李祥銀，位海洪，焦遠(yuǎn)亭，王 濤

（滕州市水庫管理服務(wù)中心，山東 棗莊 277533）

水庫是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施，長期以來，在防洪、灌溉、供水、養(yǎng)殖、發(fā)電和生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用[1]。黨的二十大以后，加快推動新階段水庫高質(zhì)量發(fā)展，不斷滿足人民群眾日益增長的水安全、水資源、水生態(tài)、水環(huán)境和水文化需要，為全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家、全面推進(jìn)中華民族偉大復(fù)興提供有力的水安全保障[2]。世界科技發(fā)展新形勢表明，加強(qiáng)數(shù)字孿生、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)與水庫管理的深度融合，是構(gòu)建智慧水庫體系、賦能推動新階段水庫高質(zhì)量發(fā)展的先進(jìn)引領(lǐng)力和強(qiáng)勁驅(qū)動力[3，4]。

1 馬河水庫概況

馬河水庫位于山東省滕州市北部，地處淮河流域南四湖水系北沙河上游，1959 年11 月動工興建，1960 年5 月建成，控制流域面積240 km2，總庫容1.38 億m3，興利庫容0.7 億m3。水庫樞紐工程包括大壩、溢洪道（閘）、放水洞等。

馬河水庫大壩長3 607 m，最大壩高23.3 m；溢洪道長1 200 m，設(shè)3 孔10 m×6.5 m 溢洪閘，最大泄量1 315 m3/s。水庫于2004年底完成除險(xiǎn)加固，防洪標(biāo)準(zhǔn)按100 a一遇設(shè)計(jì)、5 000 a一遇校核。馬河水庫是一座具有防洪、灌溉、供水、養(yǎng)殖、生態(tài)環(huán)境等綜合效益的大型水庫，對滕州市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展起著舉足輕重的作用。

2 信息化建設(shè)現(xiàn)狀和存在的問題

馬河水庫建有雨水情監(jiān)測系統(tǒng)、滲流監(jiān)測系統(tǒng)、位移監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等簡單感知系統(tǒng)，但信息化建設(shè)整體水平較低，主要存在以下問題。

（1）缺乏統(tǒng)一規(guī)劃。馬河水庫信息化建設(shè)因缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，其建設(shè)內(nèi)容不夠全面、新技術(shù)應(yīng)用程度不高、應(yīng)用系統(tǒng)功能模塊不完整，僅能滿足水庫基本管理需要，信息化建設(shè)整體水平較低。

（2）缺少統(tǒng)一綜合管理平臺。馬河水庫信息化應(yīng)用系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行、互不兼容。各系統(tǒng)的信息不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理和應(yīng)用，形成“信息孤島”。系統(tǒng)外包括水文、氣象等信息也沒能并入接口實(shí)現(xiàn)共享。因各系統(tǒng)獨(dú)立應(yīng)用，故造成運(yùn)行成本高、使用效率低。馬河水庫管理急需建設(shè)一個(gè)能夠整合現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)和行業(yè)信息資源，實(shí)現(xiàn)信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的統(tǒng)一綜合管理平臺。

（3）基礎(chǔ)信息感知水平低。馬河水庫現(xiàn)有系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)少且以單點(diǎn)信息采集為主，智能傳感設(shè)備、AI圖像識別、無人機(jī)、無人船等新技術(shù)應(yīng)用少，不滿足實(shí)際管理需要。因基礎(chǔ)感知設(shè)施覆蓋范圍不廣、感知內(nèi)容要素不全，故造成基礎(chǔ)信息感知水平低，最終導(dǎo)致信息在發(fā)揮效用和實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同等方面存在不足。

（4）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)問題。馬河水庫業(yè)務(wù)系統(tǒng)較多，因數(shù)據(jù)多源異構(gòu)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一和數(shù)據(jù)格式規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化等問題；因不同設(shè)備其接口不同，存在數(shù)據(jù)交互性問題；因網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層其類型、行業(yè)應(yīng)用方向不同，存在不同的架構(gòu)體系和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議問題。對此，在智慧水庫系統(tǒng)建設(shè)中，應(yīng)首先建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，以便綜合管理平臺數(shù)據(jù)的對接和系統(tǒng)的研發(fā)升級。

3 智慧水庫建設(shè)架構(gòu)和主要任務(wù)

以運(yùn)行管理為導(dǎo)向，充分利用新一代數(shù)字孿生、AI 圖像識別以及云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用等先進(jìn)技術(shù)，搭建“一張圖、一張網(wǎng)、一中心、一平臺”的智慧水庫全過程管控平臺。

3.1 總體架構(gòu)

