供水智慧運營系統在湛江市引調水工程中的應用

阮 洋

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司,廣東 廣州 510635)

當前，水利平穩安全準確的調度運行管理面臨極大的挑戰，智慧水利是應對這項挑戰的有力武器和途徑[1]。智慧水利是基于互聯網、云計算、大數據等新一代通信技術促進水利規劃、建設與管理的重要指導工具，智慧水利可提供快速、直觀、有效的信息服務，實現業務數字化管理[2]。由智慧水利構建的信息化系統，在不同應用場景中具有對應的應用方案，如節水灌溉系統、供水智慧運營系統、污水監控系統等應用方案，涵蓋監控、運維、管理、指揮、調度等多環節[3]。其中，供水智慧運營系統是基于云計算、大數據、物聯網、移動終端、人工智能、水利、傳感器等新興技術的應用，利用現有數據研發的決策管理平臺[4-5]。為適應新時代水利事業高質量發展需要，廣東省湛江市加快推進水利信息化建設步伐，深入落實互聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術與水利建設深度融合，實現水利水旱防御智慧化應用、水資源智慧管理等[6-7]。做好供水智慧運營系統頂層設計，應以“工程安全、調度安全、水質安全”為主線，綜合運用大數據全量建模、云計算數字賦能等信息技術，高質量完成采集監控體系、通信傳輸網絡、工程智慧應用、安全保障環境等任務，實現數字調蓄、智慧調度，促進供水服務智能化發展[8]。

1 湛江引調水工程

1.1 工程建設緣由

針對湛江市南北水資源分布不均的狀況，為進一步優化水資源配置格局，從2017年底開始，湛江市開始論證區域內的調水工程建設，工程將從北邊的鶴地水庫引水至湛江城區，解決城區供水安全問題，從南渡河調水到徐聞，解決雷州半島西南部片區的干旱缺水問題。湛江市引調水工程于2020年5月開工建設。工程通過引水隧洞、加壓泵站和輸水管道，從鶴地水庫引水到赤坎、麻章、霞山各區，保障城區供水安全。項目建成后，將改變湛江城區水源結構單一的現狀，增強供水安全保障，為湛江高質量發展提供強有力的供水支撐。

1.2 智慧運營系統建設目標

根據規劃方案總體安排及工程建設實際需求，湛江市引調水工程智慧運營系統建設的目標主要是：建立工程智能化、一體化平臺的信息化系統。通過工程信息管理、安全管理、水質監測、水情監測、視頻會商、行政辦公自動化、管網GIS、生產管理輔助、運營展示監管、數據分析及展現等應用系統的建設，構建自動化、信息化系統統一網絡平臺架構，實現統一管理，達到適時、高效地掌握工程運行情況，提高各管理部門的協調和工作效率的目的，并將信息化系統部署在粵海總部數據中心，利用數據中心的基礎資源。

2 運營管理系統

2.1 信息管理系統

工程信息管理系統覆蓋項目全生命周期管理，包括項目立項、項目招標、投資、設計、采購、施工、開車試運行、竣工驗收、合同收尾、項目管理收尾全部過程的管理。通過統一的集成平臺，滿足項目溝通管理的需要。以進度計劃為龍頭，以投資成本為核心，實現合同管理、費用管理、質量管理、安全管理等業務。

2.2 管網GIS系統

通過對GIS數據采集，對引調水工程管線范圍內的空間數據(影像數據、數字高程數據、電子地圖、交通數據、地下管線數據等)進行采集并入庫。以空間信息數據資源庫為基礎，集成影像數據、矢量數據、工地物模型，為管理人員提供可視化工地管理服務，直觀展示工地地理信息、位置分布，周邊道路、設施、環境信息以及重要單位，提高工作的準確性，推進工地、空間、設施設備科學化管理。

2.3 安全監管系統

依據國家安全生產標準化體系結構，組織對招標人業務進行調研，為招標人建立安全管理提升標準和安全績效評價模型；根據招標人安全管理現狀及制定的安全管理提升標準和流程，重點實現13個應用功能模塊，包括：安全視圖、目標職責、制度管理、教育培訓、現場管理、風險管控、隱患管理、應急管理。根據信息安全等級保級要求，對工程信息化進行相應的信息安全規劃、設計。制定相應的信息安全規章制度，采用安全設備、軟件，通過內、外網絡隔離、訪問控制、入侵防范、數據審計、病毒檢測等安全措施、手段，滿足相應的信息安全等保級別要求，其中計算機監控系統為等保三級，其它信息化系統為等保二級。

