鄭 重，林立謹(jǐn)，吳欽華

（1.浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州 310052；2.蒼南縣水利局，浙江 溫州 325800）

1 引言

橋墩水庫位于鰲江流域橫陽支江上游，壩址坐落在橋墩鎮(zhèn)仙堂村。水庫集雨面積138 km2，總庫容8 433萬m3，電站廠房坐落在大壩右岸，電站經(jīng)隧洞引水發(fā)電，尾水流經(jīng)橫陽支江，供蒼南縣城及沿江鄉(xiāng)鎮(zhèn)約43萬居民生活、生產(chǎn)之用，同時(shí)灌溉下游農(nóng)田40萬畝。電站配有35 kV室外變電站一座，電力并入華東電網(wǎng)。為響應(yīng)浙江省數(shù)字化改革號召，建設(shè)成現(xiàn)代化的數(shù)字水庫，以水庫安全健康運(yùn)行為總牽引，以一體化數(shù)據(jù)平臺為關(guān)鍵支撐，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為方向，結(jié)合橋墩水庫特性和管理需求，充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)，以“水庫要素?cái)?shù)字化、水庫管理流程化、水庫調(diào)度自動(dòng)化、數(shù)據(jù)交換協(xié)同化、場景應(yīng)用智能化”為目標(biāo)導(dǎo)向，結(jié)合水庫產(chǎn)權(quán)化、物業(yè)化、數(shù)字化“三化改革”，按照數(shù)字賦能的總體要求，通過水庫管理流程再造、業(yè)務(wù)重構(gòu)、系統(tǒng)重塑和制度重塑，實(shí)現(xiàn)數(shù)字橋墩水庫預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案的“四預(yù)”安全管理。

2 建設(shè)內(nèi)容

依據(jù)《浙江省水管理平臺總體方案》，數(shù)字橋墩水庫應(yīng)用平臺基于“四橫四縱兩掌”總體架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，平臺架構(gòu)包括“兩掌”和“四橫四縱”。“兩掌”分別是“浙里辦”群眾企業(yè)掌上辦事和“浙政釘”機(jī)關(guān)干部掌上辦公兩個(gè)入口。“四橫”分別是基礎(chǔ)設(shè)施體系、數(shù)據(jù)資源體系、應(yīng)用支撐體系、業(yè)務(wù)應(yīng)用體系?！八目v”分別是政策制度體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、組織保障體系、網(wǎng)絡(luò)安全體系。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施體系

在基礎(chǔ)設(shè)施方面，近年來橋墩水庫陸續(xù)建有水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、流量監(jiān)控系統(tǒng)、水雨情監(jiān)控系統(tǒng)、閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)、大壩安全檢測系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控室改造、服務(wù)器上云、可視化大屏建設(shè)等，這些基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)為數(shù)字橋墩水庫建設(shè)提供了重要的基礎(chǔ)支撐，同時(shí)通過數(shù)字水庫建設(shè)，這些多元異構(gòu)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)經(jīng)過融合，形成了數(shù)據(jù)互聯(lián)共用的基礎(chǔ)設(shè)施體系。

2.2 數(shù)據(jù)資源

綜合數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理所有數(shù)據(jù)，為應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)庫從邏輯上劃分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、主題數(shù)據(jù)庫、空間地理數(shù)據(jù)庫、交換數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)庫。其中，基礎(chǔ)庫用于存儲變動(dòng)不頻繁的、公用程度高的水利對象的基礎(chǔ)信息，如水利工程、監(jiān)測站點(diǎn)、功能區(qū)等對象的基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)，包括名錄、特征值、基本信息等；業(yè)務(wù)庫用于存儲隨時(shí)間變化會產(chǎn)生增量的監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等，如水雨情等實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，巡查記錄、運(yùn)行臺賬等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；主題庫用于存儲通過面向某一主題，可跨業(yè)務(wù)領(lǐng)域定時(shí)作業(yè)計(jì)算的數(shù)據(jù)分析成果，如統(tǒng)計(jì)水位與雨量、統(tǒng)計(jì)巡查率、統(tǒng)計(jì)取水量等；空間庫用于存儲各類水利對象的空間位置數(shù)據(jù)；交換庫用于存儲與外部數(shù)據(jù)源交換的臨時(shí)數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)倉向外部共享的數(shù)據(jù)和從外部歸集的數(shù)據(jù)；元數(shù)據(jù)庫用于存儲數(shù)據(jù)資源目錄及其數(shù)據(jù)的變更記錄等。

2.3 應(yīng)用支撐體系

數(shù)字橋墩水庫應(yīng)用支撐體系包括智能算法支撐和公共應(yīng)用支撐，其中智能算法支撐重點(diǎn)在水庫安全監(jiān)測、洪水預(yù)報(bào)、AI視頻識別、調(diào)度決策；公共應(yīng)用支撐包括地理信息共享和共享日志等。