根據(jù)山東省水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理關(guān)于工程狀況、安全管理、運(yùn)行管護(hù)、管理保障、信息化建設(shè)5個(gè)方面的工作要求，結(jié)合馬河水庫管理實(shí)際，以運(yùn)行管理業(yè)務(wù)和工作管理業(yè)務(wù)為核心，構(gòu)建包括運(yùn)行管理系統(tǒng)、感知體系、數(shù)據(jù)資源庫和移動終端4個(gè)部分的馬河水庫運(yùn)行管理數(shù)字平臺架構(gòu)體系，如圖1所示。

圖1 馬河水庫運(yùn)行管理數(shù)字平臺架構(gòu)

3.2 運(yùn)行管理系統(tǒng)建設(shè)

馬河水庫圍繞安全管理、管理保障、運(yùn)行管理、檔案管理、監(jiān)測分析、管理自評等業(yè)務(wù)工作設(shè)置運(yùn)行管理系統(tǒng)功能模塊，實(shí)現(xiàn)水利工程靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的隨時(shí)查用，確保工程狀態(tài)可查可控。馬河水庫運(yùn)行管理系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 馬河水庫運(yùn)行管理系統(tǒng)架構(gòu)

3.3 感知體系建設(shè)

感知體系是系統(tǒng)的信息源。根據(jù)馬河水庫感知體系建設(shè)現(xiàn)狀，按照實(shí)時(shí)監(jiān)測需求，需要補(bǔ)充、完善和增加水位、雨量、蒸發(fā)、流量、滲壓、變形、水質(zhì)、閘門工情、視頻監(jiān)控等設(shè)備設(shè)施。馬河水庫感知體系架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 馬河水庫感知體系架構(gòu)

3.4 數(shù)據(jù)資源庫建設(shè)

數(shù)據(jù)資源的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和共享的前提，是信息資源最大限度利用的保障。數(shù)據(jù)資源庫包括靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測信息3 種類型的數(shù)據(jù)資源：靜態(tài)數(shù)據(jù)包括工程基本信息、管理單位信息、水庫大壩安全責(zé)任人、職工培訓(xùn)情況、管護(hù)經(jīng)費(fèi)、工程劃界、管理手冊、工程面貌、工程檢查、工程監(jiān)測、觀測資料整編分析、年度調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃、年度發(fā)生險(xiǎn)情、應(yīng)急管理、閘門試運(yùn)行、調(diào)度運(yùn)行、大壩注冊登記、大壩安全鑒定、維修養(yǎng)護(hù)、除險(xiǎn)加固等；動態(tài)數(shù)據(jù)包括工程檢查、工程監(jiān)測、大壩巡查、工程問題及處理、水庫放水預(yù)警、調(diào)度運(yùn)行、維修養(yǎng)護(hù)等；實(shí)時(shí)監(jiān)測信息通過感知體系進(jìn)行自動采集。在數(shù)據(jù)資源庫建設(shè)過程中，優(yōu)先利用已有感知體系資源，在合理布局并滿足工程運(yùn)行管理需要的基礎(chǔ)上按照相關(guān)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善建設(shè)。數(shù)據(jù)資源庫可根據(jù)自身工作需要合理增減數(shù)據(jù)項(xiàng)。靜態(tài)數(shù)據(jù)通常每年更新1 次（必要時(shí)及時(shí)更新），動態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際情況按月、周、日進(jìn)行更新，實(shí)時(shí)監(jiān)測信息通常進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。馬河水庫數(shù)據(jù)資源庫架構(gòu)，如圖4所示。

圖4 馬河水庫數(shù)據(jù)資源庫架構(gòu)

3.5 移動終端建設(shè)

移動終端（手機(jī)App）是馬河水庫現(xiàn)場巡查和故障排查的主要手段，內(nèi)置基礎(chǔ)信息查詢、實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警、工程巡查管理、調(diào)度運(yùn)行管理、工程安全隱患管理、維修養(yǎng)護(hù)管理和日志管理7 個(gè)功能模塊。馬河水庫移動終端架構(gòu)，如圖5所示。

圖5 馬河水庫移動終端架構(gòu)

3.5.1 基礎(chǔ)信息查詢

基礎(chǔ)信息查詢模塊主要為馬河水庫提供水利工程基礎(chǔ)信息查詢服務(wù)，為水利工程巡查及隱患排查提供基礎(chǔ)信息支撐。

3.5.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警

實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警模塊主要包括水位監(jiān)測、雨量監(jiān)測、流量監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、位移監(jiān)測等。當(dāng)需要水位、雨量、流量、水質(zhì)、位移等實(shí)時(shí)信息時(shí)，可直接調(diào)取該模塊查看。當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測信息超過既定預(yù)警數(shù)值或巡查發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，可通過AI圖像識別并結(jié)合大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，系統(tǒng)將以彈出提示框、發(fā)信息、發(fā)報(bào)警音或報(bào)警截圖等方式向相關(guān)負(fù)責(zé)人員發(fā)送預(yù)警提示，相關(guān)負(fù)責(zé)人員無論身處何地，均可在第一時(shí)間收到預(yù)警信息。

