陳善佳，鄭 琪，戴國濤，蔡 趙，黃文濤，李釗寶，朱奕鑫

（1.溫州市珊溪水利樞紐管理中心，浙江 溫州 325000；2.永嘉縣建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，浙江 永嘉 325199；3.溫州甌海水利投資開發(fā)有限公司，浙江 溫州 325000；4.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計研究院），浙江 杭州 310020；5.杭州定川信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

珊溪水庫是溫州地區(qū)最重要的飲用水源地，是溫州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定的有力保障。多年來，水源保護(hù)工作深入推進(jìn)，水庫水質(zhì)穩(wěn)中向好。2019年以來，溫州市珊溪水利樞紐管理中心（以下簡稱珊管中心）啟動庫區(qū)綜合管理平臺建設(shè)工作，庫區(qū)管理各項(xiàng)工作向規(guī)范化、透明化、數(shù)字智慧化轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)型工作得到水利部、浙江省水利廳及溫州市領(lǐng)導(dǎo)的高度肯定。雖然庫區(qū)管理工作取得了一定成績，但在數(shù)字化改革大背景下，庫區(qū)綜合管理平臺仍存在一些不足，比如在涉水涉庫數(shù)據(jù)方面缺少對數(shù)據(jù)的深度挖掘及利用；在工程建設(shè)和水源保護(hù)工作的成果展示方面缺少數(shù)字化展示平臺，在庫區(qū)違法違規(guī)行為的管理方面缺少智慧化管理手段。庫區(qū)管理工作點(diǎn)多面廣，管理對象眾多、資源分散、流程復(fù)雜、難度較大，故開展數(shù)字化、智慧化升級具有重要意義。

本文以珊溪水庫水源保護(hù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)與實(shí)際業(yè)務(wù)深度融合為基本手段，對珊溪水庫庫區(qū)綜合管理工作進(jìn)行再升級、再思考，為后續(xù)庫區(qū)綜合管理平臺升級搭建思路和框架，不斷提升數(shù)字化水平，補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)，推動珊溪水源保護(hù)工作高質(zhì)量發(fā)展。

2 國內(nèi)外水庫管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)展

水利信息化建設(shè)是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，深入開發(fā)和廣泛利用水利信息資源，實(shí)現(xiàn)水利信息采集、傳輸、存儲、處理和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化與智能化，全面提升水利事業(yè)各項(xiàng)活動的效率和效能[1]。國外發(fā)達(dá)國家起步較早，美國建立了完善的水情自動測報網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)和防洪自動預(yù)警系統(tǒng)等，歐洲發(fā)達(dá)國家水文、水質(zhì)、氣象數(shù)據(jù)采集基本實(shí)現(xiàn)自動化[2]。

2019年全國水利工作會議將信息化工程列為四大工程短板之一，關(guān)于水利信息化、數(shù)字化的探討日漸增多。如曹宏文[3]論述數(shù)字水利、智慧水利產(chǎn)生的背景、特點(diǎn)、發(fā)展與成就、與數(shù)字水利的關(guān)系，介紹數(shù)字水利到智慧水利跨越的重大意義；劉德龍[4]等從感知層面開展深入的專題研究，探索視頻、遙感、定位等新技術(shù)在水利重點(diǎn)業(yè)務(wù)領(lǐng)域和關(guān)鍵要素監(jiān)測中的應(yīng)用；葛從兵等[5]從概念、架構(gòu)及關(guān)鍵問題等方面對智慧水庫建設(shè)作了探討。

隨著對信息化項(xiàng)目的推進(jìn)，全國各地水利部門逐步開始嘗試在信息化的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，數(shù)字化、智慧化應(yīng)用逐步落地。如福建省沙縣基于WebGis技術(shù)開展智慧水利信息平臺的建設(shè)，提升沙縣水利信息化管理水平[6]。韓桂芳等[7]設(shè)計開發(fā)智慧水庫云監(jiān)管平臺，提高黃龍水庫智慧化、標(biāo)準(zhǔn)化管理和運(yùn)行水平。河南省白龜山水庫通過建設(shè)3D電子沙盤及數(shù)字化管理系統(tǒng)，建立一套利用二維、三維技術(shù)展示水庫地理形態(tài)、水工建筑物結(jié)構(gòu)及規(guī)劃建設(shè)信息的可視化管理系統(tǒng)，并為防洪及運(yùn)行管理工作提供數(shù)字化管理平臺[8]。

