金有杰，牛睿平，劉 娜

(1.水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，南京 210012 2.水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，南京 210012)

我國(guó)現(xiàn)有水庫(kù)9.8萬余座，其中小型水庫(kù)9.3萬余座[1]，占比接近95%，大部分建設(shè)于20世紀(jì)50-70年代，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)低、工程質(zhì)量差[2,3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1954年以來已潰壩總數(shù)中小型水庫(kù)占比96.4%，其平均病險(xiǎn)比例高達(dá)53.3%[4]，安全風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于大中型水庫(kù)工程。

當(dāng)前，小型水庫(kù)管理單位由于受到資金、人員、技術(shù)的限制，開展水庫(kù)安全監(jiān)管工作難度較大[5-7]。首先，小型水庫(kù)數(shù)量眾多，被動(dòng)式、單一性的管理理念與區(qū)域、流域化的水庫(kù)群主動(dòng)監(jiān)管、信息共享的迫切需求不相適應(yīng)[8]；其次，受經(jīng)費(fèi)所限，小型水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)手段以人工觀測(cè)為主，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)普及率不高；再者，小型水庫(kù)大多地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，專業(yè)監(jiān)管人員數(shù)量短缺、素質(zhì)參差不齊，僅僅依靠現(xiàn)場(chǎng)駐守人員難以實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、規(guī)范化管理，監(jiān)管水平和效率較低；最后，監(jiān)管方式的落后和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的缺失造成水庫(kù)大壩安全預(yù)警、洪水預(yù)報(bào)、調(diào)度聯(lián)調(diào)等專業(yè)化、科學(xué)化的分析應(yīng)用不夠深入，科學(xué)決策和管理能力有待提升。

水利信息化作為水利現(xiàn)代化的基礎(chǔ)支撐和重要標(biāo)志，以立體化監(jiān)測(cè)、精細(xì)化管理、規(guī)范化監(jiān)督、智能化決策和便捷化服務(wù)能力建設(shè)為主要工作[9-10]，是解決當(dāng)前小型水庫(kù)安全監(jiān)管問題的重要手段。本文充分梳理總結(jié)小型水庫(kù)安全監(jiān)管的特點(diǎn)和要點(diǎn)，探討小型水庫(kù)安全監(jiān)管模式；利用現(xiàn)代信息技術(shù)，搭建小型水庫(kù)安全分級(jí)監(jiān)管云平臺(tái)，提供一套穩(wěn)定、高效、科學(xué)、先進(jìn)的信息化監(jiān)管手段和技術(shù)服務(wù)方式。

1 監(jiān)管模式探討

1.1 小型水庫(kù)安全監(jiān)管特點(diǎn)分析

小型水庫(kù)安全監(jiān)管要充分考慮當(dāng)前小型水庫(kù)存在的問題和管理現(xiàn)狀，結(jié)合信息化技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)，分析其監(jiān)管特點(diǎn)及信息化管理模式需求。

高穩(wěn)定性：由于大部分小型水庫(kù)地處偏遠(yuǎn)，無人值守或值守人員管理水平有限，因此配備自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)小型水庫(kù)監(jiān)管的有效方式。與此同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行需要高穩(wěn)定性：增強(qiáng)系統(tǒng)自檢和糾錯(cuò)功能，保證正常運(yùn)行狀態(tài)下數(shù)據(jù)不丟失，意外中斷系統(tǒng)恢復(fù)后，可斷點(diǎn)續(xù)傳與自動(dòng)修復(fù)，提升系統(tǒng)無故障時(shí)間；降低系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行功耗，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命，盡可能減少人工維修養(yǎng)護(hù)的頻次。

成本可控：小型水庫(kù)信息化建設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)在于各水庫(kù)管理單位經(jīng)費(fèi)有限，自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維成本高，大部分水庫(kù)建不起、用不起。小型水庫(kù)的信息化監(jiān)管必須依靠集約化、高性價(jià)比的監(jiān)測(cè)設(shè)備以及具備通用性、可配置的應(yīng)用平臺(tái)軟件，讓小水庫(kù)監(jiān)管成本可控。