3.5.3 工程巡查管理

工程巡查管理模塊具有巡查信息匯總、巡查記錄管理、巡查任務(wù)管理、巡查人員管理等功能，方便水庫監(jiān)管人員對工程巡查工作進(jìn)行監(jiān)管。

（1）巡查信息匯總。對巡查信息進(jìn)行綜合展示；亦可自定義查詢條件，按巡查部位、巡查時(shí)間對巡查及隱患排查情況進(jìn)行深入了解。

（2）巡查記錄管理。包括巡查列表展示、巡查詳情查詢、巡查軌跡查詢、巡查工作提醒等。

（3）巡查任務(wù)管理。對水庫運(yùn)管單位制定的管轄范圍內(nèi)水利工程巡查任務(wù)，可通過平臺下發(fā)至相關(guān)責(zé)任人。

（4）巡查人員管理。進(jìn)行巡查人員上報(bào)、巡查人員查詢。

3.5.4 調(diào)度運(yùn)行管理

調(diào)度運(yùn)行管理模塊具有調(diào)度信息接收、運(yùn)行管理過程記錄等功能，實(shí)現(xiàn)調(diào)度任務(wù)接收、執(zhí)行、反饋的“閉環(huán)”管理，提高調(diào)度運(yùn)行管理水平。

（1）調(diào)度信息接收。運(yùn)行管理人員可以在移動終端查看需要執(zhí)行的運(yùn)行管理任務(wù)。

（2）運(yùn)行管理過程記錄。運(yùn)行管理人員可通過移動終端對水利工程運(yùn)行過程如閘門啟閉前、中、后的運(yùn)行狀況以文字、圖、表等形式記錄下來并實(shí)時(shí)上報(bào)。移動終端支持拍照、錄音、錄像及音視頻上傳。

3.5.5 工程隱患管理

工程隱患管理模塊具有工程安全隱患上報(bào)、安全隱患跟蹤、安全隱患處置、安全隱患核銷等功能，實(shí)現(xiàn)工程安全隱患發(fā)現(xiàn)、跟蹤、處置、結(jié)束的“閉環(huán)”管理，提高工程安全隱患的處理效率，保障水利工程的安全運(yùn)行。

（1）安全隱患上報(bào)。巡查人員對巡查及隱患排查發(fā)現(xiàn)的安全隱患，可上報(bào)到馬河水庫運(yùn)行管理數(shù)字平臺，平臺將自動以短信、系統(tǒng)彈窗等方式下發(fā)至馬河水庫移動終端通知相關(guān)安全負(fù)責(zé)人進(jìn)行安全隱患問題復(fù)核。

（2）安全隱患跟蹤。當(dāng)發(fā)現(xiàn)水利工程安全隱患后，運(yùn)管單位需組織專人對出險(xiǎn)部位進(jìn)行連續(xù)觀測，并將相關(guān)信息反饋到系統(tǒng)平臺，實(shí)時(shí)跟蹤工程安全隱患的狀態(tài)。

（3）安全隱患處置。運(yùn)管單位可以通過系統(tǒng)查詢工程維修養(yǎng)護(hù)單位并通知工程維修養(yǎng)護(hù)單位對工程安全隱患進(jìn)行處置。工程安全隱患的處理方式、處理人員信息等內(nèi)容可錄入系統(tǒng)。

（4）安全隱患核銷。工程安全隱患處理完成后，運(yùn)管單位需對工程的安全狀態(tài)進(jìn)行檢查，并通過系統(tǒng)平臺向上級主管部門申請工程安全隱患核銷。上級主管部門可通過系統(tǒng)平臺查詢查看工程安全隱患處理結(jié)果，結(jié)束工程安全隱患狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)工程重新恢復(fù)健康狀態(tài)。

3.5.6 維修養(yǎng)護(hù)管理

維修養(yǎng)護(hù)管理模塊具有水利工程維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目跟蹤、維修養(yǎng)護(hù)過程記錄等功能，實(shí)現(xiàn)工程維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目跟蹤、記錄、結(jié)束的“閉環(huán)”管理，提升工程維修養(yǎng)護(hù)管理的規(guī)范化、現(xiàn)代化水平。

（1）維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目跟蹤。當(dāng)水利工程維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目生成后，相關(guān)管理單位需組織專人進(jìn)行現(xiàn)場維修養(yǎng)護(hù)，并將相關(guān)信息反饋到系統(tǒng)，實(shí)時(shí)跟蹤維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目的進(jìn)展。

（2）維修養(yǎng)護(hù)過程記錄。水利工程維修養(yǎng)護(hù)過程可以以文字、圖、表等形式記錄在系統(tǒng)中。

3.5.7 日志管理

日志管理模塊主要功能是可對水庫運(yùn)行管理的日志進(jìn)行查詢，即在移動終端上可查詢有關(guān)日志信息。

3.6 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)

