珊溪水庫庫區管理數字化轉型升級的思考

陳善佳，鄭 琪，戴國濤，蔡 趙，黃文濤，李釗寶，朱奕鑫

（1.溫州市珊溪水利樞紐管理中心，浙江 溫州 325000；2.永嘉縣建設投資集團有限公司，浙江 永嘉 325199；3.溫州甌海水利投資開發有限公司，浙江 溫州 325000；4.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規劃設計研究院），浙江 杭州 310020；5.杭州定川信息技術有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

珊溪水庫是溫州地區最重要的飲用水源地，是溫州市經濟發展和社會穩定的有力保障。多年來，水源保護工作深入推進，水庫水質穩中向好。2019年以來，溫州市珊溪水利樞紐管理中心（以下簡稱珊管中心）啟動庫區綜合管理平臺建設工作，庫區管理各項工作向規范化、透明化、數字智慧化轉型，轉型工作得到水利部、浙江省水利廳及溫州市領導的高度肯定。雖然庫區管理工作取得了一定成績，但在數字化改革大背景下，庫區綜合管理平臺仍存在一些不足，比如在涉水涉庫數據方面缺少對數據的深度挖掘及利用；在工程建設和水源保護工作的成果展示方面缺少數字化展示平臺，在庫區違法違規行為的管理方面缺少智慧化管理手段。庫區管理工作點多面廣，管理對象眾多、資源分散、流程復雜、難度較大，故開展數字化、智慧化升級具有重要意義。

本文以珊溪水庫水源保護實際業務需求為導向，以促進物聯網、大數據、人工智能等新技術與實際業務深度融合為基本手段，對珊溪水庫庫區綜合管理工作進行再升級、再思考，為后續庫區綜合管理平臺升級搭建思路和框架，不斷提升數字化水平，補短板、強弱項，推動珊溪水源保護工作高質量發展。

2 國內外水庫管理數字化轉型進展

水利信息化建設是數字化轉型的基礎，充分利用現代信息技術，深入開發和廣泛利用水利信息資源，實現水利信息采集、傳輸、存儲、處理和服務的網絡化與智能化，全面提升水利事業各項活動的效率和效能[1]。國外發達國家起步較早，美國建立了完善的水情自動測報網絡系統、實時監控系統和防洪自動預警系統等，歐洲發達國家水文、水質、氣象數據采集基本實現自動化[2]。

2019年全國水利工作會議將信息化工程列為四大工程短板之一，關于水利信息化、數字化的探討日漸增多。如曹宏文[3]論述數字水利、智慧水利產生的背景、特點、發展與成就、與數字水利的關系，介紹數字水利到智慧水利跨越的重大意義；劉德龍[4]等從感知層面開展深入的專題研究，探索視頻、遙感、定位等新技術在水利重點業務領域和關鍵要素監測中的應用；葛從兵等[5]從概念、架構及關鍵問題等方面對智慧水庫建設作了探討。

隨著對信息化項目的推進，全國各地水利部門逐步開始嘗試在信息化的基礎上進行數字化轉型，數字化、智慧化應用逐步落地。如福建省沙縣基于WebGis技術開展智慧水利信息平臺的建設，提升沙縣水利信息化管理水平[6]。韓桂芳等[7]設計開發智慧水庫云監管平臺，提高黃龍水庫智慧化、標準化管理和運行水平。河南省白龜山水庫通過建設3D電子沙盤及數字化管理系統，建立一套利用二維、三維技術展示水庫地理形態、水工建筑物結構及規劃建設信息的可視化管理系統，并為防洪及運行管理工作提供數字化管理平臺[8]。

3 珊溪水庫庫區管理數字化轉型升級的探索

3.1 優化制度為數字化轉型升級提供保障

在優化原有規章制度的基礎上，建立以庫區管理規范化、標準化為導向的新工作制度體系（見圖1），主要包括安全管理制度、平臺及設備使用規范、指揮中心管理制度等，完成制度體系框架的更新建設，為后續庫區管理工作數字化轉型升級提供保障。

