大型水電站智慧壩區管理平臺開發與應用

摘要：信息化時代背景下，大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術實現了質的發展與新的突破，傳統水電站壩區管理向可視化、智慧化管理轉變。結合實際情況，就大型水電站智慧壩區管理平臺的開發與應用進行探討，歸納其建設原則、總體框架，及其應用模塊與應用成果，為水電站壩區管理提出了一種高效、便捷且可靠的管理方案，優化水電站壩區的日常管理流程，提高管理效率，為水電站壩區的現代化管理提供新的路徑參考。

關鍵詞：大型水電站壩區管理智慧管理平臺GIS技術

中圖分類號：TM76

DevelopmentandApplicationofIntelligentDamAreaManagementPlatformofLargeHydropowerStation

WANGZhengjunLinXiaohongChengXiaofei

ChinaYangtzepowerCo.，Ltd.XiangjiabaHydropowerPlant，Yibin，SichuanProvince，644612China

Abstract：Inthecontextoftheinformationage，newgenerationinformationtechnologiessuchasbigdata，cloudcomputingandtheInternetofThingshaveachievedqualitativedevelopmentandnewbreakthroughs.Thetraditionaldamareamanagementofhydropowerstationischangingtovisualizationandwisdommanagement.Basedontheactualsituation，thispa838648f6c66c1e10032488028df56016perdiscussesthedevelopmentandapplicationofintelligentdamareamanagementplatformoflargehydropowerstation.Bysummarizingitsconstructionprinciples，generalframework，applicationmodulesandapplicationresults，anefficient，convenientandreliablemanagementschemeisproposedforthedamareamanagementofhydropowerstation.Theschemeoptimizesthedailymanagementflowofthedamareaofhydropowerstation，improvesthemanagementefficiency，andprovidesanewpathreferenceforthemodernmanagementofthedamareaofhydropowerstation.

KeyWord：Largehydropowerstation;Damareamanagement;Intelligentmanagementplatform;GIStechnology

近年來，包括大數據、云計算、物聯網等在內的新一代信息技術實現了質的發展與新的突破，三維建模、 建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）等技術的應用使得可視化、智慧化管理成為可能，大幅度提高了管理效率與準確性。在水利水電領域，其壩區構成復雜、變化情況多、維護成本高、運行風險大，傳統管理向智慧管理轉變有其必要性，亟須在智慧管理平臺上有所突破[1]。傳統的壩區管理存在諸多業務痛點與薄弱環節，如信息可視化程度弱、壩區安全評判及時性差與可信度低、巡檢工作管理難度大、安全管理短板不易識別、資料整編工作量巨大等[2]。目前，國內外針對智慧水電站設計與建設路線較少聚焦于壩區非生產區域，并且缺少取得實質性成效的案例[3]。從現有研究來看，依托于智慧管理平臺的全生命周期管理方案仍存在諸多痛點難點問題，如前期數據采集系統與后期分析處理系統銜接不夠緊密、系統平臺實際操作流程較為復雜等[4]，需對相關技術的適用性與實用性進行進一步的探究。

本文結合大型水電站壩區管理實際情況，通過搭建集安防、消防、物業等非生產區域為一體的大型水電站智慧壩區管理平臺，達到強化壩區管理部門執行管理、指揮、決策等職能的目的，實現了視頻監控、入侵告警、出入口控制、公共廣播、無線對講、電子巡更、智慧交通等技防系統的融合與交互，實現壩區管理模式的更新升級，為全國智慧水電站壩區建設提供設計參考。

1智慧壩區管理平臺的設計構建

根據大型水電站壩區管理目標，智慧壩區管理平臺的構建需具備全要素感知、信息智能互聯、智慧決策診斷3個方面的技術基礎。具體來看，全要素感知通過運用圖像采集、衛星定位、雷達監測等手段獲取高分辨率且動態的要素數據，搭建“天一空一陸一水”立體數據庫；信息智能互聯則依托數據訪問控制、多平臺多客戶端等技術實現協同處理，實現壩區數據監控系統與應用決策系統的互聯互通；智慧決策診斷運用智能計算、機器學習等人工智能技術實現狀態診斷與風險方案預判，輔助以空間模型、三維BIM技術等技術實現更接近真實情況的情景模擬。在此基礎上，各技術通過有機結合與緊密聯系，最終實現智慧管理的目的[5]。

1.1建設原則

大型水電站智慧壩區管理平臺的建設應充分利用現有的技術系統和信息資源，采用模塊化、結構化的設計，確保系統穩定安全高效運行，易于使用、管理、維護和擴展。平臺建設原則如下。（1）適用性原則。平臺建設需在保證流程規范的前提下，提供靈活可變的設置，以最大程度地適應未來業務發展需要。（2）標準性原則。平臺建設所涉及的控制協議、傳輸協議、接口協議、視音頻文件格式、數據庫系統等，均需符合相應國家標準或行業標準。（3）先進性原則。平臺采用先進成熟的計算機網絡技術、數據庫技術、信息傳遞與工作流技術、安全與容錯技術以及主流的體系結構。（4）可靠性原則。平臺建設采用集中管理的主流技術和架構，利用故障處理機制、容錯機制、備份機制，以及結構化、分布式的結構，以提高系統的可靠性。（5）可擴展性原則。平臺采用模塊化設計，確保滿足系統規模擴展、功能擴充、軟件升級的需求。（6）易用性原則。平臺設計需滿足人機界面友好、人性化的需求，使管理平臺易于掌握、操作和使用。