3.6.1 數(shù)據(jù)格式

數(shù)據(jù)格式采用常用標(biāo)準(zhǔn)格式。物理文件采用PDF、JPG 等不可編輯格式，數(shù)據(jù)傳輸采用JSON、XML 等格式。平臺通信采用成熟、開放、通用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與接口。數(shù)據(jù)交換依托標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口，遵循“一數(shù)一源”原則，建立統(tǒng)一的安全認(rèn)證、授權(quán)管理和身份認(rèn)證體系，確保數(shù)據(jù)的一致性、安全性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一交換和共享。

3.6.2 軟件平臺

馬河水庫運(yùn)行管理數(shù)字平臺采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)，通過對軟件重新配置、升級，可滿足水利工程運(yùn)行管理長期發(fā)展需求。

3.6.3 網(wǎng)絡(luò)安全

根據(jù)《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)基本要求》（GB/T 22239-2019）[5]對系統(tǒng)進(jìn)行定級，建立防入侵、防病毒、加密、安全認(rèn)證和訪問控制于一體的安全防控體系。

3.6.4 數(shù)據(jù)集成和系統(tǒng)集成

在馬河水庫運(yùn)行管理數(shù)字平臺建設(shè)過程中，按照山東省數(shù)據(jù)匯集格式要求，充分利用已建系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的有效集成，避免了重復(fù)投資造成的浪費(fèi)。

3.6.5 運(yùn)行環(huán)境

本地機(jī)房運(yùn)行環(huán)境符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，并在今后較長時(shí)期（3～5 a）內(nèi)技術(shù)先進(jìn)、指標(biāo)參數(shù)不落后、設(shè)施設(shè)備不淘汰，因此在現(xiàn)有機(jī)房運(yùn)行環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)部署。

3.6.6 平臺界面

平臺界面風(fēng)格友好、直觀、相對統(tǒng)一，人機(jī)對話提示說明準(zhǔn)確、清晰、簡潔，空間、文字、圖形之間整體均衡、美感。

4 智慧水庫建設(shè)成效

4.1 滿足馬河水庫標(biāo)準(zhǔn)化管理實(shí)際需要

智慧水庫建設(shè)是依據(jù)山東省水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理關(guān)于工程狀況、安全管理、運(yùn)行管護(hù)、管理保障、信息化建設(shè)5 個(gè)方面的工作要求，結(jié)合馬河水庫實(shí)際構(gòu)建的水庫運(yùn)行管理數(shù)字平臺架構(gòu)體系，建設(shè)成果滿足馬河水庫標(biāo)準(zhǔn)化管理實(shí)際需要。

4.2 提升馬河水庫管理水平

智慧水庫建設(shè)在水文監(jiān)測、滲流監(jiān)測、變形監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、視頻監(jiān)控、洪水預(yù)報(bào)預(yù)警和資料整編等方面提高了工作效率、降低了管理成本、細(xì)化了管理流程；依托先進(jìn)的數(shù)字信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水利工程數(shù)據(jù)隨查隨用、工程狀態(tài)可查可控、管理行為動態(tài)監(jiān)管，提升了馬河水庫專業(yè)化、精細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化管理水平，確保了水庫運(yùn)行安全并充分發(fā)揮效益。

4.3 實(shí)現(xiàn)馬河水庫內(nèi)外資源整合與共享

全面整合馬河水庫原有系統(tǒng)資源至水庫運(yùn)行管理數(shù)字平臺，豐富水利工程各類要素，實(shí)現(xiàn)水利工程內(nèi)部信息資源的整合和共享。充分利用水文、氣象等部門現(xiàn)有的可利用數(shù)據(jù)資源和已有的軟硬件資源環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了水利工程外部信息資源的整合與共享。移動終端（手機(jī)App）的建設(shè)，大幅提升了水庫業(yè)務(wù)協(xié)同化、智慧化管理和服務(wù)水平。

5 結(jié)語

智慧水庫建設(shè)，無論是從水庫標(biāo)準(zhǔn)化管理需要方面還是從長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展要求方面，都是一項(xiàng)具有顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的戰(zhàn)略舉措。馬河水庫作為山東省智慧水庫建設(shè)試點(diǎn)之一，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及移動應(yīng)用等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，突破原有系統(tǒng)局限，創(chuàng)新水庫管理決策新模式，實(shí)現(xiàn)了水庫管理從信息化到數(shù)字化、智能化的完美轉(zhuǎn)變，為全省智慧水庫建設(shè)打造出了可復(fù)制可推廣的標(biāo)準(zhǔn)化效果，同時(shí)將有力促進(jìn)全省水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理水平的進(jìn)一步提升。