阮 洋

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 廣州 510635)

當(dāng)前，水利平穩(wěn)安全準(zhǔn)確的調(diào)度運(yùn)行管理面臨極大的挑戰(zhàn)，智慧水利是應(yīng)對(duì)這項(xiàng)挑戰(zhàn)的有力武器和途徑[1]。智慧水利是基于互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代通信技術(shù)促進(jìn)水利規(guī)劃、建設(shè)與管理的重要指導(dǎo)工具，智慧水利可提供快速、直觀、有效的信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)字化管理[2]。由智慧水利構(gòu)建的信息化系統(tǒng)，在不同應(yīng)用場(chǎng)景中具有對(duì)應(yīng)的應(yīng)用方案，如節(jié)水灌溉系統(tǒng)、供水智慧運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、污水監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用方案，涵蓋監(jiān)控、運(yùn)維、管理、指揮、調(diào)度等多環(huán)節(jié)[3]。其中，供水智慧運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)是基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端、人工智能、水利、傳感器等新興技術(shù)的應(yīng)用，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)研發(fā)的決策管理平臺(tái)[4-5]。為適應(yīng)新時(shí)代水利事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需要，廣東省湛江市加快推進(jìn)水利信息化建設(shè)步伐，深入落實(shí)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與水利建設(shè)深度融合，實(shí)現(xiàn)水利水旱防御智慧化應(yīng)用、水資源智慧管理等[6-7]。做好供水智慧運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)，應(yīng)以“工程安全、調(diào)度安全、水質(zhì)安全”為主線，綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)全量建模、云計(jì)算數(shù)字賦能等信息技術(shù)，高質(zhì)量完成采集監(jiān)控體系、通信傳輸網(wǎng)絡(luò)、工程智慧應(yīng)用、安全保障環(huán)境等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)蓄、智慧調(diào)度，促進(jìn)供水服務(wù)智能化發(fā)展[8]。

1 湛江引調(diào)水工程

1.1 工程建設(shè)緣由

針對(duì)湛江市南北水資源分布不均的狀況，為進(jìn)一步優(yōu)化水資源配置格局，從2017年底開始，湛江市開始論證區(qū)域內(nèi)的調(diào)水工程建設(shè)，工程將從北邊的鶴地水庫引水至湛江城區(qū)，解決城區(qū)供水安全問題，從南渡河調(diào)水到徐聞，解決雷州半島西南部片區(qū)的干旱缺水問題。湛江市引調(diào)水工程于2020年5月開工建設(shè)。工程通過引水隧洞、加壓泵站和輸水管道，從鶴地水庫引水到赤坎、麻章、霞山各區(qū)，保障城區(qū)供水安全。項(xiàng)目建成后，將改變湛江城區(qū)水源結(jié)構(gòu)單一的現(xiàn)狀，增強(qiáng)供水安全保障，為湛江高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)有力的供水支撐。

1.2 智慧運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)規(guī)劃方案總體安排及工程建設(shè)實(shí)際需求，湛江市引調(diào)水工程智慧運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)主要是：建立工程智能化、一體化平臺(tái)的信息化系統(tǒng)。通過工程信息管理、安全管理、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水情監(jiān)測(cè)、視頻會(huì)商、行政辦公自動(dòng)化、管網(wǎng)GIS、生產(chǎn)管理輔助、運(yùn)營(yíng)展示監(jiān)管、數(shù)據(jù)分析及展現(xiàn)等應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)，構(gòu)建自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，達(dá)到適時(shí)、高效地掌握工程運(yùn)行情況，提高各管理部門的協(xié)調(diào)和工作效率的目的，并將信息化系統(tǒng)部署在粵?？偛繑?shù)據(jù)中心，利用數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)資源。

2 運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)

2.1 信息管理系統(tǒng)

工程信息管理系統(tǒng)覆蓋項(xiàng)目全生命周期管理，包括項(xiàng)目立項(xiàng)、項(xiàng)目招標(biāo)、投資、設(shè)計(jì)、采購、施工、開車試運(yùn)行、竣工驗(yàn)收、合同收尾、項(xiàng)目管理收尾全部過程的管理。通過統(tǒng)一的集成平臺(tái)，滿足項(xiàng)目溝通管理的需要。以進(jìn)度計(jì)劃為龍頭，以投資成本為核心，實(shí)現(xiàn)合同管理、費(fèi)用管理、質(zhì)量管理、安全管理等業(yè)務(wù)。

2.2 管網(wǎng)GIS系統(tǒng)

