大型水电站智慧坝区管理平台开发与应用

摘要：信息化时代背景下，大数据、云计算、物联网等新一代信息技术实现了质的发展与新的突破，传统水电站坝区管理向可视化、智慧化管理转变。结合实际情况，就大型水电站智慧坝区管理平台的开发与应用进行探讨，归纳其建设原则、总体框架，及其应用模块与应用成果，为水电站坝区管理提出了一种高效、便捷且可靠的管理方案，优化水电站坝区的日常管理流程，提高管理效率，为水电站坝区的现代化管理提供新的路径参考。

关键词：大型水电站坝区管理智慧管理平台GIS技术

中图分类号：TM76

DevelopmentandApplicationofIntelligentDamAreaManagementPlatformofLargeHydropowerStation

WANGZhengjunLinXiaohongChengXiaofei

ChinaYangtzepowerCo.，Ltd.XiangjiabaHydropowerPlant，Yibin，SichuanProvince，644612China

Abstract：Inthecontextoftheinformationage，newgenerationinformationtechnologiessuchasbigdata，cloudcomputingandtheInternetofThingshaveachievedqualitativedevelopmentandnewbreakthroughs.Thetraditionaldamareamanagementofhydropowerstationischangingtovisualizationandwisdommanagement.Basedontheactualsituation，thispa838648f6c66c1e10032488028df56016perdiscussesthedevelopmentandapplicationofintelligentdamareamanagementplatformoflargehydropowerstation.Bysummarizingitsconstructionprinciples，generalframework，applicationmodulesandapplicationresults，anefficient，convenientandreliablemanagementschemeisproposedforthedamareamanagementofhydropowerstation.Theschemeoptimizesthedailymanagementflowofthedamareaofhydropowerstation，improvesthemanagementefficiency，andprovidesanewpathreferenceforthemodernmanagementofthedamareaofhydropowerstation.

KeyWord：Largehydropowerstation;Damareamanagement;Intelligentmanagementplatform;GIStechnology

近年来，包括大数据、云计算、物联网等在内的新一代信息技术实现了质的发展与新的突破，三维建模、 建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）等技术的应用使得可视化、智慧化管理成为可能，大幅度提高了管理效率与准确性。在水利水电领域，其坝区构成复杂、变化情况多、维护成本高、运行风险大，传统管理向智慧管理转变有其必要性，亟须在智慧管理平台上有所突破[1]。传统的坝区管理存在诸多业务痛点与薄弱环节，如信息可视化程度弱、坝区安全评判及时性差与可信度低、巡检工作管理难度大、安全管理短板不易识别、资料整编工作量巨大等[2]。目前，国内外针对智慧水电站设计与建设路线较少聚焦于坝区非生产区域，并且缺少取得实质性成效的案例[3]。从现有研究来看，依托于智慧管理平台的全生命周期管理方案仍存在诸多痛点难点问题，如前期数据采集系统与后期分析处理系统衔接不够紧密、系统平台实际操作流程较为复杂等[4]，需对相关技术的适用性与实用性进行进一步的探究。

本文结合大型水电站坝区管理实际情况，通过搭建集安防、消防、物业等非生产区域为一体的大型水电站智慧坝区管理平台，达到强化坝区管理部门执行管理、指挥、决策等职能的目的，实现了视频监控、入侵告警、出入口控制、公共广播、无线对讲、电子巡更、智慧交通等技防系统的融合与交互，实现坝区管理模式的更新升级，为全国智慧水电站坝区建设提供设计参考。

1智慧坝区管理平台的设计构建

根据大型水电站坝区管理目标，智慧坝区管理平台的构建需具备全要素感知、信息智能互联、智慧决策诊断3个方面的技术基础。具体来看，全要素感知通过运用图像采集、卫星定位、雷达监测等手段获取高分辨率且动态的要素数据，搭建“天一空一陆一水”立体数据库；信息智能互联则依托数据访问控制、多平台多客户端等技术实现协同处理，实现坝区数据监控系统与应用决策系统的互联互通；智慧决策诊断运用智能计算、机器学习等人工智能技术实现状态诊断与风险方案预判，辅助以空间模型、三维BIM技术等技术实现更接近真实情况的情景模拟。在此基础上，各技术通过有机结合与紧密联系，最终实现智慧管理的目的[5]。

1.1建设原则

大型水电站智慧坝区管理平台的建设应充分利用现有的技术系统和信息资源，采用模块化、结构化的设计，确保系统稳定安全高效运行，易于使用、管理、维护和扩展。平台建设原则如下。（1）适用性原则。平台建设需在保证流程规范的前提下，提供灵活可变的设置，以最大程度地适应未来业务发展需要。（2）标准性原则。平台建设所涉及的控制协议、传输协议、接口协议、视音频文件格式、数据库系统等，均需符合相应国家标准或行业标准。（3）先进性原则。平台采用先进成熟的计算机网络技术、数据库技术、信息传递与工作流技术、安全与容错技术以及主流的体系结构。（4）可靠性原则。平台建设采用集中管理的主流技术和架构，利用故障处理机制、容错机制、备份机制，以及结构化、分布式的结构，以提高系统的可靠性。（5）可扩展性原则。平台采用模块化设计，确保满足系统规模扩展、功能扩充、软件升级的需求。（6）易用性原则。平台设计需满足人机界面友好、人性化的需求，使管理平台易于掌握、操作和使用。