簡(jiǎn)便易用：人員管理水平參差不齊是制約小型水庫(kù)運(yùn)行管理的重要因素，水庫(kù)監(jiān)管采用的信息化手段需遵循操作方便、易學(xué)易用原則。監(jiān)測(cè)設(shè)備具備智能化、少人工干預(yù)的特點(diǎn)，應(yīng)用軟件界面友好、簡(jiǎn)易直觀，確?，F(xiàn)場(chǎng)人員能用、會(huì)用，現(xiàn)場(chǎng)管理人員只需確保監(jiān)管平臺(tái)供電、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備完好等基本條件。

實(shí)時(shí)性：掌握第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料是小型水庫(kù)安全監(jiān)管的必要要求，一方面，利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供全天時(shí)、全天候的水庫(kù)安全綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；另一方面通過信息化平臺(tái)建設(shè)，建立國(guó)家、省、市、縣、鄉(xiāng)不同等級(jí)的監(jiān)管平臺(tái)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享機(jī)制，并基于互聯(lián)網(wǎng)和固定式、移動(dòng)式終端設(shè)備，確保管理人員在常規(guī)狀態(tài)下隨時(shí)隨地獲取監(jiān)測(cè)信息，在應(yīng)急條件下第一時(shí)間獲取預(yù)警推送信息，對(duì)異常和險(xiǎn)情做出快速響應(yīng)。

先進(jìn)科學(xué)：采用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)手段建立基礎(chǔ)軟硬件平臺(tái)架構(gòu)，為穩(wěn)定監(jiān)測(cè)、高效管理、科學(xué)預(yù)警提供先進(jìn)的技術(shù)保障；在獲取自動(dòng)化和人工監(jiān)測(cè)多源數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系，在平臺(tái)上提供多種分析評(píng)價(jià)工具和手段，建立水庫(kù)安全評(píng)價(jià)、工程健康診斷、洪水預(yù)報(bào)和調(diào)度的專家?guī)?、模型?kù)、方法庫(kù)，確保平臺(tái)應(yīng)用科學(xué)合理、發(fā)揮實(shí)效。

主動(dòng)性：建立信息化監(jiān)管平臺(tái)，具備自動(dòng)監(jiān)測(cè)、預(yù)警推送、信息交互、系統(tǒng)自檢等功能，將傳統(tǒng)“被動(dòng)式”的監(jiān)管方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)”監(jiān)管，系統(tǒng)自動(dòng)判別監(jiān)測(cè)信息異常，分級(jí)預(yù)警推送至相關(guān)責(zé)任人；自動(dòng)編制和定期發(fā)布不同時(shí)段監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)；根據(jù)巡視檢查任務(wù)的定制自動(dòng)提示相關(guān)人員進(jìn)行日常巡檢任務(wù)，并提供智能巡檢手段；對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自檢自測(cè)，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行異常、分析問題原因，輔助人員排除系統(tǒng)運(yùn)行故障。

標(biāo)準(zhǔn)化：平臺(tái)設(shè)計(jì)和建設(shè)符合國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)方案、系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合現(xiàn)行《規(guī)范》、《辦法》和《細(xì)則》等有關(guān)規(guī)章要求，同時(shí)從統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、軟件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口等方面實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)建設(shè)，平臺(tái)建成后切實(shí)服務(wù)于小型水庫(kù)安全監(jiān)管實(shí)際工作。

安全性：信息化平臺(tái)建設(shè)需要采取全面的安全保護(hù)措施，具有防病毒感染、防黑客攻擊措施，同時(shí)在防雷擊、過載、斷電和人為破壞方面進(jìn)行加強(qiáng)，具有高度的安全性和保密性。對(duì)接入本平臺(tái)的設(shè)備和用戶，進(jìn)行嚴(yán)格的接入認(rèn)證，以保證接入的安全性。支持對(duì)關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵數(shù)據(jù)、關(guān)鍵程序模塊采取備份、冗余措施，有較強(qiáng)的容錯(cuò)和系統(tǒng)恢復(fù)能力，確保長(zhǎng)期正常運(yùn)行。

1.2 監(jiān)管工作要點(diǎn)