通過對(duì)GIS數(shù)據(jù)采集，對(duì)引調(diào)水工程管線范圍內(nèi)的空間數(shù)據(jù)(影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)、電子地圖、交通數(shù)據(jù)、地下管線數(shù)據(jù)等)進(jìn)行采集并入庫。以空間信息數(shù)據(jù)資源庫為基礎(chǔ)，集成影像數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、工地物模型，為管理人員提供可視化工地管理服務(wù)，直觀展示工地地理信息、位置分布，周邊道路、設(shè)施、環(huán)境信息以及重要單位，提高工作的準(zhǔn)確性，推進(jìn)工地、空間、設(shè)施設(shè)備科學(xué)化管理。

2.3 安全監(jiān)管系統(tǒng)

依據(jù)國(guó)家安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化體系結(jié)構(gòu)，組織對(duì)招標(biāo)人業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)研，為招標(biāo)人建立安全管理提升標(biāo)準(zhǔn)和安全績(jī)效評(píng)價(jià)模型；根據(jù)招標(biāo)人安全管理現(xiàn)狀及制定的安全管理提升標(biāo)準(zhǔn)和流程，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)13個(gè)應(yīng)用功能模塊，包括：安全視圖、目標(biāo)職責(zé)、制度管理、教育培訓(xùn)、現(xiàn)場(chǎng)管理、風(fēng)險(xiǎn)管控、隱患管理、應(yīng)急管理。根據(jù)信息安全等級(jí)保級(jí)要求，對(duì)工程信息化進(jìn)行相應(yīng)的信息安全規(guī)劃、設(shè)計(jì)。制定相應(yīng)的信息安全規(guī)章制度，采用安全設(shè)備、軟件，通過內(nèi)、外網(wǎng)絡(luò)隔離、訪問控制、入侵防范、數(shù)據(jù)審計(jì)、病毒檢測(cè)等安全措施、手段，滿足相應(yīng)的信息安全等保級(jí)別要求，其中計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為等保三級(jí)，其它信息化系統(tǒng)為等保二級(jí)。

2.4 生產(chǎn)管理系統(tǒng)

2.4.1設(shè)備管理系統(tǒng)

設(shè)備管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)以設(shè)備為核心通過設(shè)備靜態(tài)管理(設(shè)備臺(tái)帳等相關(guān)信息)、動(dòng)態(tài)管理(維修歷史、設(shè)備變動(dòng)情況、設(shè)備狀況等相關(guān)記錄)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備二維碼化，建立一套設(shè)備全生命周期管理模式，提供全面的設(shè)備管理系統(tǒng)，管理從設(shè)備采購申請(qǐng)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)到報(bào)廢的全部設(shè)備記錄。

2.4.2運(yùn)營(yíng)監(jiān)管系統(tǒng)

搭建引水工程運(yùn)營(yíng)展示監(jiān)管系統(tǒng)，將所有智能化子系統(tǒng)和設(shè)備融為一體，進(jìn)行全局化管理。系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)操控平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)，通過接口和協(xié)議與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻設(shè)備等安防進(jìn)行整合。在系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下，各設(shè)備能夠信息互聯(lián)互通、設(shè)備間功能協(xié)同聯(lián)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)資源共享，設(shè)備協(xié)同、管理流程再造、優(yōu)化融合。實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)的全聯(lián)接、集中管控、場(chǎng)景全聯(lián)動(dòng)、數(shù)據(jù)全融合。利用大屏顯示系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸水管線、泵站廠房及重要設(shè)施的三維展示。手機(jī)端應(yīng)用可以實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)，還包括接收系統(tǒng)報(bào)警信息、歷史事件和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢等功能。

2.4.3供水調(diào)度系統(tǒng)

建立引調(diào)水運(yùn)行水力模型，集成取水泵站、機(jī)組的運(yùn)行狀況，沿線的壓力、流量、水質(zhì)及分水口的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，自動(dòng)生成調(diào)度計(jì)劃、泵站智能調(diào)度方案及應(yīng)急處置方案，形成集“數(shù)據(jù)采集-診斷預(yù)測(cè)-優(yōu)化調(diào)度-應(yīng)急調(diào)控-事故處置”等環(huán)節(jié)于一體的聯(lián)合調(diào)控與應(yīng)急響應(yīng)體系。

2.4.4AR技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)

AR技術(shù)成功應(yīng)用于供水智慧運(yùn)營(yíng)服務(wù)領(lǐng)域，工程技術(shù)人員通過手持的移動(dòng)終端，利用設(shè)備自帶的攝像頭掃描目標(biāo)對(duì)象，關(guān)于目標(biāo)對(duì)象的相關(guān)信息點(diǎn)即可顯示在屏幕中，點(diǎn)擊相應(yīng)的信息點(diǎn)，包括技術(shù)文檔，電氣圖紙，維護(hù)記錄表以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息等更為詳細(xì)的內(nèi)容就會(huì)顯示在移動(dòng)終端的畫面上。采用AR技術(shù)后，可以提高維修人員的工作效率，快速解決設(shè)備的故障問題。

