宁夏灌区综合业务管理平台的探索与实践

刘福荣，周小生，高登义，张 勃

（1.宁夏水利调度中心，756000，银川；2.宁夏秦汉渠管理处，751100，吴忠；3.陕西德通信息科技有限公司，710075，西安）

一、灌区信息化发展

宁夏灌区信息化自20世纪90年代起步，经过20多年的发展，已经初步形成较为完整的水利信息化体系，有效支撑了水利大发展、快发展。特别是在“十三五”期间，宁夏抢抓国家加大水利投资的机遇，依托宁夏政务云、电子政务外网等公共资源，建成了水利云、水利网络、水利数据中心等公共信息基础设备，信息采集监测体系初具规模，并先后实施了大型灌区续建配套与节水改造项目，为灌区信息化建设提供了一定的基础支撑条件，但目前基础设施有效利用率仍有很大提升空间，需依托现有基础设施的建设成果，对灌区信息化建设进行整体布局，全面提升灌区信息化管理水平。

二、存在的主要问题

1.灌区监测点缺乏有效整合

近年，宁夏水利以业务需求为导向，以工程项目带动信息化为抓手，布设了灌溉水情、工情、水文等各类监测点，用以支撑灌溉业务的需要。但是观测点较为分散，缺乏统一的动态监测、调度分配和预警预报机制，各监测点还需进一步整合。

2.灌区信息化应用基础薄弱

各级业务部门分散开发的应用软件功能单一、系统性较差、标准化程度低，缺乏信息共享机制与手段，甚至存在低水平重复开发。信息资源开发利用层次较低、成本高、维护困难，不能形成全局性的高效、高水平、易维护的信息处理与服务软件资源。

3.灌区智慧化程度亟待提升

由于水的流动性、离散型特点，探测、模拟难度大，已建大部分应用仍处于初级发展阶段，采集端主要为实测数据，不能满足数据模型搭建要求，效果主要体现在管理层面，还不能发挥解放生产力、预测预报、辅助智慧决策的作用。急需依托大数据、互联网、云计算、人工智能、天空地一体化等新技术提升灌区智慧化水平。

三、平台总体架构

基于上述问题，在《宁夏智慧水利“十三五”规划》的总体框架下，分析研究灌区现状及业务需求，以推进行业、区域、业务、部门、系统等之间的融合，建立统一数据、应用服务支持下的多元化业务应用体系，以实现资源共享、业务协同为目标建立现代化灌区综合业务管理平台。应用服务开发采用成熟的JavaEE技术，三维可视化组件采用C/C++技术，渲染引擎采用WebGL技术。

平台总体构架包括：感知层、网络层、信息采集监控层、数据资源层、平台支撑层、业务应用层6个层次，同时安全体系、标准规范体系贯穿整个平台。感知层依托传感技术，通过测控一体化闸门、水位计、摄像头、渗压计、ADCP等量测设施实时采集灌区运行数据，如闸门开度、水位、渗透压力、断面流量等，为业务系统提供基础数据支撑。网络层利用电子政务外网、4G传输网络构建数据信息传输通道，以实现管理处、基层站所与水利厅间的网络互联互通及信息共享。资源存储层主要包括关系型数据库存储、GIS空间数据存储库和非结构化数据存储库，其中关系型数据库主要存储应用系统相关的业务数据，非结构化数据存储库主要存储GIS空间数据及BIM模型数据。平台支撑层通过表单生成器、工作流引擎、三维GIS引擎、地图服务、调度任务、用户管理等诸多组件为业务应用层提供通用的操作方式和数据交互。业务应用层包含灌区一张图、水资源调度管理子系统、机电信息管理子系统、工程信息管理子系统、安全管理子系统、运行服务管理子系统、移动客户端App应用等，主要实现了综合业务应用管理系统中的相关业务应用。

