寶安區(qū)五指耙水庫信息化建設(shè)方案淺析

朱東陽

（深圳市深水水務(wù)咨詢有限公司,廣東 深圳 518000）

1 引言

水庫信息化建設(shè)可提高水庫管理工作效率和水平,對水庫工程安全和效益發(fā)揮具有十分重要的作用。目前,我國有較多的水庫工程信息化建設(shè)水平較為落后,導(dǎo)致水庫管理工作難度大,需要耗費大量的人力、物力,且難以取得良好的管理效果。因此,有較多的水庫工程采取了信息化建設(shè)工作,取得了良好的效果。

2 五指耙水庫信息化建設(shè)存在的主要問題

目前水庫信息化存在以下問題：大壩無沉降、變形、滲壓自動化監(jiān)測設(shè)備；視頻監(jiān)控系統(tǒng)年久失修,系統(tǒng)運行年限7～8 年,大多數(shù)已不能正常運行,經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn),有近40處攝像頭不可用,系統(tǒng)有新建需求；水庫管理現(xiàn)場尚未接入水務(wù)信息政務(wù)網(wǎng)；無專用機柜。故項目信息化建設(shè)是必要的。為便于工程運行管理,水庫設(shè)置監(jiān)控管理中心用房,實現(xiàn)上級調(diào)度運行管理、視頻會商等,上下互聯(lián),智慧水務(wù)信息全面共享、存儲。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

按照信息系統(tǒng)微服務(wù)架構(gòu)的建設(shè)思路,采用先進的、科學(xué)的信息技術(shù),搭建“四橫兩縱”的系統(tǒng)總體框架,盡可能地避免未來的重復(fù)建設(shè),為系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)。為便于工程運行管理,水庫設(shè)置監(jiān)控管理中心用房,實現(xiàn)上級調(diào)度運行管理、視頻會商等,上下互聯(lián),智慧水務(wù)信息全面共享、存儲。

信息系統(tǒng)邏輯構(gòu)成從層次上從下往上包括：信息采集系統(tǒng),通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)交換,數(shù)據(jù)中心,應(yīng)用支撐平臺,應(yīng)用系統(tǒng)等構(gòu)成。自動化監(jiān)控系統(tǒng)按照業(yè)務(wù)需求和國家標準的要求,單獨配置在控制專網(wǎng)之中。系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

五指耙水庫工程信息化按照深圳市智慧水務(wù)要求,依托市政云平臺和城市大數(shù)據(jù)中心,構(gòu)建從物聯(lián)感知、基礎(chǔ)設(shè)施、大數(shù)據(jù)中心到業(yè)務(wù)應(yīng)用的四層架構(gòu)和信息安全、標準規(guī)范兩大保障體系,形成“四橫兩縱”的智慧水務(wù)一體化平臺。

（1）物聯(lián)感知層

本項目重點建設(shè)物聯(lián)感知體系,針對水工建筑物、閥井、閘門等對象進行水情、水量、水質(zhì)、工情、視頻實時監(jiān)測監(jiān)控,采用衛(wèi)星遙感、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)構(gòu)建工程的智能感知體系。

（2）基礎(chǔ)設(shè)施層

根據(jù)項目自動化控制、視頻監(jiān)控、安全監(jiān)測等多類數(shù)據(jù)傳輸需求,構(gòu)建覆蓋庫區(qū)的控制專網(wǎng)和視頻專網(wǎng),為智能感知采集提供網(wǎng)絡(luò)支撐；建設(shè)水庫管理監(jiān)控中心,利用政務(wù)外網(wǎng),為數(shù)據(jù)交換、信息共享、值班監(jiān)控、調(diào)度指揮提供基礎(chǔ)設(shè)備。

（3）平臺層

深圳市智慧水務(wù)云平臺主要圍繞以深圳市政務(wù)云為主的構(gòu)建方式,能夠根據(jù)前端業(yè)務(wù)需求按需自動擴容,實現(xiàn)運維自動監(jiān)控等。通過政務(wù)外網(wǎng)實現(xiàn)各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與歸集。將水雨情、視頻監(jiān)控、大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一歸集于區(qū)政數(shù)局,后傳輸至深圳市水務(wù)大數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)從大數(shù)據(jù)中心獲取。其相關(guān)配置與智慧水務(wù)一期項目保持一致。見圖2。