小型水庫(kù)安全監(jiān)管主要包括3個(gè)要點(diǎn)：①以信息化手段對(duì)水庫(kù)管理責(zé)任人和重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效監(jiān)管，明確行政、技術(shù)、巡查三個(gè)責(zé)任人主體，依托國(guó)家和地方各級(jí)監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化責(zé)任劃分，加強(qiáng)水庫(kù)管理責(zé)任監(jiān)督。②以應(yīng)急狀態(tài)下預(yù)防預(yù)警潰壩為核心任務(wù)，以汛限水位為不可觸碰的紅線原則，與防汛抗旱、山洪防治、氣象部門監(jiān)測(cè)等已有應(yīng)急平臺(tái)無縫對(duì)接，共享數(shù)據(jù)資源，提供應(yīng)對(duì)應(yīng)急突發(fā)事件的信息化監(jiān)管手段。應(yīng)急狀態(tài)下遠(yuǎn)程自動(dòng)啟用應(yīng)急監(jiān)測(cè)模式，并開辟監(jiān)測(cè)綠色通道，自主觸發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)汛期加密觀測(cè)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)部位重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)實(shí)時(shí)預(yù)警、安全度汛。③規(guī)范日常監(jiān)管工作，通過水庫(kù)基本信息管理、在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)警、巡視檢查、定期整編報(bào)告發(fā)布等基本功能建設(shè)，以信息化監(jiān)管手段與現(xiàn)場(chǎng)水庫(kù)人工管理相結(jié)合的方式強(qiáng)化日常監(jiān)管，補(bǔ)齊小水庫(kù)監(jiān)管短板。

1.3 分級(jí)監(jiān)管模式

基于小型水庫(kù)安全監(jiān)管特點(diǎn)及工作要點(diǎn)的分析，本文提出建立“單一水庫(kù)-區(qū)域/流域庫(kù)群-科研院所托管”的分級(jí)監(jiān)管模式，如圖1所示，建設(shè)包括自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理中心平臺(tái)、成套業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、技術(shù)支撐服務(wù)等在內(nèi)的多項(xiàng)內(nèi)容。支撐小型水庫(kù)信息化平臺(tái)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)全過程服務(wù)，實(shí)現(xiàn)小型水庫(kù)智能監(jiān)測(cè)、異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、綜合信息管理、分析預(yù)警發(fā)布及輔助決策的全鏈條監(jiān)管。

(1) 單一性小水庫(kù)監(jiān)管模式。由于各個(gè)水庫(kù)基本條件不同，為確保在現(xiàn)有條件下各水庫(kù)的監(jiān)管能力都能不同程度的得以提升，對(duì)于單一性水庫(kù)的監(jiān)管可以劃分為兩種方式，：針對(duì)條件較好的小型水庫(kù)可配備庫(kù)水位、雨量、大壩變形、大壩滲流、視頻圖像等較為齊全的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?，F(xiàn)場(chǎng)信息采集終端以無線或有線等多種通訊傳輸方式，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并上傳至水庫(kù)管理中心平臺(tái)，存入數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理，通過工作站對(duì)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行采集、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析和預(yù)警，并實(shí)時(shí)、定時(shí)向上級(jí)管理單位上報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、異常警情以及整編報(bào)告。

對(duì)于條件一般、經(jīng)費(fèi)有限的小型水庫(kù)，一方面可以配備人工巡視檢查移動(dòng)終端軟件，利用界面友好、簡(jiǎn)單易學(xué)的移動(dòng)軟件，對(duì)相關(guān)責(zé)任人定點(diǎn)定時(shí)考核。開展定期巡視檢查工作，以信息化手段人工收錄水庫(kù)安全巡查信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和上報(bào)。另一方面，建設(shè)庫(kù)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)和視頻監(jiān)控點(diǎn)，以盡可能少的建設(shè)成本確保水庫(kù)安全基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)信息的采集。

圖1 小型水庫(kù)安全分級(jí)監(jiān)管模式示意圖

(2)流域/區(qū)域監(jiān)管模式。通過在流域或區(qū)域級(jí)管理單位(如市縣級(jí))建立中心管理平臺(tái)，接收下屬水庫(kù)上傳的監(jiān)測(cè)信息及相關(guān)資料，或直接接收由水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)小水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)多水庫(kù)、多要素?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，并實(shí)時(shí)、定時(shí)向上級(jí)管理單位上報(bào)相關(guān)數(shù)據(jù)信息。同時(shí)借助流域或區(qū)域級(jí)中心管理平臺(tái)對(duì)下屬水庫(kù)群進(jìn)行集中式的安全監(jiān)管；對(duì)相關(guān)人員責(zé)任、系統(tǒng)設(shè)備臺(tái)賬、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、整編成果實(shí)現(xiàn)綜合管理；對(duì)山洪災(zāi)害防治、防汛抗旱等已有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合和無縫對(duì)接；對(duì)海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和多水庫(kù)綜合信息進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)日常資源信息共享和應(yīng)急狀態(tài)下的聯(lián)動(dòng)決策。

