白振華

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

山西省中小型水庫(kù)大多建成于20世紀(jì)五六十年代，呈現(xiàn)出分布范圍廣、規(guī)模小、投入資金少、基礎(chǔ)設(shè)施少、病險(xiǎn)隱患多、管理薄弱等特點(diǎn)。近年來(lái)，通過(guò)加強(qiáng)管理和開(kāi)展大規(guī)模的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固，水庫(kù)安全形勢(shì)總體有所好轉(zhuǎn)。為切實(shí)落實(shí)大壩安全管理責(zé)任，確保水庫(kù)安全運(yùn)行，充分發(fā)揮水庫(kù)效益，必須要增強(qiáng)水庫(kù)管理和科學(xué)調(diào)度的手段和能力，不斷提高水庫(kù)管理的信息化和現(xiàn)代化水平。

水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是根據(jù)水庫(kù)安全管理部門(mén)的實(shí)際工作需要為目標(biāo)，按照現(xiàn)有的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范為設(shè)計(jì)依據(jù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立和完善雨情、水情、工情、水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)施為基礎(chǔ)、通訊系統(tǒng)為保障、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為依托、安全預(yù)警為核心的水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)的信息系統(tǒng)。

該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了水利管理部門(mén)的工作特點(diǎn)和關(guān)鍵業(yè)務(wù)，合理劃分出不同功能的子系統(tǒng)，易于裝配定制。各子系統(tǒng)既能獨(dú)立運(yùn)行，又能夠根據(jù)實(shí)際情況組合協(xié)同工作，大大提高了系統(tǒng)對(duì)不同需求的適應(yīng)能力。下文對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行分別介紹。

1 信息采集系統(tǒng)

利用先進(jìn)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程遙測(cè)技術(shù)、通信及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、將水庫(kù)的水雨情監(jiān)測(cè)、大壩安全監(jiān)測(cè)、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視和人工巡視錄入等系統(tǒng)，構(gòu)成“五位一體”的水庫(kù)安全遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。下文對(duì)各系統(tǒng)具體情況進(jìn)行介紹。

1.1 水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括雨量和水位的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、固態(tài)存儲(chǔ)、數(shù)字化自動(dòng)傳輸至站房，對(duì)流量信息或其他少量沒(méi)有自動(dòng)采集的信息，利用標(biāo)準(zhǔn)水情編碼通過(guò)人工置數(shù)進(jìn)行數(shù)字化自動(dòng)傳輸。遠(yuǎn)程分中心系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)收集水雨情遙測(cè)站的全部數(shù)據(jù)。

1.2 大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

建立水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，可完成對(duì)水庫(kù)大壩浸潤(rùn)線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集，為大壩防險(xiǎn)和調(diào)度提供可靠的依據(jù)，大大提高預(yù)見(jiàn)期和準(zhǔn)確性，對(duì)水庫(kù)的防洪興利和優(yōu)化水調(diào)度是非常必要的。系統(tǒng)可定時(shí)采集發(fā)送監(jiān)測(cè)點(diǎn)安全監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備工況信息，包括滲壓、滲流、位移等數(shù)據(jù)和設(shè)備工作電壓、環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。采集終端機(jī)MCU采用定時(shí)發(fā)送和超閾值加密測(cè)量機(jī)制，定時(shí)周期及增量閾值可根據(jù)需要進(jìn)行配置，以在滿足數(shù)據(jù)密度和精度要求情況下最大限度節(jié)約電源消耗。本地安全監(jiān)測(cè)中心還支持GPRS/SMS通訊方式將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至多個(gè)遠(yuǎn)程中心，并隨時(shí)接受遠(yuǎn)程中心的數(shù)據(jù)召測(cè)。

1.3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)子站和中心站組成。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站主要由自動(dòng)采水、配水單元、分析單元、子站控制與數(shù)據(jù)采集單元、條件保證系統(tǒng)等組成，負(fù)責(zé)水樣的采集、水質(zhì)分析、數(shù)據(jù)整理與上報(bào)。中心站負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)子站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理、報(bào)表、監(jiān)管及遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)具備無(wú)人值守、自動(dòng)運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)校準(zhǔn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化情況，超標(biāo)報(bào)警。模塊化設(shè)計(jì)，具有高度可擴(kuò)展性，可在基本單元的基礎(chǔ)上擴(kuò)展重金屬、氰化物、砷等其它污染物監(jiān)測(cè)儀?？蓪?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異步多點(diǎn)采集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。

1.4 人工巡視系統(tǒng)

人工巡視檢查和儀器監(jiān)測(cè)是分不開(kāi)的，這是由大壩的特殊性和目前儀器監(jiān)測(cè)的水平所決定的。大壩邊界條件和工作環(huán)境較為復(fù)雜，同時(shí)，由于材料的非線性（特別是土石壩），使監(jiān)測(cè)的難度增大；另一方面，目前儀器監(jiān)測(cè)還只能作到“點(diǎn)（小范圍）監(jiān)測(cè)”，如測(cè)縫計(jì)只能發(fā)現(xiàn)通過(guò)測(cè)點(diǎn)的裂（接）縫開(kāi)度的變化，而不能發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)以外裂（接）縫開(kāi)度的變化；變形（滲流）測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的是壩體（基）綜合反應(yīng)，因而很難進(jìn)行具體情況的原因分析。巡視檢查目的是為了檢查水庫(kù)及附屬建筑物在運(yùn)行期間的結(jié)構(gòu)完整性和安全可靠性，發(fā)現(xiàn)異?；虼嬖诘碾[患和缺陷及時(shí)提出補(bǔ)救措施和改進(jìn)意見(jiàn)。按照時(shí)間間隔和特殊性質(zhì)，巡視檢查可分成以下三類(lèi)，即：日常巡視檢查、年度巡視檢查和特殊情況下的巡視檢查。每次把人工巡視檢查的內(nèi)容和檢查頻次錄入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，以便資料分析和巡視制度的管理，及大壩安全評(píng)定時(shí)查詢和輸出歷史巡視記錄。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