2.4 生產管理系統

2.4.1設備管理系統

設備管理系統的基礎，系統以設備為核心通過設備靜態管理(設備臺帳等相關信息)、動態管理(維修歷史、設備變動情況、設備狀況等相關記錄)，現場設備二維碼化，建立一套設備全生命周期管理模式，提供全面的設備管理系統，管理從設備采購申請、安裝、調試、運行維護到報廢的全部設備記錄。

2.4.2運營監管系統

搭建引水工程運營展示監管系統，將所有智能化子系統和設備融為一體，進行全局化管理。系統基于物聯網操控平臺技術架構，通過接口和協議與計算機監控系統、視頻設備等安防進行整合。在系統的統一管理下，各設備能夠信息互聯互通、設備間功能協同聯動，從而實現資源共享，設備協同、管理流程再造、優化融合。實現對各子系統的全聯接、集中管控、場景全聯動、數據全融合。利用大屏顯示系統，同時實現輸水管線、泵站廠房及重要設施的三維展示。手機端應用可以實時查看設備運行狀態及參數，還包括接收系統報警信息、歷史事件和歷史數據進行查詢等功能。

2.4.3供水調度系統

建立引調水運行水力模型，集成取水泵站、機組的運行狀況，沿線的壓力、流量、水質及分水口的監測數據等，自動生成調度計劃、泵站智能調度方案及應急處置方案，形成集“數據采集-診斷預測-優化調度-應急調控-事故處置”等環節于一體的聯合調控與應急響應體系。

2.4.4AR技術應用系統

AR技術成功應用于供水智慧運營服務領域，工程技術人員通過手持的移動終端，利用設備自帶的攝像頭掃描目標對象，關于目標對象的相關信息點即可顯示在屏幕中，點擊相應的信息點，包括技術文檔，電氣圖紙，維護記錄表以及實時數據信息等更為詳細的內容就會顯示在移動終端的畫面上。采用AR技術后，可以提高維修人員的工作效率，快速解決設備的故障問題。

3 運營輔助系統

3.1 網絡通信系統

網絡通信系統是智慧管網信息化的重要組成部分，為工程監測監控、水環境管理、行政辦公提供信息通信保障。通過構建統一的網絡平臺，為工程項目中的應用系統、日常辦公、數據采集、實時視頻等網絡傳輸的支撐。所需要的網絡環境有局域網絡、專用數據電路、互聯網專線，以及日常辦公及數據采集的需要的無線WIFI、4G等網絡?？紤]在調度中心設置2條200M互聯網光纖專線，1條50M互聯網視頻專線；在調度中心設置1條10M MSTP專線用于與總部視頻會議使用；在3個水廠分別設置1條50M互聯網光纖專線用于與調度中心數據通信?？紤]在泵站內部建設無線網絡，滿足泵站智能巡檢設備實時數據傳輸及生產管理系統實時操作需要。

3.2 圖像監視與門禁系統

根據本工程的規模設置圖像監視系統及門禁系統設備。本工程設1套圖像監視系統，由調度中心主系統及取水泵站子系統組成。圖像監視中心設在調度中心，在取水泵站設圖像監視分中心。調度中心圖像監視系統采用數字式系統，主要由視頻工作站、NVR視頻錄像機、網絡一體化彩色高清球型攝像機、網絡遙控控制鍵盤(帶搖桿)等圖像設備組成。泵站分中心設在控制室，主要由視頻平臺(含視頻服務器)、NVR視頻錄像機、圖像顯示器、遙控控制鍵盤、網絡一體化彩色高清球型攝像機等圖像設備組成。通過切換，可實時顯示泵站的、管理中心的視頻圖像，泵站各泵組的運行工況。

泵站分中心所配置的視頻平臺(含視頻服務器)，可實現動態監測、人數統計、人臉識別、安全帽識別等攝像頭智能應用功能。對于重要區域(如大門入口、高錳酸鉀間、應急投加室)，增設人臉識別攝像頭；對于主廠房(電機、水泵)、高壓開關柜室、低壓開關柜室，增設安全帽識別攝像頭。泵站配置一套脈沖電子圍欄系統用作泵站周界防范，通過信號傳輸設備將報警信號傳至調度中心的報警控制系統，遠程對外部脈沖主機進行布撤防控制等操作。

