杨志平
新疆维吾尔自治区塔里木河流域巴音郭楞管理局开都河中（上）游管理站 新疆巴音郭楞 841305
摘要：工程开发建设智慧水库运行管理系统，系统采用BIM、物联网、大数据、云计算等新技术，实现“实时采集、全面感知、动态可视、智能管控”的水库调度运行智慧化目标。本文介绍了该系统的主要设计方案，对系统的设计特点进行了阐述。
关键词：智慧水库运管系统；设计方案；特点
引言
面向水库及水库群的实时监控、集中管理和优化调度一直是水库管理部门的工作重点，但是水库及水库群自身具备分布广、信息杂、业务多等特点，加之普遍存在基础设施缺乏、管理手段落后、运维资金有限、技术人员稀缺等现实问题，使监管变得异常困难。另外，由于水库群相互关联复杂，影响力巨大，对其监管不能有丝毫懈怠，实时掌握水库群的运行状况，及时高效地进行应急响应，科学合理地实施水库群调度成为管理部门亟待解决的问题。
1水库信息化现状分析
随着时代的发展，在水库监管及运行管理单位，水库管理相关信息系统的应用已较为广泛。水库管理根据各自的业务需求，分别应用了各类专业管理软件。据不完全统计，超过2/3的大型水库和部分中型水库管理单位建有水雨情测报系统、大坝安全监测系统。此外还有部分水库单位布设有视频监控、闸门自动控制、水文预报系统，主要注重信息的采集、查询、展示，极少数信息化系统具备信息发布功能。根据调研，普遍存在以下几类问题。
(1)缺乏统一规划。水库各个业务系统间相互独立，每个系统的功能比较单一，业务不全或重复。
(2)集成程度低，存在信息孤岛。已部署的软件系统由于开发厂家、时间、开发语言等不尽相同，导致各个软件间数据不能共享，无法有效融合。
(3)业务功能不全。目前，已开发水雨情测报、安全监测等系统仅实现了信息采集、查询、展示，忽视日常管理业务以及整编分析、预警、对外信息发布等功能，且大多是基于某些具体的业务需求而开发，没有实现水库的日常管理业务的全覆盖。
2设计内容
设计内容包括：①构建水库综合业务数据中心，实现水工、设施、设备等管理对象BIM模型的动态展示,以及各业务系统采集的实时数据的可视化查询；②全面整合现有水情自动化测报、电站自动化监控、闸门自动化监控、水库视频监控、大坝自动化安全监测等系统，开发统一数据接口，保证系统的无缝对接；③根据水库运行管理的业务需求，建立各类数据的业务关系及业务数据模型，根据业务需求进行深层的数据加工及分析；④满足水库运行、调度、防汛、安全、发电和供水等核心业务管理需求，提供水库实时运行信息、实时水雨情信息、实时工情信息、水库调度管理、水文泥沙分析、河道演变分析、供水发电信息和工险情预警等多业务支持；⑤采用地理信息技术、BIM和虚拟仿真技术，构建河口村水库运行管理的三维、二维可视化仿真管理环境。真实展现水库运用过程中库区、河道形态的实时变化和三维场景；⑥基于三维显示平台，在线显示库区实时水位、蓄水量信息、特征库容变化、泄水运用场景、淹没范围变化，支持不同防汛调度预案的三维模拟演示；⑦基于移动网和智能化设备，支持手机端数据采集、上传和发布，实现水库实时运行信息、统计管理信息、工险情预警信息在线显示查询，以及抢险指挥信息、抢险过程信息在线显示。
3设计方案
3.1系统功能子系统设计
