小型水库安全巡查管理系统设计与应用

张雯，孔卫瑞

(河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003)

0 引言

据统计，1954—2006年，中国各类水库失事3 496座，其中小型水库3 370座，占失事总数的96.40%以上。故近年来，多个地区都进行了小型水库除险加固与日常巡查等工作，以保证当前水库安全以及后期安全问题排查。安全监管工作看似得到保证，但实际上小型水库巡查人员水平良莠不齐，巡查任务执行多靠人员自觉，常会巡查不到位，以致水库安全仍然存在安全隐患，并未从源头保证精细化安全巡查。因此，如何规范小型水库巡查工作保证水库安全成了难点问题。

针对规范水库巡查工作的问题，多地开发了水库巡查监管系统，从信息化角度监督水库日常巡查工作。但是，传统信息化监管在实际运行中仍存在一定弊端，如在巡查过程中，水库巡查员信息化接受能力不一，如果巡查APP功能过多、上报过程烦琐、操作难度高，常会导致巡查人员操作失误，进而使信息化、规范化监管的意义大打折扣。在巡查监管体系上，小型水库安全巡查工作涉及地市多、层面广，各地巡查标准不一，从县级到市级再到省级，逐级监督、上报，若不统一巡查标准，会导致信息混乱，更难以从省级层面快速掌握全省水库整体巡查情况，使水库多层面监管存在一定局限性。因此，如何开发实用型强的巡查APP与面向对象广的巡查监管后台，是规范小型水库日常精细化巡查、从源头保证水库安全运行与监管的关键问题。

针对上述问题，文章首先有效简化巡查APP功能与操作流程，将多数功能集成为一个模块，实现签到、巡查上报、签退的一站式操作流程，功能全，让巡查人员易上手；然后设计面向层面广的小水库巡查监管后台，形成从省到县、自上而下监督管理体系，有助于监管人员高效监督；最后以河南省为背景开展实际应用，分析该系统的实用性。

1 小水库安全巡查管理系统总体设计

1.1 系统架构

小水库安全巡查管理系统基于B/S与C/S架构，综合利用了互联网技术和GIS技术系统架构包括用

户层、应用层、服务层、数据层四个层面，为水库各级管理人员及巡查人员提供系统服务。总体框架如图1所示。

图1 系统整体架构图

用户层根据业务流程及不同使用人员，主要分为四级，分别为省级管理人员、市级管理人员、县级管理人员和水库巡查人员。

应用层由移动巡查APP和巡查监管后台两部分组成。移动巡查APP使用对象为水库巡查人员，用于巡查前查看规划线路、在巡查过程中进行过程上报、巡查结束后查看历史巡查记录、有重大临时问题时也可与后台视频通讯。巡查监管后台使用对象为各级管理人员，各级人员下发任务，分权限监督管辖范围内的巡查过程与巡查结果，并提供用户角色，实现角色的权限赋予与用户的角色绑定。

服务层主要包括“一张图”综合地图、统一身份认证、保证数据传输安全的加密、工作流中间件，以及各应用系统的应用等几部分服务。

数据层是整个系统的数据支持与保证，构建小型水库巡查管理信息数据库，包括巡查项、制定的巡查内容、巡查结果、巡查过程中上报的问题、水库基本信息、系统管理信息以及照片等多媒体信息等。

1.2 业务流程

小水库安全巡查管理系统基于地理信息系统，将所有功能在系统上进行整合，按照巡查任务制定、巡查任务执行、巡查任务监督三大部分以实现整个小型水库安全巡查管理流程。

1.2.1 巡查任务制定

首先，从省级层面统一巡查标准，明确水库巡查“是什么，做什么”，然后下发至各地市，地市根据情况向县级下达巡查任务，明确“巡什么，怎么巡”；最后县级管理员再根据水库实际现状、来水情况等当前基本信息，针对性制定不同水库的巡查内容、巡查要求、巡查路线等具体巡查任务，并根据巡查人员的账号自动将任务下发至巡查APP端。

1.2.2 巡查任务执行

巡查人员根据账号登录移动巡查端，登录后无须进行任务选择，可自动查收巡查路线和任务，然后按规定周期、规定内容一一进行巡查。

1.2.3 巡查任务监督

巡查人员在巡查过程中，实时将巡查情况及存在问题上报至web服务器，巡查管理后台即可查看任务执行情况并解决问题。同时，县、市级后台管理系统可监控人员位置、回放巡查轨迹、查询任务进度、统计巡查次数，以监督记录巡查人员工作进度；省级后台管理系统可监督各地市水库管理情况。最后各级管理人员可根据需求自动生成巡查值班记录表、巡查结果统计表、巡查问题汇总表、水库巡查情况汇总表等巡查报表。

图2 巡查业务流程图

2 实例应用

2.1 研究区概况

河南省位于华北平原南部的黄河中下游地区，总面积16.70万km2，人口9 640万人。全省共有小型水库2 541座，数量多且分布分散，其安全监管均以县或市为主管单位，采用人工巡查、纸质记录、上报、存档的模式，存在各地市监管标准体系不统一，巡查员学习能力整体偏低、巡查难到位，巡查记录难保存等监管盲点和弊端。统一监管标准、提高日常巡查水平、增强监管效率成为当务之急。

