宝安区五指耙水库信息化建设方案浅析

朱东阳

（深圳市深水水务咨询有限公司,广东 深圳 518000）

1 引言

水库信息化建设可提高水库管理工作效率和水平,对水库工程安全和效益发挥具有十分重要的作用。目前,我国有较多的水库工程信息化建设水平较为落后,导致水库管理工作难度大,需要耗费大量的人力、物力,且难以取得良好的管理效果。因此,有较多的水库工程采取了信息化建设工作,取得了良好的效果。

2 五指耙水库信息化建设存在的主要问题

目前水库信息化存在以下问题：大坝无沉降、变形、渗压自动化监测设备；视频监控系统年久失修,系统运行年限7～8 年,大多数已不能正常运行,经现场勘察发现,有近40处摄像头不可用,系统有新建需求；水库管理现场尚未接入水务信息政务网；无专用机柜。故项目信息化建设是必要的。为便于工程运行管理,水库设置监控管理中心用房,实现上级调度运行管理、视频会商等,上下互联,智慧水务信息全面共享、存储。

3 系统架构

按照信息系统微服务架构的建设思路,采用先进的、科学的信息技术,搭建“四横两纵”的系统总体框架,尽可能地避免未来的重复建设,为系统开发建设打下坚实的基础。为便于工程运行管理,水库设置监控管理中心用房,实现上级调度运行管理、视频会商等,上下互联,智慧水务信息全面共享、存储。

信息系统逻辑构成从层次上从下往上包括：信息采集系统,通信网络及数据交换,数据中心,应用支撑平台,应用系统等构成。自动化监控系统按照业务需求和国家标准的要求,单独配置在控制专网之中。系统总体架构见图1。

图1 系统架构图

五指耙水库工程信息化按照深圳市智慧水务要求,依托市政云平台和城市大数据中心,构建从物联感知、基础设施、大数据中心到业务应用的四层架构和信息安全、标准规范两大保障体系,形成“四横两纵”的智慧水务一体化平台。

（1）物联感知层

本项目重点建设物联感知体系,针对水工建筑物、阀井、闸门等对象进行水情、水量、水质、工情、视频实时监测监控,采用卫星遥感、5G、物联网等新技术构建工程的智能感知体系。

（2）基础设施层

根据项目自动化控制、视频监控、安全监测等多类数据传输需求,构建覆盖库区的控制专网和视频专网,为智能感知采集提供网络支撑；建设水库管理监控中心,利用政务外网,为数据交换、信息共享、值班监控、调度指挥提供基础设备。

（3）平台层

深圳市智慧水务云平台主要围绕以深圳市政务云为主的构建方式,能够根据前端业务需求按需自动扩容,实现运维自动监控等。通过政务外网实现各个系统的数据共享与归集。将水雨情、视频监控、大坝安全监测数据统一归集于区政数局,后传输至深圳市水务大数据中心,数据从大数据中心获取。其相关配置与智慧水务一期项目保持一致。见图2。

图2 网络架构图

4 应用系统工程设计

五指耙水库管理平台直接利用宝安区建设的智慧水务水库综合管理系统,其中功能模块包括综合展示、监测管理、日常管理、移动巡检等。其中监测管理为管理人员日常使用较多功能,包括视频监控、水雨情监测、安全监测、监测预警及相关性分析等功能。可通过该系统查看视频监控,随时了解水库库区情况。宝安区水库综合管理系统的功能如下：

1）综合展示。借助于地理信息系统,通过一张地图的形式展示水库相关工程和设备的监测和统计信息,以可视化、形象化的方式将水库的主要信息进行集中展示,真正实现水库数据与空间地理信息的一体化的联动查询,并可进行预测等高级查询,为水库管理调度提供依据。

2）监测管理。集成水库视频监控、水雨情监测等监测信息,并分析显示位移、渗压、渗流的安全监测,根据阈值进行监测预警,并对位移-渗压-渗流-水位-库容进行相关性分析。

