珊溪水库库区管理数字化转型升级的思考

陈善佳，郑 琪，戴国涛，蔡 赵，黄文涛，李钊宝，朱奕鑫

（1.温州市珊溪水利枢纽管理中心，浙江 温州 325000；2.永嘉县建设投资集团有限公司，浙江 永嘉 325199；3.温州瓯海水利投资开发有限公司，浙江 温州 325000；4.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310020；5.杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310020）

1 问题的提出

珊溪水库是温州地区最重要的饮用水源地，是温州市经济发展和社会稳定的有力保障。多年来，水源保护工作深入推进，水库水质稳中向好。2019年以来，温州市珊溪水利枢纽管理中心（以下简称珊管中心）启动库区综合管理平台建设工作，库区管理各项工作向规范化、透明化、数字智慧化转型，转型工作得到水利部、浙江省水利厅及温州市领导的高度肯定。虽然库区管理工作取得了一定成绩，但在数字化改革大背景下，库区综合管理平台仍存在一些不足，比如在涉水涉库数据方面缺少对数据的深度挖掘及利用；在工程建设和水源保护工作的成果展示方面缺少数字化展示平台，在库区违法违规行为的管理方面缺少智慧化管理手段。库区管理工作点多面广，管理对象众多、资源分散、流程复杂、难度较大，故开展数字化、智慧化升级具有重要意义。

本文以珊溪水库水源保护实际业务需求为导向，以促进物联网、大数据、人工智能等新技术与实际业务深度融合为基本手段，对珊溪水库库区综合管理工作进行再升级、再思考，为后续库区综合管理平台升级搭建思路和框架，不断提升数字化水平，补短板、强弱项，推动珊溪水源保护工作高质量发展。

2 国内外水库管理数字化转型进展

水利信息化建设是数字化转型的基础，充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用水利信息资源，实现水利信息采集、传输、存储、处理和服务的网络化与智能化，全面提升水利事业各项活动的效率和效能[1]。国外发达国家起步较早，美国建立了完善的水情自动测报网络系统、实时监控系统和防洪自动预警系统等，欧洲发达国家水文、水质、气象数据采集基本实现自动化[2]。

2019年全国水利工作会议将信息化工程列为四大工程短板之一，关于水利信息化、数字化的探讨日渐增多。如曹宏文[3]论述数字水利、智慧水利产生的背景、特点、发展与成就、与数字水利的关系，介绍数字水利到智慧水利跨越的重大意义；刘德龙[4]等从感知层面开展深入的专题研究，探索视频、遥感、定位等新技术在水利重点业务领域和关键要素监测中的应用；葛从兵等[5]从概念、架构及关键问题等方面对智慧水库建设作了探讨。

随着对信息化项目的推进，全国各地水利部门逐步开始尝试在信息化的基础上进行数字化转型，数字化、智慧化应用逐步落地。如福建省沙县基于WebGis技术开展智慧水利信息平台的建设，提升沙县水利信息化管理水平[6]。韩桂芳等[7]设计开发智慧水库云监管平台，提高黄龙水库智慧化、标准化管理和运行水平。河南省白龟山水库通过建设3D电子沙盘及数字化管理系统，建立一套利用二维、三维技术展示水库地理形态、水工建筑物结构及规划建设信息的可视化管理系统，并为防洪及运行管理工作提供数字化管理平台[8]。

3 珊溪水库库区管理数字化转型升级的探索

3.1 优化制度为数字化转型升级提供保障

在优化原有规章制度的基础上，建立以库区管理规范化、标准化为导向的新工作制度体系（见图1），主要包括安全管理制度、平台及设备使用规范、指挥中心管理制度等，完成制度体系框架的更新建设，为后续库区管理工作数字化转型升级提供保障。

图1 库区综合管理数字换转型制度体系图

3.1.1 安全管理制度

安全管理是数字化转型工作的重中之重，为保障库区综合管理平台运行安全，珊管中心制定网络安全管理制度，成立网络安全领导小组，明确中心内部网络安全管理责任。针对网络入侵、信息泄露事件等严重网络安全隐患，研究制定应急处置预案和网络攻防演练方案，提升系统平台应对风险的能力。

3.1.2 平台及设备使用规范

系统相关设备的可靠运行，是库区综合管理平台乃至整个数字化平台正常高效运转的重要保证。为实现设备管理制度化、规范化、科学化，制定平台及设备使用规范，例如执法终端管理使用规定和执法终端分配方案等。编写主要设备的使用说明书和常见故障的排除方法。

3.1.3 指挥中心管理制度

指挥中心是库区综合管理工作的中枢神经，为确保指挥中心正常运转，制定一套结构合理、运转协调、灵活高效的科学管理制度十分必要。首先，在厘清人员职责、量化每日工作、明晰工作标准的基础上，建立指挥中心管理制度和值班制度；其次，制定指挥中心考核细则，对指挥中心服务外包公司和服务人员开展定期考核打分，以提高外包公司的管理水平和服务质量。

制度层面保障数字化转型平稳有序推进，管理过程中不断优化完善，促使管理在制度建设中不断走向科学化、规范化，为数字化转型升级保驾护航。

3.2 在数字化转型升级中加强涉水涉库数据的深度挖掘及利用

珊溪水库库区前期信息化、数字化建设，积累了丰富的库区管理数据，利用大数据、人工智能等高新技术手段充分挖掘数据内涵价值，提升库区管理效能。

（1）对历年库区水位数据、降雨数据等进行统计分析，建立库区防洪调度模型；

（2）根据大坝监测数据建立大坝安全监测模型；

（3）通过线采集水库各项水质数据（电导率、pH值、溶解氧、浊度、氨氮、COD、叶绿素a、蓝藻），辅以人工监测断面，逐步建立和完善覆盖珊溪水库水平方向和垂直方向的三维水质监测体系，通过对历史数据的分析建立水质监测预测模型，实现水质和藻类预警，缩短水质变化响应时间，在水质出现重大变化的小概率事件发生前，为人工干预和舆情控制赢得时间。

