周其春

（深圳市西部水源管理中心,廣東 深圳 518000）

0 引言

為適應(yīng)國(guó)家信息化建設(shè)和流域、區(qū)域管理的要求,采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫的智慧化管理,是破解傳統(tǒng)水庫管理弊端的有效方式。近年來,移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展,為解決水庫的安全運(yùn)行提供了新的思路[1]。水庫信息化建設(shè)應(yīng)傾向建設(shè)綜合應(yīng)用系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)對(duì)海量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的有效管理,挖掘各類檢測(cè)信息,通過信息化手段提升水庫運(yùn)行管理水平。

1 平臺(tái)建設(shè)

水庫智慧化管理平臺(tái)系統(tǒng)是專門針對(duì)水庫綜合信息管理而開發(fā)的開放式信息檢測(cè)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫管理、閘門監(jiān)控監(jiān)視、水情測(cè)報(bào)、洪水預(yù)報(bào)、大壩安全監(jiān)視等子系統(tǒng)構(gòu)成。

1.1 總體架構(gòu)

通過梳理水庫管理體系,基于B/S架構(gòu)構(gòu)建統(tǒng)一的大中型水庫智慧化管理平臺(tái),滿足水庫日常管理、業(yè)務(wù)分析和對(duì)外展示的需要。系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

物聯(lián)感知層包括水文氣象、終端傳感器、遙感采集數(shù)據(jù)等。運(yùn)行環(huán)境層主要是以統(tǒng)一的應(yīng)用支撐平臺(tái),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,將子系統(tǒng)互相獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫整合為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,以提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。平臺(tái)業(yè)務(wù)功能通過應(yīng)用層和展示層實(shí)現(xiàn),主要由大壩安全監(jiān)測(cè)、水雨情采集、閘門自動(dòng)控制、水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)、數(shù)字視頻監(jiān)控、洪水預(yù)預(yù)報(bào)警、供水計(jì)量監(jiān)控、三維WebGIS系統(tǒng)等部分組成。

1.2 數(shù)據(jù)庫管理

1.2.1 數(shù)據(jù)整編

管理人員篩選和整編觀測(cè)數(shù)據(jù),不定期生成數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)整編功能主要是批量提取觀測(cè)數(shù)據(jù)以形成整編數(shù)據(jù)庫,同時(shí)提供數(shù)據(jù)瀏覽和刪除等簡(jiǎn)單操作。

1.2.2 數(shù)據(jù)批量錄入

能讀取保存在Excel文件中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并批量轉(zhuǎn)入到服務(wù)器上的整編數(shù)據(jù)庫中。既要有較大的靈活性,又要有一定的便捷性,自動(dòng)掃描新增測(cè)值,并批量轉(zhuǎn)入到整編數(shù)據(jù)庫。

1.3 水情測(cè)報(bào)

1.3.1 降雨量信息查詢

該功能主要是通過柱狀圖和表格形式顯示流域各雨量站的時(shí)段降雨,用戶可選擇不同查詢條件查詢各站的降雨情況。用戶可選擇不同數(shù)據(jù)時(shí)間類型（小時(shí)、日、月、年）,單站或者多站,分別選擇開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間,查詢選擇時(shí)段內(nèi)的各站不同時(shí)間類型的雨量柱狀圖和表格數(shù)據(jù)。

1.3.2 降雨量信息統(tǒng)計(jì)分析

（1）降雨對(duì)比分析

降雨對(duì)比分析能夠按照選定的時(shí)間范圍,對(duì)雨量站進(jìn)行環(huán)比、同比和任意時(shí)間對(duì)降雨量的對(duì)比。

（2）降雨距平分析

降雨距平分析為用戶提供任意時(shí)段累計(jì)降雨量與多年平均降雨量的對(duì)比分析功能。降水量距平分析主要按照分析時(shí)間長(zhǎng)度分為：日、旬、月、年4種類型的距平分析。

1.3.3 水位信息查詢

該功能主要是通過過程線和表格形式顯示庫區(qū)各水位站的時(shí)段水位和流量過程線或庫容過程線,用戶可選擇不同查詢條件查詢各站的水位流量情況。用戶可選擇單站或者多站,分別選擇開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間,查詢選擇時(shí)段內(nèi)的各站的水位、流量或庫容過程線和表格數(shù)據(jù)。

1.3.4 水位信息統(tǒng)計(jì)分析

（1）水位變幅分析

水位變幅分析是指根據(jù)已有數(shù)據(jù)分析水位的漲落變幅情況,有利于用戶掌握水庫的水情變化。水位變幅分析主要結(jié)果包括：最高水位及出現(xiàn)時(shí)間、最低水位及出現(xiàn)時(shí)間、水位變幅值、每個(gè)變幅范圍內(nèi)分布的站點(diǎn)數(shù)。

（2）洪（枯）水排位分析

洪水（枯水）位排位分析主要為用戶提供各類最高水位之間對(duì)比分析的功能。對(duì)比分析分為兩類：與歷年最高（最低）水位比較、與歷史同期最高（最低）水位比較。通過比較得到當(dāng)前水位的排位情況。