3）日常管理。对水库注册登记、基本信息、维护养护、安全鉴定等进行管理。

4）水库管理移动应用。提供移动巡检,实现巡检移动化办公,并提供管理端,便于任务的上报与处理。本项目应用系统保持充分利用宝安区智慧水务水库综合管理系统,在宝安区智慧水务建设时,该系统已完成与宝安区业务中台服务及宝安区统一身份认证和统一消息服务的对接。因此本项目不另行对接服务。由于本项目所利用的系统已部署在政务云上,且本项目建设政务外网,利用政务外网访问水库综合管理系统,因此水库业务运行过程中产生的业务数据满足实时、全量汇聚到宝安区大数据资源中心的条件。本项目由于沿用宝安区智慧水务水库综合管理系统,系统已做好用户角色的权限管理与分配工作,按照流程向上级申请可开通用户权限。

5 分项技术方案

5.1 水雨情环境量监测

水库大坝现场设有水位计、雨量计、水尺等观测设施,雨量与水位观测数据通过无线传播。目前水库为五指耙水厂备用水源,也对周围河道补水,水质监测采用人工取样,数据录入系统,频率1 次/月。

大坝上游水位监测布置有人工观测水尺,水尺采用56 高程系统,这次更换水尺,按85 高程标定。水位计、雨量计布置于闸门启闭房,更换损坏的雨量计,通过交换机接入局域网,数据存储在本地,通过政务外网将水雨情监测数据集成至深圳市大数据中心。

5.2 水库闸门自动化控制系统

对水库闸门启闭机进行自动化集中管理和控制,在闸室设置一套现地测控单元,实现对站点内设施的自动控制。在中控室内设置一套中控层计算机监控设备,实现对管理范围内工艺设备的集中控制。在控制层预留远方调度接口。中控层与现地控制层之间通过自建光缆进行网络通讯,控制层可与远方调度层或政务网/互联网接入,设置防火墙等保护,确保系统信息安全。

5.3 工程安全监测自动化系统

本次监测设施的改造设计主要为增设变形监测、渗流监测,同时将现有量水堰一并接入安全监测自动化系统。将GNSS 测点（28个）、各测压管内渗压计（54支）、量水堰计（1支）接入大坝安全监测自动化系统,实现变形、大坝渗流渗压监测数据的自动采集。同时,可导入水位计、雨量计及人工监测数据,实现对所有大坝安全监测数据（含人工和自动化数据）的存储和整编。

本工程监测自动化系统采用分布式、开放性的网络结构形式。在水库管养房内布置1 个监测中心站。监测中心站的主要作用是工作站和服务器通过安全监测信息管理系统对监测管理站自动采集、其它半自动、人工测读的数据、工程所有与安全监测相关的文档资料进行集中统一管理,且通过安全分析评价系统进行监测资料的分析和发布工作。数据信息通过局域网外接光缆到政务网,汇聚到宝安区大数据资源中心。

5.4 视频图像监控系统

视频图像监控系统由前端设备（现地摄像机）、网络及传输设备、控制中心设备（管理终端设备）等三部分组成。对年久失修的视频监控系统进行整体更换,基于先前的布设位置配备59 个新摄像头。库尾临五指耙体育主题公园,人流量较大,考虑到库区安防,需沿库尾增设10 个摄像头,以光纤传输。出于经济性考虑,经排查能正常运行的旧摄像头应继续使用,通过接入新建的监控系统来加密布设点位。

系统新建后,视频监控覆盖水尺,大门,坝后坡,泄洪闸门,溢流道下游行洪通道等部位,摄像头包含防雷模块,管理单位安排工作人员进行维护。并根据各感知部位业务场景,实现智能AI 感知与自动报警功能。

6 结语

为了提高水库信息化建设水平,根据五指耙水库的工程特性、建设现状以及精细化管理需求,进行水库信息化系统建设。五指耙水库项目信息化建设主要内容包括感知体系建设、通信网络建设、水库管理系统建设。水库的长期安全运行是项目功能有效发挥的重要保证,在工程运行期,需加强工情感知体系和自动化控制系统建设,形成从数据采集到存储、管理、使用的完整体系,从而及时获取各建筑物、设施设备等工作形态,实行工程运行的实时化监管,为合理评价结构安全状态提供决策依据。