2.2 主要功能实现

小水库安全巡查管理系统一共有两个端口，即移动巡查APP和巡查管理后台，其中移动巡查APP端主要负责水库巡查任务，巡查管理后台主要负责管理、统计的任务。

2.2.1 巡查管理后台功能实现

任务管理。通过该功能可实现各级管理人员对任务的分配与管理。河南省级人员可向各地市下发巡查标准；各地市根据省级下发的标准开展工作并向县级传达；县级则分别为各个水库配置巡查员的巡查内容及巡查周期，然后下发至巡查人员移动巡查APP端。

三维监管与轨迹优化。系统可实现对巡查过程的三维展示与巡查轨迹的优化，不同层级人员可根据权限查看管辖范围内的巡查过程。主要包括：①巡查监管。实现对巡查人员巡查路径、巡查过程的实时监督，可回放巡查轨迹及巡查路线，直观显示巡查员在大坝、溢洪道、涵洞等各部位的停留时间；②三维展示。可切换至三维方式展示建筑物结构及巡查人员在建筑物上的三维巡查轨迹；③轨迹优化。系统直接通过GPS点位生成的巡查轨迹常有大幅度跳动，现采用去燥、卡尔曼滤波算法、抽稀算法对异常点位进行优化，使巡查轨迹更为准确(如图3)；④视频通讯。若有临时任务下发，或巡查员遇紧急问题时，可实时视频通讯。

图3 轨迹优化对比图

巡查结果管理。系统可对巡查结果进行统计分析、结果上报与预警，主要包括：①巡查记录。建立历史巡查台账，包括巡查路径、上报内容、照片等，便于后期查询；②隐患合并与推送。管理人员可以根据不同的管理权限，进行隐患的忽略、合并、对比、上报、整改、关闭等操作，并自动通过微信或短信推送至相关负责人。

自动监测与数据存档。系统可对所有上报数据和水雨情数据进行处理，主要包括：①实时水雨情监测。自动导入水情遥测数据，实现对水情数据的存储、查询，以便对可能出现的险情和水库建筑物安全做出更精确的评估；②紧急预警。若出现水情超范围或巡查员上报紧急问题时，则触发紧急预警并及时推送；③自动化报表。可分析统计当前或历史巡查内容，并自动生成报表，存档保存；④绩效考核。记录巡查人员考勤、任务完成、工作表现等情况。

用户及角色管理。实现用户的增删改查，将角色分为省、市、县、巡查员四级，为各级角色赋予不同权限，然后为用户绑定角色，实现分级分权限管理。

2.2.2 移动巡查APP端功能实现

巡查上报。巡查员手持移动终端签到后自动定位至所在水库，然后可开始巡查。选择巡查上报内容，以选择或语音描述形式上报存在问题及照片，如图4所示。任务上报后会自动消失，直至该页面无任务时，当次巡查才可结束、签退，否则无法签退。当所有任务巡查周期满后会再次出现，以供下次巡查。该模块从签到到巡查上报再到签退，一站式操作流程可有效降低巡查难度，简单易学，更适合巡查人员使用。

图4 巡查上报图

线路规划。系统根据提前设定好的巡查内容，为巡查人员规划出一条最优巡查路线，以保证巡查内容正确、全面。

巡查记录。用于存储历史巡查记录与上报内容，便于后期调取与查看。

2.3 应用效果分析

将该系统从河南省省级层面开始布设，从省到市再到县，级级渗透，通过系统完成整个小水库安全巡查过程。该系统已于2019年11月开始在河南省省级、登封市和舞钢市试运行，将应用结果与系统应用前的巡查过程进行对比，以分析系统的应用效果。对比结果如表1所示，从对比结果可以发现。

表1 系统应用对比结果表

移动巡查APP功能全，涵盖签到上报、线路规划等内容，一体化提醒式操作流程，逐项进行，可保证巡查内容准确、全面，更适合专业水平参差不齐的巡查员使用，有效避免了流程复杂、技术难等问题，足以满足一整次巡查过程。

系统建设将网络部署在省级，由省至县，在各层级间实现标准下发、任务制定、巡查过程及成果监督全过程，从省级也可全面快速地掌握所有小水库实际情况，避免了各地市层层上报导致的差异。

从任务制定、下发，到巡查，再到成果监督，以信息化方式实现全过程高效巡查与监管，不再通过纸质形式记录、整理、上报。

3 结语

小水库安全巡查管理系统从省级层面建立标准，由省至县，通过移动巡查APP和巡查管理后台两部分贯穿整个巡查过程。从水库直管部门规划巡查内容及路线，然后下发至移动巡查APP，巡查人员以下发任务为指导开展巡查，最终上报至后台，由后台监管。“闭环式”操作流程简单便捷，有效避免了巡查不到位及监管遗漏的现象，实现了水库安全巡查监管由被动变主动，由标准分散到统一，由地市整理上报到省级直接监督的高效化监管方式。