安全監(jiān)測包括過程線分析、分布圖分析、相關(guān)性分析、特征值分析、模型分析和安全評價(jià)，將日常巡查成果與安全監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合。過程線分析指對各個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)變化過程線統(tǒng)一查看，查看各個(gè)測點(diǎn)變化率是否大致一致；分布圖分析指通過將平面布置、剖面布置的不同測點(diǎn)測值連線、畫沉降等值圈等方式，直觀反應(yīng)壩體位移沉降、浸潤線的變化情況。同時(shí)可選擇歷史同期、同一水位、不同水位或高水位情況下各條線的變化情況；相關(guān)性分析指各測點(diǎn)通過與水位環(huán)境量的相關(guān)性，生成相關(guān)性分析圖，計(jì)算出相關(guān)系數(shù)和相關(guān)常數(shù)；特征值分析指生成各個(gè)測點(diǎn)的特征值，包括最大值及時(shí)間、最小值及時(shí)間、平均值、變幅等，實(shí)現(xiàn)水庫大壩安全狀態(tài)研判。洪水預(yù)報(bào)根據(jù)定時(shí)遙測的水文數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)洪水預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)出未來一定時(shí)期內(nèi)入庫洪水總量、洪峰、峰現(xiàn)時(shí)間、入庫洪水過程等；調(diào)度決策通過對同時(shí)刻內(nèi)水庫下泄流量和區(qū)間匯流洪水流量進(jìn)行疊加計(jì)算，得到橋墩水庫入庫洪水流量，結(jié)合橋墩水庫庫容曲線和水位—下泄量曲線以及相應(yīng)的調(diào)度規(guī)則，對橋墩水庫進(jìn)行調(diào)洪演算，估算出庫流量水位及庫容，調(diào)洪演算依據(jù)出庫入庫水量平衡原理。AI人工智能視頻識別通過勝讀神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別視頻實(shí)現(xiàn)對水庫河湖安全的常態(tài)化監(jiān)測，以及違法違規(guī)事件，如亂堆垃圾、漂浮物、游泳、垂釣的智能化感知分析。

2.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用體系

應(yīng)用業(yè)務(wù)主要建設(shè)包括智慧大屏、智能巡檢、調(diào)度運(yùn)行、應(yīng)急搶險(xiǎn)、基本信息查詢、監(jiān)測信息查詢、日常維修養(yǎng)護(hù)和消息預(yù)警。

（1）智慧大屏

通過建設(shè)數(shù)字水庫綜合管控駕駛艙，實(shí)現(xiàn)水庫安全、調(diào)度運(yùn)行、應(yīng)急搶險(xiǎn)等應(yīng)用場景更加直觀具體，打破數(shù)據(jù)隔離，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)分析及決策場景落地。通過詳盡的指標(biāo)體系，實(shí)時(shí)反映水庫的運(yùn)行狀態(tài)，將采集的數(shù)據(jù)形象化、直觀化、具體化。如水庫安全數(shù)據(jù)大屏建設(shè)以GIS+實(shí)景三維為基礎(chǔ)展示，展示水庫的地理位置，大壩總體安全、預(yù)警狀態(tài)，安全及預(yù)警數(shù)量；調(diào)度運(yùn)行大屏建設(shè)各個(gè)大壩安全監(jiān)測點(diǎn)分布和狀態(tài)信息，展示大壩安全評分，安全監(jiān)測設(shè)施完好率、測點(diǎn)預(yù)警、水位和雨量的信息；應(yīng)急搶險(xiǎn)大屏建設(shè)結(jié)合應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急組織、培訓(xùn)演練、相關(guān)實(shí)測數(shù)據(jù)和歷史災(zāi)害資料，實(shí)時(shí)繪制防汛防臺形勢圖，包括各類避災(zāi)場所、物資、人員轉(zhuǎn)移路線等要素。實(shí)現(xiàn)應(yīng)急搶險(xiǎn)利用大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)研判，影響范圍有多大、轉(zhuǎn)移多少群眾、什么時(shí)候轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到哪，一目了然。

（2）智能巡檢

以水庫的全部水利監(jiān)控設(shè)施建設(shè)和統(tǒng)一視頻匯聚建設(shè)為基礎(chǔ)，形成水庫可視化全景監(jiān)管系統(tǒng)。通過將GIS地圖、水利工程數(shù)據(jù)、水雨情數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對水庫的遠(yuǎn)程在線全景監(jiān)管，以增加防臺防汛救災(zāi)能力。建設(shè)內(nèi)容包括：地圖二次開發(fā)、汛情關(guān)聯(lián)包括暴雨關(guān)聯(lián)、臺風(fēng)關(guān)聯(lián)和水位關(guān)聯(lián)、視頻監(jiān)控設(shè)備維護(hù)、運(yùn)維管理實(shí)現(xiàn)對視頻質(zhì)量評估分析，異常視頻圖像及時(shí)告警等信息；可讓工作人員實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地掌握設(shè)備在線率、完好率、故障率等數(shù)據(jù)，同時(shí)對于設(shè)備故障信息發(fā)送至對應(yīng)的運(yùn)維人員，形成自動(dòng)派單流程。