1.2总体框架

1.2.1系统架构

智慧坝区管理平台以地理信息技术、云计算技术、大数据技术、互联网技术、数据库技术为支撑，在标准规范体系与安全保障体系的基础上，采用基础设施层（InfrastructureasaService，IaaS）、数据资源层（DataAnalyticsApplicationsSuccess，DaaS）、平台支撑平台（PlatformasaService）、应用服务层（SoftwareasaService，SaaS）四层架构，面向坝区领导、坝区管理部门相关人员及管理业务相关人员提供集成化、可视化的综合信息服务。系统总体架构设计思路见图1。

（1）基础设施层（IaaS）：将计算机、存储器、数据库、网络设施等软硬件设备组织起来，提供全面的计算资源、云存储资源和网络资源，可以实现资源的管理和服务。

（2）数据资源层（DaaS）：数据资源层由平台运行所需的数据资源及信息资源库组成，逻辑上分为三维成果数据、基础地理类数据、安全监测类数据、业务管理类数据、外部技防系统相关数据等，物理上包括元数据、空间数据、属性数据、文档资料数据及其他数据。

（3）平台支撑层（PaaS）：以MapGIS全空间智能平台为支撑，实现对目录服务、地图服务、要素服务、处理服务、影像大数据服务、实时流服务等各种服务资源的发布与高效管理。同时对外提供基础数据服务、基础功能服务以及定制服务等服务资源，形成统一的服务资源整合与管理的支撑平台。

（4）应用服务层（SaaS）：为智慧坝区管理平台三维应用体系提供统一的信息资源共享和框架支撑，面向坝区各级管理部门相关人员提供符合其权限的场景化应用与数据功能服务。用户借助各种终端设备，获取服务资源，包括坝区三维可视化管理系统、坝区通行巡检管理系统（Web+小程序）、电子沙盘、运行维护管理系统。

1.2.2业务架构

智慧坝区管理平台将作为坝区日常管理、应急指挥、决策分析等业务工作执行的重要依托，汇聚坝区管理工作所需要的各类数据信息，搭建集多源数据于一体的三维可视化管理应用场景。平台作为业务人员管理、分析各项业务数据的枢纽，将实现与技防系统软硬件的融合与交互，为管理部门输出可供决策、分析的综合成果信息，助力坝区管理工作的提质增效。管理平台业务架构如图2所示。

1.2.3系统网络结构

智慧坝区管理平台将根据不同操作群体需求，部署不同网络环境，包括外部互联网和内部局域网等。其中数据中心和核心业务系统将依托内部局域网，保障数据与运行安全，小程序则部署在外部互联网，便于日常查看及管理。

1.2.4系统基础设施

在信息系统总体框架的基础上，开展网络、计算、存储、安全保障能力建设，满足系统部署运行、信息共享协同、数据安全可靠等需求，主要包括网络环境建设与完善、应用部署与运行环境建设、安全环境建设等。

（1）网络环境建设：基于业务网，采用以太组网链路或光纤链路，通过接入路由器就近接入相应互联网网络汇聚节点。包括对外服务区、数据存储管理区和数据生产加工区。

（2）应用部署与运行环境建设：包括Web应用服务器、数据库服务器，具备集群能力，提供高可用性服务和负载均衡。

（3）安全环境建设：严格按照国家有关重要信息系统等级保护的要求部署安全产品，应对平台广域网环境下面临的安全威胁。涉密系统应严格按照国家涉密信息系统分级保护要求建设并通过测评。

（4）其他系统环境建设：配置相应的不间断电源（UninterruptiblePowerSupply，UPS），以提高整个运行环境的稳定性、可靠性，进而克服由于供电问题，造成的系统运行宕机、中断等问题。

2智慧坝区管理平台的应用

2.1平台功能模块

2.1.1集成化数据管理系统

智慧集成管理平台基于CGCS2000平面坐标系统，1985国家高程基准构建统一的项目测绘基准，并在此基础上收集并整理倾斜摄影、正射影像、DEM等10类成果数据，形成统一的综合数据库，实现数据集成管理。各类数据成果情况见表1。

2.1.2可视化管理系统

智慧集成管理平台汇聚坝区地上、地表、地下三维模型，搭建全空间全要素信息融合的三维应用场景，接入视频监控、出入口控制、入侵报警、公共广播、无线对讲、电子巡更、智慧交通等技防系统设施，实现大型水电站坝区人防、物防、技防的可视化管理，为管理部门提供清晰便捷的可视化面板和成果信息服务。