在水利部建立更高層級(jí)的中心管理平臺(tái)，接收由下屬各流域或區(qū)域中心管理平臺(tái)上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料信息。統(tǒng)籌規(guī)劃和管理小水庫(kù)運(yùn)行情況，結(jié)合防汛抗旱和山洪災(zāi)害等成熟系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)日常在線監(jiān)管和應(yīng)急指揮調(diào)度。

(3) 托管模式。以科研院所或者信息化平臺(tái)建設(shè)方為主體，建立中心管理云平臺(tái)，提供小型水庫(kù)托管服務(wù)，如圖2。在采取有效措施確保數(shù)據(jù)信息和系統(tǒng)運(yùn)行安全的前提下，各個(gè)小水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)由無線通訊方式實(shí)時(shí)傳輸至中心平臺(tái)，統(tǒng)一接收、存儲(chǔ)、管理。同時(shí)，平臺(tái)以“遠(yuǎn)程監(jiān)管+本地服務(wù)”的方式，提供日常在線監(jiān)視、系統(tǒng)設(shè)備臺(tái)賬管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)、預(yù)警信息推送、資料整編分析、專家輔助決策等技術(shù)支撐服務(wù)，并在各個(gè)流域或區(qū)域提供系統(tǒng)維護(hù)、巡視檢查、觀測(cè)監(jiān)測(cè)等現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)。

圖2 小型水庫(kù)安全托管工作模式

水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)人員只需確保水庫(kù)基礎(chǔ)運(yùn)行情況的管理和自動(dòng)化系統(tǒng)供電、防盜等系統(tǒng)運(yùn)行的基本條件正常；相關(guān)責(zé)任人可利用手機(jī)、網(wǎng)頁等終端明晰本人責(zé)任和任務(wù)完成情況，隨時(shí)查詢水庫(kù)綜合信息和當(dāng)前狀態(tài)；在水庫(kù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在異?；驊?yīng)急條件下，平臺(tái)主動(dòng)向相關(guān)責(zé)任人推送預(yù)警信息和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，輔助加強(qiáng)監(jiān)管。托管模式能夠極大減輕現(xiàn)場(chǎng)人員工作量、督促相關(guān)責(zé)任人執(zhí)行職責(zé)、提高水庫(kù)安全監(jiān)管效率和科學(xué)性、降低水庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)，將復(fù)雜的系統(tǒng)維護(hù)和專業(yè)的數(shù)據(jù)監(jiān)視交由專業(yè)團(tuán)隊(duì)來完成，對(duì)小型水庫(kù)實(shí)現(xiàn)“部委統(tǒng)籌、上級(jí)監(jiān)督、基層執(zhí)行、科研院所支撐”的有效管理。

1.4 用戶需求分析

落實(shí)水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管的關(guān)鍵在于人員的執(zhí)行。以分級(jí)監(jiān)管信息化平臺(tái)的方式輔助小型水庫(kù)安全監(jiān)管，能夠嚴(yán)格考核和劃分人員責(zé)任，極大提高工作執(zhí)行效率。與之相應(yīng)，根據(jù)不同類型用戶的需求，在信息化平臺(tái)中需有針對(duì)性的明確人員權(quán)限和應(yīng)用角色至關(guān)重要。根據(jù)用戶類型和層級(jí)可劃分用戶對(duì)應(yīng)的需求及權(quán)限包括：

水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管人員：能夠接收和查詢本人負(fù)責(zé)的水庫(kù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)警信息和定期報(bào)告，能夠操作執(zhí)行巡視檢查任務(wù)、上報(bào)安全隱患。

