朱兵穎

（洛陽(yáng)水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng) 471000）

0 引言

隨著信息化技術(shù)快速發(fā)展，各級(jí)單位在水利工程建設(shè)、管理過程中更加重視信息化技術(shù)的應(yīng)用。目前，我國(guó)已有較多水利工程進(jìn)行了信息化提升。如：大藤峽水利樞紐[1]、河套灌區(qū)[2]、江都水利樞紐工程[3]、淠史杭灌區(qū)[4]等，大量信息化水利工程建設(shè)為后期水利工程信息化建設(shè)提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)。新安縣提黃灌區(qū)此前未建設(shè)信息化系統(tǒng)，為適應(yīng)新時(shí)代需求，在節(jié)水配套改造工程建設(shè)中完成信息化灌區(qū)建設(shè)是十分必要的。

1 灌區(qū)概況

提黃灌區(qū)工程位于新安縣東部偏南，灌區(qū)范圍北起畛河塔掌溝南，南至澗河以北，西起省道S246，東至新安孟津交界。土地高程在250.0 m～400.0 m 左右，灌區(qū)范圍涉及正村、五頭、倉(cāng)頭、城關(guān)以及磁澗五個(gè)鎮(zhèn)，控制土地面積22 萬畝，總計(jì)灌溉面積16.46 萬畝。項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)土橋泵站及分水口均無自動(dòng)化設(shè)施，項(xiàng)目全部采用手工方式進(jìn)行操作，耗費(fèi)大量人力，并且時(shí)效性不強(qiáng)，水資源并沒有得到充分利用?，F(xiàn)急需建立新安縣提黃灌區(qū)一干渠土洼支渠的自動(dòng)化控制體系，通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集分析，以及自動(dòng)化控制設(shè)備應(yīng)用，有效的進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，可以實(shí)現(xiàn)大量工作的自動(dòng)化運(yùn)行，減輕工作人員的工作量。

2 信息化灌區(qū)建設(shè)

2.1 信息化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)新安縣提黃灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的目標(biāo)及任務(wù)，本次設(shè)計(jì)在新安縣提黃灌區(qū)節(jié)水配套改造工程的建設(shè)基礎(chǔ)上，改善灌區(qū)灌排工程設(shè)施狀況，配套建設(shè)自動(dòng)化與信息化體系，增強(qiáng)灌區(qū)信息化管理能力。開展灌溉區(qū)域土橋泵站自動(dòng)化與信息化建設(shè)，主要包括基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用系統(tǒng)等，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 信息化灌區(qū)總體框架

2.2 信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

2.2.1 泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)主要由站級(jí)計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)地LCU、儀表設(shè)備組成。系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)過程控制系統(tǒng)，由管理處調(diào)度中心統(tǒng)一調(diào)度、操作與控制。泵站站級(jí)為一個(gè)自控節(jié)點(diǎn)，通過交換機(jī)通信線路與調(diào)度網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，完成對(duì)本站各信息監(jiān)測(cè)及歷史記錄查看、分析等功能，見圖2。

2.2.2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

視頻采集監(jiān)控系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)混合組網(wǎng)，采用工業(yè)級(jí)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)組網(wǎng)方式，網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)分散設(shè)計(jì)在水庫(kù)、泵站、水廠調(diào)度中心和管線壓力流量測(cè)點(diǎn)多處，將整條輸水管線從源頭水庫(kù)到終點(diǎn)調(diào)度中心所有視頻通過光纖環(huán)網(wǎng)的方式將視頻存儲(chǔ)在就近骨干和調(diào)度中心視頻服務(wù)器上，在調(diào)度中心大屏上呈現(xiàn)出來。

2.2.3 分水口閥門自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)

現(xiàn)地安裝太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)閥、電磁流量計(jì)和智能控制器及液位計(jì)等采集控制設(shè)備，通過加裝RTU 控制箱對(duì)分水閥遠(yuǎn)程控制，并通過4G 通訊傳輸,在控制中心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制管道流量、閥門的開關(guān)和蓄水池水位變化，為自動(dòng)化控制提供數(shù)據(jù)。

圖2 泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)

2.2.4 調(diào)度中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程調(diào)度層、泵站站控層和現(xiàn)地控制層三層結(jié)構(gòu)。調(diào)度中心自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分為控制專網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)?？刂茖＞W(wǎng)包含系統(tǒng)工作站；綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)包括、大屏幕、NVR 服務(wù)器等。