3 珊溪水庫庫區(qū)管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的探索

3.1 優(yōu)化制度為數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級提供保障

在優(yōu)化原有規(guī)章制度的基礎(chǔ)上，建立以庫區(qū)管理規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化為導(dǎo)向的新工作制度體系（見圖1），主要包括安全管理制度、平臺及設(shè)備使用規(guī)范、指揮中心管理制度等，完成制度體系框架的更新建設(shè)，為后續(xù)庫區(qū)管理工作數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級提供保障。

圖1 庫區(qū)綜合管理數(shù)字換轉(zhuǎn)型制度體系圖

3.1.1 安全管理制度

安全管理是數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的重中之重，為保障庫區(qū)綜合管理平臺運(yùn)行安全，珊管中心制定網(wǎng)絡(luò)安全管理制度，成立網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)導(dǎo)小組，明確中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安全管理責(zé)任。針對網(wǎng)絡(luò)入侵、信息泄露事件等嚴(yán)重網(wǎng)絡(luò)安全隱患，研究制定應(yīng)急處置預(yù)案和網(wǎng)絡(luò)攻防演練方案，提升系統(tǒng)平臺應(yīng)對風(fēng)險的能力。

3.1.2 平臺及設(shè)備使用規(guī)范

系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的可靠運(yùn)行，是庫區(qū)綜合管理平臺乃至整個數(shù)字化平臺正常高效運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保證。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理制度化、規(guī)范化、科學(xué)化，制定平臺及設(shè)備使用規(guī)范，例如執(zhí)法終端管理使用規(guī)定和執(zhí)法終端分配方案等。編寫主要設(shè)備的使用說明書和常見故障的排除方法。

3.1.3 指揮中心管理制度

指揮中心是庫區(qū)綜合管理工作的中樞神經(jīng)，為確保指揮中心正常運(yùn)轉(zhuǎn)，制定一套結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)、靈活高效的科學(xué)管理制度十分必要。首先，在厘清人員職責(zé)、量化每日工作、明晰工作標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立指揮中心管理制度和值班制度；其次，制定指揮中心考核細(xì)則，對指揮中心服務(wù)外包公司和服務(wù)人員開展定期考核打分，以提高外包公司的管理水平和服務(wù)質(zhì)量。

制度層面保障數(shù)字化轉(zhuǎn)型平穩(wěn)有序推進(jìn)，管理過程中不斷優(yōu)化完善，促使管理在制度建設(shè)中不斷走向科學(xué)化、規(guī)范化，為數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級保駕護(hù)航。

3.2 在數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級中加強(qiáng)涉水涉庫數(shù)據(jù)的深度挖掘及利用

珊溪水庫庫區(qū)前期信息化、數(shù)字化建設(shè)，積累了豐富的庫區(qū)管理數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術(shù)手段充分挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)涵價值，提升庫區(qū)管理效能。

（1）對歷年庫區(qū)水位數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立庫區(qū)防洪調(diào)度模型；

（2）根據(jù)大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)建立大壩安全監(jiān)測模型；

（3）通過線采集水庫各項(xiàng)水質(zhì)數(shù)據(jù)（電導(dǎo)率、pH值、溶解氧、濁度、氨氮、COD、葉綠素a、藍(lán)藻），輔以人工監(jiān)測斷面，逐步建立和完善覆蓋珊溪水庫水平方向和垂直方向的三維水質(zhì)監(jiān)測體系，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析建立水質(zhì)監(jiān)測預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)和藻類預(yù)警，縮短水質(zhì)變化響應(yīng)時間，在水質(zhì)出現(xiàn)重大變化的小概率事件發(fā)生前，為人工干預(yù)和輿情控制贏得時間。

（4）利用大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)智慧排班，通過熱力圖分析，確定違法違規(guī)行為高頻發(fā)生區(qū)域。通過機(jī)器學(xué)習(xí)，針對違法違規(guī)行為高發(fā)區(qū)域、近期關(guān)注的重點(diǎn)區(qū)域等進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，對違法違規(guī)行為變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，提高執(zhí)法效能。

