广西大型水库工程运行管理信息化建设构思

周泽江，王 皓，李灵芝

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

0 引言

新形势和新要求下，水利工程要重点开展防洪工程、供水工程、生态修复工程、信息化工程等方面补短板工作[1、2]。水库工程作为水利工程完整体系中一个重要组成部分，在发电、灌溉、供水、防洪、生态环境等方面发挥着重要作用，同时关系到人民的生命财产安全和经济的可持续发展[3]，借助信息化手段，能够有效提升其运行管理的执行效率、工作效能和综合决策支持能力。近些年，广西在水库运行管理信息化建设作出积极尝试，但受限于认识和区域经济，信息化建设过于分散和滞后，其业务应用也普遍局限于防汛和大坝安全方面，无法全面支撑水库现在运行管理各项业务。本文以广西大型水库工程作为研究对象，深入调研和分析广西大型水库信息化建设现状，以问题为导向，以需求为牵引，重点考虑其一般承担防洪、供水、灌溉等功能特征，以“全面感知、可靠传递、完善基础、智能应用”为建设重点，围绕信息资源、基础运行环境、数据资源、应用支撑、业务应用系统等内容，提出其在运行管理阶段中信息化建设的初步思路。

1 总体框架

广西大型水库信息化建设面向水库运行管理标准化、现代化，以多源感知的信息采集监测物联网为基础，以数据资源的整合应用为核心，以数据的通信/计算机网络为纽带，以库区的业务应用及水库管理平台的应用交互为标志，以标准规范体系和信息安全体系为保障，对系统进行分层分区，形成总体框架，具体包含6 个层面、两大保障体系、四类服务对象共同构成，其中6个层面包括监测感知层、计算机网络层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层和应用交互层，两个保障体系包括安全保障体系和标准规范体系[4]，四类服务对象包括上级管理部门、水库运行管理工作人员、社会公众以及系统维护管理人员。平台总体框架示意图如图1所示。

图1 广西大型水库运行管理信息化建设总体架构

2 建设内容

2.1 监测感知层

监测感知层是信息来源的基础，主要负责数据采集、转换和传输。广西大型水库监测感知层建设要重点利用传感、控制、视频等各种设备以及遥感、无人机等监测技术手段和方法，动态监测和实时采集涉及水库业务活动的水情、雨情、工情、气象以及视频、影像等监测信息，具体包括大坝安全监测、水库水雨情监测、水库下游监测预警、闸门监控以及视频监控等。

2.2 计算机网络层

计算机网络层是支撑水库运行管理各种业务的网络环境和计算存储环境，是监测数据传输交流和处理的基础。广西大型水库计算机网络层建设主要为网络建设和基础运行环境建设，其中：网络建设包括工控网建设、局域网建设、广域网建设，建设重点包括与防汛抗旱专网的连接以及原有网络的升级；基础运行环境建设主要包括私有云建设和云平台租赁等，私有云建设主要适用于管理明确，有专门服务器等设备放置的空间，有充足的人员配备，具备系统、设备自主运行维护能力的工程管理单位。通过建设机房，放置服务器、防火墙、核心交换机等系统基础设备，构建可靠的信息系统基础运行环境。云平台租赁主要适用于没有可放置服务器等设备的可用空间，管理人员少，不具备系统、设备自主运行维护能力的工程管理单位。通过租赁可靠运营商的服务器、防火墙、主机防护、网络等服务的方式，实现信息系统部署基础运行环境的搭建。

2.3 数据资源层

数据资源层是系统中所需的所有基础数据信息存储和管理的逻辑表现，可实现对各类基础数据资源的统一分类存储和管理，为业务应用程序服务层提供数据支持环境。完整、准确、及时地掌握与水库业务管理密切相关的水情、雨情、工情、水量等各类信息，是实现水库数字化、规范化、精细化管理的基础。广西大型水库数据资源主要建设内容包括数据库建设、数据库维护与管理、数据存储平台3部分。其中，数据库建设包括数据目录建设、水库数据模型建设、数据资源建设以及数据共享建设；数据库维护与管理包括数据导入导出、数据库迁移与备份恢复；数据存储管理主要是完成对存储和备份设备、数据库服务器及网络基础设施的管理，实现对数据的物理存储管理和安全管理。数据备份与恢复负责为存储体系提供备份与恢复策略，保证数据的安全。建设过程中，要按照“统筹已建，规范新建”的思路推进各类数据资源整合和共享，对分散信息进行汇集、组织和关联，按照“统一数据模型”和“统一数据目标”构建水库数据资源平台，实现对各项信息的统一存储和管理，对历史文档、资料信息、业务应用系统过程数据的数字化处理，建立统一的数据存储、交换和数据共享访问机制，满足水库运行管理海量数据的存储管理要求，为整体系统平台的各类业务应用和综合信息服务提供数据支撑。

