供水智慧运营系统在湛江市引调水工程中的应用

阮 洋

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司,广东 广州 510635)

当前，水利平稳安全准确的调度运行管理面临极大的挑战，智慧水利是应对这项挑战的有力武器和途径[1]。智慧水利是基于互联网、云计算、大数据等新一代通信技术促进水利规划、建设与管理的重要指导工具，智慧水利可提供快速、直观、有效的信息服务，实现业务数字化管理[2]。由智慧水利构建的信息化系统，在不同应用场景中具有对应的应用方案，如节水灌溉系统、供水智慧运营系统、污水监控系统等应用方案，涵盖监控、运维、管理、指挥、调度等多环节[3]。其中，供水智慧运营系统是基于云计算、大数据、物联网、移动终端、人工智能、水利、传感器等新兴技术的应用，利用现有数据研发的决策管理平台[4-5]。为适应新时代水利事业高质量发展需要，广东省湛江市加快推进水利信息化建设步伐，深入落实互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术与水利建设深度融合，实现水利水旱防御智慧化应用、水资源智慧管理等[6-7]。做好供水智慧运营系统顶层设计，应以“工程安全、调度安全、水质安全”为主线，综合运用大数据全量建模、云计算数字赋能等信息技术，高质量完成采集监控体系、通信传输网络、工程智慧应用、安全保障环境等任务，实现数字调蓄、智慧调度，促进供水服务智能化发展[8]。

1 湛江引调水工程

1.1 工程建设缘由

针对湛江市南北水资源分布不均的状况，为进一步优化水资源配置格局，从2017年底开始，湛江市开始论证区域内的调水工程建设，工程将从北边的鹤地水库引水至湛江城区，解决城区供水安全问题，从南渡河调水到徐闻，解决雷州半岛西南部片区的干旱缺水问题。湛江市引调水工程于2020年5月开工建设。工程通过引水隧洞、加压泵站和输水管道，从鹤地水库引水到赤坎、麻章、霞山各区，保障城区供水安全。项目建成后，将改变湛江城区水源结构单一的现状，增强供水安全保障，为湛江高质量发展提供强有力的供水支撑。

1.2 智慧运营系统建设目标

根据规划方案总体安排及工程建设实际需求，湛江市引调水工程智慧运营系统建设的目标主要是：建立工程智能化、一体化平台的信息化系统。通过工程信息管理、安全管理、水质监测、水情监测、视频会商、行政办公自动化、管网GIS、生产管理辅助、运营展示监管、数据分析及展现等应用系统的建设，构建自动化、信息化系统统一网络平台架构，实现统一管理，达到适时、高效地掌握工程运行情况，提高各管理部门的协调和工作效率的目的，并将信息化系统部署在粤海总部数据中心，利用数据中心的基础资源。

2 运营管理系统

2.1 信息管理系统

工程信息管理系统覆盖项目全生命周期管理，包括项目立项、项目招标、投资、设计、采购、施工、开车试运行、竣工验收、合同收尾、项目管理收尾全部过程的管理。通过统一的集成平台，满足项目沟通管理的需要。以进度计划为龙头，以投资成本为核心，实现合同管理、费用管理、质量管理、安全管理等业务。

2.2 管网GIS系统

通过对GIS数据采集，对引调水工程管线范围内的空间数据(影像数据、数字高程数据、电子地图、交通数据、地下管线数据等)进行采集并入库。以空间信息数据资源库为基础，集成影像数据、矢量数据、工地物模型，为管理人员提供可视化工地管理服务，直观展示工地地理信息、位置分布，周边道路、设施、环境信息以及重要单位，提高工作的准确性，推进工地、空间、设施设备科学化管理。

2.3 安全监管系统

依据国家安全生产标准化体系结构，组织对招标人业务进行调研，为招标人建立安全管理提升标准和安全绩效评价模型；根据招标人安全管理现状及制定的安全管理提升标准和流程，重点实现13个应用功能模块，包括：安全视图、目标职责、制度管理、教育培训、现场管理、风险管控、隐患管理、应急管理。根据信息安全等级保级要求，对工程信息化进行相应的信息安全规划、设计。制定相应的信息安全规章制度，采用安全设备、软件，通过内、外网络隔离、访问控制、入侵防范、数据审计、病毒检测等安全措施、手段，满足相应的信息安全等保级别要求，其中计算机监控系统为等保三级，其它信息化系统为等保二级。