圖1 庫區綜合管理數字換轉型制度體系圖

3.1.1 安全管理制度

安全管理是數字化轉型工作的重中之重，為保障庫區綜合管理平臺運行安全，珊管中心制定網絡安全管理制度，成立網絡安全領導小組，明確中心內部網絡安全管理責任。針對網絡入侵、信息泄露事件等嚴重網絡安全隱患，研究制定應急處置預案和網絡攻防演練方案，提升系統平臺應對風險的能力。

3.1.2 平臺及設備使用規范

系統相關設備的可靠運行，是庫區綜合管理平臺乃至整個數字化平臺正常高效運轉的重要保證。為實現設備管理制度化、規范化、科學化，制定平臺及設備使用規范，例如執法終端管理使用規定和執法終端分配方案等。編寫主要設備的使用說明書和常見故障的排除方法。

3.1.3 指揮中心管理制度

指揮中心是庫區綜合管理工作的中樞神經，為確保指揮中心正常運轉，制定一套結構合理、運轉協調、靈活高效的科學管理制度十分必要。首先，在厘清人員職責、量化每日工作、明晰工作標準的基礎上，建立指揮中心管理制度和值班制度；其次，制定指揮中心考核細則，對指揮中心服務外包公司和服務人員開展定期考核打分，以提高外包公司的管理水平和服務質量。

制度層面保障數字化轉型平穩有序推進，管理過程中不斷優化完善，促使管理在制度建設中不斷走向科學化、規范化，為數字化轉型升級保駕護航。

3.2 在數字化轉型升級中加強涉水涉庫數據的深度挖掘及利用

珊溪水庫庫區前期信息化、數字化建設，積累了豐富的庫區管理數據，利用大數據、人工智能等高新技術手段充分挖掘數據內涵價值，提升庫區管理效能。

（1）對歷年庫區水位數據、降雨數據等進行統計分析，建立庫區防洪調度模型；

（2）根據大壩監測數據建立大壩安全監測模型；

（3）通過線采集水庫各項水質數據（電導率、pH值、溶解氧、濁度、氨氮、COD、葉綠素a、藍藻），輔以人工監測斷面，逐步建立和完善覆蓋珊溪水庫水平方向和垂直方向的三維水質監測體系，通過對歷史數據的分析建立水質監測預測模型，實現水質和藻類預警，縮短水質變化響應時間，在水質出現重大變化的小概率事件發生前，為人工干預和輿情控制贏得時間。

（4）利用大數據分析實現智慧排班，通過熱力圖分析，確定違法違規行為高頻發生區域。通過機器學習，針對違法違規行為高發區域、近期關注的重點區域等進行大數據分析，對違法違規行為變化趨勢進行預測，提高執法效能。

3.3 探索構建數字化的三維實景展示平臺

當前，水庫庫區地圖以平面圖為主，由于民用地圖精度的問題，對管理者來說，不能準確定位庫區關鍵管理位置?？梢詤⒖及俣冉志澳Ｊ?，在保護區或校核洪水位范圍內建設三維庫區實景圖，用于精確標定庫周亂點，方便庫區管理人員和上級管理單位精確定位亂點的相對位置、相對高程。另外，還可以在三維庫區實景圖的基礎上，附加AR/VR技術，在指揮中心設置體驗區，從而實現在指揮大廳實景參觀庫區，給各參觀人員提供庫區巡查執法的實景體驗。

另外，借鑒交通領域應用較多的AR實景化調度系統（見圖2），構建庫區執法實景指揮平臺，實現快速發現異常情況，簡單高效指揮調度，精確全局指揮執法。在AR場景中，對已建的系統進行對接，各子系統以標簽的形式在AR場景中進行疊加，指揮中心工作人員可以實時與各子系統進行聯動交互，以“畫中畫”的方式進行展示，方便指揮中心對庫區執法管理行動進行實景化的調度和指揮，提高執法效率。

圖2 AR實景化調度在交通運輸領域的使用圖

3.4 增加智慧化管理手段

（1）利用平臺開展違法違規行為的智能化交辦督辦。通過AI攝像頭行為識別及機器學習，積累違法違規行為的圖像資源，訓練監控攝像頭及其支撐系統對違法違規行為的識別能力，不斷提升識別準確度，輔以人工審核，實現違規行為的發現、識別和判定。同時，根據設置的模型將任務自動分發到相關縣（市）、中隊及人員。