3 運(yùn)營(yíng)輔助系統(tǒng)

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是智慧管網(wǎng)信息化的重要組成部分，為工程監(jiān)測(cè)監(jiān)控、水環(huán)境管理、行政辦公提供信息通信保障。通過構(gòu)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為工程項(xiàng)目中的應(yīng)用系統(tǒng)、日常辦公、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)視頻等網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹?。所需要的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有局域網(wǎng)絡(luò)、專用數(shù)據(jù)電路、互聯(lián)網(wǎng)專線，以及日常辦公及數(shù)據(jù)采集的需要的無線WIFI、4G等網(wǎng)絡(luò)。考慮在調(diào)度中心設(shè)置2條200M互聯(lián)網(wǎng)光纖專線，1條50M互聯(lián)網(wǎng)視頻專線；在調(diào)度中心設(shè)置1條10M MSTP專線用于與總部視頻會(huì)議使用；在3個(gè)水廠分別設(shè)置1條50M互聯(lián)網(wǎng)光纖專線用于與調(diào)度中心數(shù)據(jù)通信?？紤]在泵站內(nèi)部建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)，滿足泵站智能巡檢設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸及生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作需要。

3.2 圖像監(jiān)視與門禁系統(tǒng)

根據(jù)本工程的規(guī)模設(shè)置圖像監(jiān)視系統(tǒng)及門禁系統(tǒng)設(shè)備。本工程設(shè)1套圖像監(jiān)視系統(tǒng)，由調(diào)度中心主系統(tǒng)及取水泵站子系統(tǒng)組成。圖像監(jiān)視中心設(shè)在調(diào)度中心，在取水泵站設(shè)圖像監(jiān)視分中心。調(diào)度中心圖像監(jiān)視系統(tǒng)采用數(shù)字式系統(tǒng)，主要由視頻工作站、NVR視頻錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)一體化彩色高清球型攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)遙控控制鍵盤(帶搖桿)等圖像設(shè)備組成。泵站分中心設(shè)在控制室，主要由視頻平臺(tái)(含視頻服務(wù)器)、NVR視頻錄像機(jī)、圖像顯示器、遙控控制鍵盤、網(wǎng)絡(luò)一體化彩色高清球型攝像機(jī)等圖像設(shè)備組成。通過切換，可實(shí)時(shí)顯示泵站的、管理中心的視頻圖像，泵站各泵組的運(yùn)行工況。

泵站分中心所配置的視頻平臺(tái)(含視頻服務(wù)器)，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、人臉識(shí)別、安全帽識(shí)別等攝像頭智能應(yīng)用功能。對(duì)于重要區(qū)域(如大門入口、高錳酸鉀間、應(yīng)急投加室)，增設(shè)人臉識(shí)別攝像頭；對(duì)于主廠房(電機(jī)、水泵)、高壓開關(guān)柜室、低壓開關(guān)柜室，增設(shè)安全帽識(shí)別攝像頭。泵站配置一套脈沖電子圍欄系統(tǒng)用作泵站周界防范，通過信號(hào)傳輸設(shè)備將報(bào)警信號(hào)傳至調(diào)度中心的報(bào)警控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程對(duì)外部脈沖主機(jī)進(jìn)行布撤防控制等操作。

3.3 視頻會(huì)商系統(tǒng)

3.3.1大屏顯示系統(tǒng)

在調(diào)度監(jiān)控室設(shè)1套大屏顯示系統(tǒng)設(shè)備，與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)連接，為工程運(yùn)行管理、泵站水廠調(diào)度、視頻監(jiān)控等提供實(shí)時(shí)可視化設(shè)備。在會(huì)商室設(shè)1套大屏顯示系統(tǒng)設(shè)備，與視頻會(huì)商系統(tǒng)進(jìn)行連接，為視頻會(huì)商系統(tǒng)提供可視化設(shè)備。

3.3.2視頻會(huì)商系統(tǒng)

設(shè)計(jì)采用討論型會(huì)議系統(tǒng)，主要用于上級(jí)管理單位召開各種會(huì)議、報(bào)告等，滿足各種會(huì)議活動(dòng)的需要。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)智能會(huì)議系統(tǒng)，配置擴(kuò)聲系統(tǒng)、會(huì)議系統(tǒng)，可以與大屏顯示系統(tǒng)、攝像監(jiān)控系統(tǒng)、多媒體投影系統(tǒng)、電視電話終端、局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)等相結(jié)合構(gòu)成較大型的多功能廳系統(tǒng)。

3.4 工程巡檢系統(tǒng)

