［摘要］文章介紹利用信息采集及通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)堤防及其相關(guān)工程設(shè)施、水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

［關(guān)鍵詞］防洪堤；信息采集；通信系統(tǒng)

［作者簡(jiǎn)介］林慧，梧州市防洪排澇工程管理處助理工程師，廣西梧州，543002

［中圖分類號(hào)］ TP29 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1007-7723（2012）03-0019-0004

一、工程概況

梧州市河?xùn)|防洪堤起點(diǎn)于梧州龍母廟下游125m處至梧州口岸聯(lián)檢大樓。防洪堤設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，設(shè)計(jì)水位為24.50m，防洪堤全長(zhǎng)3.364公里，總投資為3.2億元。防洪堤的建成，有效地保護(hù)了梧州市河?xùn)|2.25平方公里面積、主要商業(yè)區(qū)和10多萬(wàn)城市居民。梧州市河?xùn)|防洪堤非工程措施調(diào)度系統(tǒng)工程的建設(shè)總目標(biāo)：應(yīng)用信息技術(shù)，建成可靠、快速、實(shí)用、先進(jìn)的防汛調(diào)度決策支持系統(tǒng)。做到信息采集準(zhǔn)確及時(shí)、傳遞迅速、處理高效，為梧州市的經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展提供良好的發(fā)展環(huán)境，決策人員可據(jù)此進(jìn)行防洪物料調(diào)度、防汛工作部署指揮。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)面向防洪堤管理處、河?xùn)|區(qū)領(lǐng)導(dǎo)、區(qū)辦、鎮(zhèn)（街道）指揮所、水利局及其他主管科室、洪水預(yù)報(bào)人員、系統(tǒng)管理員等多種用戶。對(duì)河?xùn)|防洪堤圍、險(xiǎn)段、水閘、電排站等工程的基本信息、工程圖紙、照片和多媒體信息實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的入庫(kù)、管理和查詢；集成多種洪水水情預(yù)報(bào)方法的預(yù)報(bào)成果，提供水情會(huì)商發(fā)播功能。梧州市河?xùn)|堤防汛決策支持信息系統(tǒng)的建成，為防汛會(huì)商提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的水情、雨情、工情、氣象信息，提高防汛搶險(xiǎn)指揮的時(shí)效性、準(zhǔn)確性，以非工程措施提高水利工程在防洪搶險(xiǎn)中的效益，為防汛指揮行政領(lǐng)導(dǎo)提供先進(jìn)的、可靠的防汛決策支持，達(dá)到防洪減災(zāi)防災(zāi)的目的。

在梧州市河?xùn)|防洪堤非工程措施調(diào)度系統(tǒng)工程中，信息采集系統(tǒng)的作用是負(fù)責(zé)完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、信息的采集和實(shí)時(shí)傳輸，其中實(shí)時(shí)水雨情采集、泵站工況、閘門狀態(tài)、堤防工況等是信息管理自動(dòng)化的中樞神經(jīng)。

實(shí)時(shí)水雨情采集是通過(guò)水情信息通信處理軟件，將梧州水文局的相關(guān)實(shí)時(shí)水雨情信息采集到本系統(tǒng)中。

二、通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是梧州市河?xùn)|防洪堤非工程措施調(diào)度系統(tǒng)工程的中樞神經(jīng)，為完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、信息的實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)施防汛指揮調(diào)度、水利工程遠(yuǎn)程監(jiān)控等業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枰ㄔO(shè)的。通信系統(tǒng)按功能劃分為：語(yǔ)音傳輸、數(shù)據(jù)處理傳輸、圖像處理傳輸和跨部門信息交換等。暢通可靠的通信網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)水利信息化、現(xiàn)代化的基本要求。因此，充分利用現(xiàn)代通信手段，建立高效的水利信息傳輸網(wǎng)絡(luò)是超標(biāo)準(zhǔn)洪水防汛調(diào)度信息系統(tǒng)工程建設(shè)的重要內(nèi)容。 所以，通信系統(tǒng)部分的主要需求為：語(yǔ)音的傳輸；數(shù)字信號(hào)的傳輸；圖像資料的傳輸；監(jiān)控閉路電視的傳輸；自動(dòng)化監(jiān)控的傳輸；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