地方水庫(kù)單位管理人員：查詢和監(jiān)管下屬各個(gè)水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，管理人員考核情況、制定巡視檢查任務(wù)，完成區(qū)域性資料整編統(tǒng)計(jì)，并匯總水庫(kù)安全情況上報(bào)上級(jí)單位。

省/流域級(jí)主管人員：掌握所屬小水庫(kù)基本資料信息，匯總各流域/區(qū)域平臺(tái)上報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和資料，并對(duì)同級(jí)山洪災(zāi)害防治、防汛抗旱等已有系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)日常監(jiān)管；在汛期及應(yīng)急情況下，啟動(dòng)和制訂應(yīng)急預(yù)案，調(diào)配資源預(yù)報(bào)模擬，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急輔助決策。

托管平臺(tái)維護(hù)人員：具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、故障信息、平臺(tái)運(yùn)行指標(biāo)的監(jiān)視和初步預(yù)警上報(bào)權(quán)限，對(duì)單水庫(kù)或區(qū)域水庫(kù)群資料整編、統(tǒng)計(jì)分析，專家用戶能夠調(diào)用共享資源進(jìn)行模擬預(yù)報(bào)和會(huì)商，并發(fā)布專家級(jí)預(yù)警預(yù)報(bào)。

2 云平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

小型水庫(kù)安全分級(jí)監(jiān)管云平臺(tái)的建設(shè)基于分級(jí)管理模式，采用標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)思路，在云平臺(tái)建設(shè)運(yùn)行管理體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全體系及運(yùn)行實(shí)體環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系的支撐下，建立了包括基礎(chǔ)設(shè)施層、監(jiān)測(cè)感知層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、服務(wù)終端層在內(nèi)的五級(jí)云平臺(tái)架構(gòu)，見圖3。

(1)基礎(chǔ)設(shè)施層：運(yùn)用虛擬技術(shù)、服務(wù)器集群技術(shù)等構(gòu)建小水庫(kù)安全智能監(jiān)管與預(yù)警基礎(chǔ)云平臺(tái)。包括高性能服務(wù)器、存儲(chǔ)備份設(shè)備、工作站、移動(dòng)終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及安全防護(hù)設(shè)備等。為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及綜合信息的集中存儲(chǔ)、信息交換與數(shù)據(jù)通信、高效能計(jì)算分析以及平臺(tái)安全防護(hù)提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。

圖3 小型水庫(kù)安全分級(jí)監(jiān)管云平臺(tái)架構(gòu)示意圖

(2)監(jiān)測(cè)感知層：利用微功耗測(cè)控單元、集約化監(jiān)測(cè)裝備、應(yīng)急觸發(fā)響應(yīng)機(jī)制及自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，監(jiān)視、采集小水庫(kù)的水位、雨量、滲流、大壩變形、安防等綜合信息。通過網(wǎng)絡(luò)交互技術(shù)與底層設(shè)備、傳感器相連接，利用信息化基礎(chǔ)設(shè)備為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)與管理介質(zhì)，從平臺(tái)總控的角度提供包括監(jiān)測(cè)、傳輸、計(jì)算、存儲(chǔ)在內(nèi)的全套智能化數(shù)據(jù)采集手段。建立高穩(wěn)定、智能化、易維護(hù)、高性價(jià)比的小水庫(kù)安全多要素綜合數(shù)據(jù)采集體系。

(3)數(shù)據(jù)資源層：數(shù)據(jù)資源層主要由數(shù)據(jù)資源目錄、專題數(shù)據(jù)庫(kù)、成套數(shù)據(jù)資源標(biāo)準(zhǔn)體系三部分組成。其中，數(shù)據(jù)資源目錄涵蓋水庫(kù)相關(guān)的所有數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)目錄化管理和基于元數(shù)據(jù)的抽象化數(shù)據(jù)提取應(yīng)用；專題數(shù)據(jù)庫(kù)主要針對(duì)平臺(tái)建設(shè)中所用到的小水庫(kù)監(jiān)管與預(yù)警基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為小水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)、管理、預(yù)警、評(píng)估、巡檢等提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)環(huán)境；數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)主要采用統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)多系統(tǒng)異構(gòu)信息匯集，并實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)分布協(xié)議的數(shù)據(jù)管理。

