摘要：水利信息化技術(shù)是水利行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必要手段，也是水利現(xiàn)代化發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施。本文系結(jié)合掛影洲圍中心涌水環(huán)境綜合整治示范工程，對(duì)包括新舊閘站的中心涌泵閘站集群調(diào)度控制系統(tǒng)對(duì)建設(shè)方案進(jìn)行了比對(duì)分析，依據(jù)“經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)”的原則選擇了具體的實(shí)施方案。通過實(shí)施科學(xué)的調(diào)度和統(tǒng)一的管理，加強(qiáng)對(duì)流域范圍內(nèi)的水害防治和水資源管理力度，實(shí)現(xiàn)引水活源、降低泵閘站運(yùn)行成本、提高水利工程運(yùn)行調(diào)度管理水平。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境；綜合整治；泵閘站；集群調(diào)度系統(tǒng)

引言

隨著信息科技在水利建設(shè)各個(gè)工程里的普及應(yīng)用，人們逐漸認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)潛在的利用價(jià)值。如今，水利信息化已經(jīng)成為支撐及確保水利改革發(fā)展的關(guān)鍵，推動(dòng)水利信息化發(fā)展已經(jīng)成為一項(xiàng)關(guān)乎水利發(fā)展全局的戰(zhàn)略性任務(wù)之一。水利信息化，是指在水利全行業(yè)普遍應(yīng)用現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)的信息技術(shù)，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，深入開發(fā)和廣泛利用水利信息資源，實(shí)現(xiàn)水利信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化與智能化，全面提升水利事業(yè)活動(dòng)的效率和效能[1]。水利信息化起步于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)主要是圍繞水情信息匯總、處理展開的。從1979～1980年開始，水文信息化開始一些信息源的處理。20世紀(jì)90年代前后，水利信息化逐步向以微機(jī)和網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)轉(zhuǎn)型。2001年水利部黨組確立了“以水利信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化”的發(fā)展思路，同年召開的全國(guó)水利信息化工作座談會(huì)將水利信息化建設(shè)定名為“金水工程”，2001年是水利信息化建設(shè)標(biāo)志性的一年。到2003年《全國(guó)水利信息化規(guī)劃》正式出臺(tái)，標(biāo)志著全國(guó)水利信息化的全面展開。目前在防汛抗旱、水文系統(tǒng)、水土保持監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水資源調(diào)度等方面取得了一定的成績(jī)[2]。

泵閘站信息化是水利信息化的綜合體現(xiàn)，而泵閘站調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)正是我國(guó)大力推進(jìn)水利信息化的重要組成部分[3]。泵閘站信息化建設(shè)的目標(biāo)是：運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理手段，初步建立一個(gè)覆蓋整個(gè)泵閘站群及相關(guān)地區(qū)，以信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)、通信傳輸系統(tǒng)為保障、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為依托、決策支持系統(tǒng)為核心的，能夠提高泵閘站管理水平、促進(jìn)泵閘站技術(shù)優(yōu)化和提高用水效率的水利關(guān)系信息系統(tǒng)，為泵閘站群水資源的優(yōu)化配置和合理利用提供調(diào)度運(yùn)行決策支持。目前，針對(duì)單一泵閘站的“單泵閘控制”調(diào)度系統(tǒng)效率低下，已經(jīng)不能滿足科學(xué)管理的要求。為了更好的發(fā)揮水閘泵站管理效率，提升水閘泵站的現(xiàn)代化管理水平，需要結(jié)合相關(guān)的優(yōu)化調(diào)度模型與自動(dòng)化控制調(diào)度系統(tǒng)建立一個(gè)集自動(dòng)化和智能化控制于一體的集群調(diào)度管理控制系統(tǒng)[4]。本文結(jié)合實(shí)際工程案例，探討泵閘站集群調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)方案。

1 泵閘站集群調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)成

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

本文所述泵閘站集群調(diào)度系統(tǒng)的工程范圍為掛影洲圍中心涌水流域。根據(jù)工程要求，中心涌泵閘站集群調(diào)度系統(tǒng)包括一個(gè)調(diào)度中心與一個(gè)調(diào)度分中心。調(diào)度中心下轄10座水閘，其中2座為新建、8座為已建舊閘；調(diào)度分中心下轄7座新建水閘和1座新建泵站。中心與分中心網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，中心為分中心的上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)。本泵閘站集群調(diào)度系統(tǒng)的主要任務(wù)是：以流域管轄范圍內(nèi)的已建或擬建泵閘站為監(jiān)控對(duì)象，以調(diào)度中心為主中心、調(diào)度分中心為副中心，建成一套“經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，易于維護(hù)，擴(kuò)展性強(qiáng)”的水利泵、閘站群聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)以引水活源為目的、泵閘站運(yùn)行控制集群化、管理信息化、日常維護(hù)專業(yè)化的目標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)水利工程動(dòng)態(tài)工情的網(wǎng)絡(luò)化。最終提高水利工程運(yùn)行的科學(xué)性、安全性和可靠性；提高水利工程的管理效率和管理水平，適應(yīng)某區(qū)域水利現(xiàn)代化和城市化的整體要求。