在本系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、信息的實(shí)時(shí)傳輸,通過(guò)通信系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)匯總，為防汛指揮調(diào)度提供科學(xué)、及時(shí)、可靠、完整的決策依據(jù)。

（二）數(shù)據(jù)采集的主要內(nèi)容及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.河?xùn)|防洪堤兩座排澇泵站的主機(jī)機(jī)組、輔助設(shè)備、配套水工建筑物的各種電量、非電量運(yùn)行數(shù)據(jù)、水情數(shù)據(jù)、圖像信息以及各種計(jì)算、綜合和統(tǒng)計(jì)信息。

2.信息采集系統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為三個(gè)層次：水利局中心級(jí)、本地級(jí)（地區(qū)醫(yī)院泵站、鴛江碼頭泵站）和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)（各泵站PLC群、現(xiàn)場(chǎng)傳感器及儀表）。整個(gè)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)本著可靠、先進(jìn)、實(shí)用、智能、標(biāo)準(zhǔn)化、靈活可擴(kuò)性、安全性和可維護(hù)性及高性價(jià)比的原則進(jìn)行。

信息采集處理中心計(jì)算機(jī)、信息采集處理分中心計(jì)算機(jī)、PLC主站、各視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間通過(guò)光纖組成TCP/IP協(xié)議的專用局域網(wǎng)。各泵站PLC主站、從站與遠(yuǎn)程從站之間通過(guò)專用PROFIBUS工業(yè)總線網(wǎng)連接。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖如下：

（二）汛情監(jiān)視

汛情監(jiān)視是為各級(jí)防汛部門的值班人員提供實(shí)時(shí)汛情自動(dòng)監(jiān)視和汛情發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)。它主要是把數(shù)據(jù)庫(kù)中的汛情信息直觀、醒目地提供給用戶，并滿足值班人員對(duì)汛情深層次的專題查詢和分析比較等要求。它是一個(gè)信息輸出的系統(tǒng)，通過(guò)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)與其他子系統(tǒng)聯(lián)系。

（三）堤防輔助管理

堤防輔助管理模塊主要服務(wù)于梧州河?xùn)|防洪堤管理部門的日常管理，并為非工程措施決策的實(shí)施提供支持，包括如下部分：防汛部門和防汛責(zé)任管理、文檔管理、汛前管理、汛期管理、汛后管理、物資管理、日常辦公管理、活動(dòng)日常安排、文件收發(fā)管理、工程項(xiàng)目管理、會(huì)議管理、防汛經(jīng)費(fèi)、電子郵件和網(wǎng)絡(luò)傳真等。

三、通信系統(tǒng)技術(shù)方案

（一）通信單元

通信單元是梧州市出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)的防汛調(diào)度信息系統(tǒng)工程的中樞神經(jīng)，為完成數(shù)據(jù)信息、實(shí)施防汛指揮調(diào)度、水利工程遠(yuǎn)程監(jiān)控等業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枰ㄔO(shè)的。通信系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)信息時(shí)間性強(qiáng)，種類繁多，并且其輸入輸出量巨大，數(shù)據(jù)信息的加工、處理、管理工作十分復(fù)雜。所以，充分利用現(xiàn)代通信手段，建立高效的水利信息傳輸網(wǎng)絡(luò)是超標(biāo)準(zhǔn)洪水防汛調(diào)度信息系統(tǒng)工程建設(shè)的重要內(nèi)容。

1.主要功能

通信單元負(fù)責(zé)完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、信息的實(shí)時(shí)傳輸，是信息管理自動(dòng)化的中樞神經(jīng)。通過(guò)這個(gè)單元可以將底層的各類數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)匯總到水利局的監(jiān)控中心，為防汛指揮調(diào)度提供科學(xué)、及時(shí)、可靠、完整的決策依據(jù)。

2.單元組成

通信單元主要包括：超短波移動(dòng)通信網(wǎng)（已有）、TCP/IP協(xié)議的專用監(jiān)控局域網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)專用PROFIBUS工業(yè)總線網(wǎng)。要充分利用已經(jīng)建有的400MHz超短波移動(dòng)通信網(wǎng)，完成語(yǔ)音話務(wù)、通信聯(lián)絡(luò)、指揮調(diào)度和無(wú)線數(shù)據(jù)采集等工作任務(wù)。

