小型水庫(kù)安全巡查管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張?chǎng)?，孔衛(wèi)瑞

(河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450003)

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1954—2006年，中國(guó)各類水庫(kù)失事3 496座，其中小型水庫(kù)3 370座，占失事總數(shù)的96.40%以上。故近年來(lái)，多個(gè)地區(qū)都進(jìn)行了小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固與日常巡查等工作，以保證當(dāng)前水庫(kù)安全以及后期安全問(wèn)題排查。安全監(jiān)管工作看似得到保證，但實(shí)際上小型水庫(kù)巡查人員水平良莠不齊，巡查任務(wù)執(zhí)行多靠人員自覺(jué)，常會(huì)巡查不到位，以致水庫(kù)安全仍然存在安全隱患，并未從源頭保證精細(xì)化安全巡查。因此，如何規(guī)范小型水庫(kù)巡查工作保證水庫(kù)安全成了難點(diǎn)問(wèn)題。

針對(duì)規(guī)范水庫(kù)巡查工作的問(wèn)題，多地開(kāi)發(fā)了水庫(kù)巡查監(jiān)管系統(tǒng)，從信息化角度監(jiān)督水庫(kù)日常巡查工作。但是，傳統(tǒng)信息化監(jiān)管在實(shí)際運(yùn)行中仍存在一定弊端，如在巡查過(guò)程中，水庫(kù)巡查員信息化接受能力不一，如果巡查APP功能過(guò)多、上報(bào)過(guò)程煩瑣、操作難度高，常會(huì)導(dǎo)致巡查人員操作失誤，進(jìn)而使信息化、規(guī)范化監(jiān)管的意義大打折扣。在巡查監(jiān)管體系上，小型水庫(kù)安全巡查工作涉及地市多、層面廣，各地巡查標(biāo)準(zhǔn)不一，從縣級(jí)到市級(jí)再到省級(jí)，逐級(jí)監(jiān)督、上報(bào)，若不統(tǒng)一巡查標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致信息混亂，更難以從省級(jí)層面快速掌握全省水庫(kù)整體巡查情況，使水庫(kù)多層面監(jiān)管存在一定局限性。因此，如何開(kāi)發(fā)實(shí)用型強(qiáng)的巡查APP與面向?qū)ο髲V的巡查監(jiān)管后臺(tái)，是規(guī)范小型水庫(kù)日常精細(xì)化巡查、從源頭保證水庫(kù)安全運(yùn)行與監(jiān)管的關(guān)鍵問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，文章首先有效簡(jiǎn)化巡查APP功能與操作流程，將多數(shù)功能集成為一個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)簽到、巡查上報(bào)、簽退的一站式操作流程，功能全，讓巡查人員易上手；然后設(shè)計(jì)面向?qū)用鎻V的小水庫(kù)巡查監(jiān)管后臺(tái)，形成從省到縣、自上而下監(jiān)督管理體系，有助于監(jiān)管人員高效監(jiān)督；最后以河南省為背景開(kāi)展實(shí)際應(yīng)用，分析該系統(tǒng)的實(shí)用性。

1 小水庫(kù)安全巡查管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

小水庫(kù)安全巡查管理系統(tǒng)基于B/S與C/S架構(gòu)，綜合利用了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和GIS技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)包括用

戶層、應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層四個(gè)層面，為水庫(kù)各級(jí)管理人員及巡查人員提供系統(tǒng)服務(wù)?？傮w框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

用戶層根據(jù)業(yè)務(wù)流程及不同使用人員，主要分為四級(jí)，分別為省級(jí)管理人員、市級(jí)管理人員、縣級(jí)管理人員和水庫(kù)巡查人員。

應(yīng)用層由移動(dòng)巡查APP和巡查監(jiān)管后臺(tái)兩部分組成。移動(dòng)巡查APP使用對(duì)象為水庫(kù)巡查人員，用于巡查前查看規(guī)劃線路、在巡查過(guò)程中進(jìn)行過(guò)程上報(bào)、巡查結(jié)束后查看歷史巡查記錄、有重大臨時(shí)問(wèn)題時(shí)也可與后臺(tái)視頻通訊。巡查監(jiān)管后臺(tái)使用對(duì)象為各級(jí)管理人員，各級(jí)人員下發(fā)任務(wù)，分權(quán)限監(jiān)督管轄范圍內(nèi)的巡查過(guò)程與巡查結(jié)果，并提供用戶角色，實(shí)現(xiàn)角色的權(quán)限賦予與用戶的角色綁定。