調(diào)度中心及調(diào)度分中心的系統(tǒng)分別由管理服務(wù)器、計(jì)算機(jī)監(jiān)控工作站、圖像監(jiān)視工作站、存儲(chǔ)設(shè)備、以太網(wǎng)、UPS等設(shè)備組成。調(diào)度分中心通過光纖與調(diào)度中心連接，調(diào)度中心只對(duì)調(diào)度分中心控制范圍內(nèi)的泵閘站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及監(jiān)視。調(diào)度（分）中心與遠(yuǎn)程泵、閘站現(xiàn)地控制單元采用光纜連接。調(diào)度（分）中心將采集到的各泵、閘站的信息加以處理、儲(chǔ)存、顯示，以此實(shí)時(shí)了解各泵閘站的運(yùn)行工況、水位、圖像等情況，并作為對(duì)各泵閘站進(jìn)行科學(xué)管理、合理調(diào)度的依據(jù)。

1.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本集群調(diào)度系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)基于以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，采用24口以太網(wǎng)交換機(jī)，形成1000M自適應(yīng)的星型以太網(wǎng)。傳輸協(xié)議為TCP/IP，開放性好，可根據(jù)需要隨時(shí)擴(kuò)展。以太網(wǎng)的傳輸速度為10/100M自適應(yīng)，并行采集數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可靠性。監(jiān)控結(jié)構(gòu)為遠(yuǎn)程調(diào)度和現(xiàn)地兩層。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器采用雙機(jī)冗余配置，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。操作員工作站也是雙機(jī)配置，且為了便于觀察和了解多處情況，每個(gè)操作員工作站上連接兩臺(tái)液晶顯示器。利用一臺(tái)打印機(jī)作為各種報(bào)表、畫面、圖形和文字的輸出設(shè)備。一套GPS設(shè)備提供計(jì)算機(jī)設(shè)備的同步時(shí)鐘。UPS設(shè)備為監(jiān)控系統(tǒng)提供可靠的備用電源。整個(gè)中心的軟硬件設(shè)備配置滿足安全可靠性、技術(shù)先進(jìn)性，易維護(hù)性的要求。系統(tǒng)還可以通過網(wǎng)絡(luò)光纜與流域最高管理機(jī)構(gòu)總調(diào)度中心進(jìn)行信息交換（留出接口）。

2 實(shí)施方案研究

本工程為新舊閘站組成的調(diào)度群，情況較為復(fù)雜。設(shè)計(jì)階段，除新建水閘、泵站外，還要對(duì)已建水閘的技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析、研究，重點(diǎn)是研究其為接入本群控系統(tǒng)而進(jìn)行的現(xiàn)地監(jiān)控設(shè)備改造的適應(yīng)性。

舊閘的情形有兩種：一種是獨(dú)立的水閘，另一種是附屬于泵站的自排閘門。前者解決方案是：只需要改造閘門行程開關(guān)、增加閘門開度裝置和閘前后水位計(jì)，同時(shí)對(duì)閘門控制箱進(jìn)行PLC化改造，所有前端信號(hào)接入現(xiàn)地層控制箱PLC、再通過光纜上傳至調(diào)度層。

但附屬于泵站的自排閘門，情形則要復(fù)雜得多?，F(xiàn)狀是：泵站建設(shè)的年限已久，上下位機(jī)系統(tǒng)均已老化、且無網(wǎng)絡(luò)通訊功能和遠(yuǎn)程調(diào)度功能，現(xiàn)有 LCU既接收來自泵組的信號(hào)、又接收來自水閘的信號(hào)。解決方案是：自排閘門接入調(diào)度層的方式采用：通過對(duì)現(xiàn)有泵站上下位機(jī)軟件進(jìn)行升級(jí)改造、更換通訊元件，增加網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，最終閘門信號(hào)通過泵站總網(wǎng)絡(luò)出口接入調(diào)度層。

由于工程施工后期才明確調(diào)度分中心、內(nèi)河涌的七座水閘的管理歸屬于另一個(gè)政府部門，為便于日后兩部門清晰管理界限，避免相互干擾，最后采取變更調(diào)度分中心地點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)這一目的。實(shí)施前對(duì)兩個(gè)可供選擇的方案進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