采用公網(wǎng)無(wú)線傳輸（3G）等先進(jìn)通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)水庫(kù)的各水工建筑物現(xiàn)場(chǎng)情況以及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供了直觀的圖像信息，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可將被監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像和數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確、清晰、快速地傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心能夠?qū)崟r(shí)、直接地了解和掌握各被監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，做出相應(yīng)的反應(yīng)和處理。同時(shí)可以改善觀測(cè)、測(cè)量工作人員的工作環(huán)境，減少工作人員，做到無(wú)人值守、少人值班。

本系統(tǒng)在各水庫(kù)重點(diǎn)部位設(shè)置視頻監(jiān)視點(diǎn)，監(jiān)視范圍包括泄洪閘門(mén)、大壩正常工作和穩(wěn)固程度、水庫(kù)水面情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、水庫(kù)水岸情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。小型水庫(kù)布設(shè)2臺(tái)、中型水庫(kù)布設(shè)4臺(tái)全天候云臺(tái)變焦一體化攝像機(jī)，具有受控轉(zhuǎn)動(dòng)、變焦、自動(dòng)聚焦等功能，以便監(jiān)控水庫(kù)大范圍場(chǎng)景。

3 通訊系統(tǒng)

水利數(shù)據(jù)遙測(cè)中通信組網(wǎng)方案大致有兩種類(lèi)型，即單一通信方式和混合通信方式。常見(jiàn)的通信方式有：超短波、有線電話、衛(wèi)星、GSM，GPRS等幾種，它們都可以單獨(dú)組成水利數(shù)據(jù)遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)?；旌贤ㄐ欧绞接梢陨喜煌ㄐ欧绞浇M合而成，可以衍生出很多種組網(wǎng)方案。由于水庫(kù)大壩等水利監(jiān)控點(diǎn)分布在較廣闊的范圍內(nèi)，與監(jiān)控中心的距離較遠(yuǎn)，近年來(lái)依托移動(dòng)通訊GPRS網(wǎng)絡(luò)的全方位覆蓋以及新近推出的3G（TDSCDMA）網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)著移動(dòng)遠(yuǎn)程自動(dòng)化信息傳輸技術(shù)在水利行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

根據(jù)水庫(kù)安全遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)站所處的自然地理環(huán)境及信息傳輸需要，擬采用3G（TD-SCDMA）傳輸作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主信道，GPRS線路作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的備用信道。

4遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)

水利信息化軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就引入了平臺(tái)化的架構(gòu)，將水利信息化軟件系統(tǒng)構(gòu)架在兩個(gè)平臺(tái)上，即遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)與數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺(tái)。兩個(gè)平臺(tái)使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中處理、集中存儲(chǔ)與統(tǒng)一共享。

4.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)

遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)是一個(gè)通用的遠(yuǎn)程遙測(cè)信息接收、處理、管理平臺(tái)，可廣泛應(yīng)用于水利信息化遙測(cè)信息采集系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)支持多種通訊方式，內(nèi)置多種工作模式及工作體制，可接收并處理水位、雨量、滲流、滲壓、水質(zhì)、位移等各種信息，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)整合了軟件系統(tǒng)與各種現(xiàn)場(chǎng)采集、控制設(shè)備的通訊協(xié)議與數(shù)據(jù)接口，負(fù)責(zé)各種信息的采集、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)、整編、入庫(kù)等基礎(chǔ)工作，使管理人員省卻了繁瑣而重復(fù)的數(shù)據(jù)收集工作專(zhuān)注于對(duì)信息的分析和業(yè)務(wù)決策。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)為應(yīng)用系統(tǒng)提供對(duì)信息進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、決策支持所需的數(shù)據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)對(duì)水資源信息和水資源使用情況進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，輔助業(yè)務(wù)管理流程，幫助水資源管理者進(jìn)行業(yè)務(wù)決策。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)建立在通用的應(yīng)用平臺(tái)之上，與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)共用一個(gè)統(tǒng)一的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)?；谕ㄓ脩?yīng)用平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)，其功能模塊具有高度靈活性，可根據(jù)用戶類(lèi)型及實(shí)際業(yè)務(wù)需要進(jìn)行靈活調(diào)整。數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)采用CS與BS相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，可靈活部署，方便實(shí)施。

4.3 預(yù)警發(fā)布

預(yù)警系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行判斷，當(dāng)達(dá)到相關(guān)臨界警戒值后，系統(tǒng)按照預(yù)警級(jí)別分別向各級(jí)防汛職責(zé)單位相關(guān)人員進(jìn)行預(yù)警信息的發(fā)布，信息發(fā)送方式分為自動(dòng)預(yù)警與人工預(yù)警。

安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部提供Web服務(wù)，有權(quán)限用戶可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)登錄該系統(tǒng)Web服務(wù)器訪問(wèn)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行汛情信息服務(wù)。

短信預(yù)警發(fā)布平臺(tái)提供短信群發(fā)功能，能向列表中的各級(jí)主管領(lǐng)導(dǎo)、責(zé)任人自動(dòng)發(fā)送安全預(yù)警短信。

電話傳真預(yù)警發(fā)布平臺(tái)能自動(dòng)向列表中的各個(gè)單位傳送水庫(kù)安全預(yù)警信息或調(diào)度指示文件等，克服人工撥號(hào)打電話、發(fā)傳真，費(fèi)時(shí)易出差錯(cuò)的問(wèn)題。