2.4 生产管理系统

2.4.1设备管理系统

设备管理系统的基础，系统以设备为核心通过设备静态管理(设备台帐等相关信息)、动态管理(维修历史、设备变动情况、设备状况等相关记录)，现场设备二维码化，建立一套设备全生命周期管理模式，提供全面的设备管理系统，管理从设备采购申请、安装、调试、运行维护到报废的全部设备记录。

2.4.2运营监管系统

搭建引水工程运营展示监管系统，将所有智能化子系统和设备融为一体，进行全局化管理。系统基于物联网操控平台技术架构，通过接口和协议与计算机监控系统、视频设备等安防进行整合。在系统的统一管理下，各设备能够信息互联互通、设备间功能协同联动，从而实现资源共享，设备协同、管理流程再造、优化融合。实现对各子系统的全联接、集中管控、场景全联动、数据全融合。利用大屏显示系统，同时实现输水管线、泵站厂房及重要设施的三维展示。手机端应用可以实时查看设备运行状态及参数，还包括接收系统报警信息、历史事件和历史数据进行查询等功能。

2.4.3供水调度系统

建立引调水运行水力模型，集成取水泵站、机组的运行状况，沿线的压力、流量、水质及分水口的监测数据等，自动生成调度计划、泵站智能调度方案及应急处置方案，形成集“数据采集-诊断预测-优化调度-应急调控-事故处置”等环节于一体的联合调控与应急响应体系。

2.4.4AR技术应用系统

AR技术成功应用于供水智慧运营服务领域，工程技术人员通过手持的移动终端，利用设备自带的摄像头扫描目标对象，关于目标对象的相关信息点即可显示在屏幕中，点击相应的信息点，包括技术文档，电气图纸，维护记录表以及实时数据信息等更为详细的内容就会显示在移动终端的画面上。采用AR技术后，可以提高维修人员的工作效率，快速解决设备的故障问题。

3 运营辅助系统

3.1 网络通信系统

网络通信系统是智慧管网信息化的重要组成部分，为工程监测监控、水环境管理、行政办公提供信息通信保障。通过构建统一的网络平台，为工程项目中的应用系统、日常办公、数据采集、实时视频等网络传输的支撑。所需要的网络环境有局域网络、专用数据电路、互联网专线，以及日常办公及数据采集的需要的无线WIFI、4G等网络。考虑在调度中心设置2条200M互联网光纤专线，1条50M互联网视频专线；在调度中心设置1条10M MSTP专线用于与总部视频会议使用；在3个水厂分别设置1条50M互联网光纤专线用于与调度中心数据通信。考虑在泵站内部建设无线网络，满足泵站智能巡检设备实时数据传输及生产管理系统实时操作需要。

3.2 图像监视与门禁系统

根据本工程的规模设置图像监视系统及门禁系统设备。本工程设1套图像监视系统，由调度中心主系统及取水泵站子系统组成。图像监视中心设在调度中心，在取水泵站设图像监视分中心。调度中心图像监视系统采用数字式系统，主要由视频工作站、NVR视频录像机、网络一体化彩色高清球型摄像机、网络遥控控制键盘(带摇杆)等图像设备组成。泵站分中心设在控制室，主要由视频平台(含视频服务器)、NVR视频录像机、图像显示器、遥控控制键盘、网络一体化彩色高清球型摄像机等图像设备组成。通过切换，可实时显示泵站的、管理中心的视频图像，泵站各泵组的运行工况。

泵站分中心所配置的视频平台(含视频服务器)，可实现动态监测、人数统计、人脸识别、安全帽识别等摄像头智能应用功能。对于重要区域(如大门入口、高锰酸钾间、应急投加室)，增设人脸识别摄像头；对于主厂房(电机、水泵)、高压开关柜室、低压开关柜室，增设安全帽识别摄像头。泵站配置一套脉冲电子围栏系统用作泵站周界防范，通过信号传输设备将报警信号传至调度中心的报警控制系统，远程对外部脉冲主机进行布撤防控制等操作。

