東陽橫錦大型水庫標準化運行管理平臺的建設

馬東進，張盛陽，金 晶，王 斌，林 通，徐彬彬

（1. 東陽市橫錦水庫管理局，浙江 東陽 322119；2.浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州 310009）

1 現(xiàn)狀分析

東陽市橫錦水庫是一座以灌溉、防洪為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大(二)型水庫，水庫位于錢塘江流域東陽江上游，距東陽市28 km。壩址以上集雨面積378 km2，水庫總庫容2.74億m3，正常庫容1.70億m3，灌溉農(nóng)田10.2萬畝，防洪受益3.2萬畝，建有一級電站和二級電站各1座，總裝機11 750 kW，多年平均年發(fā)電量2 020萬kW·h。

橫錦水庫在水庫除險加固、歷年自動化改造、灌區(qū)節(jié)水配套改造項目中建設了部分自動化、信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)了水雨情自動采集、庫區(qū)（灌區(qū)）視頻監(jiān)視、大壩安全監(jiān)測、灌區(qū)閘門自動化控制等功能，由于這些系統(tǒng)都是單獨建設，使用各自的數(shù)據(jù)和應用體系，沒有形成一個系統(tǒng)的、統(tǒng)一的平臺，因此還存在數(shù)據(jù)不共享、標準不統(tǒng)一的問題，數(shù)據(jù)共享性、使用的方便性還有待于提高，信息化應用水平和水庫管理的實際需要還存在一定距離。

（1）水雨情采集系統(tǒng)。在水庫內(nèi)已建設水雨情遙測站一座，采用直井式水位臺和浮子水位計進行水位采集，采集數(shù)據(jù)通過語潤平臺進入省防汛信息平臺，管理人員通過語潤平臺查看水位和雨量信息。

（2）視頻監(jiān)視系統(tǒng)。目前，橫錦水庫已在重要水工建筑物、重要設備設施、啟閉機房、辦公區(qū)域、重點安保區(qū)域安裝有視頻監(jiān)視探頭。已建的視頻監(jiān)視系統(tǒng)分3種類型，①安裝時間較早的模擬式視頻攝像頭，采用同軸電纜連至區(qū)域視頻節(jié)點進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過光纖傳入控制中心內(nèi)；②安裝時間較晚的網(wǎng)絡高清攝像頭，采用網(wǎng)絡信號直接連入控制中心；③公安系統(tǒng)安裝的公共安防攝像頭，管理人員需要進入公安系統(tǒng)的視頻發(fā)布頁面進行監(jiān)控圖像的獲取。

（3）大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)。橫錦水庫已建大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，整套系統(tǒng)由浙江廣川咨詢有限公司進行安裝和集成，監(jiān)測項目有變形、滲流等，大壩安全維保人員每15 d前往監(jiān)測點對采集的數(shù)據(jù)進行鑒定和整編。

（4）洪水預報系統(tǒng)。洪水預報系統(tǒng)為河海大學2003年開發(fā)，但邊界條件已出現(xiàn)重大改變（上游增加了2座水庫），預報系統(tǒng)未根據(jù)實際情況進行重新率定和調(diào)整，目前已不具備預報能力。

（5）供水量監(jiān)測。目前有3個取水口，均位于電站尾水池，其中東陽取水口2處、義烏取水口1處。東陽第一取水口取水形式為管道取水，未安裝流量計。其余兩處取水口取水形式為管道取水，安裝有插入式電磁流量計。水庫管理人員目前對取水計量信息的獲取采用兩種形式，①通過水廠的取水量監(jiān)視網(wǎng)頁進行獲?。虎谕ㄟ^安裝在流量計上位機的視頻攝像頭獲取流量顯示屏現(xiàn)場視頻來判斷取水量。

（6）巡查系統(tǒng)。水庫已經(jīng)配有大壩巡查系統(tǒng)1套，配有巡查終端1套，主要用于水庫大壩范圍內(nèi)的巡查。

（7）灌區(qū)信息化情況。灌區(qū)通過“東陽市農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)橫錦水庫中型灌區(qū)節(jié)水配套改造工程”項目進行了一部分信息化內(nèi)容建設，主要建設內(nèi)容為閘門自動化控制站2個，視頻監(jiān)視站6個，流量監(jiān)測站3個，灌區(qū)調(diào)度中心1個。