2.3 信息化軟件系統(tǒng)建設(shè)

針對(duì)新安縣提黃灌區(qū)，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況開發(fā)出有效、用戶界面友好的軟件系統(tǒng)。

1）業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

建設(shè)新安縣安全運(yùn)維一體化監(jiān)控系統(tǒng)，為運(yùn)維人員提供一個(gè)電子化監(jiān)管平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)信息化系統(tǒng)從動(dòng)環(huán)管理、安防管理、網(wǎng)絡(luò)管理、主機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、虛擬化環(huán)境管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、中間件管理等功能的統(tǒng)一信息流程處理展示平臺(tái)。涵蓋安全事件的信息采集，如發(fā)生安全事件時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、電氣設(shè)備運(yùn)行情況、設(shè)備的啟停記錄、各系統(tǒng)的運(yùn)行日志等信息進(jìn)行采集，并對(duì)安全事態(tài)能影響的范圍進(jìn)行評(píng)估，對(duì)安全事件產(chǎn)生的因素進(jìn)行分析給出建議處理措施，從而提高信息系統(tǒng)故障發(fā)現(xiàn)及處置能力，實(shí)現(xiàn)電子化、個(gè)性化監(jiān)管。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

新安縣數(shù)據(jù)資源整合以河南“智慧水利”十三五規(guī)劃為指導(dǎo)綱領(lǐng)，基于已有的水利數(shù)據(jù)中心，建設(shè)新安縣數(shù)據(jù)資源中心，整合已有數(shù)據(jù)、新建數(shù)據(jù)、外部協(xié)同數(shù)據(jù)等，形成新安縣專題數(shù)據(jù)庫(kù)，并與水利廳數(shù)據(jù)資源中心形成互為災(zāi)備體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的整合、共享。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)劃分

針對(duì)水利行業(yè)各種類型的數(shù)據(jù)采用不同的存儲(chǔ)方法。按照水利對(duì)象的設(shè)計(jì)思路，對(duì)目前涉及的水利對(duì)象采用遵循數(shù)據(jù)范式的設(shè)計(jì)思路，利用Oracle/mysql 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

對(duì)于其他的非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)如文檔、圖片、多媒體、視頻等，采用非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)Mongodb 或文件系統(tǒng)Hadoop 進(jìn)行存儲(chǔ)，并與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)象屬性進(jìn)行掛載。對(duì)空間信息，如DLG/DEM/DOM等，采用ArcSDE/Oracle 等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

4）建設(shè)內(nèi)容

基于目前已有的數(shù)據(jù)中心，分析與灌區(qū)信息化有關(guān)的各類基礎(chǔ)專業(yè)數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)；進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)清洗、整編、入庫(kù)，補(bǔ)充數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容；完成各項(xiàng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的接入和整編。在此基礎(chǔ)上建立數(shù)據(jù)分享機(jī)制，并研究探索數(shù)據(jù)的價(jià)值挖掘。

2.3.1 泵站信息管理系統(tǒng)建設(shè)

1）實(shí)時(shí)監(jiān)控

集成本次設(shè)計(jì)建設(shè)的泵站監(jiān)控組態(tài)軟件功能，對(duì)有權(quán)限的用戶開通查看及控制權(quán)限。泵站自動(dòng)化監(jiān)控包括：壓力監(jiān)測(cè)、流量監(jiān)測(cè)、閥門監(jiān)控、機(jī)組監(jiān)控、視頻監(jiān)視。

以調(diào)用組態(tài)界面的形式，實(shí)時(shí)顯示泵站機(jī)組、閥門、儀表、排污泵、電力設(shè)備等工藝過程的主要工藝監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。有控制權(quán)限的用戶可通過PC 端進(jìn)行控制功能操作。

2）泵站管理

泵站管理功能模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)所屬轄區(qū)下各泵站設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)看各個(gè)泵站是否正常運(yùn)行，是否存在設(shè)備故障等異常情況。通過系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的檢修運(yùn)維情況進(jìn)行跟蹤，包括填寫操作票和作業(yè)票，能定期對(duì)設(shè)備的檢修進(jìn)行提醒，也可通過系統(tǒng)對(duì)泵站的基本信息、設(shè)備信息、技術(shù)資料等進(jìn)行管理，可隨時(shí)查閱，簡(jiǎn)單方便。泵站日常安全管理是泵站管理子系統(tǒng)的重要功能，通過對(duì)日常安全活動(dòng)記錄和統(tǒng)計(jì)管理，達(dá)到對(duì)所屬泵站的整體安全把控。