四、平台关键技术

1.三维可视化仿真技术

由于BIM模型能够对单体构筑物进行精细化表达，又不可能脱离周边的地理环境要素；而三维GIS能够提供各种空间查询及空间分析功能。因此，将两者的优势融合，综合集成GIS+BIM技术，构建灌区三维仿真模型，实现了工程建设、渠道、泵站、水利工程全貌、水利监测数据及天气预测数据的三维可视化展现，构建了灌区三维可视化仿真环境，为用户提供直观、清晰的泵站建设、运行信息和灌区工程的基本信息。同时，通过WebGL无插件化渲染引擎技术，实现三维信息的无插件、跨平台浏览，而WebGL技术使用原生浏览器本身的功能，无需安装任何插件即可支持在HTML5的浏览器上浏览和显示复杂的三维BIM模型，实现了实时递交、协同作业、大范围、多源数据一体化管理。

2.多源外部数据融合技术

平台与其他业务系统集成接口较多，信息管理应用平台各个系统之间数据交互也较多。依据行业标准以及水利电子政务技术规范，制定了统一的接口标准，保证与其他业务应用的数据交换整合能够顺利进行。对外交互内容包括：自动监测系统、视频监控系统、水慧通平台、水利数据中心等，其中，通过与水慧通平台的集成实现系统单点登录；与宁夏水利数据中心的集成实现从水利云平台获取交接水断面、气象、水情数据信息；与视频监控系统的集成实现监测点视频数据的接入；与自动化系统的集成实现从自动化监控系统获取实时数据信息。数据的接入采用Web Service服务接口的形式从相关系统调取数据。管理平台对所有调取的外部数据制作分析计算和前端融合展示，不做原始数据修改或副本式复制存放，避免一数多存、一数多源。

五、平台功能分析

根据各管理处自流和扬水业务分析，管理业务系统包括灌区一张图、水资源调度管理子系统、公众服务管理子系统、机电管理子系统、工程管理子系统、安全管理子系统、运行服务管理子系统、移动客户端App应用8个业务子系统，平台功能架构如图1所示。

图1 平台功能架构图

1.灌区一张图

以三维GIS+BIM相结合的方式，构建集采集、监测、分析、决策于一体的全三维灌区一张图仿真系统。基于三维可视化，建成工程漫游、灌区配水、设备运行、工程巡检、一体化调度的全业务管理，实现了基于GIS定位基准、BIM模型、业务管理信息融合的可视化交互控制、综合查询、可视化分析、远程控制及一体化调度。通过灌区一张图，为用户提供直观、动态、清晰的可视化管理，进一步提高整体工程的建设和运维管理水平、工程运行监测预警能力以及供水安全保障能力和应急处置指挥能力。

2.水资源调度管理子系统

水资源调度管理子系统是平台的核心功能,是以调度管理业务处理为基础，以提高水资源调度管理能力，实现水资源调度管理的合理化、自动化、智能化、高效化为目标而建立的调度管理系统。系统主要包含标准化管理、调度计划管理、调度运行管理、调度应急管理、调度统计管理、智能分析6个主要业务模块。其中，调度计划管理负责需水计划、配水计划、开停机计划、调度计划的综合审批和管理；调度运行管理负责水位、流量、温度等水利设施及机电运行情况的实时监控；调度应急管理负责紧急情况下调度预案的管理；智能分析以历史及实时数据为依据，实现水量平衡分析、机组性能分析和机组运行分析，为调度中心人员提供辅助决策信息。

3.公众服务管理子系统

公众服务管理子系统为用水户提供统一的对外服务窗口。是在公平、公正、公开的原则下，对用水户需求、水费计收情况、缴费灌溉信息等一系列水费交易活动进行实时、动态、科学监控和管理。水费计收业务子系统由用水需求管理、缴费灌溉管理、水费计收管理、水务公开管理、用水户管理、水费计收决策分析等模块组成。系统通过App、公众号、PC端访问，接入用水者协会实时用水需求数据，实现需水、配水动态调整，互为联动，为“按需供水”建立输入条件，结合水资源调度管理子系统实现水资源调度全链条、全流程闭环管理。通过对用水户水费信息的统一管理，为水费计收、水资源调度管理提供了基础的数据支撑；通过水务公开、用户信用评价等措施，保证水费计收管理工作的透明化、合理化、科学化；同时根据用水户的综合信息建立用户信用管理，对水量和水费计收历史情况进行同比、环比分析，从而建立综合、全面的水费计收策略。