1. 综合态势感知：通过三维场景综合展示全坝区三维数据信息、技防设施设备点位信息、对接技防系统基础与分析成果信息，实现水电站全局信息的一图表达。

（2）三维场景浏览展示：支持三维场景的浏览查看，可对三维场景进行移动、放大缩小、场景快照等操作，场景中的信息可随浏览视角的变化自动加载。

（3）场景分析工具：管理平台提供距离量测、面积量测、场景漫游、动态剖切等三维基础分析工具，支持三维场景下的全方向前进、后退、漫游、自定义路径巡视功能。

其中，智慧安防为目前已实现的智慧坝区管理平台核心功能模块，主要对接坝区智能安防系统平台及相关视频监控系统。

（1）视频监控模块：主要对接各摄像头设备，并展示重点关注的视频监控，同时将对应的设备点位在三维场景中展示，并对视频报警进行了展示与统计。

（2）出入口控制模块：主要对接出入口控制系统，包括人员通行记录和车辆通行记录的查看、搜索以及数据导出。同时，具有一键布防、一键撤防功能，实现平台和物理设备的联动。

（3）入侵报警模块：主要对接各入侵报警设备，包括入侵报警信息及地图中的展示。同时，对核心区、控制区、限制区等不同安防级别区域的报警记录分别形成统计报表。

2.1.3数字化运维管理系统

运行维护管理系统，包括数据管理维护与后台运行维护，为系统运维人员提供数据管理、用户管理、权限管理、日志管理、用户认证等功能，提升系统运维的便捷性。

其中，数据管理维护模块主要提供管线数据、监测数据、物防技防人防设施数据等的统一入库和管理。同时支持坝区影像数据、矢量电子地图、倾斜摄影数据、地质模型、管线模型等数据的服务发布；日志管理模块提供系统用户登录、数据操作等日志信息，为系统管理员分析平台运行情况和监控平台用户提供支撑。

后台运行维护管理系统提供场景初始位置参数、系统配置、系统服务信息等基础配置功能，并提供数据节点的管理服务。同时，有效整合与统一用户中心统一认证的对接，实现专业用户单点登录（SingleSignOn，SSO）、访问控制并采用相关的安全机制，增强用户身份认证过程的安全性。

2.2平台应用成果

2.2.1实现实时监控与预警，提升安全保障能力

智慧坝区管理平台通过部署各类传感器和监控设备，建立坝区地质模型等搭建并完善三维可视化系统，提高水电站坝区数字化程度，实现对水电站坝区的实时监控。坝区内地质变化情况、管线布置情况、各保卫分区突发事件情况，以及技防、物防、人防等设备运行状态等均能实现实时采集，并监测异常变化触发预警机制。同时，平台将自动生成预警报告，并详细记录，为管理人员的决策提供有力支持。智慧坝区管理平台在水电站坝区的应用，使得管理人员能够实时掌握坝区的运行状态和安全状况，及时发现潜在的安全隐患并采取有效措施进行处治，切实提升水电站坝区的安全保障能力。

3.2.2优化调度与决策，提升维护效率与管理水平

智慧坝区管理平台通过集成先进的调度优化算法和决策支持系统，实现了对水电站坝区维护工作的优化管理。通过对坝区通行和安全巡查的信息化管理、设备设施的可视化管理，实现水电站坝区人、车、物的综合管理，优化电子巡更线路、合理配置坝区公共资源。同时面向系统运维人员提供一站式运维管理平台，减少日常管理工作的重复化与低效化，实现管理效率与水平的双提升。

3结语

大型水电站作为水利行业的重要组成部分，其坝区安全运行对于保障国家能源安全和经济发展具有重要意义。智慧坝区管理平台作为水电站智能化管理的关键手段，其应用成果日益显现。本文提出的大型水电站智慧坝区管理平台实现了各业务场景的加载，对集成化数据管理、可视化管理、数字化运维等方面的功能模块设计以及应用进行了探讨，提供了高效、便捷、可靠的大型水电站坝区管理方案，不仅有助于水电站的安全运行和效益提升，也为未来智慧水利坝区建设提供了宝贵的经验和借鉴。当然，大型水电站智慧坝区管理平台的应用仍面临一些挑战，如在保障系统安全性的同时提高开放性与可拓展性、后续应用场景拓展延伸等。未来，需要进一步加强技术研发和人才培养，推动智慧坝区管理平台在大型水电站的应用不断深化和完善。

参考文献

[1] 陈翔.数字化监管视角下水库型水源地生态安全评价研究[D].杭州：浙江大学，2023.

[2] 黄文钰，刘光洪，柳翔，等.新丰江水电站大坝安全在线监控与BIM建模智慧大坝管理平台的实施与运行情况[J].大坝与安全，2022（2）：6-8，17.

[3] 舒安稳.新形势下大型水电站智慧管理的必要性研究[J].水电与新能源，2023，37（9）：1-3.

[4] 王欣垚，郑兆信，欧阳明鉴.三维可视化管理平台在水电站工程管理中的应用研究[J].水力发电，2021，47（11）：118-124.

[5] 宋晓杰.城市水安全评价与水安全智慧管理研究[D].长沙：中南大学，2023.