2 建設必要性分析

（1）形成統(tǒng)一平臺，充分發(fā)揮已建系統(tǒng)作用。為了使系統(tǒng)能夠靈活適應業(yè)務需求的變化，面對新應用具有可擴展性，信息和應用資源方面高度共享，避免出現(xiàn)信息孤島，采用一體化平臺化的設計思路，綜合集成現(xiàn)有各類信息化系統(tǒng)，打通信息孤島，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)和一體化綜合管控系統(tǒng)，并提供統(tǒng)一的訪問機制，實現(xiàn)不同權(quán)限用戶的數(shù)據(jù)訪問和業(yè)務應用，達到信息資源共享和業(yè)務協(xié)同的目標，形成合力，充分發(fā)揮已建系統(tǒng)作用。

（2）提高管理水平，保證工程安全穩(wěn)定運行。工程標準化運行管理平臺集成了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)服務、業(yè)務應用等各個層級的信息化資源，使用信息化技術(shù)打通工程管理的各個環(huán)節(jié)，為工程觀測、調(diào)度運行、維修養(yǎng)護、設施管理等工程管理業(yè)務提供了現(xiàn)代化管理手段，提高了工程管理水平，是傳統(tǒng)工程管理轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)工程管理的重要標志。標準化運行管理平臺建成后將為工程管理人員提供便捷高效的管理工具。平臺將為管理人員提供及時的數(shù)據(jù)、方便的通信，進一步提高工程管理效率，提高工程效益，減輕工作強度，保證工程安全穩(wěn)定運行。

（3）提供技術(shù)保障，實現(xiàn)工程標準化管理。浙江省水利廳在2016年初提出了水利工程標準化管理的目標，要求將水利工程的監(jiān)測監(jiān)控、預警預報、調(diào)度運行、維修養(yǎng)護和監(jiān)督檢查、考核評估，整合在同一信息化平臺上，把水利工程標準化管理的各項內(nèi)容、各個環(huán)節(jié)和各個流程細化到元素，和人員職責、崗位職責相結(jié)合，使水利工程管理運行的各項工作程序化，提高管理精細化程度和管理效率。水庫工程標準化運行平臺覆蓋管理責任、安全評估、運行管理、維修養(yǎng)護、監(jiān)督檢查、隱患治理、應急管理、教育培訓、制度建設、考核驗收等各環(huán)節(jié)，為水利工程標準化管理的責任具體化、工程防汛和安全運行管理目標化、人員定編（崗）化、管理經(jīng)費預算化、設施設備完整化、日常監(jiān)測檢查規(guī)范化、維修養(yǎng)護常態(tài)化、人員崗位培訓制度化、管理范圍界定化、環(huán)境綠化美化、信息化等“十一個化”要求提供了展示和監(jiān)督考核工具和信息化技術(shù)保障。同時，工程標準化運行管理平臺將對接省、市、縣三級水利工程標準化管理和監(jiān)督服務平臺，實現(xiàn)了網(wǎng)上實時監(jiān)控和現(xiàn)場實地監(jiān)督檢查相結(jié)合。通過標準化運行管理平臺的建設，倒逼工程標準化管理體系和運行管理機制的形成。

3 建設目標及總體框架

3.1 建設目標

系統(tǒng)建設的總體目標是：通過建設“東陽市橫錦水庫標準化運行管理系統(tǒng)”，利用信息化手段對工程標準化管理在管理責任、安全評估、運行管理、維修養(yǎng)護、監(jiān)督檢查、隱患治理、應急管理、教育培訓、制度建設、考核驗收等各環(huán)節(jié)提供全面支撐，同時整合已建水文測報、大壩安全監(jiān)測、視頻監(jiān)視等各個單列系統(tǒng)，形成工程統(tǒng)一管控平臺，實現(xiàn)水庫標準化管理要求，保障工程安全、提高工程效益和工作效率，切實提高工程管理水平。