（二）防雷單元

防雷單元需要多方面同時(shí)顧及，互相配合。在內(nèi)部采用屏蔽技術(shù)、光電隔離、浮空等措施，使系統(tǒng)本身具有一定的防雷性能，減少雷擊損失；在系統(tǒng)外部，根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，加設(shè)避雷裝置和地網(wǎng)，構(gòu)造完整的避雷系統(tǒng)。

防雷單元應(yīng)包括：現(xiàn)場(chǎng)采集元器件的防雷避雷措施，泵站數(shù)據(jù)處理分中心的防雷避雷措施。主要防雷措施包括：供電電源的保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)信號(hào)線的保護(hù)、直擊雷的防護(hù)、接地網(wǎng)和設(shè)備絕緣。

1. 主要功能

主要是防止雷電通過(guò)供電電源、網(wǎng)絡(luò)通訊線路等途徑對(duì)設(shè)備安全造成危害。

在設(shè)備電源配線端接入電源避雷器，保護(hù)設(shè)備安全；

在滲壓模擬信號(hào)PLC端安裝信號(hào)隔離器，濾除干擾，保護(hù)設(shè)備安全；

建筑物內(nèi)部設(shè)備接入建筑物內(nèi)部地網(wǎng)，保護(hù)人身及設(shè)備安全；

在兩個(gè)泵站分中心分別安裝1臺(tái)在線UPS進(jìn)一步濾除電源的不穩(wěn)定干擾。

四、主要設(shè)備配置

（一）防雷系統(tǒng)設(shè)備其主要性能指標(biāo)

指標(biāo)要求

1.室內(nèi)電源避雷器指標(biāo)參數(shù)

（1）通流容量：Imax=40KA(8/20μS)

（2）保護(hù)功能強(qiáng)：熱感斷路器，過(guò)流熔斷器

（3）模塊式設(shè)計(jì)，安裝、更換方便

（4）響應(yīng)時(shí)間≤20ns

2.室外220伏交流電源防雷器指標(biāo)參數(shù)

（1）工作電壓（V）：AC220V±10%

（2）通流容量8/20us（KA）：40

（3）響應(yīng)時(shí)間（ns）：≤25

（4）標(biāo)稱導(dǎo)通電壓（V）：560

（5）限制電壓8/20us 3KA（KV）：≤1

3.RS-485接口指標(biāo)參數(shù)

（1）傳輸速率：1Mbit/s

（2）插入損耗：≤0.5dB

（3）通流容量8/20us（KA）：1.5

（4）限制電壓10/700us：≤25V

4.視頻信號(hào)防雷器指標(biāo)參數(shù)

（1）接口：BNC

（2）同軸電纜標(biāo)稱阻抗：75Ω

（3）工作電壓：24V

（4）傳輸速率：10 Mbit/s

（5）插入損耗：≤0.5dB

（6）通流容量8/20us（KA）：3

（7）限制電壓10/700us：1KV/us：50V

（二）光端機(jī)設(shè)備其主要性能指標(biāo)

指標(biāo)要求

連接光纖可采用：8.3/125, 8.7/125, 9/125, 10/125μm 等單模光纖。

一根光纖上傳輸視頻信號(hào)與控制信號(hào)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可以在惡劣的環(huán)境下工作，保證極高的可靠性和穩(wěn)定性，高視頻質(zhì)量，各路信號(hào)之間無(wú)相互干擾。

五、系統(tǒng)整體性能

（一）實(shí)時(shí)性

集控層及現(xiàn)地控制單元的響應(yīng)能力應(yīng)滿足數(shù)據(jù)采集、人機(jī)通信、控制功能和系統(tǒng)通信的時(shí)間要求。

1.數(shù)字量采集周期＜1S；

2.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)更新周期＜1-2S；

3.控制命令響應(yīng)時(shí)間：（1）控制命令回答響應(yīng)時(shí)間＜1S；（2）接受執(zhí)行命令到執(zhí)行控制的響應(yīng)時(shí)間＜1S。