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

4 應(yīng)用系統(tǒng)工程設(shè)計

五指耙水庫管理平臺直接利用寶安區(qū)建設(shè)的智慧水務(wù)水庫綜合管理系統(tǒng),其中功能模塊包括綜合展示、監(jiān)測管理、日常管理、移動巡檢等。其中監(jiān)測管理為管理人員日常使用較多功能,包括視頻監(jiān)控、水雨情監(jiān)測、安全監(jiān)測、監(jiān)測預(yù)警及相關(guān)性分析等功能?？赏ㄟ^該系統(tǒng)查看視頻監(jiān)控,隨時了解水庫庫區(qū)情況。寶安區(qū)水庫綜合管理系統(tǒng)的功能如下：

1）綜合展示。借助于地理信息系統(tǒng),通過一張地圖的形式展示水庫相關(guān)工程和設(shè)備的監(jiān)測和統(tǒng)計信息,以可視化、形象化的方式將水庫的主要信息進行集中展示,真正實現(xiàn)水庫數(shù)據(jù)與空間地理信息的一體化的聯(lián)動查詢,并可進行預(yù)測等高級查詢,為水庫管理調(diào)度提供依據(jù)。

2）監(jiān)測管理。集成水庫視頻監(jiān)控、水雨情監(jiān)測等監(jiān)測信息,并分析顯示位移、滲壓、滲流的安全監(jiān)測,根據(jù)閾值進行監(jiān)測預(yù)警,并對位移-滲壓-滲流-水位-庫容進行相關(guān)性分析。

3）日常管理。對水庫注冊登記、基本信息、維護養(yǎng)護、安全鑒定等進行管理。

4）水庫管理移動應(yīng)用。提供移動巡檢,實現(xiàn)巡檢移動化辦公,并提供管理端,便于任務(wù)的上報與處理。本項目應(yīng)用系統(tǒng)保持充分利用寶安區(qū)智慧水務(wù)水庫綜合管理系統(tǒng),在寶安區(qū)智慧水務(wù)建設(shè)時,該系統(tǒng)已完成與寶安區(qū)業(yè)務(wù)中臺服務(wù)及寶安區(qū)統(tǒng)一身份認證和統(tǒng)一消息服務(wù)的對接。因此本項目不另行對接服務(wù)。由于本項目所利用的系統(tǒng)已部署在政務(wù)云上,且本項目建設(shè)政務(wù)外網(wǎng),利用政務(wù)外網(wǎng)訪問水庫綜合管理系統(tǒng),因此水庫業(yè)務(wù)運行過程中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)滿足實時、全量匯聚到寶安區(qū)大數(shù)據(jù)資源中心的條件。本項目由于沿用寶安區(qū)智慧水務(wù)水庫綜合管理系統(tǒng),系統(tǒng)已做好用戶角色的權(quán)限管理與分配工作,按照流程向上級申請可開通用戶權(quán)限。

5 分項技術(shù)方案

5.1 水雨情環(huán)境量監(jiān)測

水庫大壩現(xiàn)場設(shè)有水位計、雨量計、水尺等觀測設(shè)施,雨量與水位觀測數(shù)據(jù)通過無線傳播。目前水庫為五指耙水廠備用水源,也對周圍河道補水,水質(zhì)監(jiān)測采用人工取樣,數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng),頻率1 次/月。

大壩上游水位監(jiān)測布置有人工觀測水尺,水尺采用56 高程系統(tǒng),這次更換水尺,按85 高程標定。水位計、雨量計布置于閘門啟閉房,更換損壞的雨量計,通過交換機接入局域網(wǎng),數(shù)據(jù)存儲在本地,通過政務(wù)外網(wǎng)將水雨情監(jiān)測數(shù)據(jù)集成至深圳市大數(shù)據(jù)中心。

