李 星

水利工程系統(tǒng)必須通過(guò)有效的管理，才能發(fā)揮最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)有水資源管理方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代化復(fù)雜的水資源需求。基于泵站的自動(dòng)化和智能化基礎(chǔ)，利用智慧泵站系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行水利工程管理泵站，不僅具備調(diào)水功能，還能提供區(qū)域水資源的容量、水質(zhì)等信息和泵站運(yùn)行診斷功能等，保證工程建筑和設(shè)備的完整、安全，處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，以便充分發(fā)揮水資源調(diào)度能力，實(shí)現(xiàn)區(qū)域統(tǒng)一決策調(diào)度，更好地發(fā)揮防洪、抗旱、供水和環(huán)境保護(hù)等功效。它將影響和改變現(xiàn)有的水利工程管理理念，促使水資源管理精準(zhǔn)化、精細(xì)化，推進(jìn)水資源配置的進(jìn)一步優(yōu)化，緩解水資源供需矛盾。

一、智慧泵站平臺(tái)的應(yīng)用背景

我國(guó)水資源豐富，但人均占有量少，且水患較多，同時(shí)人們節(jié)水意識(shí)淡薄，浪費(fèi)嚴(yán)重，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和水資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)增多，水資源保護(hù)壓力越來(lái)越大，提高水資源的使用效率迫在眉睫。我國(guó)目前已經(jīng)有相當(dāng)規(guī)模的水利工程設(shè)施，有基礎(chǔ)條件開(kāi)展水資源科學(xué)管理，進(jìn)一步優(yōu)化配置水資源。水利工程管理包含了水資源和人力資源等管理，新時(shí)代背景下，水利工程管理越來(lái)越迫切需要大眾參與，進(jìn)行精細(xì)化的社會(huì)管理，實(shí)現(xiàn)公開(kāi)透明和科學(xué)化的決策，這就要求獲得水資源分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)平臺(tái)的支持。智慧泵站平臺(tái)作為這樣的數(shù)據(jù)平臺(tái)，為泵站配備傳感器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、攝像頭等，將人與人、人與物、物與物之間相互聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)建成一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)。各泵站及各級(jí)監(jiān)控或（服務(wù)）中心、服務(wù)工程師、手機(jī)APP 等均通過(guò)云端與系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)檢測(cè)，同時(shí)利用大數(shù)據(jù)云計(jì)算等技術(shù)，獲得可靠的分析數(shù)據(jù)和場(chǎng)景預(yù)測(cè)，接收異常預(yù)警及故障診斷，實(shí)時(shí)獲取綜合調(diào)度和智能控制流量等參數(shù)。

二、智慧泵站平臺(tái)的應(yīng)用意義

智慧泵站平臺(tái)在信息交互方面打破了各個(gè)區(qū)域的信息交流壁壘，增強(qiáng)了區(qū)域性聯(lián)動(dòng)合作能力，實(shí)現(xiàn)了水資源分布數(shù)字化，各部分水利工程以網(wǎng)絡(luò)為紐帶，提供上下游的水位和水質(zhì)情況，分析出可調(diào)度的水資源和調(diào)度能力。新的水利工程管理工具會(huì)改變管理者的管理理念，推動(dòng)管理體制的創(chuàng)新，提高水資源利用效率，有助于區(qū)域性的水利工程合作和發(fā)展，使得原有水利工程發(fā)揮出更大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。平臺(tái)實(shí)時(shí)更新和共享水資源信息，通過(guò)現(xiàn)有的水資源數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行綜合決策，加強(qiáng)了水利工程管理的協(xié)同工作。平臺(tái)接入了各個(gè)區(qū)域的水資源信息，各個(gè)區(qū)域的信息得到共享，為政府決策提供更加有效的信息支持，根據(jù)水利工程泵站配備情況，模擬水位升降情況，水利工程管理趨于精細(xì)化和精準(zhǔn)化，有助于快速準(zhǔn)確地管理和決策，通過(guò)平臺(tái)統(tǒng)一管理調(diào)度，制定有效的緊急預(yù)案，協(xié)調(diào)各個(gè)區(qū)域調(diào)水和救災(zāi)工作。

圖1 智慧泵站平臺(tái)應(yīng)用拓?fù)鋱D

三、智慧泵站平臺(tái)的應(yīng)用情況

搭建智慧泵站平臺(tái)要求配備傳感器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、攝像頭等設(shè)備，將人與人、人與物、物與物之間相互聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)建成一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)，智慧泵站平臺(tái)應(yīng)用拓?fù)鋱D見(jiàn)圖1。智慧平臺(tái)分為現(xiàn)場(chǎng)控制層、傳輸層和應(yīng)用層，各個(gè)層功能各不相同?，F(xiàn)場(chǎng)控制層是指各個(gè)泵站的現(xiàn)場(chǎng)操作站，主要功能是執(zhí)行指令和傳輸數(shù)據(jù)。傳輸層是指云服務(wù)器，是一種簡(jiǎn)單高效、安全可靠、處理能力較強(qiáng)的技術(shù)服務(wù)器，基于互聯(lián)網(wǎng)向用戶和企業(yè)提供數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)、在線備份等服務(wù)，可將水文信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心和調(diào)度中心，并傳達(dá)中心指令給現(xiàn)場(chǎng)控制層。而應(yīng)用層包括企業(yè)異地遠(yuǎn)程服務(wù)監(jiān)控中心、水利部門調(diào)度中心、企業(yè)控制中心、工程師站和手機(jī)APP 端，主要是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析，并下達(dá)相應(yīng)指令，要求界面友好，易于操作。