2.1 建設(shè)方案一

保持原設(shè)在調(diào)水動(dòng)力泵站的調(diào)度分中心不變，1#～7#節(jié)制閘的數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)仍在調(diào)水動(dòng)力泵站、調(diào)度功能不變。新建一個(gè)調(diào)度分中心的副中心，設(shè)在1#節(jié)制閘處，具有對(duì)1#～7#節(jié)制閘的調(diào)度功能、但必須得到主調(diào)度分中心（調(diào)水動(dòng)力泵站）的授權(quán)。方案一網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

方案一的核心是保留調(diào)水動(dòng)力泵站處調(diào)度分中心原有的后臺(tái)全部設(shè)備，在1#節(jié)制閘副調(diào)度中心處增加：操作員系統(tǒng)工作站、圖像工作站、語音系統(tǒng)工作站、打印機(jī)以及存儲(chǔ)設(shè)備；在人機(jī)界面上達(dá)到與分中心一致，并由調(diào)度分中心管理授權(quán)和軟件授權(quán)，調(diào)用調(diào)度分中心與1#～7#節(jié)制閘相關(guān)的全部有效數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)方面，此方案不需要新增光纜和設(shè)備，前期一次性投資只有少量的工程費(fèi)和耗材。但在調(diào)水動(dòng)力泵站和1#節(jié)制閘之間的網(wǎng)絡(luò)鏈路，需要將原30M帶寬提升至200M，以保證大量數(shù)據(jù)的快速傳輸。

2.2建設(shè)方案二

方案二取消原調(diào)水動(dòng)力泵站處SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、視頻存儲(chǔ)服務(wù)器、前置服務(wù)器。在1#節(jié)制閘處新建一個(gè)調(diào)度分中心，新調(diào)度中心需要增加網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、交換機(jī)、SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、前置服務(wù)器、視頻服務(wù)器、語音系統(tǒng)服務(wù)器，用于1#～7#節(jié)制閘的數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)控制、視頻監(jiān)控及語音廣播，1#～7#節(jié)制閘的數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)改到1#節(jié)制閘處。方案二網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。

具體措施是取消調(diào)水動(dòng)力泵站處對(duì)1#～7#節(jié)制閘的調(diào)度功能。將原調(diào)水動(dòng)力泵站處的調(diào)度分中心的后臺(tái)服務(wù)器等設(shè)備全部移到1#節(jié)制閘處新建的調(diào)度分中心；調(diào)水動(dòng)力泵站按常規(guī)泵站另配兩套操作員工作站和一套視頻工作站以及其它相關(guān)附屬設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)方面，將原調(diào)度分中心的設(shè)備移至1#節(jié)制閘處，將原調(diào)度中心指向調(diào)水動(dòng)力泵站的200M帶寬鏈路改向1#節(jié)制閘、將原調(diào)度分中心移動(dòng)設(shè)備遷移至新調(diào)度分中心處，移動(dòng)方面只做數(shù)據(jù)上處理無需另加設(shè)備；已建調(diào)水動(dòng)力泵站與1#節(jié)制閘之間的鏈路保持30M帶寬不變，用于采集泵站所需1#～7#節(jié)制閘的水位數(shù)據(jù)、閘門狀態(tài)信號(hào)以及向總中心傳輸泵站數(shù)據(jù)的功能。泵站所有數(shù)據(jù)經(jīng)由1#節(jié)制閘處的調(diào)度分中心上傳至總中心。

同時(shí)在1#節(jié)制閘、新調(diào)度分中心處多增加一條至外圍基站的光纜，移動(dòng)需另外增加光電轉(zhuǎn)換器、交換機(jī)、VPN設(shè)備作為雙路由備份，以確保1#節(jié)制閘作為調(diào)度分中心匯聚功能點(diǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3兩個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

（1）兩個(gè)方案的技術(shù)比較

方案一的優(yōu)點(diǎn)是：原調(diào)水動(dòng)力泵站和調(diào)度分中心設(shè)備無變化，系統(tǒng)軟件調(diào)試無工作量增加。網(wǎng)絡(luò)方面不改變?cè)型負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，前期不需要新增光纜和設(shè)備；缺點(diǎn)是：副調(diào)度分中心對(duì)1#～7#節(jié)制閘的運(yùn)行管理和數(shù)據(jù)采集，副調(diào)度中心數(shù)據(jù)實(shí)際還是需要原調(diào)水動(dòng)力泵站SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)以及前置服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)，副調(diào)度中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)同樣需要讀取原調(diào)水動(dòng)力泵站視頻服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，兩管理單位并未從數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)以及組態(tài)上完全分離，一旦原調(diào)度分中心光纖故障或者任何一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障，副中心對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)會(huì)全面癱瘓。因此副調(diào)度中心的數(shù)據(jù)采集、控制、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)都受到原調(diào)水動(dòng)力泵站系統(tǒng)的牽制，造成副調(diào)度中心無法獨(dú)立正常運(yùn)行，失去建設(shè)意義。