5.2 水庫閘門自動化控制系統(tǒng)

對水庫閘門啟閉機進行自動化集中管理和控制,在閘室設(shè)置一套現(xiàn)地測控單元,實現(xiàn)對站點內(nèi)設(shè)施的自動控制。在中控室內(nèi)設(shè)置一套中控層計算機監(jiān)控設(shè)備,實現(xiàn)對管理范圍內(nèi)工藝設(shè)備的集中控制。在控制層預(yù)留遠方調(diào)度接口。中控層與現(xiàn)地控制層之間通過自建光纜進行網(wǎng)絡(luò)通訊,控制層可與遠方調(diào)度層或政務(wù)網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)接入,設(shè)置防火墻等保護,確保系統(tǒng)信息安全。

5.3 工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)

本次監(jiān)測設(shè)施的改造設(shè)計主要為增設(shè)變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測,同時將現(xiàn)有量水堰一并接入安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)。將GNSS 測點（28個）、各測壓管內(nèi)滲壓計（54支）、量水堰計（1支）接入大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng),實現(xiàn)變形、大壩滲流滲壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集。同時,可導(dǎo)入水位計、雨量計及人工監(jiān)測數(shù)據(jù),實現(xiàn)對所有大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)（含人工和自動化數(shù)據(jù)）的存儲和整編。

本工程監(jiān)測自動化系統(tǒng)采用分布式、開放性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。在水庫管養(yǎng)房內(nèi)布置1 個監(jiān)測中心站。監(jiān)測中心站的主要作用是工作站和服務(wù)器通過安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)對監(jiān)測管理站自動采集、其它半自動、人工測讀的數(shù)據(jù)、工程所有與安全監(jiān)測相關(guān)的文檔資料進行集中統(tǒng)一管理,且通過安全分析評價系統(tǒng)進行監(jiān)測資料的分析和發(fā)布工作。數(shù)據(jù)信息通過局域網(wǎng)外接光纜到政務(wù)網(wǎng),匯聚到寶安區(qū)大數(shù)據(jù)資源中心。

5.4 視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)

視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)由前端設(shè)備（現(xiàn)地攝像機）、網(wǎng)絡(luò)及傳輸設(shè)備、控制中心設(shè)備（管理終端設(shè)備）等三部分組成。對年久失修的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行整體更換,基于先前的布設(shè)位置配備59 個新攝像頭。庫尾臨五指耙體育主題公園,人流量較大,考慮到庫區(qū)安防,需沿庫尾增設(shè)10 個攝像頭,以光纖傳輸。出于經(jīng)濟性考慮,經(jīng)排查能正常運行的舊攝像頭應(yīng)繼續(xù)使用,通過接入新建的監(jiān)控系統(tǒng)來加密布設(shè)點位。

系統(tǒng)新建后,視頻監(jiān)控覆蓋水尺,大門,壩后坡,泄洪閘門,溢流道下游行洪通道等部位,攝像頭包含防雷模塊,管理單位安排工作人員進行維護。并根據(jù)各感知部位業(yè)務(wù)場景,實現(xiàn)智能AI 感知與自動報警功能。

6 結(jié)語

為了提高水庫信息化建設(shè)水平,根據(jù)五指耙水庫的工程特性、建設(shè)現(xiàn)狀以及精細化管理需求,進行水庫信息化系統(tǒng)建設(shè)。五指耙水庫項目信息化建設(shè)主要內(nèi)容包括感知體系建設(shè)、通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、水庫管理系統(tǒng)建設(shè)。水庫的長期安全運行是項目功能有效發(fā)揮的重要保證,在工程運行期,需加強工情感知體系和自動化控制系統(tǒng)建設(shè),形成從數(shù)據(jù)采集到存儲、管理、使用的完整體系,從而及時獲取各建筑物、設(shè)施設(shè)備等工作形態(tài),實行工程運行的實時化監(jiān)管,為合理評價結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)提供決策依據(jù)。