（4）利用大数据分析实现智慧排班，通过热力图分析，确定违法违规行为高频发生区域。通过机器学习，针对违法违规行为高发区域、近期关注的重点区域等进行大数据分析，对违法违规行为变化趋势进行预测，提高执法效能。

3.3 探索构建数字化的三维实景展示平台

当前，水库库区地图以平面图为主，由于民用地图精度的问题，对管理者来说，不能准确定位库区关键管理位置。可以参考百度街景模式，在保护区或校核洪水位范围内建设三维库区实景图，用于精确标定库周乱点，方便库区管理人员和上级管理单位精确定位乱点的相对位置、相对高程。另外，还可以在三维库区实景图的基础上，附加AR/VR技术，在指挥中心设置体验区，从而实现在指挥大厅实景参观库区，给各参观人员提供库区巡查执法的实景体验。

另外，借鉴交通领域应用较多的AR实景化调度系统（见图2），构建库区执法实景指挥平台，实现快速发现异常情况，简单高效指挥调度，精确全局指挥执法。在AR场景中，对已建的系统进行对接，各子系统以标签的形式在AR场景中进行叠加，指挥中心工作人员可以实时与各子系统进行联动交互，以“画中画”的方式进行展示，方便指挥中心对库区执法管理行动进行实景化的调度和指挥，提高执法效率。

图2 AR实景化调度在交通运输领域的使用图

3.4 增加智慧化管理手段

（1）利用平台开展违法违规行为的智能化交办督办。通过AI摄像头行为识别及机器学习，积累违法违规行为的图像资源，训练监控摄像头及其支撑系统对违法违规行为的识别能力，不断提升识别准确度，辅以人工审核，实现违规行为的发现、识别和判定。同时，根据设置的模型将任务自动分发到相关县（市）、中队及人员。

（2）利用平台数据统计分析功能提升执法管理水平和执法资源使用效率。对违法违规行为发生区域、发生频率、类型进行统计分析，增加不同县市、乡镇之间的横向对比和趋势分析，对异常情况增加智能提醒，供管理人员进行决策判断。

（3）利用平台规范人、车、船管理。借用数字化平台，逐步实现对人员、车辆、船舶运行轨迹的收集和处理、异常数据识别和报警、历史数据的存储和查看，通过联动监控视频进行科学调度，给人、车、船安全管理提供更多科学依据。

（4）利用平台进行在线培训和学习。执法人员的技能培训、政策宣贯工作往往以会议或集中学习的形式开展，耗时多、频次低、内容少、效率低。网络化的学习和培训可以减少工作时间的占用，同时疫情期间可减少聚集风险。

3.5 完善平台基础设施建设

3.5.1 监控探头升级与更新

评估现有监控探头覆盖范围，结合巡查管理重点区域，以全天候、无死角、智能化为目标，科学布设监控探头，进一步优化库区监控点位设置。根据需要增加重点区域摄像头数量，逐步扩大重点区域监控探头的覆盖范围，提高重点区域的监测能力。

目前，在珊溪水库库区总共布设77个监控探头，通过对监控探头性能参数的分析，大致描绘出文成区域监控覆盖范围（见图3）。其中，项坑到珊溪码头、河背码头水域等监控覆盖较为密集，2块水域之间监控覆盖程度较低。在充分考虑建设成本、电源、网络以及违法违规行为发生频次等方面的因素后，加密重点区域和覆盖率过低区域的探头布设。

图3 库区现有监控探头覆盖范围示意图

3.5.2 库区管理感知手段创新

探索无人机、无人船、智慧水利球、全景摄像机等新型感知手段（见图4），以更多维度、更广视角提升库区感知水平，完善感知体系。

图4 新型感知手段示意图

工业级无人机和无人船可以实现定时、定轨迹巡航，辅助执法人员开展库区大面积巡查，能及时发现库周岸线变化、库面违规行为。智慧水利球实现水位全时预警、水质全域保护，在库区不同水域实现水位读取。漂浮物检测，绊线入侵、区域入侵、滞留检测等行为的检测功能，为库周监控设施选择提供新思路。

3.5.3 水质监测体系建设

库区现有水质监测体系比较薄弱，相当一部分监测数据来自人工监测，数据密度低、时效性差，不利于及时有效掌握库区水质变化，无法支撑更进一步的预警和决策，增加在线水质监测探头（见图5），建立和完善库区水质在线监测体系十分有必要。

图5 在线监测探头示意图

平台基础设施建设，是为了打造湖陆空天一体的在线感知网络，实现水源保护区水位、水质、违规行为、漂浮物、人员、车辆、船舶等涉水涉库数据的全收集全感知，为科学分析和决策提供全面多维完整的数据支撑。

3.5.4 平台升级实现多平台互动

“数字珊溪·智慧监管”平台相对于微信、钉钉等大型应用存在系统不够稳定、移动用户黏性差等问题，可以尝试实现平台与微信、钉钉等常用社交软件的互联互通。在钉钉平台增设库区综合管理模块，通过钉钉下发巡查任务、上报巡查成果、查询各种信息等，打通上传下达的渠道，辅助信息传递，实现更加便捷的信息交互，满足上级对信息化平台整合要求。

4 结 语

在数字中国建设战略背景下，珊溪水库水源保护工作朝数字化、智慧化方向转型。当前，库区综合管理系统给库区管理工作带来革命性提升，实现以人防为主的模式向人防技防结合的新模式转变，并不断更新迭代升级，使库区管理工作向更高台阶迈进。