3.3 視頻會商系統

3.3.1大屏顯示系統

在調度監控室設1套大屏顯示系統設備，與計算機監控系統、信息化系統連接，為工程運行管理、泵站水廠調度、視頻監控等提供實時可視化設備。在會商室設1套大屏顯示系統設備，與視頻會商系統進行連接，為視頻會商系統提供可視化設備。

3.3.2視頻會商系統

設計采用討論型會議系統，主要用于上級管理單位召開各種會議、報告等，滿足各種會議活動的需要。該系統設計為一個智能會議系統，配置擴聲系統、會議系統，可以與大屏顯示系統、攝像監控系統、多媒體投影系統、電視電話終端、局域網及互聯網等相結合構成較大型的多功能廳系統。

3.4 工程巡檢系統

為提高本工程運行巡檢信息化和智能化管理水平，在泵站設置1套機器人智能巡檢系統，對取水泵站設備工作狀態及運行環境進行巡查監視。在工程沿線設置1套無人機巡檢系統，對管線周邊環境及重要供水設施等進行智能巡檢。

3.4.1機器人巡檢系統

本系統由輪式機器人、后臺監控系統、供電樁設備、通信系統等構成，對泵站內設備、運行設備及環境進行全天候巡檢、視頻監控，以解決泵站設備依靠人工巡視的現狀，且發生異常緊急情況時，智能巡檢系統可作為移動式監控平臺，代替人工及時發現和查明設備故障，降低人員的安全風險。巡檢高低壓室、電機水泵層、二次設備室等，對配電設備、電機、水泵、管路等進行智能巡檢，可智能開門巡檢。

實現全自主和遙控巡檢模式。具備巡檢路線規劃功能。系統實時顯示智能巡檢系統在電子地圖上的位置。具備設置檢修區域功能，及操作員在電子地圖上標記了檢修區域后，智能巡檢系統在巡檢過程中自動規劃巡檢路徑，自動避開檢修區域。當發生智能預警或彈出事件時，系統通過話音進行事件信息播報。當機器人執行巡檢任務時，通過語音播報其處理情況，包括開始巡檢、預檢。情況、任務下載情況、重要位置或重要任務的執行情況、巡檢結束情況等。智能語音交互功能：平臺支持智能語音交互功能，操作用戶可通過麥克風說出常規的控制操作指令或功能描述，系統自動進行語音分析，并執行相應的操作。智能巡檢系統配備紅外高清攝像機和聲音采集等檢測設備，并能將所采集的視頻和聲音上傳至后臺監控系統。

3.4.2無人機巡檢系統

無人機巡檢系統由飛行平臺、飛機負載和地面站三大部分組成。其中，飛行平臺主要是無人機機架部分，包括導航、飛控、動力、電源等；飛機負載由云臺和相機組成，相機可選擇可見光或熱成像相機，并預留多種接口；地面站系統有一體化遙控器和地面站組成，主要用于對無人機的控制。巡檢區域：泵站、管道沿線等重要區域。無人機在安全監控領域可運用于泵站、管線巡檢等工作，通過無人機實現重要位置區域的安全監管、提醒等工作。

3.5 監測管理系統

3.5.1水質監測系統

水質在線監測系統針對水質進行實時監測，監測內容包括：常規水質5參數(水溫、pH、溶解氧、電導率、濁度)，總磷、氨氮、總氮、高錳酸鹽指數、葉綠素、藍綠藻等測參數。根據監測的內容設置水質監測的管理、應用軟件。

3.5.2水情監測系統

水情在線監測系統針對水情數據實時監測，充分利用系統的實時性和可靠性優勢，通過快速可靠的傳輸方式和實時自動的處理手段，能很好地完成工程對水位、水量監測等信息的要求，為本工程的運行調度提供水文數據保障。

4 結語

供水智慧運營系統的建設為湛江市智慧水利打下良好的基礎，工程運行管理和服務智慧化，提升水旱災害防御能力，保護水生態環境，為湛江市經濟社會高質量發展提供堅實的水安全屏障。湛江市水利有關單位將信息化建設與工程建設同步并行、有機結合，加快具有預報、預警、預演、預案功能的智慧引調水工程建設，提高水安全管理能力和保障能力。同時將進一步完善流域計劃用水智慧管理數據庫，深入開發節約用水信息化管理平臺功能模塊，加快建立先進實用的業務應用系統，推進引調水工程供水智慧化管理。