服務(wù)層主要包括“一張圖”綜合地圖、統(tǒng)一身份認(rèn)證、保證數(shù)據(jù)傳輸安全的加密、工作流中間件，以及各應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用等幾部分服務(wù)。

數(shù)據(jù)層是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持與保證，構(gòu)建小型水庫(kù)巡查管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包括巡查項(xiàng)、制定的巡查內(nèi)容、巡查結(jié)果、巡查過(guò)程中上報(bào)的問(wèn)題、水庫(kù)基本信息、系統(tǒng)管理信息以及照片等多媒體信息等。

1.2 業(yè)務(wù)流程

小水庫(kù)安全巡查管理系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)，將所有功能在系統(tǒng)上進(jìn)行整合，按照巡查任務(wù)制定、巡查任務(wù)執(zhí)行、巡查任務(wù)監(jiān)督三大部分以實(shí)現(xiàn)整個(gè)小型水庫(kù)安全巡查管理流程。

1.2.1 巡查任務(wù)制定

首先，從省級(jí)層面統(tǒng)一巡查標(biāo)準(zhǔn)，明確水庫(kù)巡查“是什么，做什么”，然后下發(fā)至各地市，地市根據(jù)情況向縣級(jí)下達(dá)巡查任務(wù)，明確“巡什么，怎么巡”；最后縣級(jí)管理員再根據(jù)水庫(kù)實(shí)際現(xiàn)狀、來(lái)水情況等當(dāng)前基本信息，針對(duì)性制定不同水庫(kù)的巡查內(nèi)容、巡查要求、巡查路線等具體巡查任務(wù)，并根據(jù)巡查人員的賬號(hào)自動(dòng)將任務(wù)下發(fā)至巡查APP端。

1.2.2 巡查任務(wù)執(zhí)行

巡查人員根據(jù)賬號(hào)登錄移動(dòng)巡查端，登錄后無(wú)須進(jìn)行任務(wù)選擇，可自動(dòng)查收巡查路線和任務(wù)，然后按規(guī)定周期、規(guī)定內(nèi)容一一進(jìn)行巡查。

1.2.3 巡查任務(wù)監(jiān)督

巡查人員在巡查過(guò)程中，實(shí)時(shí)將巡查情況及存在問(wèn)題上報(bào)至web服務(wù)器，巡查管理后臺(tái)即可查看任務(wù)執(zhí)行情況并解決問(wèn)題。同時(shí)，縣、市級(jí)后臺(tái)管理系統(tǒng)可監(jiān)控人員位置、回放巡查軌跡、查詢?nèi)蝿?wù)進(jìn)度、統(tǒng)計(jì)巡查次數(shù)，以監(jiān)督記錄巡查人員工作進(jìn)度；省級(jí)后臺(tái)管理系統(tǒng)可監(jiān)督各地市水庫(kù)管理情況。最后各級(jí)管理人員可根據(jù)需求自動(dòng)生成巡查值班記錄表、巡查結(jié)果統(tǒng)計(jì)表、巡查問(wèn)題匯總表、水庫(kù)巡查情況匯總表等巡查報(bào)表。

圖2 巡查業(yè)務(wù)流程圖

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 研究區(qū)概況

河南省位于華北平原南部的黃河中下游地區(qū)，總面積16.70萬(wàn)km2，人口9 640萬(wàn)人。全省共有小型水庫(kù)2 541座，數(shù)量多且分布分散，其安全監(jiān)管均以縣或市為主管單位，采用人工巡查、紙質(zhì)記錄、上報(bào)、存檔的模式，存在各地市監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)體系不統(tǒng)一，巡查員學(xué)習(xí)能力整體偏低、巡查難到位，巡查記錄難保存等監(jiān)管盲點(diǎn)和弊端。統(tǒng)一監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)、提高日常巡查水平、增強(qiáng)監(jiān)管效率成為當(dāng)務(wù)之急。