2.4 应用支撑层

应用支撑层是连接数据资源层和业务应用层的桥梁，是实现资源的有效共享和应用系统的互连互通，为应用系统的功能实现提供技术支持、多种服务及运行环境，实现应用系统之间、应用系统与其他平台之间进行信息交换、传输、共享。应用支撑平台包括基础应用支撑、通用专业应用支撑、水利专业应用支撑以及一张图建设。其中，基础支撑软件作为应用支撑层的基础，为水库运行管理各业务应用系统的运行提供基础软件环境，主要建设内容包括操作系统、数据库软件、应用服务器套件（Application Server）、业务流程管理（BPM）及工作流引擎（Workflow）、消息服务（MOM）、报表制作工具、BIM软件、GIS服务等构件；通用专业应用支撑主要是利用云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术，提升水利业务应用自动化水平和智能应用能力，包括AI 平台、融合指挥、物联网平台等；水利专业应用支撑指具有水利专业技术特点的模型服务，包括水力学模型、水动力模型、水文模型、水质模型、工程安全运行评估模型、工程调度模型、水资源配置模型等；一张图建设主要是利用地理信息软件搭建各类业务应用系统可便捷调用各类基础信息和动态信息的地图服务平台，包括水利要素的地图标绘、地理属性信息的规范化处理、地图样式库建设、服务接口开发等。

2.5 业务应用层

业务应用层是数据分析和综合应用的核心，围绕广西大型水库运行管理主要开展的业务，业务应用层建设主要包括水库标准化管理系统、大坝安全监测系统、资料整编系统、洪水预报调度系统、水库下游预警系统、大屏综合展示决策系统、卫星遥感监测系统、视频监控系统、运维管理系统、移动端应用系统等[5]。

（1）标准化管理系统聚焦水库运行过程的标准化管理，重点针对水库信息管理、行政办公、水文资料整编、设备巡检、视频监控、维修养护、应急管理、档案管理等需求，通过业务流程信息化、业务表单电子化、处理过程规范化、结果展示多样化，实现大型水库的标准化、规范化、高效化管理。

（2）大坝安全监测系统重点围绕大坝渗流压力、渗流量、变形、应力、环境等监测需求，通过监测异常数据提醒、预警设置、安全预警等功能建设，实现水库大坝安全运行。

（3）资料整编系统主要包括水文资料整编和水工资料整编，主要实现水文监测数据自动上报，水文资料整编过程流程化、规范化处理；水工资料整编工作电子化，实现对广西大型水库工程基础资料、测点资料、巡检资料、监测记录资料、监测成果等信息的录入和运行整编。

（4）洪水预报调度系统重点围绕水库防汛业务，根据气象预报以及雨量、水位和蒸发信息等，利用洪水预报模型，实现水库来水量和来水过程的预测以及超限水量水位的自动预警，同时结合水库的当前的蓄泄能力，利用信息化处理能力，为水库调度提供优化策略。

（5）水库下游预警系统主要通过对预警广播、预警提示大屏等设备的远程控制，针对水库下游可能淹没区域进行预警信息的及时传递。

（6）卫星遥感系统主要基于高分辨率航天和航空遥感数据，应用遥感分析、信息提取、识别监测等技术手段协助库区巡查管理人员进行大尺度范围的综合监测。监测内容包括水土流失情况、库区岸线侵占、水质污染等。

（7）视频监控系统主要针对安全生产、水库敏感位置进行视频实时监控。

（8）闸门监控系统实现各闸门的状态信息实时查看，闸门启闭参数展示查询，同时结合远程视频监控系统，实现无人值守，远程决策指挥。

（9）移动办公应用主要将业务系统扩展到智能终端上，实现移动办公，方便系统用户随时随地参与水库运行管理。

（10）大屏综合展示决策系统主要通过对水库运行管理关键信息的综合分析和展示，为水库管理者进行综合决策提供支撑。

2.6 应用交互层

应用交互层是直接与用户交互的层面，直接面向水库上级管理部门、水库管理单位以及社会公众等。广西大型水库信息化建设涉及多个业务应用系统，应用交互层建设包括统一身份认证、单点登录、工作门户集成等内容。

2.7 信息安全及标准规范体系

信息安全体系是保障广西大型水库信息化建设成果安全应用的基础，总体安全防护体系整体防护框架主要从物理安全、通信网络安全、区域边界安全、计算环境安全、管理中心安全、管理体系安全、第三方安全服务7 个方面入手。标准规范体系建设是水库信息化建设和运行的基础，是实现平台建设和信息共享的需要，是系统不断扩充、持续改进和版本升级的需要。建设过程中要重点从分类与编码、传输与交换、数据存储与库表结构、图示与服务、网络安全、运行、管理、维护等方面开展工作。

3 结语

水库工程建设面临着新的形势和要求，深化水库运行管理业务与信息化技术的融合，是当前和今后水库建设的一个重要方向。本文结合当前广西大型水库工程信息化建设现状和主要开展的业务，提出广西大型水库工程信息化建设总体框架，从监测感知层、计算机网络层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层、应用交互层以及信息安全体系和标准规范体系，提出广西大型水库建设的重点任务和主要内容，提出其在运行管理阶段中信息化建设的初步构思，希望为广西大型水库今后在信息化建设方面提供些许借鉴。