3.3 视频会商系统

3.3.1大屏显示系统

在调度监控室设1套大屏显示系统设备，与计算机监控系统、信息化系统连接，为工程运行管理、泵站水厂调度、视频监控等提供实时可视化设备。在会商室设1套大屏显示系统设备，与视频会商系统进行连接，为视频会商系统提供可视化设备。

3.3.2视频会商系统

设计采用讨论型会议系统，主要用于上级管理单位召开各种会议、报告等，满足各种会议活动的需要。该系统设计为一个智能会议系统，配置扩声系统、会议系统，可以与大屏显示系统、摄像监控系统、多媒体投影系统、电视电话终端、局域网及互联网等相结合构成较大型的多功能厅系统。

3.4 工程巡检系统

为提高本工程运行巡检信息化和智能化管理水平，在泵站设置1套机器人智能巡检系统，对取水泵站设备工作状态及运行环境进行巡查监视。在工程沿线设置1套无人机巡检系统，对管线周边环境及重要供水设施等进行智能巡检。

3.4.1机器人巡检系统

本系统由轮式机器人、后台监控系统、供电桩设备、通信系统等构成，对泵站内设备、运行设备及环境进行全天候巡检、视频监控，以解决泵站设备依靠人工巡视的现状，且发生异常紧急情况时，智能巡检系统可作为移动式监控平台，代替人工及时发现和查明设备故障，降低人员的安全风险。巡检高低压室、电机水泵层、二次设备室等，对配电设备、电机、水泵、管路等进行智能巡检，可智能开门巡检。

实现全自主和遥控巡检模式。具备巡检路线规划功能。系统实时显示智能巡检系统在电子地图上的位置。具备设置检修区域功能，及操作员在电子地图上标记了检修区域后，智能巡检系统在巡检过程中自动规划巡检路径，自动避开检修区域。当发生智能预警或弹出事件时，系统通过话音进行事件信息播报。当机器人执行巡检任务时，通过语音播报其处理情况，包括开始巡检、预检。情况、任务下载情况、重要位置或重要任务的执行情况、巡检结束情况等。智能语音交互功能：平台支持智能语音交互功能，操作用户可通过麦克风说出常规的控制操作指令或功能描述，系统自动进行语音分析，并执行相应的操作。智能巡检系统配备红外高清摄像机和声音采集等检测设备，并能将所采集的视频和声音上传至后台监控系统。

3.4.2无人机巡检系统

无人机巡检系统由飞行平台、飞机负载和地面站三大部分组成。其中，飞行平台主要是无人机机架部分，包括导航、飞控、动力、电源等；飞机负载由云台和相机组成，相机可选择可见光或热成像相机，并预留多种接口；地面站系统有一体化遥控器和地面站组成，主要用于对无人机的控制。巡检区域：泵站、管道沿线等重要区域。无人机在安全监控领域可运用于泵站、管线巡检等工作，通过无人机实现重要位置区域的安全监管、提醒等工作。

3.5 监测管理系统

3.5.1水质监测系统

水质在线监测系统针对水质进行实时监测，监测内容包括：常规水质5参数(水温、pH、溶解氧、电导率、浊度)，总磷、氨氮、总氮、高锰酸盐指数、叶绿素、蓝绿藻等测参数。根据监测的内容设置水质监测的管理、应用软件。

3.5.2水情监测系统

水情在线监测系统针对水情数据实时监测，充分利用系统的实时性和可靠性优势，通过快速可靠的传输方式和实时自动的处理手段，能很好地完成工程对水位、水量监测等信息的要求，为本工程的运行调度提供水文数据保障。

4 结语

供水智慧运营系统的建设为湛江市智慧水利打下良好的基础，工程运行管理和服务智慧化，提升水旱灾害防御能力，保护水生态环境，为湛江市经济社会高质量发展提供坚实的水安全屏障。湛江市水利有关单位将信息化建设与工程建设同步并行、有机结合，加快具有预报、预警、预演、预案功能的智慧引调水工程建设，提高水安全管理能力和保障能力。同时将进一步完善流域计划用水智慧管理数据库，深入开发节约用水信息化管理平台功能模块，加快建立先进实用的业务应用系统，推进引调水工程供水智慧化管理。