3）機(jī)電管理

機(jī)電管理子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)全處機(jī)電設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)、檢修情況實(shí)時(shí)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)管理。能對(duì)所屬轄區(qū)下各泵站設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

4）安全生產(chǎn)管理

安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)主要是根據(jù)水利廳安全生產(chǎn)管理委員會(huì)的安全規(guī)范和安全操作要求，對(duì)生產(chǎn)、施工人員進(jìn)行安全教育、安全會(huì)議、安全演練、安全考核等進(jìn)行記錄和監(jiān)督的管理系統(tǒng)。通過此系統(tǒng)還可以對(duì)泵站安全隱患督察管理和安全標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)管理。系統(tǒng)主要包括安全生產(chǎn)管理、安全生產(chǎn)信息、安全檢查管理、安全隱患查看和安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理。

5）統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析模塊主要是對(duì)各種實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行批量查詢和統(tǒng)計(jì)分析。主要包括：管線各測(cè)點(diǎn)壓力，流量日、月、年統(tǒng)計(jì)報(bào)表；各水庫(kù)水位，流量日、月、年統(tǒng)計(jì)報(bào)表；泵站相關(guān)報(bào)表。

6）值班管理

提供值班人員信息管理功能，用于增加、修改、刪除值班人員信息，便于對(duì)班組排班維護(hù)管理。

2.3.2 移動(dòng)APP 建設(shè)

1）首界面

2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示，包括：集成調(diào)用泵站監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以圖表的形式展示機(jī)組最新數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)傳在10 s內(nèi)刷新一次；本站所在地當(dāng)天天氣情況展示；當(dāng)前登錄用戶巡檢任務(wù)未完成條數(shù)統(tǒng)計(jì)。

3）報(bào)警消息

當(dāng)前設(shè)備、運(yùn)行過程等方面的報(bào)警以列表及聲光的形式展現(xiàn)出來?？筛鶕?jù)報(bào)警情況給當(dāng)前值班組下發(fā)任務(wù)或詢問現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

4）值班信息

展示當(dāng)前值班人員信息。

5）巡檢任務(wù)

基于移動(dòng)端進(jìn)行泵站設(shè)備的巡檢工作，巡檢人員可通過手機(jī)移動(dòng)端進(jìn)行巡檢信息的查詢、錄入與上報(bào)。設(shè)備運(yùn)維信息查詢及巡檢上報(bào)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站管理日常巡檢，專項(xiàng)檢查等功能。

可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)看各個(gè)泵站是否正常的運(yùn)行，是否存在設(shè)備故障等異常情況，通過系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的檢修運(yùn)維情況進(jìn)行跟蹤。

6）我的

可查看個(gè)人任務(wù)、通訊錄、值班安排等。任務(wù)查看分不同的權(quán)限，值班人員查看本組的任務(wù)，并可到執(zhí)行頁(yè)面；領(lǐng)導(dǎo)查看所有人的任務(wù)，但不能執(zhí)行。查看自己的排班日期，領(lǐng)導(dǎo)查看所有排班。

7）灌區(qū)一張圖

基于GIS 技術(shù)構(gòu)建灌區(qū)二維地理信息模型和“一張圖”展現(xiàn)，對(duì)灌區(qū)工程建設(shè)、渠道、泵站、水利工程全貌、水利監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行一張圖展現(xiàn)，能直觀清晰地了解工程建設(shè)信息和運(yùn)行信息。

3 結(jié)語(yǔ)

新安縣在灌區(qū)節(jié)水配套改造的契機(jī)中加強(qiáng)了對(duì)灌區(qū)信息化建設(shè)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)信息自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、分析、信息整合，可在手機(jī)、電腦等各個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，信息實(shí)時(shí)共享。水利信息化工程建設(shè)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，建議新安縣灌區(qū)應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加強(qiáng)信息化人才培養(yǎng)，加大智慧灌區(qū)建設(shè)投資。