2.2 主要功能實(shí)現(xiàn)

小水庫(kù)安全巡查管理系統(tǒng)一共有兩個(gè)端口，即移動(dòng)巡查APP和巡查管理后臺(tái)，其中移動(dòng)巡查APP端主要負(fù)責(zé)水庫(kù)巡查任務(wù)，巡查管理后臺(tái)主要負(fù)責(zé)管理、統(tǒng)計(jì)的任務(wù)。

2.2.1 巡查管理后臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)

任務(wù)管理。通過(guò)該功能可實(shí)現(xiàn)各級(jí)管理人員對(duì)任務(wù)的分配與管理。河南省級(jí)人員可向各地市下發(fā)巡查標(biāo)準(zhǔn)；各地市根據(jù)省級(jí)下發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展工作并向縣級(jí)傳達(dá)；縣級(jí)則分別為各個(gè)水庫(kù)配置巡查員的巡查內(nèi)容及巡查周期，然后下發(fā)至巡查人員移動(dòng)巡查APP端。

三維監(jiān)管與軌跡優(yōu)化。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)巡查過(guò)程的三維展示與巡查軌跡的優(yōu)化，不同層級(jí)人員可根據(jù)權(quán)限查看管轄范圍內(nèi)的巡查過(guò)程。主要包括：①巡查監(jiān)管。實(shí)現(xiàn)對(duì)巡查人員巡查路徑、巡查過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)督，可回放巡查軌跡及巡查路線，直觀顯示巡查員在大壩、溢洪道、涵洞等各部位的停留時(shí)間；②三維展示?？汕袚Q至三維方式展示建筑物結(jié)構(gòu)及巡查人員在建筑物上的三維巡查軌跡；③軌跡優(yōu)化。系統(tǒng)直接通過(guò)GPS點(diǎn)位生成的巡查軌跡常有大幅度跳動(dòng)，現(xiàn)采用去燥、卡爾曼濾波算法、抽稀算法對(duì)異常點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化，使巡查軌跡更為準(zhǔn)確(如圖3)；④視頻通訊。若有臨時(shí)任務(wù)下發(fā)，或巡查員遇緊急問(wèn)題時(shí)，可實(shí)時(shí)視頻通訊。

圖3 軌跡優(yōu)化對(duì)比圖

巡查結(jié)果管理。系統(tǒng)可對(duì)巡查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、結(jié)果上報(bào)與預(yù)警，主要包括：①巡查記錄。建立歷史巡查臺(tái)賬，包括巡查路徑、上報(bào)內(nèi)容、照片等，便于后期查詢；②隱患合并與推送。管理人員可以根據(jù)不同的管理權(quán)限，進(jìn)行隱患的忽略、合并、對(duì)比、上報(bào)、整改、關(guān)閉等操作，并自動(dòng)通過(guò)微信或短信推送至相關(guān)負(fù)責(zé)人。

自動(dòng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)存檔。系統(tǒng)可對(duì)所有上報(bào)數(shù)據(jù)和水雨情數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要包括：①實(shí)時(shí)水雨情監(jiān)測(cè)。自動(dòng)導(dǎo)入水情遙測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水情數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢，以便對(duì)可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情和水庫(kù)建筑物安全做出更精確的評(píng)估；②緊急預(yù)警。若出現(xiàn)水情超范圍或巡查員上報(bào)緊急問(wèn)題時(shí)，則觸發(fā)緊急預(yù)警并及時(shí)推送；③自動(dòng)化報(bào)表?？煞治鼋y(tǒng)計(jì)當(dāng)前或歷史巡查內(nèi)容，并自動(dòng)生成報(bào)表，存檔保存；④績(jī)效考核。記錄巡查人員考勤、任務(wù)完成、工作表現(xiàn)等情況。

用戶及角色管理。實(shí)現(xiàn)用戶的增刪改查，將角色分為省、市、縣、巡查員四級(jí)，為各級(jí)角色賦予不同權(quán)限，然后為用戶綁定角色，實(shí)現(xiàn)分級(jí)分權(quán)限管理。