1.2總體框架

1.2.1系統架構

智慧壩區管理平臺以地理信息技術、云計算技術、大數據技術、互聯網技術、數據庫技術為支撐，在標準規范體系與安全保障體系的基礎上，采用基礎設施層（InfrastructureasaService，IaaS）、數據資源層（DataAnalyticsApplicationsSuccess，DaaS）、平臺支撐平臺（PlatformasaService）、應用服務層（SoftwareasaService，SaaS）四層架構，面向壩區領導、壩區管理部門相關人員及管理業務相關人員提供集成化、可視化的綜合信息服務。系統總體架構設計思路見圖1。

（1）基礎設施層（IaaS）：將計算機、存儲器、數據庫、網絡設施等軟硬件設備組織起來，提供全面的計算資源、云存儲資源和網絡資源，可以實現資源的管理和服務。

（2）數據資源層（DaaS）：數據資源層由平臺運行所需的數據資源及信息資源庫組成，邏輯上分為三維成果數據、基礎地理類數據、安全監測類數據、業務管理類數據、外部技防系統相關數據等，物理上包括元數據、空間數據、屬性數據、文檔資料數據及其他數據。

（3）平臺支撐層（PaaS）：以MapGIS全空間智能平臺為支撐，實現對目錄服務、地圖服務、要素服務、處理服務、影像大數據服務、實時流服務等各種服務資源的發布與高效管理。同時對外提供基礎數據服務、基礎功能服務以及定制服務等服務資源，形成統一的服務資源整合與管理的支撐平臺。

（4）應用服務層（SaaS）：為智慧壩區管理平臺三維應用體系提供統一的信息資源共享和框架支撐，面向壩區各級管理部門相關人員提供符合其權限的場景化應用與數據功能服務。用戶借助各種終端設備，獲取服務資源，包括壩區三維可視化管理系統、壩區通行巡檢管理系統（Web+小程序）、電子沙盤、運行維護管理系統。

1.2.2業務架構

智慧壩區管理平臺將作為壩區日常管理、應急指揮、決策分析等業務工作執行的重要依托，匯聚壩區管理工作所需要的各類數據信息，搭建集多源數據于一體的三維可視化管理應用場景。平臺作為業務人員管理、分析各項業務數據的樞紐，將實現與技防系統軟硬件的融合與交互，為管理部門輸出可供決策、分析的綜合成果信息，助力壩區管理工作的提質增效。管理平臺業務架構如圖2所示。

1.2.3系統網絡結構

智慧壩區管理平臺將根據不同操作群體需求，部署不同網絡環境，包括外部互聯網和內部局域網等。其中數據中心和核心業務系統將依托內部局域網，保障數據與運行安全，小程序則部署在外部互聯網，便于日常查看及管理。

1.2.4系統基礎設施

在信息系統總體框架的基礎上，開展網絡、計算、存儲、安全保障能力建設，滿足系統部署運行、信息共享協同、數據安全可靠等需求，主要包括網絡環境建設與完善、應用部署與運行環境建設、安全環境建設等。

（1）網絡環境建設：基于業務網，采用以太組網鏈路或光纖鏈路，通過接入路由器就近接入相應互聯網網絡匯聚節點。包括對外服務區、數據存儲管理區和數據生產加工區。

（2）應用部署與運行環境建設：包括Web應用服務器、數據庫服務器，具備集群能力，提供高可用性服務和負載均衡。

（3）安全環境建設：嚴格按照國家有關重要信息系統等級保護的要求部署安全產品，應對平臺廣域網環境下面臨的安全威脅。涉密系統應嚴格按照國家涉密信息系統分級保護要求建設并通過測評。

（4）其他系統環境建設：配置相應的不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply，UPS），以提高整個運行環境的穩定性、可靠性，進而克服由于供電問題，造成的系統運行宕機、中斷等問題。

2智慧壩區管理平臺的應用

2.1平臺功能模塊

2.1.1集成化數據管理系統

智慧集成管理平臺基于CGCS2000平面坐標系統，1985國家高程基準構建統一的項目測繪基準，并在此基礎上收集并整理傾斜攝影、正射影像、DEM等10類成果數據，形成統一的綜合數據庫，實現數據集成管理。各類數據成果情況見表1。