（1）健全管理工作流程。系統(tǒng)將推進工程管理流程的標準化、科學化、規(guī)范化，規(guī)范業(yè)務流程，減少業(yè)務隨意性帶來的弊病。通過業(yè)務流程的重組，使業(yè)務流程更趨合理。在實施過程中，為了保證管理業(yè)務的規(guī)范與標準，主要從以下幾個方面來進行：根據(jù)物資、設備、人員、資金等狀況，建立科學完整的編碼系統(tǒng)與基礎數(shù)據(jù)管理規(guī)范，實現(xiàn)數(shù)據(jù)及資源的集成共享，使資源得到統(tǒng)一規(guī)范化管理，提高管理效率；系統(tǒng)應提供標準化管理流程，并且通過在項目需求調(diào)研階段搜集水庫管理各方面業(yè)務流程與系統(tǒng)中提供的流程庫進行整合，形成水庫管理標準化、規(guī)范化、科學化的流程體系并且通過系統(tǒng)進行有效固化；通過流程的固化，引申出每個流程控制點崗位的崗位職責，明確管理中每個員工具體的崗位職責和任務，真正實現(xiàn)權(quán)責分明并且通過流程和崗位職責進行有效的固化并嚴格執(zhí)行；另外，將每個工作崗位的崗位職責均做成在線可查，只要進入系統(tǒng)，就能明確自己的工作性質(zhì)和職責范圍，明確本職工作并進行規(guī)范操作。

（2）提供業(yè)務工作平臺。在信息集成平臺上，融入適合水利工程的先進管理思想與管理理念，將管理流程標準化、規(guī)范化，為管理、生產(chǎn)業(yè)務提供工作平臺，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化，取代了傳統(tǒng)的手工操作方式，實現(xiàn)管理和生產(chǎn)業(yè)務的科學化、有序化、流暢化。建立、健全工程管理范圍內(nèi)的信息集成平臺，實現(xiàn)管理數(shù)據(jù)在指定的范圍內(nèi)授權(quán)共享。

（3）實現(xiàn)管理信息全景可視。通過物聯(lián)網(wǎng)、GIS、全景圖、無人機等技術(shù)，實現(xiàn)水庫水雨情、工情、安全信息等水庫相關(guān)數(shù)據(jù)的全景可視化，通過地圖、工程布置圖等對各類信息實現(xiàn)直觀展現(xiàn)，便于掌握工程實時運行情況。同時，建設移動應用系統(tǒng)，可以隨時隨地通過手機、PAD等移動終端對水庫情況進行查詢。

3.2 總體框架

系統(tǒng)總體架構(gòu)由采集及基礎設施層、數(shù)據(jù)層、運行管理平臺組成。采集及基礎設施層提供實時數(shù)據(jù)采集及自動化、網(wǎng)絡、云平臺等基礎設施，數(shù)據(jù)層利用綜合數(shù)據(jù)庫對原有和新建系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)進行整合，并提供空間數(shù)據(jù)，為運行管理平臺提供數(shù)據(jù)服務，運行管理平臺實現(xiàn)標準化管理各項功能，直接面向水庫管理和生產(chǎn)人員，并提供移動服務。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

4 主要建設內(nèi)容

采用公有云計算平臺作為系統(tǒng)運行環(huán)境，可以節(jié)約服務器購置費用，同時也減輕了系統(tǒng)建成后硬件系統(tǒng)的運維壓力。

在已建系統(tǒng)的基礎上，為支撐工程標準化管理，需要進一步完善工程信息化基礎設施，主要包括采集系統(tǒng)完善、標準化信息管理中心建設、云平臺建設、巡查系統(tǒng)等。

4.1 采集系統(tǒng)

采集系統(tǒng)按照標準化管理的要求，完善水雨情、工情、視頻、安全等各項監(jiān)測設施，具體內(nèi)容如下：

（1）水雨情采集

通過連入省水文局雨潤數(shù)據(jù)庫，接入已建水雨情自動監(jiān)測點數(shù)據(jù)，將水雨情數(shù)據(jù)同步到綜合數(shù)據(jù)庫中。

另外建議在發(fā)電廠尾水池新建一個水位測站，采用雷達水位計采集實時水位，終端機處理后通過GPRS系統(tǒng)發(fā)送到中心站。

（2）工情采集

采集溢洪道泄洪閘工作閘門的閘位信息，共5扇閘門閘位數(shù)據(jù)需要采集?，F(xiàn)狀閘位數(shù)據(jù)都是在本地顯示，其中3扇閘門采用機械閘位計，2扇采用電子閘位計，都需要進行改造。