①水库运用三维动态仿真子系统:主要利用三维仿真技术和空间分析技术，把水库周边地形、水库河道地形及水库其他水工管理要素进行建模，根据实时水情信息对库区水情水态进行模拟，以便直观展示库区的水情、水态变化。②系统BIM信息模型暨电子沙盘子系统:水库BIM信息模型系统以数字图形介质理论及其“骨骼网架”建模方法，构建河口村水库监测设备；及其流域地形的三维数字模型和三维信息模型，并且在该数字信息模型中实现图形与数据的统一。③水库防洪综合分析子系统:系统分析模型的建立包括防洪系统、防洪工作内容及防洪预报-调度-决策流程,解决防洪调度决策中的实际问题。水库防洪综合分析子系统是基于采集的库水位、降雨量、进出库流量等数据，提供洪水预报、洪水调度、数据查询等功能，为水库防洪调度提供分析服务。④系统计算机辅助RCM分析子系统:智慧水库系统的计算机辅助RCM分析子系统是以RCM为基础方法，融合水库的产品信息、产品故障信息、产品的维修保障信息、产品的费用信息等的数字信息，确定重要功能产品(FSI)、行故障模式影响分析(FMEA)、应用逻辑决断、系统综合及形成计划的过程，实现水库各种设备运维的计算机辅助RCM分析。⑤其他功能子系统:各独立运行的电站监控子系统、闸门监控子系统、水情测报子系统、水质监测子系统、大坝观测子系统、视频监控子系统、灯光亮化子系统等接入、数据整合和调度模型开发。
3.2计算机监控系统
计算机监控系统对沿线的闸、阀和泵站进行实时自动监控，实现调水自动化。本系统由远程和现地站监控系统组成，是自动化调水和保证调水工程安全运行的核心，采用国产主流计算机监控软件，保障调水运行核心系统自主可控，建设实时库和历史库，创新地采用排程控制系统，把调水命令通过模型自动计算后直接下达到每个泵站，安排每台泵的变频控制，从而达到精细化控制的目的，大大节约了能源，实现了调度的真正自动化。
3.3系统框架设计
系统架构包含多个相互独立的层：应用终端层、SOA技术支撑与服务层、业务应用层、基础服务层、数据访问层、数据存储层等6部分。采用分层结构，可根据应用需求进行纵向和横向扩展。各层的主要功能为：①应用终端层:应用终端层以二三维可视化信息综合展示为主要任务，是信息展示、用户交互及查询业务的窗口。应用层通过SOA技术服务层获取终端所需的服务，通过指挥大屏、移动应用、PC应用等方式向用户提供系统应用。②SOA技术支撑与服务层:SOA技术支撑与服务层基于操作系统平台、数据库平台的中间软件构建，提供通用基础服务，主要是为用户提供一个统一、标准的信息通道，具有良好的兼容性、灵活性和可操作性。提供一个支持信息访问、数据传递的环境。技术支撑与服务层将业务应用层和数据库进行有效隔离，提高了数据库的安全性。③业务应用层:业务应用层是系统的核心，实现系统的核心业务，集成水库运行管理各业务应用系统，实现各种业务的计算分析和处理。根据业务处理的需求，把每个业务模块的功能分解成适当力度的插件，以支持对服务的调用和业务的扩展。④基础服务层:基础服务层是系统的基石，是提供系统开发和运行的实体环境。通过功能集成来完成系统所需的各种基础服务，如用户身份验证、GIS服务、日志管理、消息流转、报表引擎等。⑤数据存储层:数据存储层是存储、管理和访问数据的支撑平台，将水库的各类信息进行集中管理，为业务应用和基础服务层提供数据的查询和存储服务，实现连接不同的数据库，如Oracle、Excel、文件数据和模型数据等。
结语
系统紧密结合水库管理单位的业务实际需求，从功能设计、数据存储和管理、性能需求、安全需求等方面做了详细设计，形成了一套既满足业务需求又具备高性能特点的体系架构，很好解决了水库及水库群管理的主要问题，为智慧水库的建设发挥积极的作用。
参考文献
[1]肖晓春，张煦，邓小刚，2018.水利枢纽工程综合管理信息化系统框架设计，水电站机电技术：47-51.
[2]张玉炳，杨明化，何向阳等，2018.智慧水库一体化管理平台特点介绍[J].水利规划与设计(2)：85-88.
[3]陈堃.淮水北调工程调度运行信息化系统设计[J].江淮水利科技，2016，(3):43-45.