3.3 探索構(gòu)建數(shù)字化的三維實(shí)景展示平臺

當(dāng)前，水庫庫區(qū)地圖以平面圖為主，由于民用地圖精度的問題，對管理者來說，不能準(zhǔn)確定位庫區(qū)關(guān)鍵管理位置?？梢詤⒖及俣冉志澳Ｊ剑诒Ｗo(hù)區(qū)或校核洪水位范圍內(nèi)建設(shè)三維庫區(qū)實(shí)景圖，用于精確標(biāo)定庫周亂點(diǎn)，方便庫區(qū)管理人員和上級管理單位精確定位亂點(diǎn)的相對位置、相對高程。另外，還可以在三維庫區(qū)實(shí)景圖的基礎(chǔ)上，附加AR/VR技術(shù)，在指揮中心設(shè)置體驗(yàn)區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)在指揮大廳實(shí)景參觀庫區(qū)，給各參觀人員提供庫區(qū)巡查執(zhí)法的實(shí)景體驗(yàn)。

另外，借鑒交通領(lǐng)域應(yīng)用較多的AR實(shí)景化調(diào)度系統(tǒng)（見圖2），構(gòu)建庫區(qū)執(zhí)法實(shí)景指揮平臺，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)現(xiàn)異常情況，簡單高效指揮調(diào)度，精確全局指揮執(zhí)法。在AR場景中，對已建的系統(tǒng)進(jìn)行對接，各子系統(tǒng)以標(biāo)簽的形式在AR場景中進(jìn)行疊加，指揮中心工作人員可以實(shí)時與各子系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動交互，以“畫中畫”的方式進(jìn)行展示，方便指揮中心對庫區(qū)執(zhí)法管理行動進(jìn)行實(shí)景化的調(diào)度和指揮，提高執(zhí)法效率。

圖2 AR實(shí)景化調(diào)度在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的使用圖

3.4 增加智慧化管理手段

（1）利用平臺開展違法違規(guī)行為的智能化交辦督辦。通過AI攝像頭行為識別及機(jī)器學(xué)習(xí)，積累違法違規(guī)行為的圖像資源，訓(xùn)練監(jiān)控攝像頭及其支撐系統(tǒng)對違法違規(guī)行為的識別能力，不斷提升識別準(zhǔn)確度，輔以人工審核，實(shí)現(xiàn)違規(guī)行為的發(fā)現(xiàn)、識別和判定。同時，根據(jù)設(shè)置的模型將任務(wù)自動分發(fā)到相關(guān)縣（市）、中隊及人員。

（2）利用平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能提升執(zhí)法管理水平和執(zhí)法資源使用效率。對違法違規(guī)行為發(fā)生區(qū)域、發(fā)生頻率、類型進(jìn)行統(tǒng)計分析，增加不同縣市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間的橫向?qū)Ρ群挖厔莘治?，對異常情況增加智能提醒，供管理人員進(jìn)行決策判斷。

（3）利用平臺規(guī)范人、車、船管理。借用數(shù)字化平臺，逐步實(shí)現(xiàn)對人員、車輛、船舶運(yùn)行軌跡的收集和處理、異常數(shù)據(jù)識別和報警、歷史數(shù)據(jù)的存儲和查看，通過聯(lián)動監(jiān)控視頻進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，給人、車、船安全管理提供更多科學(xué)依據(jù)。

（4）利用平臺進(jìn)行在線培訓(xùn)和學(xué)習(xí)。執(zhí)法人員的技能培訓(xùn)、政策宣貫工作往往以會議或集中學(xué)習(xí)的形式開展，耗時多、頻次低、內(nèi)容少、效率低。網(wǎng)絡(luò)化的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)可以減少工作時間的占用，同時疫情期間可減少聚集風(fēng)險。

3.5 完善平臺基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

3.5.1 監(jiān)控探頭升級與更新

評估現(xiàn)有監(jiān)控探頭覆蓋范圍，結(jié)合巡查管理重點(diǎn)區(qū)域，以全天候、無死角、智能化為目標(biāo)，科學(xué)布設(shè)監(jiān)控探頭，進(jìn)一步優(yōu)化庫區(qū)監(jiān)控點(diǎn)位設(shè)置。根據(jù)需要增加重點(diǎn)區(qū)域攝像頭數(shù)量，逐步擴(kuò)大重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)控探頭的覆蓋范圍，提高重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測能力。