（3）調(diào)度運(yùn)行

水庫管理單位根據(jù)來水預(yù)測和實(shí)際水位開展調(diào)度申請，縣級收到調(diào)度指令對其進(jìn)行審批；審批通過后，同時(shí)通過PC、移動(dòng)端和傳真機(jī)下發(fā)調(diào)度令，實(shí)現(xiàn)調(diào)度在線流程化協(xié)同審批功能。具體流程如下：調(diào)度申請、調(diào)度審批、調(diào)度單下達(dá)、調(diào)度單簽收、問題處置管理、調(diào)度方案上傳、方案審批。

（4）應(yīng)急搶險(xiǎn)

當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，能夠根據(jù)險(xiǎn)情，自動(dòng)生成應(yīng)急搶險(xiǎn)方案，自動(dòng)調(diào)配搶險(xiǎn)物資和搶險(xiǎn)隊(duì)伍，并匹配附近搶險(xiǎn)專家，為應(yīng)急搶險(xiǎn)提供決策支持。應(yīng)急管理包含應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急組織、預(yù)警管理、歷史應(yīng)急事件和應(yīng)急響應(yīng)等信息。并實(shí)現(xiàn)應(yīng)急培訓(xùn)及演練模擬、應(yīng)急指揮及應(yīng)急事件全過程管理。

圖1 橋墩水庫在省運(yùn)管平臺的應(yīng)用界面

（5）移動(dòng)查詢

通過移動(dòng)端查詢工程基本數(shù)據(jù)、工程特性數(shù)據(jù)。對各類水利工程的基本信息進(jìn)行管理，使得管理者時(shí)刻掌握水利工程的基本信息、安全鑒定情況、全景等信息。展示包括水庫基本信息、工程特性、安全責(zé)任人、安全管理范圍線、管理設(shè)施、標(biāo)識標(biāo)牌、圖表圖紙等。也可在移動(dòng)端查看巡檢軌跡、巡檢點(diǎn)采集信息、工程應(yīng)急預(yù)案、用戶平臺使用情況、工作完成情況等，為管理工作提供幫助。

（6）監(jiān)測信息查詢

遷移平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)至移動(dòng)端，通過移動(dòng)端查詢工程水雨情、工情等數(shù)據(jù)。根據(jù)不同水利工程的監(jiān)測需要，展示對應(yīng)的水利工程監(jiān)測信息。為水庫安全管理工作提供數(shù)據(jù)支撐。

（7）日常維修養(yǎng)護(hù)

該模塊功能包括對工程隱患處理意見及處理方式的編輯與記錄；對處理意見的審批與記錄；維修養(yǎng)護(hù)任務(wù)分發(fā)情況的操作與記錄；維修養(yǎng)護(hù)時(shí)間、維修養(yǎng)護(hù)成果資料的上傳保存；以及維修養(yǎng)護(hù)成果的審核功能。

（8）預(yù)警消息

通過移動(dòng)端可群發(fā)消息，在移動(dòng)端進(jìn)行信息群發(fā)，選擇接收人員，提醒方式，輸入需要群發(fā)的消息文字后即可以短信等方式進(jìn)行消息的推送。預(yù)警的消息主要包括：水位預(yù)警，根據(jù)各部門采集的水位信息，進(jìn)行分析，設(shè)定預(yù)警閥值，當(dāng)某一河道的水位超過預(yù)定閥值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警；放水預(yù)警，當(dāng)水庫進(jìn)行放水時(shí)，可以通過移動(dòng)端進(jìn)行放水預(yù)警信息發(fā)布，民眾在公眾號可以接收相關(guān)放水預(yù)警。

3 數(shù)字橋墩水庫應(yīng)用實(shí)踐

通過近幾年的運(yùn)用實(shí)踐，數(shù)字橋墩水庫平臺在日常防洪工作中發(fā)揮了較大作用，在預(yù)報(bào)方面融合了水雨情、臺風(fēng)、氣象等數(shù)據(jù)，在預(yù)警方面有預(yù)警消息中心、在預(yù)演方面有標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)演流程，在預(yù)案方案預(yù)案格式化模塊，能夠標(biāo)準(zhǔn)化流程化開展預(yù)案推進(jìn)。

4 結(jié)論

數(shù)字橋墩水庫項(xiàng)目建設(shè)后，將物聯(lián)感知融入水庫日常管理中，增強(qiáng)水庫日常管理的監(jiān)管，保障工程安全，保障人民財(cái)產(chǎn)安全，通過建設(shè)實(shí)現(xiàn)橋墩水庫數(shù)字化管理的新突破，利用現(xiàn)代化、智能化手段實(shí)現(xiàn)橋墩水庫現(xiàn)場可感、可視、可控、可分析，實(shí)現(xiàn)水庫洪水預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案的“四預(yù)”安全管理，充分提升橋墩水庫水害災(zāi)害防御能力和應(yīng)急搶險(xiǎn)聯(lián)動(dòng)能力，保障工程運(yùn)行安全，避免工程事故和人民生命財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)數(shù)字橋墩水庫在四預(yù)和三維可視化技術(shù)結(jié)合方面還有所欠缺，也是我們下一步的工作重點(diǎn)。