據(jù)庫的安全性。③業(yè)務應用層：業(yè)務應用層是 系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)系統(tǒng)的核心業(yè)務，集成水庫運行管理各業(yè)務應用系統(tǒng)， ?實現(xiàn)各種業(yè)務的計算分析和處理。根據(jù)業(yè)務處理的需求，把每個業(yè)務模塊 的功能分解成適當力度的插件，以支持對服務的調(diào)用和業(yè)務的擴展。④基

礎服務層：基礎服務層是系統(tǒng)的基石， ?是提供系統(tǒng)開發(fā)和運行的實體環(huán)境。 ?通過功能集成來完成系統(tǒng)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(zhuǎn)、報表引擎等。⑤數(shù)據(jù)存儲層：數(shù)據(jù)存儲層是存 儲、管理和訪問數(shù)據(jù)的支撐平臺，將水庫的各類信息進行集中管理，為業(yè) 務應用和基礎服務層提供數(shù)據(jù)的查詢和存儲服務，實現(xiàn)連接不同的數(shù)據(jù) 庫，如Oracle、 Excel、文件數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)等。

圖1 ?系統(tǒng)總體技術架構圖

3.2系統(tǒng)信息集成設計

系統(tǒng)對各業(yè)務系統(tǒng)進行集成，通過智慧水庫系統(tǒng)的運行管理信息服務 平臺提供各種業(yè)務展示服務。業(yè)務集成實現(xiàn)各系統(tǒng)的統(tǒng)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(yè)務人員在一個界 面下了解水庫運行的情況。數(shù)據(jù)集成是對各信息系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)采集的、匯 總和服務，它采用分布式結(jié)構部署在各業(yè)務系統(tǒng)的前臺或后臺。

3.3系統(tǒng)功能子系統(tǒng)設計

①水庫運用三維動態(tài)仿真子系統(tǒng)：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(jù)實時水情信息對庫區(qū)水情水態(tài)進行模擬，以便直觀展示庫區(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，構建水庫監(jiān)測設 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 型中實現(xiàn)圖形與數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。③水庫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)容及防洪預報-調(diào)度-決策流程，解決防洪調(diào) 度決策中的實際問題。水庫防洪綜合分析子系統(tǒng)是基于采集的庫水位、降 雨量、進出庫流量等數(shù)據(jù)，提供洪水預報、洪水調(diào)度、數(shù)據(jù)查詢等功能， ?為水庫防洪調(diào)度提供分析服務。④系統(tǒng)計算機輔助RCM分析子系統(tǒng)：智慧 水庫系統(tǒng)的計算機輔助RCM分析子系統(tǒng)是以RCM為基礎方法，融合水庫的 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）、應用邏輯 決斷、系統(tǒng)綜合及形成計劃的過程，實現(xiàn)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(tǒng)：各獨立運行的電站監(jiān)控子系統(tǒng)、閘門監(jiān)控子 系統(tǒng)、水情測報子系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測子系統(tǒng)、大壩觀測子系統(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

本智慧水庫運管系統(tǒng)采用BIM、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián) 網(wǎng)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(jiān)控為一體的智慧工程系統(tǒng)，為傳統(tǒng) 的工程運管插上智慧的翅膀。

參考文獻：

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