4.模擬量采集周期：（1）電量≤1S；（2）非電量≤10S。

5.集控層對(duì)現(xiàn)地系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和控制的響應(yīng)時(shí)間≤2S。

（二）安全可靠性

為保障網(wǎng)絡(luò)的安全可靠運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)有完整的數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選用性能優(yōu)良、可靠性高的技術(shù)產(chǎn)品，整體設(shè)計(jì)采用高容錯(cuò)、高冗余、多鏈路組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并采用完善的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)。

（三）先進(jìn)實(shí)用性

采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和選用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、集線器等）均為國(guó)際上先進(jìn)實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品。建成的網(wǎng)絡(luò)不僅可以滿足近期內(nèi)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信的需要，而且具有多媒體通信功能。在保證準(zhǔn)確、快速的同時(shí)充分利用原有的資源和設(shè)備。

（四）標(biāo)準(zhǔn)化和開放性

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用國(guó)際上流行、成熟、完善并被廣泛認(rèn)可的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如TCP／IP通訊協(xié)議等），以實(shí)現(xiàn)與Internet的平滑聯(lián)接。

（五）可用率

1.對(duì)于主機(jī)硬件設(shè)備、應(yīng)用程序錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)故障、網(wǎng)絡(luò)端口故障、網(wǎng)線接觸故障、主機(jī)響應(yīng)故障等，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)配備Cluster高可用備份軟件，做到不停機(jī)應(yīng)用切換，確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

2.系統(tǒng)可用率是在整個(gè)系統(tǒng)交接前的試運(yùn)行期間30天內(nèi)不應(yīng)低于99.9%，在設(shè)備驗(yàn)收后的兩年保證期內(nèi)應(yīng)達(dá)到98.8%。

3.可用率定義為：A＝可使用時(shí)間/（可使用時(shí)間+故障時(shí)間）。其中故障時(shí)間包括故障控制和預(yù)防性檢修時(shí)間。故障檢修時(shí)間只計(jì)及關(guān)鍵功能損壞時(shí)，把事故設(shè)備恢復(fù)到正常運(yùn)行的時(shí)間（有備件和檢驗(yàn)設(shè)備）。

4.其他性能如系統(tǒng)安全性、可擴(kuò)性、可變性均應(yīng)滿足《水電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)規(guī)范》的要求。

（六）擴(kuò)充性和靈活性

1.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)充性能，能夠適應(yīng)局部、分階段的更新要求；同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐步發(fā)展，在增加新節(jié)點(diǎn)時(shí)易操作，且不影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。該網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具有支持多種通信媒體、多種物理接口、多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的靈活性。

2.應(yīng)提供下列方面的可變性的限制：（1）變化的點(diǎn)參數(shù)在只讀存貯器之類的永久性存貯設(shè)備中的限制；（2）由數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的限制；（3）對(duì)硬件或軟件兼容性的限制；（4）硬件限制；（5）軟件操作系統(tǒng)的限制。

河?xùn)|防洪堤第一期工程按十年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，這需要準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出超標(biāo)準(zhǔn)洪水的時(shí)間，作出開閘放水、確保堤防及人員財(cái)產(chǎn)安全的決策，要在短時(shí)間內(nèi)完成人員撤離、物資轉(zhuǎn)移工作；同時(shí)控制開閘放水的準(zhǔn)確時(shí)間和閘門放、充水流量，避免出洪水漫過(guò)堤頂、危及堤身的現(xiàn)象。另一面，在汛期的前前后后需把大量的工作轉(zhuǎn)移到防汛搶險(xiǎn)上來(lái)，需投入大量的人力、物力、財(cái)力，耗費(fèi)很大。因此，梧州的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展很大程度上受洪水的制約。以上這個(gè)系統(tǒng)已于2005年開始逐步投入使用，并在不斷更新完善當(dāng)中，現(xiàn)在已經(jīng)成為河?xùn)|防洪堤堤防防汛指揮調(diào)度系統(tǒng)的主要技術(shù)信息來(lái)源之一，為梧州市的防洪防汛工作提供了強(qiáng)有力的信息支持，發(fā)揮出良好的社會(huì)效益。

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