大型水库“智慧水库”建设思路探索

大型水库“智慧水库”建设思路探索摘要：随着信息技术的发展，水库安全管理工作已逐步采用自动化和计算机等技术，建立水情自动测报、洪水预报与调度、工程安全监测、工程安全分析与预警、闸门监控、视频监视、下游洪水演进与风险分析、办公自动化等系统，实现管理工作部分自动化，减少安全管理工作量。但这些系统在信息感知、互联和智能化程度等方面还存在不足，不能完全承担水库安全管理工作，与期望还有一定差距。随着物联网、云计算、大数据及人工智能等新一代信息技术的快速发展，特别是人工智能技术的进步，采用信息透彻感知、全面互联及决策高度智能的智慧水库平台承担水库安全管理工作已成为可能，这也是水库安全管理信息化的必经之路。

关键词：大型水库；“智慧水库”；建设思路

引言

众所周知，大型智慧水库是基于水利信息化、数字化以及智能化建设，应用现代化物联网、移动通信网络、光网络等，利用云计算技术、MSTP、3S/3G等高性能信息数字化技术，深入开发和高度整合水利信息资源，实现水库感知、传输、应用的网络化与智能化，有效的实现水库信息的共享，提升水库工程运用和管理的效率和效能。

1智慧水库概念

2008年11月IBM提出智慧地球概念。近年来，智慧城市、智慧水利、智慧水务等概念相继被提出。人类智慧是人类所具有的、基于神经器官的高级综合能力，包含感知、知识、记忆、理解、联想、情感、逻辑、辨别、计算、分析、判断、文化、中庸、包容、决定、表达等多种能力。智慧让人可以深刻地理解人、事、物、社会、宇宙、现状、过去、将来，拥有思考、分析、探求真理的能力。水库安全管理工作包括大坝建设、管理及险坝处理等。应用信息化手段开展这些工作，主要涉及信息采集、识别、传输、存储、展示、安全分析、预测、预警、决策支持等。智慧水库应用新一代信息技术，透彻感知水库信息，促进水库信息全面互联与深度融合，实现水库安全管理高度智能化。水库信息分为业务和事务等信息，业务信息包括水库基础、BIM（建筑信息模型）、工程建设、注册登记、调度规程、应急预案、水情、工情、闸门监控、视频、水质、气象、生态环境、社会经济、分析与预警、决策支持等信息；事务信息包括公文、会议、采购、资产、人力资源、培训、考核、精细化（元素化）管理等信息。信息全面互联与深度融合是通过网络、云平台、信息标准化、数据交换等实现的。水库管理智能化体现在洪水预报、工程安全分析、水库调度、水资源管理、办公自动化等系统具有高度智能及基于数据驱动的运行管理方式。

2大型水库“智慧水库”建设思路

2.1完善大型水库智能感知体系

（1）水雨情监测系统：对水库流域的降雨量进行实时监测，对水库水位及上下游重要河道水库进行监测，为水库日常运行和预报调度提供基础水雨情数据。（2）大坝安全监测系统：对水库大坝坝体变形、渗流、应力（应变）等信息进行自动采集、分析及预警，掌握水库大坝安全性态。（3）设备工情监测系统：对水库发电设备、泄洪设备等运行工况数据进行自动采集，包括闸门启闭状态、开度、电站运行状态、发电量、出力等信息，为水库工程控制及优化调度提供基础数据。（4）视频立体防控系统：在水库重要监控区域建设视频监控系统，通过高低点视频监控摄像头布控，从不同角度掌握监控区域整体情况及细节情况，形成纵览全局和掌控细节的全方位立体化综合防控系统[6]。（5）供水监测系统：对水库供水管网的流量等信息进行自动采集，为水库供水调度提供基础数据。（6）水质监测系统：对水库水质重要监测指标进行自动采集。（7）水量墒情监测系统：对水库的墒情、蒸发量、流量进行自动化监测，为水库预报调度及水资源分析计算提供基础参数。（8）全景图及无人机航拍：通过全景图拍摄技术及无人机航拍技术实现水库工程面貌信息的采集，全面、清晰、详实展示水库自身及工程所处的地理环境、周边设施等情况，在紧急情况下提供决策支持。

2.2大坝结构性能演化与预测预警

国内外在水工结构灾变破坏和耐久性力学、水工结构智能检测和复合加固、大坝安全评价和安全监控理论与方法、溃坝风险分析理论和方法、高性能水工程新材料等方向已开展了大量研究，包括混凝土坝裂缝性态诊断与危害性评定关键技术、SRAP结构评估修复成套技术推广应用以及水工混凝土静动态损伤断裂过程及其声发射特性研究等，相关研究主要针对混凝土结构构件本身，缺少对钢筋混凝土和钢结构等大型复杂水工结构性能演化过程的定量检测方法与损伤断裂测试装备，以及响应的劣化影响机制与灾变机理。需进一步研发大型复杂水工结构性能演化测试装备，结合大量试验研究微观及局部劣化与宏观响应关系，以建立结构病害智能诊断系统与性能劣化演变预测模型。

2.3溢洪闸门自动化控制系统

作为水库增容工程配套工程，安装了当前最先进的溢洪闸门自动化模块控制系统，主要由现地手动控制、现地自动控制、远程手动控制和远程自动控制四部分组成，现地操作提供最基本的手动操作功能，远程控制可以根据调度需要在中控室对各闸门进行远程启闭操作，系统的可靠性、精准性都大幅提高，并且能够实时显示闸门的工情和水情信息，并进行数据的实时入库与共享。

3构建大型水库智慧管理平台

（1）智能数据服务。构建水库智能数据服务，实现感知数据到数据服务的转换。水库各类业务系统数据分散，通过智能数据服务，将多源多格式数据快速高效地汇集至标准数据库，结合规范标准及业务需求进行智能化数据清洗及预处理，并提供具有查询、统计水利数据信息功能的API服务接口。同时可通过标准化的数据服务接口实现与其他业务系统的资源交互共享，提升信息资源利用效率和应用能力。（2）智能仿真模拟。构建水库大坝三维安全展示模型及库区三维场景模型，模拟各监测点的实时工况，还原水库真实面貌。根据预测的降雨和实际地形情况，结合水利模型计算，形成水库洪水演进过程，实现三维溃坝模拟及下游淹没分析等动态模拟[9]。（3）智能诊断预警。建立大坝安全诊断评估系统，实现水库大坝安全状况智能诊断分析。基于大坝监测三维在线模拟、洪水过程模拟演进等，对水库当前运行情况进行智能诊断，提出兴利最优、安全最优等多种解决方案。并结合多种信息化手段，实现水库重要运行信息及预警信息的自动推送及发布。（4）智能决策调度。利用自动预报调度等先进技术，构建水库水资源调配、防汛减灾、工程调度于一体的大数据智能决策平台，满足水库智能决策需求，结合水库数据大屏进行综合展示，有效提高业务管理水平和管理效率。（5）智慧工作平台。构建大型水库综合管理智慧工作平台，结合PC端及移动端，实现水库综合业务一体化、多终端同步管理，满足水库组织管理、工程信息、工程检查、监测监视等各类日常业务需求，提高水库精细化管理水平。

结语

在水利工程标准化和“互联网+”智慧水利的大背景下，通过结合水利工程标准化管理信息化建设要求，提出大型水库建设“智慧水库”的总体思路，完善水库智能感知体系，构建水库智慧管理平台，同时建设相应的保障环境，通过先进的信息化技术手段切实提高水库的管理效能和现代化管理水平，充分发挥水库社会效益和经济效益。

参考文献

[1]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