為提高本工程運(yùn)行巡檢信息化和智能化管理水平，在泵站設(shè)置1套機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)，對(duì)取水泵站設(shè)備工作狀態(tài)及運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行巡查監(jiān)視。在工程沿線設(shè)置1套無人機(jī)巡檢系統(tǒng)，對(duì)管線周邊環(huán)境及重要供水設(shè)施等進(jìn)行智能巡檢。

3.4.1機(jī)器人巡檢系統(tǒng)

本系統(tǒng)由輪式機(jī)器人、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、供電樁設(shè)備、通信系統(tǒng)等構(gòu)成，對(duì)泵站內(nèi)設(shè)備、運(yùn)行設(shè)備及環(huán)境進(jìn)行全天候巡檢、視頻監(jiān)控，以解決泵站設(shè)備依靠人工巡視的現(xiàn)狀，且發(fā)生異常緊急情況時(shí)，智能巡檢系統(tǒng)可作為移動(dòng)式監(jiān)控平臺(tái)，代替人工及時(shí)發(fā)現(xiàn)和查明設(shè)備故障，降低人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。巡檢高低壓室、電機(jī)水泵層、二次設(shè)備室等，對(duì)配電設(shè)備、電機(jī)、水泵、管路等進(jìn)行智能巡檢，可智能開門巡檢。

實(shí)現(xiàn)全自主和遙控巡檢模式。具備巡檢路線規(guī)劃功能。系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示智能巡檢系統(tǒng)在電子地圖上的位置。具備設(shè)置檢修區(qū)域功能，及操作員在電子地圖上標(biāo)記了檢修區(qū)域后，智能巡檢系統(tǒng)在巡檢過程中自動(dòng)規(guī)劃巡檢路徑，自動(dòng)避開檢修區(qū)域。當(dāng)發(fā)生智能預(yù)警或彈出事件時(shí)，系統(tǒng)通過話音進(jìn)行事件信息播報(bào)。當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行巡檢任務(wù)時(shí)，通過語音播報(bào)其處理情況，包括開始巡檢、預(yù)檢。情況、任務(wù)下載情況、重要位置或重要任務(wù)的執(zhí)行情況、巡檢結(jié)束情況等。智能語音交互功能：平臺(tái)支持智能語音交互功能，操作用戶可通過麥克風(fēng)說出常規(guī)的控制操作指令或功能描述，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行語音分析，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。智能巡檢系統(tǒng)配備紅外高清攝像機(jī)和聲音采集等檢測(cè)設(shè)備，并能將所采集的視頻和聲音上傳至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.4.2無人機(jī)巡檢系統(tǒng)

無人機(jī)巡檢系統(tǒng)由飛行平臺(tái)、飛機(jī)負(fù)載和地面站三大部分組成。其中，飛行平臺(tái)主要是無人機(jī)機(jī)架部分，包括導(dǎo)航、飛控、動(dòng)力、電源等；飛機(jī)負(fù)載由云臺(tái)和相機(jī)組成，相機(jī)可選擇可見光或熱成像相機(jī)，并預(yù)留多種接口；地面站系統(tǒng)有一體化遙控器和地面站組成，主要用于對(duì)無人機(jī)的控制。巡檢區(qū)域：泵站、管道沿線等重要區(qū)域。無人機(jī)在安全監(jiān)控領(lǐng)域可運(yùn)用于泵站、管線巡檢等工作，通過無人機(jī)實(shí)現(xiàn)重要位置區(qū)域的安全監(jiān)管、提醒等工作。

3.5 監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)

3.5.1水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：常規(guī)水質(zhì)5參數(shù)(水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度)，總磷、氨氮、總氮、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素、藍(lán)綠藻等測(cè)參數(shù)。根據(jù)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)的管理、應(yīng)用軟件。

3.5.2水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)水情數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，充分利用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性優(yōu)勢(shì)，通過快速可靠的傳輸方式和實(shí)時(shí)自動(dòng)的處理手段，能很好地完成工程對(duì)水位、水量監(jiān)測(cè)等信息的要求，為本工程的運(yùn)行調(diào)度提供水文數(shù)據(jù)保障。

4 結(jié)語

供水智慧運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的建設(shè)為湛江市智慧水利打下良好的基礎(chǔ)，工程運(yùn)行管理和服務(wù)智慧化，提升水旱災(zāi)害防御能力，保護(hù)水生態(tài)環(huán)境，為湛江市經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的水安全屏障。湛江市水利有關(guān)單位將信息化建設(shè)與工程建設(shè)同步并行、有機(jī)結(jié)合，加快具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧引調(diào)水工程建設(shè)，提高水安全管理能力和保障能力。同時(shí)將進(jìn)一步完善流域計(jì)劃用水智慧管理數(shù)據(jù)庫，深入開發(fā)節(jié)約用水信息化管理平臺(tái)功能模塊，加快建立先進(jìn)實(shí)用的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，推進(jìn)引調(diào)水工程供水智慧化管理。