4.机电信息管理子系统

机电信息管理子系统以设备和备件为基本管理对象，涵盖设备选型、采购、安装、维护、维修、分析、报废等全生命周期各个环节，包含设备档案管理、固定资产管理、设备维护管理、采购管理、技术标准管理、设备维修管理、设备故障跟踪分析、设备运转情况分析、供应商统计、费用统计10大功能模块。系统的建设实现了设备管理过程的规范化、透明化、流程化。建立了集设备基础资料、技术资料、设备变动、故障档案、检修档案为一体的全生命周期档案；通过与自动化控制系统进行数据交换，实时采集并共享设备运行状态信息；通过大数据分析技术，从设备的运行状态、故障跟踪、可靠性等多方面进行综合分析，为设备的预防性维修、工作性能的改善提供数据支撑，进而提高设备完好率和运行率，减少设备的故障率，降低设备维护、维修的成本。

5.工程信息管理子系统

工程信息管理子系统依托三维GIS地图，在业务处理过程中，可更加全面直观地了解水利建筑物分布信息和参数详情、水利工程设施的实时运行参数、工程检修情况及工程巡检情况。系统由工程标准化管理、工程档案管理、防汛管理、工程检修管理、工程巡检管理5大模块组成。系统建设实现了水利工程各个环节的有效整合，将工程管理过程规范化、透明化、流程化，实时跟踪工程管理过程，有效避免了人为因素引起的违规操作，堵住了管理漏洞，避免了项目漏项、无计划施工和超计划施工问题，有效地控制了工程项目费用支出，节约了人力、物力、财力。同时通过对工程管理中的各种信息进行汇总和总结，为管理人员提供有效地诊断分析、做出正确的决策提供理论依据。

6.安全管理子系统

安全管理子系统以实施精细化、规范化的安全管理为目标，包含目标职责管理、制度管理、教育培训、安全风险管控及隐患排查治理、应急管理、事故管理、安全考核管理7大模块。系统通过与水调子系统、工程管理子系统、机电管理子系统进行数据对接，自动获取外部系统的工程设备检修信息、巡检信息、缺陷信息、告警信息等，并对各类信息进行分类存档、智能分析，减少了人工信息收集及纠错成本；对隐患、危险源、缺陷等建立从检查、上报、跟踪处理、反馈的一体化跟踪，通过大数据技术，对各类安全隐患进行专题分析，形成安全生产知识库，为年度考核提供数据支撑，为安全生产提供有效指导。建立了从应急演练、应急预案启动、应急事件处理到应急事故总结的动态应急管理链，对应急事件进行事后总结评价，根据评价结果对应急预案进行修改，实现应急知识库动态管理。

7.运行服务管理子系统

运行服务管理子系统为灌区生产运行提供基础保障，包含水政管理、业务培训管理、物资管理三大板块。其中水政管理板块是以水政执法办公自动化、监督举报公开化为目的，以“数字执法”为目标而建立的子模块；业务培训管理板块是以积分制为鼓励手段，以提高管理处整体综合业务技能和工作能力为目标，为管理处的培训学习提供便捷的学习平台；物资管理板块建立了物资的二维码全跟踪流程机制，对物资的出入库、使用情况进行全程跟踪记录，建立物资全生命周期管理机制。

8.移动客户端App应用

移动端应用业务子系统发挥了“互联网+”的技术先进性，实现了“移动办公，高效办公”的目的。系统将各PC端业务子系统部分功能进行移动端展示和处理，包含我的待办、信息发布、应急报警、水情上报及查询、工程巡检、异常上报、机电运行、任务发布、安全检查9大功能模块。工作人员通过手机移动端可随时上报水情、水量等信息，可随时处理业务工作，从而大大提高了相关人员的工作效率，降低了工作强度。

