中小型水库智慧运维管理平台解决方案

付 超

国务院办公厅印发的《关于切实加强水库除险加固和运行管护工作的通知》（国办发〔2021〕8号）提出，“加快建设水库雨水情测报、大坝安全监测等设施，健全水库安全运行监测系统，加强分析研判，及时发布预警信息。建立完善全国统一的水库管理信息填报、审核、更新机制，实现水库除险加固和运行管护等信息动态管理。积极推广应用第五代移动通信（5G）、大数据、人工智能等信息技术，促进系统融合、信息共享，为水库安全运行提供技术支撑。” 为提升水库信息化管理能力指明了方向。

针对我国中小型水库基础监测设施不完备、信息共享程度差、管理标准规范化程度低、智慧型应用基础薄弱等问题，结合当前中小型水库管理运维的业务需求，运用阿里云、大数据、人工智能等技术，提出了中小型水库智慧运维管理平台解决方案。

一、解决方案

中小型水库智慧运维管理平台面向水库主管单位和水库管理单位多级用户，涵盖水利部、省、市、县、乡镇、水库现地等六级用户。智能业务涵盖基础信息、实时监控、日常运维、安全管理、上下级联动、监督管理等6条业务主线，共计“50+”功能模块。平台支持自主定制设计、安全保障、专属存储三项，包含物联感知层、基础设施层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层、用户访问层，打造覆盖全国范围的水库管理协同办公平台，提供完整的中小型水库智慧运维管理解决方案。平台架构见图1。

图1 中小型水库智慧运维管理平台架构

1.物联感知层

在已建监测站点的基础上，新建视频监视点、大坝安全监测系统，接入已有水雨情、取用水监测信息，实现水库监测信息的全方位采集和传输，及时掌握水库运行状态与安全监测状况。物联感知层主要包含监测感知体系和外部接入。

2.基础设施层

（1）云平台

依托云平台部署系统及数据库，为中小型水库智慧运维系统平台运行提供安全环境保障。云平台包含计算与存储资源池、网络资源池、安全环境等。

（2）通信网络

搭建水库区域骨干通信网络系统及信息采集通信网络系统，实现水库监测信息的接入、汇聚和共享，以及工程控制指令的远传下达和反馈。通信网络主要包含公网、专网、无线、有线等方式。

（3）数据资源层

数据资源层的主要作用是满足海量数据的存储管理要求，通过数据的备份，保证数据的安全性；整合系统资源，避免或减少重复建设，降低数据管理成本；整合数据资源，保证数据的完整性和一致性。数据资源管理平台主要由数据存储与备份、数据采集接收、数据交换等系统组成。

（4）应用支撑层

应用支撑层是连接数据层和应用层的桥梁，是在充分考虑各应用系统通用、共性技术与同类需求的前提下，对其进行提炼与抽象，搭建统一的开发与运行环境，构建各系统共用的应用组件，实现跨系统数据、流程的交互，为上层应用提供各项应用服务支撑。应用支撑层主要由运行类、数据类、计算类、Web与前端组件、信息呈现类、地理信息等服务构成。

（5）业务应用层

业务应用层是业务需求的实际体现，通过统一的平台架构以及统一的技术标准，基于水利模型建设，整合水库水雨情等监测系统数据、视频监控系统数据、功能，新建水库业务应用服务平台主要业务应用及综合门户、移动端应用。业务应用层覆盖中小型水库运维管理全过程，实现PC端、移动App端等多种场景应用。

结合中小型水库运维管理业务需求，为水库管理部门提供一张图、系统首页、主题页面、水库详情、智能报表、公文联动、防洪调度、远程专家诊断等管理端业务功能；为水库管理单位提供防汛演练、BIM+GIS平台、工程检查、安全监测、维修养护、隐患处理、运行操作、值班管理、设备管理、应急管理、防洪调度、安全管理、监督考核以及移动应用等业务功能，为中小型水库安全运行管理提供科学依据，为水库综合调度提供决策支持，充分满足中小型水库管理部门日常管理需求。

（6）用户访问层

系统向用户提供交互式的I/O通道，对输入的各种信息提供安全性强的数据通道，完成对访问用户的统一管理，同时还提供适宜而便捷的输出信息表达方式，以及图、文、声、像等方式。用户访问层由水利工程主管单位和水利工程管理单位构成。

（7）系统安全体系

依托完善的系统安全体系，为系统的数据及网络安全、监管控制、操作行为进行全方位防护，全面提高信息安全的管理水平，保障中小型水库智慧运维管理平台的顺利建设与安全运行。

（8）标准规范体系

平台建设严格遵循国家、行业、地方信息化标准规范体系，确保系统设计、建设和运行符合相关标准要求。信息化标准体系包括：安全标准、网络标准、数据标准、应用标准和标准化管理等。

图2 中小水库智慧运维管理平台

二、平台功能

平台契合中小型水库智慧运维业务需求，基于BIM+GIS、移动互联、分布式水文模型等技术，为水库综合调度提供辅助决策，充分满足各级水库管理部门、不同类型水库的智慧化管理需求。

1.水库主管单位功能

水库主管部门管理端业务功能：

一张图中通过地理信息平台将下辖水库的水库基本信息、水雨情信息、巡查任务完成度、“三个责任人”履职情况等进行直观展示。

系统首页建立统一协作的工作平台，将预警信息、待办事项、通知公告以及下辖水库统计KPI（关键绩效指标）情况进行统一展示，为主管领导提供监督管理的快捷手段。

主题页面帮助水库管理单位构建数据可视化大屏，将该地区水库效益发挥、运行管理、安全鉴定、责任人履职、重点环节、工程实体、除险加固等情况进行统计分析。

水库详情功能以名片形式提供单个水库详情入口，监管人员根据自身权限，查看管辖范围内的单个水库详情，查询单个水库各项业务详细信息。

智能报表功能将水库管理单位在日常工作中需要统计的报表内置于系统中，实现报表的自动生成并提供一键导出功能，提高用户的办公效率。同时在系统中内置一些专业报表的模板，便于用户进行快速使用。

