精细化智慧水利信息平台的应用实践

李 扬 颜 蔚 汤 炜

(1.江苏省江都水利工程管理处，江苏 扬州 225200； 2.扬州市江都区水务局，江苏 扬州 225200)

党的十九大报告中把智慧社会作为建设创新型国家的重要内容，从顶层设计的角度，为智慧社会建设指明了方向[1]。诸多水利工作者提出了智慧水网、流域、水利、水务等概念[2]。目前，国内智慧水利的建设正在进行小范围试点与研究，主要集中在技术方法、建设思路探索方面[3]。

江都水利枢纽是南水北调东线源头工程，由4座大型抽水站、12座大中型水闸及其配套设施组成，具有抽江北送、自流引江、抽排涝水、分泄洪水、余水发电、保障航运、改善生态环境等功能[4]。该工程是我国第一座自行设计、安装、管理的大型泵站群，并率先将精细化[5]引入水利工程管理中来，进而用于管理信息化平台建设，实现水利工程全区域、全功能智慧管理。该工程以精细化的理念指引智慧水利的建设实践，对于后续类似大型水利工程开展智慧水利的研究和建设具有一定的参考价值。

1 现有自动化平台与智慧水利的差距

通过精细化的理念对自动化监控系统、视频系统等现有技术平台进行分析与梳理，找出与智慧水利目标的具体差距。该工程经过多年的水利工程自动化监控系统、视频系统的研发，实现了以泵站、水闸各自为主体站一级的自动化监控系统，能够做到对泵站、水闸电气量、温度量、水位、闸门开度、气体压力、油压力等综合监视，以及以操作票为步骤的主变、主机、励磁等投运切出操作。此外，单独开发了办公自动化系统，初步满足了邮件发送、公文报送签发等办公需求。但是，以智慧水利作为目标，仍存在以下不足：

a.该工程所涵盖的泵站、水闸地理分布范围广，从整个枢纽层面来看缺乏统一整体管理，未能将水利工程枢纽所有泵站、水闸监控管理系统进行整合，形成统一管理平台。

b.工程抽江北送、自流引江等功能的发挥对应不同的调度方案，调度方式多是从经验出发，通过电话进行调度，填写纸质调度记录，缺乏直观性。

c.工程监控、办公自动化、水情报送等多系统相互独立，系统使用人员根据不同的工作需要进入不同的平台进行处理，一定程度上增加了工作的复杂度。

d.工程维修养护项目管理及工程巡视检查等仍主要采用纸质文档，缺乏实时性，无法做到对工程维修养护进度的实时反馈以及巡视检查执行情况的实时监督。

2 智慧管理信息平台的实现

2.1 总体思路

该管理信息化平台以实现智慧水利的管理目标，在功能设计及现场使用方面以精细化为要求，实现工程控制运用、水利工程管理的全业务智慧管理。

a.建设枢纽工程监控系统，实现各抽水泵站、水闸、水文站的水情与工情数据的全面监控，为防汛调度提供数据支撑，为相关部门精细化管理提供可视化决策支持。

b.信息化管理平台整合智慧调度系统，能够根据省防办的调度指令，自动提供调度方案，供管理处防办选择并下达。

c.在对历史维修养护数据电子化录入的基础上，加强对维修养护项目进度、标准要求的实时管理，重点是工程维修技术测量数据的及时录入和质量控制，实现工程管理智慧化。

d.针对工程运行期间以及非运行期间的巡视检查，建立智慧巡检系统，以智能手机、平板为载体，编制巡检APP，实现所有设备电子化巡检。

2.2 具体实现

2.2.1 工程监控子系统

为实现枢纽工程全域管理，将泵站开启主机数量、闸门开启数量、各站点上下游水位与流量等主要管理对象整合集中显示，同时引入该工程流域电子地图，显著标注所管理的主要泵站和水闸，从而实现工程流域全局数据的管理。在此基础上可通过点击地图标注，直接进入相关泵站、水闸站一级的自动化监视系统。

同时在一级目录上分栏显示泵站、水闸、报表查询，二级目录用于切换具体的站点。泵站监控主画面以动态主接线图为主，直观显示相应主机运行、高压断路器状态，并在各台主机下方集中显示该主机的定子及励磁电压、电流、有功功率、功率因素以及叶片角度。水闸则以建筑物立面图为主画面，动态显示闸门启闭动画，对应标明各闸门闸位和单孔流量。对各闸站以及全处进线数据、站变数据、机组数据以列表的形式进行查询。