方案二的優(yōu)點(diǎn)是：1#節(jié)制閘處新建的調(diào)度分中心，直接對(duì)1#～7#節(jié)制閘進(jìn)行運(yùn)行管理和數(shù)據(jù)采集，調(diào)水動(dòng)力泵站和1#～7#節(jié)制閘系統(tǒng)從邏輯上完全分離，調(diào)水動(dòng)力泵站數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、控制、視頻監(jiān)控獨(dú)立、便于運(yùn)行和管理；新調(diào)度分中心只是通過SQL數(shù)據(jù)庫同步的方式將相關(guān)狀態(tài)及水位信息回傳至調(diào)水動(dòng)力泵站；實(shí)質(zhì)上新調(diào)度分中心和調(diào)水動(dòng)力泵站之間無權(quán)限約束，達(dá)到獨(dú)立運(yùn)行，保證了兩套系統(tǒng)的安全可靠、穩(wěn)定，提高了運(yùn)行人員的管理效率；系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，局部的故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，上一層的故障不影響下一層控制、調(diào)節(jié)和安全操作，即調(diào)度層及其通訊通道故障時(shí)，不影響新調(diào)度分中心層和調(diào)水動(dòng)力泵站層的功能，而新調(diào)度分中心層故障，不影響控制單元層的功能。控制層故障，不影響控制層的功能。

方案一中兩套系統(tǒng)并未完全獨(dú)立，方案二中兩套系統(tǒng)采用底層數(shù)據(jù)采集單元層分開的方式完全獨(dú)立，從系統(tǒng)技術(shù)層面中的安全性、穩(wěn)定性、控制先進(jìn)性等方面上都明顯優(yōu)于方案一。

（2）兩個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)比較

建設(shè)方案調(diào)整引起系統(tǒng)的設(shè)備變化：方案一，在調(diào)水動(dòng)力泵站處沒有設(shè)備變化，而在1#節(jié)制閘副中心處有設(shè)備增加。方案二，在原調(diào)水動(dòng)力泵站處的后臺(tái)設(shè)備全部移至1#節(jié)制閘，調(diào)水動(dòng)力泵站按常規(guī)泵站另配兩套操作員工作站和一套視頻工作站以及其它相關(guān)附屬設(shè)備。

建設(shè)方案調(diào)整引起的網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用增加：方案一，不需要新增光纜和設(shè)備，施工期一次性投資只有少量的工程費(fèi)和耗材。但調(diào)水動(dòng)力泵站和1#節(jié)制閘之間的網(wǎng)絡(luò)鏈路，需要由原設(shè)計(jì)的30M帶寬提升至200M，提升后運(yùn)營(yíng)期每月將增加租用費(fèi)。方案二，由于需要改變?cè)型負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，施工期需新增設(shè)備：1#節(jié)制閘新增一條光纜、中興PTN6110設(shè)備1臺(tái)，下掛2臺(tái)和記奧普泰小型化PTN，各種線纜若干，用于設(shè)備之間的互連。雖有施工期的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備增加，但運(yùn)營(yíng)期每月光纖租用費(fèi)無變化。

經(jīng)核算，方案一系統(tǒng)增加的設(shè)備投資與后期的網(wǎng)絡(luò)租用費(fèi)方面高于方案二。

3 結(jié) 語

經(jīng)以上對(duì)兩個(gè)建設(shè)方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較后可見：雖兩方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，但方案二更能滿足兩個(gè)部門分界管理的實(shí)際需求，且總體投資增加稍低，運(yùn)營(yíng)期的光纜租用費(fèi)用未增加。因此最終采用建設(shè)方案二。此系統(tǒng)建成后，調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)還可通過預(yù)留的接口與市三防指揮中心的綜合信息平臺(tái)的互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享，為流域內(nèi)各站點(diǎn)的優(yōu)化調(diào)度，以及合理引水活源、改善水環(huán)境的綜合調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。

閘站集群調(diào)度系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、綜合性的信息管理平臺(tái)，作為水務(wù)系統(tǒng)數(shù)字化管理的核心部分、同時(shí)也是衡量水務(wù)信息化管理水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。閘站集群調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)綜合考慮成本、技術(shù)要素進(jìn)行綜合比較，確保系統(tǒng)建設(shè)的合理性、經(jīng)濟(jì)性與適用性。

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作者簡(jiǎn)介：羅征宇（1967年生～），大學(xué)本科學(xué)歷，工作單位：廣東省科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)中心，從事信息化項(xiàng)目與工程的咨詢規(guī)劃測(cè)評(píng)服務(wù)和監(jiān)理工作。

（作者單位：廣東省科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)中心）