(4)應(yīng)用支撐層：依據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的任務(wù)分工和邏輯關(guān)系將應(yīng)用支撐層劃分為數(shù)據(jù)資源支撐層、公共服務(wù)支撐層和業(yè)務(wù)應(yīng)用支撐層，對(duì)下管理數(shù)據(jù)接收和匯集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的集成共享，對(duì)上支撐應(yīng)用提供全系統(tǒng)信息共享服務(wù)，實(shí)現(xiàn)軟件資源的集成重用。其中，對(duì)底層數(shù)據(jù)資源構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換體系，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，形成完善的數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)上層應(yīng)用的支撐采用統(tǒng)一身份認(rèn)證、預(yù)報(bào)預(yù)警推送、報(bào)表定制、異常告警、地圖展示、協(xié)同流程、專業(yè)模型等共用的應(yīng)用組件與基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)與流程交互；提供給各應(yīng)用系統(tǒng)共享的信息資源的集合，包括資源管理、信息交換與共享、軟件構(gòu)件、專業(yè)模型和數(shù)據(jù)存取等組件部分，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供信息及軟件資源支撐服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)小水庫(kù)的智能監(jiān)管與預(yù)警。小型水庫(kù)安全智能監(jiān)測(cè)與預(yù)警業(yè)務(wù)應(yīng)用支撐如圖4所示。

圖4 小型水庫(kù)安全智能監(jiān)測(cè)與預(yù)警業(yè)務(wù)應(yīng)用支撐

(5)服務(wù)終端層：包括GIS一張圖、在線監(jiān)視、巡視檢查、綜合查詢、預(yù)警推送、分析評(píng)價(jià)、水庫(kù)健康診斷、報(bào)告整編、輔助決策等功能應(yīng)用，并根據(jù)各層級(jí)平臺(tái)數(shù)據(jù)之間交互處理結(jié)果，支持工作站、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、個(gè)人電腦終端、移動(dòng)智能終端等多終端設(shè)備應(yīng)用。基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)管理單位、多類型用戶、三責(zé)任人之間的在線交互，以遠(yuǎn)程監(jiān)控結(jié)合本地服務(wù)的形式，提供水庫(kù)安全全過程、全鏈條監(jiān)管與預(yù)警。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

小水庫(kù)數(shù)量多、分布廣、涉及監(jiān)管專業(yè)和方向復(fù)雜，平臺(tái)建設(shè)需充分利用現(xiàn)有信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以簡(jiǎn)便實(shí)用、直觀易用、免維護(hù)、智能安全的應(yīng)用服務(wù)技術(shù)彌補(bǔ)小水庫(kù)安全監(jiān)管中諸多缺陷。關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)物聯(lián)采集與智能傳感?；谖锫?lián)網(wǎng)和智能傳感，以分布式自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)并發(fā)采集方式，設(shè)計(jì)接口模塊、數(shù)據(jù)模塊、控制模塊、協(xié)議模塊、通訊模塊，實(shí)時(shí)收發(fā)、監(jiān)控多個(gè)現(xiàn)地站監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)。在平臺(tái)建立應(yīng)急條件自主觸發(fā)機(jī)制，在汛期等極端條件下，主動(dòng)觸發(fā)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)頻次和通訊方式的優(yōu)化調(diào)整。

(2)大數(shù)據(jù)資源管理。大數(shù)據(jù)資源管理采用三層數(shù)據(jù)架構(gòu)：接入系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳入前置機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，采集流程校驗(yàn)并搬運(yùn)合格的數(shù)據(jù)到交換庫(kù)，最終數(shù)據(jù)集中到中心倉(cāng)庫(kù)?；诤Ａ慨悩?gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)路線，利用中間件、ETL、信息交換、數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)資源管理技術(shù)對(duì)小水庫(kù)跨平臺(tái)、跨區(qū)域、多專業(yè)綜合數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一共享和管理。同時(shí)，為保障數(shù)據(jù)的保密性、完整性和可用性，通過利用數(shù)據(jù)加密、建立數(shù)據(jù)審計(jì)流及容災(zāi)備份機(jī)制等手段，保證數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)與備份恢復(fù)。