機械閘位計對碼盤進行更換，能夠輸出閘位數(shù)字信號，將閘位數(shù)字信號經(jīng)終端機處理后，通過GPRS傳輸網(wǎng)絡發(fā)送到標準化管理中心。對電子閘位計進行改造，使之可以將閘位計信號連入新配備的終端機，閘位數(shù)字信號經(jīng)終端機處理后，通過GPRS傳輸網(wǎng)絡發(fā)送到標準化管理中心。

（3）水量數(shù)據(jù)采集

水量數(shù)據(jù)是整個水庫防洪調(diào)度和供水調(diào)度的重要信息化基礎。

1）水量分析

出庫流量＝溢洪道下泄流量+電站尾水流量

電站尾水流量＝義烏供水口流量+東陽水廠供水口流量+干渠流量+干渠溢流量。

2）水量數(shù)據(jù)來源（表 1）

表1 水量數(shù)據(jù)來源現(xiàn)狀表

3）流量監(jiān)測設計

入庫流量和出庫流量都是通過洪水預報系統(tǒng)推算，現(xiàn)狀由于邊界條件影響，精度不高，在本項目中通過洪水預報系統(tǒng)改造提高精度；義烏和東陽水廠供水口已安裝流量計，通過對終端改造和數(shù)據(jù)集成的方法集成流量數(shù)據(jù)；干渠流量需要新建，在渠邊安裝多普勒流量計量測實時流量數(shù)據(jù)，積算儀積算累計流量，通過終端機處理后發(fā)送到中心站；電站尾水流量和溢洪道下泄流量現(xiàn)狀都是通過工況進行推算，準確度不高，此次在電站機組進水壓力鋼管處安裝外置式超聲波流量計實現(xiàn)實時流量監(jiān)測，溢洪道閘門下泄流量重新根據(jù)實測和水力學方法標定工況（水庫水位、閘門開度）和下泄流量對應關(guān)系，并建立數(shù)據(jù)模型，根據(jù)模型數(shù)據(jù)推算實時下泄流量。

（4）灌區(qū)采集設施完善

《東陽市水利工程標準化管理實施方案（2016～2020年）》中對灌區(qū)要求“2處灌區(qū)各需布置水位監(jiān)測站點2處，雨量監(jiān)測站點2處。共計水位監(jiān)測站點4處，雨量監(jiān)測站點4處?！?/p>

根據(jù)上述要求，在南干渠首和北干渠首分別建設一處水位雨量監(jiān)測站。為不增加土建工程量，采用立桿方式配合雷達水位計方式建設。

4.2 標準化信息管理中心

新建標準化信息管理中心，作為水庫信息的管理中心、調(diào)度中心、指揮中心。標準化管理中心設在水庫管理局辦公樓三樓。中心配備大屏系統(tǒng)1套，工作站6臺，移動工作站2臺，工作臺3套。

（1）大屏系統(tǒng)

會商會議系統(tǒng)改造方案計劃配置1套LCD大屏拼接顯示系統(tǒng)。拼接顯示系統(tǒng)采用12塊46"LED光源的LCD拼接單元，組成3行4列的拼接墻，要求采用拼縫小于5.7 mm的產(chǎn)品。

拼接屏單塊屏分辨率不低于1920×1080，設有拼接控制器，可實現(xiàn)單屏顯示、整屏顯示以及畫面的屏間漫游。

本項目所選用產(chǎn)品在企業(yè)質(zhì)量控制、產(chǎn)品設計和制造生產(chǎn)活動中，應具備以下國家和行業(yè)標準，且需在投標文件中列明：中國國家強制性產(chǎn)品認證（3C認證）多屏幕拼接墻。

作為LCD大屏幕系統(tǒng)的核心，液晶顯示單元的顯示效果和性能決定了整套系統(tǒng)的顯示效果和性能。考慮到實際應用需求，方案中的顯示單元可以在狹小空間場地上進行靠墻安裝，滿足現(xiàn)場實際環(huán)境縱深有限的布局要求。顯示單元產(chǎn)品特性要求如下：