目前，在珊溪水庫庫區(qū)總共布設(shè)77個監(jiān)控探頭，通過對監(jiān)控探頭性能參數(shù)的分析，大致描繪出文成區(qū)域監(jiān)控覆蓋范圍（見圖3）。其中，項(xiàng)坑到珊溪碼頭、河背碼頭水域等監(jiān)控覆蓋較為密集，2塊水域之間監(jiān)控覆蓋程度較低。在充分考慮建設(shè)成本、電源、網(wǎng)絡(luò)以及違法違規(guī)行為發(fā)生頻次等方面的因素后，加密重點(diǎn)區(qū)域和覆蓋率過低區(qū)域的探頭布設(shè)。

圖3 庫區(qū)現(xiàn)有監(jiān)控探頭覆蓋范圍示意圖

3.5.2 庫區(qū)管理感知手段創(chuàng)新

探索無人機(jī)、無人船、智慧水利球、全景攝像機(jī)等新型感知手段（見圖4），以更多維度、更廣視角提升庫區(qū)感知水平，完善感知體系。

圖4 新型感知手段示意圖

工業(yè)級無人機(jī)和無人船可以實(shí)現(xiàn)定時、定軌跡巡航，輔助執(zhí)法人員開展庫區(qū)大面積巡查，能及時發(fā)現(xiàn)庫周岸線變化、庫面違規(guī)行為。智慧水利球?qū)崿F(xiàn)水位全時預(yù)警、水質(zhì)全域保護(hù)，在庫區(qū)不同水域?qū)崿F(xiàn)水位讀取。漂浮物檢測，絆線入侵、區(qū)域入侵、滯留檢測等行為的檢測功能，為庫周監(jiān)控設(shè)施選擇提供新思路。

3.5.3 水質(zhì)監(jiān)測體系建設(shè)

庫區(qū)現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測體系比較薄弱，相當(dāng)一部分監(jiān)測數(shù)據(jù)來自人工監(jiān)測，數(shù)據(jù)密度低、時效性差，不利于及時有效掌握庫區(qū)水質(zhì)變化，無法支撐更進(jìn)一步的預(yù)警和決策，增加在線水質(zhì)監(jiān)測探頭（見圖5），建立和完善庫區(qū)水質(zhì)在線監(jiān)測體系十分有必要。

圖5 在線監(jiān)測探頭示意圖

平臺基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是為了打造湖陸空天一體的在線感知網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)水源保護(hù)區(qū)水位、水質(zhì)、違規(guī)行為、漂浮物、人員、車輛、船舶等涉水涉庫數(shù)據(jù)的全收集全感知，為科學(xué)分析和決策提供全面多維完整的數(shù)據(jù)支撐。

3.5.4 平臺升級實(shí)現(xiàn)多平臺互動

“數(shù)字珊溪·智慧監(jiān)管”平臺相對于微信、釘釘?shù)却笮蛻?yīng)用存在系統(tǒng)不夠穩(wěn)定、移動用戶黏性差等問題，可以嘗試實(shí)現(xiàn)平臺與微信、釘釘?shù)瘸Ｓ蒙缃卉浖幕ヂ?lián)互通。在釘釘平臺增設(shè)庫區(qū)綜合管理模塊，通過釘釘下發(fā)巡查任務(wù)、上報巡查成果、查詢各種信息等，打通上傳下達(dá)的渠道，輔助信息傳遞，實(shí)現(xiàn)更加便捷的信息交互，滿足上級對信息化平臺整合要求。

4 結(jié) 語

在數(shù)字中國建設(shè)戰(zhàn)略背景下，珊溪水庫水源保護(hù)工作朝數(shù)字化、智慧化方向轉(zhuǎn)型。當(dāng)前，庫區(qū)綜合管理系統(tǒng)給庫區(qū)管理工作帶來革命性提升，實(shí)現(xiàn)以人防為主的模式向人防技防結(jié)合的新模式轉(zhuǎn)變，并不斷更新迭代升級，使庫區(qū)管理工作向更高臺階邁進(jìn)。