2.1.2可視化管理系統

智慧集成管理平臺匯聚壩區地上、地表、地下三維模型，搭建全空間全要素信息融合的三維應用場景，接入視頻監控、出入口控制、入侵報警、公共廣播、無線對講、電子巡更、智慧交通等技防系統設施，實現大型水電站壩區人防、物防、技防的可視化管理，為管理部門提供清晰便捷的可視化面板和成果信息服務。

1. 綜合態勢感知：通過三維場景綜合展示全壩區三維數據信息、技防設施設備點位信息、對接技防系統基礎與分析成果信息，實現水電站全局信息的一圖表達。

（2）三維場景瀏覽展示：支持三維場景的瀏覽查看，可對三維場景進行移動、放大縮小、場景快照等操作，場景中的信息可隨瀏覽視角的變化自動加載。

（3）場景分析工具：管理平臺提供距離量測、面積量測、場景漫游、動態剖切等三維基礎分析工具，支持三維場景下的全方向前進、后退、漫游、自定義路徑巡視功能。

其中，智慧安防為目前已實現的智慧壩區管理平臺核心功能模塊，主要對接壩區智能安防系統平臺及相關視頻監控系統。

（1）視頻監控模塊：主要對接各攝像頭設備，并展示重點關注的視頻監控，同時將對應的設備點位在三維場景中展示，并對視頻報警進行了展示與統計。

（2）出入口控制模塊：主要對接出入口控制系統，包括人員通行記錄和車輛通行記錄的查看、搜索以及數據導出。同時，具有一鍵布防、一鍵撤防功能，實現平臺和物理設備的聯動。

（3）入侵報警模塊：主要對接各入侵報警設備，包括入侵報警信息及地圖中的展示。同時，對核心區、控制區、限制區等不同安防級別區域的報警記錄分別形成統計報表。

2.1.3數字化運維管理系統

運行維護管理系統，包括數據管理維護與后臺運行維護，為系統運維人員提供數據管理、用戶管理、權限管理、日志管理、用戶認證等功能，提升系統運維的便捷性。

其中，數據管理維護模塊主要提供管線數據、監測數據、物防技防人防設施數據等的統一入庫和管理。同時支持壩區影像數據、矢量電子地圖、傾斜攝影數據、地質模型、管線模型等數據的服務發布；日志管理模塊提供系統用戶登錄、數據操作等日志信息，為系統管理員分析平臺運行情況和監控平臺用戶提供支撐。

后臺運行維護管理系統提供場景初始位置參數、系統配置、系統服務信息等基礎配置功能，并提供數據節點的管理服務。同時，有效整合與統一用戶中心統一認證的對接，實現專業用戶單點登錄（SingleSignOn，SSO）、訪問控制并采用相關的安全機制，增強用戶身份認證過程的安全性。

2.2平臺應用成果

2.2.1實現實時監控與預警，提升安全保障能力

智慧壩區管理平臺通過部署各類傳感器和監控設備，建立壩區地質模型等搭建并完善三維可視化系統，提高水電站壩區數字化程度，實現對水電站壩區的實時監控。壩區內地質變化情況、管線布置情況、各保衛分區突發事件情況，以及技防、物防、人防等設備運行狀態等均能實現實時采集，并監測異常變化觸發預警機制。同時，平臺將自動生成預警報告，并詳細記錄，為管理人員的決策提供有力支持。智慧壩區管理平臺在水電站壩區的應用，使得管理人員能夠實時掌握壩區的運行狀態和安全狀況，及時發現潛在的安全隱患并采取有效措施進行處治，切實提升水電站壩區的安全保障能力。

3.2.2優化調度與決策，提升維護效率與管理水平

智慧壩區管理平臺通過集成先進的調度優化算法和決策支持系統，實現了對水電站壩區維護工作的優化管理。通過對壩區通行和安全巡查的信息化管理、設備設施的可視化管理，實現水電站壩區人、車、物的綜合管理，優化電子巡更線路、合理配置壩區公共資源。同時面向系統運維人員提供一站式運維管理平臺，減少日常管理工作的重復化與低效化，實現管理效率與水平的雙提升。

3結語

大型水電站作為水利行業的重要組成部分，其壩區安全運行對于保障國家能源安全和經濟發展具有重要意義。智慧壩區管理平臺作為水電站智能化管理的關鍵手段，其應用成果日益顯現。本文提出的大型水電站智慧壩區管理平臺實現了各業務場景的加載，對集成化數據管理、可視化管理、數字化運維等方面的功能模塊設計以及應用進行了探討，提供了高效、便捷、可靠的大型水電站壩區管理方案，不僅有助于水電站的安全運行和效益提升，也為未來智慧水利壩區建設提供了寶貴的經驗和借鑒。當然，大型水電站智慧壩區管理平臺的應用仍面臨一些挑戰，如在保障系統安全性的同時提高開放性與可拓展性、后續應用場景拓展延伸等。未來，需要進一步加強技術研發和人才培養，推動智慧壩區管理平臺在大型水電站的應用不斷深化和完善。

參考文獻

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