六、平台应用

现代化灌区综合业务管理平台自2018年4月起，先后在宁夏固海扬水更新改造工程、陕甘宁盐环定扬黄工程、汉延渠更新改造项目中投入运行。通过3年多的运行和使用完善，现代化灌区综合业务管理平台经历了功能与性能的全面考核，并取得了良好的应用成效。

1.打破“信息孤岛”，实现灌区数据资源的深度融合与共享

基于宁夏水利数据中心平台和水利云平台，将灌区全部信息自动化监控数据集中存储于自治区水利云平台，改变了传统的数据分散存储模式，对各类自动采集的数据，在云中心进行集中存储和统一处理，实现水利数据信息的深度融合与共享，解决了以往各类水利信息数据无法共享、数据重复建设及数据不完整的问题。

2.充分利用电子政务公共网络，构建信息化数据传输平台

利用电子政务网络，构建了信息化数据传输网络系统，实现了灌区基层站所、管理处调度中心与水利厅调度中心之间的网络互联、互通。解决了以往信息自动化需要自建通信网络导致的投资大、维护困难等问题。在传输可靠性、稳定性等方面，满足了管理处站级自动化监控系统、巡检系统及安防视频监视等各类信息数据无障碍传输的要求，实现了基层单位信息自动化综合业务功能正常发挥的目标。

3.运用信息化技术，着力打造现代化灌区管理模式

平台的建设实现了传统线下管理模式向线上规范化、透明化、自动化、智能化管理模式的转型升级，满足了同一平台不同部门不同业务之间的工作流转、信息共享及协同办公需求。通过数据自动采集、后台自动计算、报表自动生成的数据处理流程，在节省人力成本的同时，至少提高了60%的工作效率。通过视频监控、远程控制功能，改变了以往现场全天候值守的运行管理方式，真正实现无人值守少人值班；通过手机App移动办公方式，工作人员可以随时随地线上办公，处理日常业务；通过数据的深入挖掘，对业务数据提供从全面宏观到局部微观的直观展现，为领导决策提供支撑。

4.推进灌区标准化管理，保障灌区安全供水能力

通过水量平衡、机组性能和运行分析，形成一套完整的水量平衡灌溉调度解决方案，解决了传统水资源调度过分依赖人工经验和主观判断的短板，为水资源优化配置提供了有力支撑。通过线上管理，建立“层层负责、人人有责、各负其责”的安全生产责任体系，利用数据挖掘技术，对各类安全隐患进行专题分析，对预警信息进行预测，并以三维场景模拟、App推送等方式对灌区运行中出现的故障预警进行直观展现，对隐患、危险源、缺陷等建立从检查、上报、处理到反馈的一体化跟踪，为灌区供水安全提供保障。同时，为适应灌区现代化管理方式，建立了与之相对应的标准体系、操作规程，并通过平台实现线上标准化管理、规章制度管理、线上流程规范化透明化流转等功能，让标准成为常态化管理模式。

七、结 语

采用科技手段构建现代化灌区综合管理业务管理平台，是现代化灌区乃至现代化水利工程的发展方向之一。本研究以灌区水资源管理为出发点，以技术支撑为保障，建立了涵盖水资源调度、工程、机电、安全、运行服务、物资等核心业务的现代化灌区综合业务管理平台，为领导层、管理层及执行层提供灌区信息化管理服务。同时集成了App移动应用、三维GIS+BIM可视化管理系统，接入了各类实时在线监控服务，是一个集采集、监控、业务处理、分析、决策、可视化展示为一体的综合性灌区管理平台。应用结果表明，平台在灌区数据资源整合、提高灌区管理水平和服务能力、提高供水调度能力、提高供水安全保障能力等方面效果明显。下一步，将在现有工作基础上总结提炼平台建设经验，分析解决梯级调度模型、全渠道控制模型等问题，从用户需求和公共诉求出发，进一步拓展平台的广度和深度，为现代化灌区建设提供更优质、高效的服务，推进灌区高质量发展。■