1）高質(zhì)量大畫面顯示：46"超大液晶屏，1920×1080的物理分辨率，高質(zhì)量地實現(xiàn)大畫面高清顯示。

2）低功耗運行：產(chǎn)品需節(jié)能認證、1級能效標識。

3）具有較強的環(huán)境適應性，能滿足更多的使用環(huán)境，可以支持7×24 h連續(xù)工作，平均無故障時間超過50 000 h以上。長時間運行下無灼屏和殘影不良發(fā)生。

（2）工作站及移動工作站

配備5臺工作站作為標準化管理采集、視頻、應用、數(shù)據(jù)庫等工作站，另配1臺移動工作站作為移動工作使用。

（3）電源系統(tǒng)

為保證在斷電情況下標準化管理信息中心的正常運行，配備一套不間斷電源系統(tǒng)。不間斷電源系統(tǒng)由UPS主機和電池組成。

（4）標準化管理信息中心裝修

標準化管理信息中心設在管理局三樓，原為辦公室，需要進行重新裝修布置才能適應信息中心需要，裝修主要內(nèi)容為防靜電地板鋪設、機電和大屏系統(tǒng)隔斷、重新布線、網(wǎng)絡系統(tǒng)配置等。另外需要配備部分工作臺。

4.3 云平臺

采用公有云計算平臺作為系統(tǒng)運行環(huán)境，可以節(jié)約服務器購置費用，同時也減輕了系統(tǒng)建成后硬件系統(tǒng)的運維壓力?，F(xiàn)在阿里云等云計算平臺已經(jīng)相當成熟，廣泛應用于各類專業(yè)化系統(tǒng)?！罢憬∷こ虡藴驶芾硇畔⒒ㄔO總體設計方案”中也要求水利工程標準化運行管理平臺將云平臺作為運行環(huán)境。

考慮系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)模，系統(tǒng)將采用公網(wǎng)帶寬20 M，云存儲1 T云盤數(shù)據(jù)云平臺作為系統(tǒng)運行的基礎平臺，費用計算按3年計。系統(tǒng)安全將依據(jù)國家相關(guān)網(wǎng)絡安全的法律法規(guī)采取嚴格的網(wǎng)絡安全措施保證系統(tǒng)安全，防止網(wǎng)絡入侵。

4.4 巡查系統(tǒng)

建立巡查系統(tǒng)，配備巡查終端和配套的射頻標識，實現(xiàn)巡查人員、巡查對象的定位和數(shù)據(jù)上傳。

巡查終端分配考慮管理局范圍配備2臺、橫錦水庫灌區(qū)配備8臺，水庫庫區(qū)配備2臺；射頻標識用于設施設備的自動識別，配備120個，基本覆蓋水庫主要設施設備，巡查終端和射頻標識配合能夠達到巡查點位的自動識別辨認，為巡查軟件平臺提供設備支撐。

4.5 其他設施

為滿足水庫標準化管理需要，另需配備一些其他設備，主要包括：

（1）考勤設備1套

用于人員上下班考勤，采用指紋自動識別，考勤數(shù)據(jù)自動上傳到管理中心。

（2）內(nèi)保門禁系統(tǒng)1套

配備內(nèi)保門禁系統(tǒng)1套，由采用指紋識別方式的行人道閘系統(tǒng)和電站人員進出通道的IC卡電磁門禁系統(tǒng)兩部分組成。

（3）入門大屏系統(tǒng)1套

采用P10精度以上LED室內(nèi)大屏作為管理局辦公樓入門大屏系統(tǒng)，用于展示水庫實時情況和水庫新聞等。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)建成后，建議配備專門管理人員對系統(tǒng)運行進行統(tǒng)一管理。

（1）項目竣工驗收前，和已建信息化系統(tǒng)及水庫管理制度相結(jié)合，研究制定《橫錦水庫標準化運行管理平臺管理辦法》作為系統(tǒng)運行及維護的依據(jù)。

（2）本項目整合了橫錦水庫各類信息化系統(tǒng)及相關(guān)設施設備，技術(shù)要求較高、布點分散、維護工作量大，建議聘請專業(yè)化維保單位進行維護工作。

系統(tǒng)建成后重視后期運行管理，摒棄“重建輕管”和“重建輕養(yǎng)”的思想，在抓項目建設的同時，做好運行管理機制的建立和運行維護資金的落實工作，建立長效運行管理保障機制。運行管理人員配備由橫錦水庫管理局負責，配置管理人員1人，并制定嚴格的崗位職責。