水库工程智慧运行管理系统设计

曾坤

摘  要：本文结合某水库工程，对水库工程智慧运行管理系统设计进行探讨，希望给业内同仁带来参考。

关键词：水库工程;智慧运行管理;系统设计

1 工程概述

某水库位于黄河一级支流沁河干流，是黄河下游防洪工程体系的主要 组成部分，  水库总库容3.17亿m3， 为Ⅱ等大（ 2） 型工程。工程开发任务 以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电、改善河道基流等综合作用。水库由 混凝土面板堆石坝、泄洪洞、溢洪道及引水发电系统组成。

2 存在的问题和技术难点

2.1  存在的主要问题

当前国内水库工程信息化建设存在几个列问题：①缺乏统一规划，各 功能系统的建设相互独立，业务不全或重复;②集成程度低，存在信息孤 岛。③忽视日常管理业务及整编分析、预警、对外信息发布等功能，没有 实现水库的日常管理业务的全覆盖。

2.2  技术难点

系统的主要技术难点体现三个方面。①水库已建有电站监控、闸门监 控、水情测报、水质监测、大坝安全监测、视频监控、自动照明等功能系 统，存在数据格式、通信接口、通信规约的差异性，如何整合各系统的数 据信息和软件模型，使之能够在统一的平台可靠、安全应用是个复杂的技 术难题。②水库运行管理的分析计算，包括水沙关系变化分析、库容空间 变化分析、河道冲淤演变分析、水能利用情况分析、防洪库容变化分析、 淹没变化分析、调度方案分析等，如何打造分析模型，分析所需数据源的 合理调用和组织，实现准确的耦合计算是第2个技术难点。③智慧水库运 管系统需要实现业务数据（监测数据、控制信息等）与水库空间地形之间 的叠加处理，打造全面感知的可视化管理模式是第3个技术难点。

2.3  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  系统框架设计

水库智慧运维管理系统主要采用B/S架构，系统总体架构如图1所示。

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。

图1  系统总体技术架构图

3.2系统信息集成设计

系统对各业务系统进行集成，通过智慧水库系统的运行管理信息服务 平台提供各种业务展示服务。业務集成实现各系统的统一登录入口，提供 水库实时运行信息、预警信息服务，使各类管理人员和业务人员在一个界 面下了解水库运行的情况。数据集成是对各信息系统业务数据采集的、汇 总和服务，它采用分布式结构部署在各业务系统的前台或后台。

3.3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。

结束语

本智慧水库运管系统采用BIM、云计算、大数据、物联网、移动互联 网和人工智能、虚拟仿真等先进技术，构建工程信息采集、处理、存储、 管理、服务、应用、决策支持和远程监控为一体的智慧工程系统，为传统 的工程运管插上智慧的翅膀。

参考文献：

[1]肖晓春，张煦，邓小刚.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，2018：47-51.

[2]张玉炳，杨明化，何向阳，等.智慧水库一体化管理平台特点介绍[J].水利规划与设计，2018，（2）：85-88.