現(xiàn)場(chǎng)操作站配置包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等。通過(guò)手機(jī)APP 登陸到視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)觀看現(xiàn)場(chǎng)情況。水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)有水質(zhì)，能夠提供實(shí)時(shí)的區(qū)域水質(zhì)情況，傳送至智慧平臺(tái)中心，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)調(diào)水，從而將死水變活水。自動(dòng)控制系統(tǒng)是由下位機(jī)和上位機(jī)構(gòu)成，下位機(jī)是執(zhí)行層，上位機(jī)是操作層。下位機(jī)的具體功能是控制相關(guān)自動(dòng)化設(shè)備，如閘門、電動(dòng)閥和水泵等；變送各個(gè)傳感器信號(hào)，信號(hào)包括設(shè)備溫度（如定子溫度、軸承溫度）、上下游水位、水流量和揚(yáng)程、設(shè)備電壓等；啟動(dòng)自動(dòng)保護(hù)裝置，如超溫停機(jī)，過(guò)載停機(jī)等，實(shí)現(xiàn)閘門與泵的連鎖控制。上位機(jī)主要是組態(tài)界面，包含各個(gè)參數(shù)設(shè)置和操作按鈕、記錄報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)，以及水利工程3D 模型，在模型中實(shí)時(shí)顯示泵站運(yùn)行情況。機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)水泵機(jī)組設(shè)備是否正常工作，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警功能，最大限度降低損失，在每臺(tái)電機(jī)安裝若干個(gè)振動(dòng)傳感器，對(duì)機(jī)組的振動(dòng)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并傳輸給平臺(tái)，由后臺(tái)進(jìn)行分析處理，將結(jié)果反饋給現(xiàn)場(chǎng)的上位機(jī)，管理者可通過(guò)移動(dòng)端設(shè)備遠(yuǎn)程查看運(yùn)行狀況。

智慧泵站平臺(tái)將人與人、人與物、物與物之間相互聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和場(chǎng)景預(yù)測(cè)，異常預(yù)警及故障診斷，綜合調(diào)度和智能控制流量等參數(shù)，促進(jìn)了大眾參與和水利工程的社會(huì)化管理，實(shí)現(xiàn)公開(kāi)透明和科學(xué)化的決策。但是目前很多水利工程的設(shè)備陳舊，控制水平不高，如一些地區(qū)的電灌站都未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，無(wú)法滿足農(nóng)田灌溉自動(dòng)化、信息化、智能化的發(fā)展需求。鑒于此，在打造智慧泵站平臺(tái)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將水利工程的設(shè)備自動(dòng)化控制等內(nèi)容納入進(jìn)來(lái)，實(shí)現(xiàn)從底層到應(yīng)用層一條龍服務(wù)。例如，在將某地區(qū)的農(nóng)村電灌站納入智慧泵站系統(tǒng)平臺(tái)時(shí)，從其設(shè)備自動(dòng)化改造開(kāi)始，配備相關(guān)傳感器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，搭建網(wǎng)路設(shè)備等。但由于改造費(fèi)用相對(duì)較高，且智能化系統(tǒng)平臺(tái)的管理理念還未被廣泛接受，泵站改造進(jìn)展情況還差強(qiáng)人意，未產(chǎn)生很大的示范效果。各地水利工程并未得到相關(guān)部門的重視，地區(qū)泵站管理比較松散，各個(gè)泵站同步改造很難進(jìn)行，建立泵站監(jiān)控中心的難度很大。因此打造智慧泵站系統(tǒng)示范項(xiàng)目作用尤其重要，對(duì)重點(diǎn)泵站進(jìn)行智能化改造，作為成果案例推廣應(yīng)用，引起相關(guān)政府部門注意，將政府和企業(yè)聯(lián)合起來(lái)，引領(lǐng)地區(qū)的泵站管理技術(shù)變革，共同打造智慧泵站系統(tǒng)平臺(tái)，使得各個(gè)泵站信息得到共享，管理中心能夠?qū)崟r(shí)查看到各個(gè)區(qū)域的水文信息，利于管理者的統(tǒng)一調(diào)配，實(shí)現(xiàn)區(qū)域聯(lián)動(dòng)調(diào)水，為保障民生工程、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

四、結(jié)語(yǔ)

利用智慧泵站平臺(tái)系統(tǒng)管理水資源，是水利工程管理的新思路。新的通訊信息技術(shù)的發(fā)展為智慧泵站實(shí)施提供了技術(shù)支撐，降低了搭建難度和成本。通過(guò)該平臺(tái)，用戶可遠(yuǎn)程獲取大量信息數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，依靠大數(shù)據(jù)來(lái)決策，提高管理效能，解決目前區(qū)域內(nèi)水資源分配的各種弊端。目前泵站管理并未受到重視，但隨著社會(huì)發(fā)展，水資源短缺日益突出，精細(xì)化和精準(zhǔn)化管理水資源是必然趨勢(shì)，這些都依賴于在各個(gè)區(qū)域建立起相互聯(lián)系的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。老舊泵站改造已經(jīng)提上日程，首先搭建智慧泵站示范項(xiàng)目，將平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)直觀展示出來(lái)，通過(guò)示范項(xiàng)目帶動(dòng)其他水利工程進(jìn)行智慧化改造。比如，先進(jìn)行將農(nóng)田灌溉泵站自動(dòng)化、信息化改造，然后建立起統(tǒng)一的政府調(diào)度中心，管理者在調(diào)度中心能了解到區(qū)域內(nèi)的水資源分布情況，以及可調(diào)配的水資源分布圖，實(shí)時(shí)了解目前可用水量；同時(shí)區(qū)域內(nèi)的農(nóng)民用戶也可通過(guò)手機(jī)等方式，向調(diào)度中心反饋未來(lái)用水需求?；谶@些信息，為管理者更快捷準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)度提供決策依據(jù)■