2.2.2 移動(dòng)巡查APP端功能實(shí)現(xiàn)

巡查上報(bào)。巡查員手持移動(dòng)終端簽到后自動(dòng)定位至所在水庫(kù)，然后可開(kāi)始巡查。選擇巡查上報(bào)內(nèi)容，以選擇或語(yǔ)音描述形式上報(bào)存在問(wèn)題及照片，如圖4所示。任務(wù)上報(bào)后會(huì)自動(dòng)消失，直至該頁(yè)面無(wú)任務(wù)時(shí)，當(dāng)次巡查才可結(jié)束、簽退，否則無(wú)法簽退。當(dāng)所有任務(wù)巡查周期滿后會(huì)再次出現(xiàn)，以供下次巡查。該模塊從簽到到巡查上報(bào)再到簽退，一站式操作流程可有效降低巡查難度，簡(jiǎn)單易學(xué)，更適合巡查人員使用。

圖4 巡查上報(bào)圖

線路規(guī)劃。系統(tǒng)根據(jù)提前設(shè)定好的巡查內(nèi)容，為巡查人員規(guī)劃出一條最優(yōu)巡查路線，以保證巡查內(nèi)容正確、全面。

巡查記錄。用于存儲(chǔ)歷史巡查記錄與上報(bào)內(nèi)容，便于后期調(diào)取與查看。

2.3 應(yīng)用效果分析

將該系統(tǒng)從河南省省級(jí)層面開(kāi)始布設(shè)，從省到市再到縣，級(jí)級(jí)滲透，通過(guò)系統(tǒng)完成整個(gè)小水庫(kù)安全巡查過(guò)程。該系統(tǒng)已于2019年11月開(kāi)始在河南省省級(jí)、登封市和舞鋼市試運(yùn)行，將應(yīng)用結(jié)果與系統(tǒng)應(yīng)用前的巡查過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，以分析系統(tǒng)的應(yīng)用效果。對(duì)比結(jié)果如表1所示，從對(duì)比結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)。

表1 系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)比結(jié)果表

移動(dòng)巡查APP功能全，涵蓋簽到上報(bào)、線路規(guī)劃等內(nèi)容，一體化提醒式操作流程，逐項(xiàng)進(jìn)行，可保證巡查內(nèi)容準(zhǔn)確、全面，更適合專業(yè)水平參差不齊的巡查員使用，有效避免了流程復(fù)雜、技術(shù)難等問(wèn)題，足以滿足一整次巡查過(guò)程。

系統(tǒng)建設(shè)將網(wǎng)絡(luò)部署在省級(jí)，由省至縣，在各層級(jí)間實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)、任務(wù)制定、巡查過(guò)程及成果監(jiān)督全過(guò)程，從省級(jí)也可全面快速地掌握所有小水庫(kù)實(shí)際情況，避免了各地市層層上報(bào)導(dǎo)致的差異。

從任務(wù)制定、下發(fā)，到巡查，再到成果監(jiān)督，以信息化方式實(shí)現(xiàn)全過(guò)程高效巡查與監(jiān)管，不再通過(guò)紙質(zhì)形式記錄、整理、上報(bào)。

3 結(jié)語(yǔ)

小水庫(kù)安全巡查管理系統(tǒng)從省級(jí)層面建立標(biāo)準(zhǔn)，由省至縣，通過(guò)移動(dòng)巡查APP和巡查管理后臺(tái)兩部分貫穿整個(gè)巡查過(guò)程。從水庫(kù)直管部門(mén)規(guī)劃巡查內(nèi)容及路線，然后下發(fā)至移動(dòng)巡查APP，巡查人員以下發(fā)任務(wù)為指導(dǎo)開(kāi)展巡查，最終上報(bào)至后臺(tái)，由后臺(tái)監(jiān)管?！伴]環(huán)式”操作流程簡(jiǎn)單便捷，有效避免了巡查不到位及監(jiān)管遺漏的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)安全巡查監(jiān)管由被動(dòng)變主動(dòng)，由標(biāo)準(zhǔn)分散到統(tǒng)一，由地市整理上報(bào)到省級(jí)直接監(jiān)督的高效化監(jiān)管方式。