(3)監(jiān)管應(yīng)用支撐。監(jiān)管應(yīng)用是小水庫(kù)安全監(jiān)管平臺(tái)發(fā)揮效用的核心內(nèi)容。在充分利用云計(jì)算技術(shù)在動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)、資源彈性劃分、高效能計(jì)算的基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)整合空間數(shù)據(jù)，將空間數(shù)據(jù)-屬性數(shù)據(jù)-監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等統(tǒng)一融合、管理和展示，在云平臺(tái)中配置GIS支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域地圖、多維度可視化、預(yù)報(bào)模擬、資料整編的功能服務(wù)；同時(shí)，利用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，建立移動(dòng)終端應(yīng)用系統(tǒng)，構(gòu)建人機(jī)交互和線上信息交流機(jī)制，支撐小水庫(kù)責(zé)任監(jiān)管、巡視檢查及預(yù)警發(fā)布等應(yīng)用。

2.3 實(shí)施應(yīng)用

以成都市小型水庫(kù)群監(jiān)管為例，采用公有云+私有云的混合云方式，建立成都市小型水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)監(jiān)管云平臺(tái)。利用成熟的公有云服務(wù)供應(yīng)商在海量數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)、計(jì)算資源彈性管理等方面的優(yōu)勢(shì)，將小型水庫(kù)群體的海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入云平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)；同時(shí)，在科研院所建立小型私有云，以更加安全、專業(yè)的平臺(tái)提供數(shù)據(jù)安全審核、業(yè)務(wù)應(yīng)用、專家評(píng)判等服務(wù)。公有云與私有云之間基于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、相互備份、功能互補(bǔ)，以混合云的方式將云平臺(tái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與小型水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)管理需求充分融合，信息化管理的先進(jìn)性得以最大化發(fā)揮。

成都市小型水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)監(jiān)管云平臺(tái)的工作模式采用分級(jí)監(jiān)管模式中的托管模式。云平臺(tái)設(shè)置在異地科研院所，基于互聯(lián)網(wǎng)無線通訊技術(shù)將小水庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯集進(jìn)入云平臺(tái)。平臺(tái)端提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理與自診斷、綜合信息管理、資料整編分析、區(qū)域洪水預(yù)報(bào)與調(diào)度、智能巡視檢查、預(yù)警推送與信息發(fā)布等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)如圖5所示。用戶利用基于互聯(lián)網(wǎng)，以電腦、移動(dòng)終端等多種形式隨時(shí)查詢水庫(kù)大壩安全狀態(tài)，檢索任意時(shí)刻任意測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，下載整編報(bào)告以及接收預(yù)警信息。此外，托管方在平臺(tái)中心設(shè)立專家團(tuán)隊(duì)，提供專業(yè)的日常監(jiān)視、在線咨詢、整編報(bào)告編制、平臺(tái)維護(hù)等服務(wù)，并在成都市本地設(shè)立技術(shù)團(tuán)隊(duì)，提供現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維、應(yīng)急響應(yīng)等服務(wù)。以遠(yuǎn)程監(jiān)管+本地服務(wù)的方式全面實(shí)現(xiàn)小型水庫(kù)安全托管。

圖5 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

3 結(jié) 語

本文在分析小型水庫(kù)安全監(jiān)管特點(diǎn)和要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討并提出了小型水庫(kù)安全“單一水庫(kù)-區(qū)域/流域庫(kù)群-科研院所托管”的分級(jí)監(jiān)管模式；充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)并結(jié)合不同層級(jí)用戶需求，設(shè)計(jì)了小型水庫(kù)安全分級(jí)監(jiān)管云平臺(tái)架構(gòu)，并依托科研院所托管的方式構(gòu)建成都市小型水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)監(jiān)管云平臺(tái)，應(yīng)用情況良好，具有推廣意義。

與此同時(shí)，對(duì)于小型水庫(kù)的安全監(jiān)管還有一些方面需要進(jìn)一步改進(jìn)。如在充分考慮成本、使用便捷性、易維護(hù)的條件下，急需研發(fā)集水雨情、滲流、視頻監(jiān)控、變形等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為一體智能化監(jiān)控裝備，降低自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維成本；此外，將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)與小型水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)、水庫(kù)管理、預(yù)警預(yù)報(bào)、應(yīng)急決策等業(yè)務(wù)需求深度融合，提高信息化系統(tǒng)及平臺(tái)的智能化應(yīng)用水平。

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