2.2.2 调度管理子系统

在调度管理中，根据工程调水、排涝、发电、自流引江、淮河泄洪等功能，通过流量进行分级，预先设置调度方案。当管理处防办接收到上级防办指令时，调度系统(调度系统支持技术架构见图 1)根据指令提供最优方案以供选择。例如抗旱，调水流量在400m3/s以上时，调度系统下发开启二站7台主水泵，三站10台主水泵，四站6台主水泵调度指令，生成详细调度任务表，将调度指令按照权限自动送达二站、三站、四站负责人账号，同时发送相关指令信息到相关负责人手机，完成指令下达流程。相关负责人执行指令后在调度系统中填写相关执行情况。同时，该系统以流程图的形式从上级调令、处级调令、基层站点调令接受情况、基层站点执行情况、处级调令执行情况五个层级对指令进行跟踪。系统留有调度方案编辑接口，便于处级调度人员进一步对调度方案进行优化。调度子系统具备值班管理功能，由基层站点负责人提前预设排班表，当接到调令后，可直接选择相应的运行值班方案，机组运行后值班人员登录该系统进行值班登记，便于上级对基层值班情况整体把控。

图1 调度系统支持技术架构

调度系统中统计分析可对雨情报表、水情报表、值班情况、调度情况进行查询，并自动对泵站机组运行时间、水闸单孔运行时间进行统计形成运行情况统计表，通过对水雨情分析自动生成测站雨量柱状图、单站时段降雨量图、单站日降雨量图以及水量统计表。这些图表为基层管理单位以及工程管理科室实施精细化工程管理提供了数据支持。

2.2.3 工程管理子系统

工程管理子系统将工程检查、工程观测、维修养护、考核管理等项目管理过程电子化、网络化、信息化，通过将原有历史资料进行电子化录入，逐步替代原有人工纸质档案管理。

a.工程检查：主要是为了实时掌握工况变化和工作情况、分析工情变化规律提供科学的管理依据。系统提供定期检查、日常巡查、特别检查、电气试验、安全鉴定等记录登记功能，检查人员根据实际情况，对记录进行登记。

b.工程观测：观测内容主要包括垂直位移观测、测压管水位观测、引河河床变形观测、混凝土建筑物裂缝观测、建筑物伸缩缝观测以及其他(水流形态、混凝土碳化深度、水文)观测。系统实现对观测结果的电子化管理，工作人员可将观测结果登记到系统上，对其进行分类、归档，并提供模糊检索的功能。

c.维修养护：工程维修养护主要是对承担防洪、排涝等公益性任务的水闸、河道堤防等水利工程以及设备的正常维修养护等项目过程进行记录和关键节点上报。

d.考核管理：对各工程所的日常考核、年度考核/复核过程和结果进行记录，方便查询。

2.2.4 智慧巡检系统

该工程原先巡检模式采用传统人工巡检，通过人工记录、纸质上报的工作方式进行巡查。该模式的缺点是管理人员无法对巡查人员的工作进行实时有效监督，工作效率不高。

通过建设智慧巡检系统实现高效、便捷、可管理的巡检模式。

系统采用地理信息系统GIS平台，外业巡查人员通过智慧巡检APP在每一个巡检点上报实时位置信息，系统实时记录在执行巡检任务过程中的位置信息，后台通过对实时位置信息进行统计并绘制出该巡检人员的巡检轨迹，从而实现对巡检人员执行巡检任务的监管与监督。若巡查工作因地图上无法使用GPS定位识别工作人员的精确位置，则选择二维码扫描和附有时间信息的工作照片上传的巡检模式，确保巡检员到达指定地点工作，并留下工作记录。

智慧巡检系统整合工程管理系统数据库、水闸信息数据库、泵站信息数据库、实时水雨情数据库等进行部署配置，网络拓扑图见图2。

图2 网络拓扑图

智慧巡检系统包含服务端和客户端，其中服务端用于巡检管理人员下发巡查任务、查询上报信息以及对巡检工作进行统计考核；客户端用于巡检人员巡检任务的接收与查询、现场巡检的信息上报、现场工程信息的查询以及其他辅助功能的使用。巡检业务流程见图3。

图3 巡检业务流程

智慧巡检系统实现了安全隐患上报。通过对现场情况信息的及时上报，对需要巡查的内容进行核查，对已经巡查过的内容可拍照、语音、视频或文字编辑发送，实现现场情况信息的在线上报，方便管理人员对现场突发情况的及时监管与处理。

3 结 语

精细化智慧水利的应用实践以信息化技术手段在将原有工程管理系统数据库、水闸信息数据库、泵站信息数据库、实时水雨情数据库等有效整合的基础上进一步开发信息管理平台，实现水利枢纽工程各个层级的指令下达、执行、反馈，能够为调度人员提供最优调度方案，为工程管理人员提供运行台时、水量等数据统计，为安全部门提供隐患、故障统计、分析，为站所负责人提供智能排班安排，达到了工程管理的全范围、全层级、全过程的覆盖，实现了以江都水利枢纽工程为样本的精细化智慧水利。