公文联动功能可下发公文、规章制度等重要信息至水库现场管理人员，实现消息的快速上传下达。

防洪调度功能实现实时数据处理、洪水预报、洪水推演、水利工程调度模拟、实时动态洪水风险评估、应急响应的一体化分析计算，为决策者提供科学的、量化的数据支持，显著提升防汛管理水平和效率。实现流域级预报、推演、调度、灾评、应急全过程一体化。同时，将流域级的降雨径流模型、一维水动力学模型、二维水动力学模型、水库调度模型、动态灾害损失评估模型等多阶段、多维度的专业模型，根据洪水发生的物理内涵，进行空间和时间上的耦合。

远程专家诊断功能通过进行“一对一”和“一对多”远程专家协助，为水库管理提供远程诊断平台，具备全新的AR远程交互、多设备接入、多方在线协同作业、全流程记录存档等功能，实现实时指导。

2.水库管理单位功能

水库现地系统分为5个板块：BIM综合展示、基础信息、实时监控、日常运维、安全管理。

BIM综合展示板块是基于BIM+GIS+UE4开发的一套可视化展示软件，可以真实反应工程范围内的地形、周边环境、景区景观、河流、山体、道路、桥梁以及水库水域、水库启闭机室、管理用房、各级电站的主副厂房等，同时可对水库的闸门、启闭机、电机、电控柜，电站内水轮发电机组、电机、电控柜等设备进行单体化数据展示，实时显示闸门启闭状态，并可对水库、电站运行工况进行模拟仿真。

基础信息板块对工程信息以及管理机构信息进行收集管理，规范水库“三个责任人”“三个重点环节”工作，将水库工程与水文等相关信息进行录入管理与维护。同时建立档案管理库，提供丰富的检索查询手段，提升水库信息化管理水平。

实时监控板块分为气象监测、雨情监测、水情监测、视频监控、安全监控，利用先进的IOT技术接入各项监测数据，建立统一的安全监控平台，设置监测测站，实时监控水库各项信息，一旦出现数据异常，立即区分预警等级并发布预警信息，同时为相关人员分配排查任务。汇总气象、雨情、水情监测信息，以图形或表格的形式展示各种数据，为用户提供决策依据。视频监控结合智能物联网设备，对视频或抓拍图片进行智能识别，判别水面漂浮物、库区人员入侵等，并通知相关人员处理。安全监控是基于物联网搭建的，在水库、电站、大坝及其关联岩土工程、地质工程全生命周期内为其提供工程安全状态的实时监控、健康诊断、异常提醒、资料整编等一站式服务。

日常运维板块提供水库巡查、设备管养、防洪调度等功能。在日常水库巡查中可通过人工或无人机按定制路线巡查目标水域，若有异常可通过多种方式发出预警，通知相关责任人处理。设备管养方面，若设备出现异常，系统自动报警，现场人员佩戴智能眼镜，实时共享第一视角的真实现场画面，专家可通过视讯平台远程指导现场人员对设备进行修复，记录全流程音视频数据，利于后期追溯。防洪调度功能从流程上分为降雨预报、入库或区间预报、防洪优化调度。由用户提前设置好开始时间和时段规则，并设置定时运行间隔时间和自动调度触发的条件，当水库水位达到某一水位时，或面雨量达到某一雨量级别时，系统自动预警并通知相关责任人，同时自动生成调度方案对各级用户发布。

安全管理板块提供水库值班与排班记录、应急管理、培训与考核等功能。帮助用户建立起完整的值班人员调度系统，提供值班记录报表输出等功能。帮助建立水库应急处理机制，针对不同类型突发灾害事件提出相应的应急响应方案和处置措施，最大限度地保证水库工程安全运行；同时可通过考核功能对水库进行考核信息综合管理，浏览考核结果，查询考核现状及历史评分，为各级水库管理单位提供考核数据。

三、效益分析

1.经济效益

平台的建设将促使中小型水库管理方式的改变，有利于提高管理效率，借助全面感知体系的建设及信息化手段的应用，管理人员的投入明显减少。同时得益于平台的专家决策系统，通过各种模型算法的提前预测，使得水库发电、防洪、灌溉等各项效益发挥达到最大化，从而有效提高中小型水库的经济效益。

2.社会效益

平台的建设运行可以有效改善中小型水库管理不到位的问题，使水库的社会效益得以充分发挥。一是有效改善水库水质，为下游生活生产用水提供安全保障；二是近几年极端天气频发，防洪抗旱形势日益严峻，而基于平台的中小型水库洪水模拟及联合调度可以保证其防洪效益的最大化，为下游居民的生产生活提供保障，为社会的稳定发展提供强力支撑。

3.生态效益

随着水库岸线及库区范围内管理的加强，平台可以及时发现和解决问题，有效杜绝水库水质污染，改善库区脏、乱、差等现象，保护库区周边生态环境，促进人水和谐发展，有利于建立良性的生态循环及可持续发展。

四、结语

针对中小型水库管理运维存在的问题，结合业务需求，中水北方勘测设计研究有限责任公司打造了中小型水库智慧运维管理平台，为中小型水库管理提供整体解决方案。目前平台已在重庆市多座中小型水库应用，提升了水库管理业务的科学化与智能化水平，为所辖地区经济社会高质量发展提供安全保障。

未来中小型水库智慧运维管理平台将进一步融合先进技术，并在实际应用中不断的完善和提高平台功能。