（2）利用平臺數據統計分析功能提升執法管理水平和執法資源使用效率。對違法違規行為發生區域、發生頻率、類型進行統計分析，增加不同縣市、鄉鎮之間的橫向對比和趨勢分析，對異常情況增加智能提醒，供管理人員進行決策判斷。

（3）利用平臺規范人、車、船管理。借用數字化平臺，逐步實現對人員、車輛、船舶運行軌跡的收集和處理、異常數據識別和報警、歷史數據的存儲和查看，通過聯動監控視頻進行科學調度，給人、車、船安全管理提供更多科學依據。

（4）利用平臺進行在線培訓和學習。執法人員的技能培訓、政策宣貫工作往往以會議或集中學習的形式開展，耗時多、頻次低、內容少、效率低。網絡化的學習和培訓可以減少工作時間的占用，同時疫情期間可減少聚集風險。

3.5 完善平臺基礎設施建設

3.5.1 監控探頭升級與更新

評估現有監控探頭覆蓋范圍，結合巡查管理重點區域，以全天候、無死角、智能化為目標，科學布設監控探頭，進一步優化庫區監控點位設置。根據需要增加重點區域攝像頭數量，逐步擴大重點區域監控探頭的覆蓋范圍，提高重點區域的監測能力。

目前，在珊溪水庫庫區總共布設77個監控探頭，通過對監控探頭性能參數的分析，大致描繪出文成區域監控覆蓋范圍（見圖3）。其中，項坑到珊溪碼頭、河背碼頭水域等監控覆蓋較為密集，2塊水域之間監控覆蓋程度較低。在充分考慮建設成本、電源、網絡以及違法違規行為發生頻次等方面的因素后，加密重點區域和覆蓋率過低區域的探頭布設。

圖3 庫區現有監控探頭覆蓋范圍示意圖

3.5.2 庫區管理感知手段創新

探索無人機、無人船、智慧水利球、全景攝像機等新型感知手段（見圖4），以更多維度、更廣視角提升庫區感知水平，完善感知體系。

圖4 新型感知手段示意圖

工業級無人機和無人船可以實現定時、定軌跡巡航，輔助執法人員開展庫區大面積巡查，能及時發現庫周岸線變化、庫面違規行為。智慧水利球實現水位全時預警、水質全域保護，在庫區不同水域實現水位讀取。漂浮物檢測，絆線入侵、區域入侵、滯留檢測等行為的檢測功能，為庫周監控設施選擇提供新思路。

3.5.3 水質監測體系建設

庫區現有水質監測體系比較薄弱，相當一部分監測數據來自人工監測，數據密度低、時效性差，不利于及時有效掌握庫區水質變化，無法支撐更進一步的預警和決策，增加在線水質監測探頭（見圖5），建立和完善庫區水質在線監測體系十分有必要。

圖5 在線監測探頭示意圖

平臺基礎設施建設，是為了打造湖陸空天一體的在線感知網絡，實現水源保護區水位、水質、違規行為、漂浮物、人員、車輛、船舶等涉水涉庫數據的全收集全感知，為科學分析和決策提供全面多維完整的數據支撐。

3.5.4 平臺升級實現多平臺互動

“數字珊溪·智慧監管”平臺相對于微信、釘釘等大型應用存在系統不夠穩定、移動用戶黏性差等問題，可以嘗試實現平臺與微信、釘釘等常用社交軟件的互聯互通。在釘釘平臺增設庫區綜合管理模塊，通過釘釘下發巡查任務、上報巡查成果、查詢各種信息等，打通上傳下達的渠道，輔助信息傳遞，實現更加便捷的信息交互，滿足上級對信息化平臺整合要求。

4 結 語

在數字中國建設戰略背景下，珊溪水庫水源保護工作朝數字化、智慧化方向轉型。當前，庫區綜合管理系統給庫區管理工作帶來革命性提升，實現以人防為主的模式向人防技防結合的新模式轉變，并不斷更新迭代升級，使庫區管理工作向更高臺階邁進。