（3）水庫水情分析

蓄水量對(duì)比分析功能主要為用戶提供快捷的蓄水量同期對(duì)比、與多年均值對(duì)比、與自定義時(shí)間的蓄水量對(duì)比的功能。

（4）蓄水量總量統(tǒng)計(jì)

蓄水總量統(tǒng)計(jì)為用戶直觀地掌握某地區(qū)水庫蓄水狀態(tài)提供方便。蓄水總量統(tǒng)計(jì)按照行政區(qū)劃、和水庫的類型分類統(tǒng)計(jì)匯總,得到某個(gè)固定時(shí)刻水庫的蓄水總量情況。為用戶進(jìn)行水庫調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐。

1.4 閘門監(jiān)視

該子系統(tǒng)通過TCP/IP協(xié)議接入監(jiān)控中心網(wǎng)路系統(tǒng),主要功能是采集閘門開關(guān)狀態(tài)、庫水位、閘門流量、閘門安全狀況等主要信息。

閘門監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了閘門的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),保證數(shù)據(jù)及閘門狀態(tài)與現(xiàn)地保持一致。閘門實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包括閘門狀態(tài)、控制方式、閘門開度、電氣量、報(bào)警信息、水位等實(shí)時(shí)信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 閘門運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)視包括對(duì)設(shè)備監(jiān)視、狀態(tài)監(jiān)視、過程監(jiān)視、趨勢(shì)分析及越線檢查。即管理人員通過顯示屏對(duì)系統(tǒng)各主要設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),完成控制和參數(shù)修改優(yōu)化。自動(dòng)狀變、受控狀變及設(shè)備異常均可反饋并記錄。對(duì)閘門上升或下降過程,可實(shí)現(xiàn)流程框圖型式顯示全部工況執(zhí)行過程,同時(shí)完成開環(huán)運(yùn)行指導(dǎo)和閉環(huán)自動(dòng)操控。趨勢(shì)分析功能能完成運(yùn)行參數(shù)的趨勢(shì)分析,預(yù)測(cè)故障和越限報(bào)警。

1.5 水工安全

水工安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)查詢主要包括撓度監(jiān)測(cè)點(diǎn)查詢,裂縫、水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)查詢、垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)查詢、滲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)查詢、揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)查詢、量水堰（滲流）監(jiān)測(cè)點(diǎn)查詢。

1.6 預(yù)報(bào)和調(diào)度

1.6.1 洪水預(yù)報(bào)

預(yù)報(bào)類型分為三種方式：實(shí)時(shí)滾動(dòng)預(yù)報(bào)、用戶自主選擇時(shí)段進(jìn)行預(yù)報(bào)和用戶預(yù)測(cè)未來降雨進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)計(jì)算。用戶可查看用雨量柱狀圖、水位和流量過程線表示的洪水預(yù)報(bào)結(jié)果。還可將開始計(jì)算時(shí)間至當(dāng)前時(shí)刻的實(shí)測(cè)水位和流量與計(jì)算水位和流量進(jìn)行對(duì)比,見圖3。

圖3 實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)

模擬降雨預(yù)報(bào)通過用戶選取時(shí)段和假設(shè)的雨型雨量模型,預(yù)報(bào)水庫未來入庫流量,其具有結(jié)合降雨綜合信息,模擬不同降雨等級(jí)條件下的水文情勢(shì)的功能。詳見圖4。

圖4 模擬降雨洪水預(yù)報(bào)

1.6.2 水庫調(diào)度

（1）水庫實(shí)時(shí)調(diào)度

提供豐富的專業(yè)圖表顯示?？娠@示中間和最終計(jì)算結(jié)果,能夠關(guān)聯(lián)顯示入庫、水位、出庫、出力、棄水等相關(guān)信息表格、圖形,統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)特征信息指標(biāo)。圖表顯示內(nèi)容可以自由選擇,能夠自動(dòng)提示各種特征信息,發(fā)布告警信息。水庫洪水調(diào)度運(yùn)行見圖5。

圖5 水庫洪水預(yù)報(bào)

（2）調(diào)度方案優(yōu)選

調(diào)度方案評(píng)價(jià)與優(yōu)選主要是已經(jīng)生成的調(diào)度方案,在專家參與會(huì)商時(shí),對(duì)各調(diào)度方案進(jìn)行優(yōu)選,確定最優(yōu)的調(diào)度方案進(jìn)行水庫調(diào)度或進(jìn)行參考。如果調(diào)度方案不理想,可人工交互修改調(diào)整方案,確定最終要實(shí)施的調(diào)度方案,發(fā)布調(diào)度方案。并提供打印、導(dǎo)出上傳調(diào)度方案的功能。

（3）調(diào)度成果管理

將最終實(shí)施的調(diào)度方案保存到調(diào)度方案成果表中,用戶可查詢最終的調(diào)度結(jié)果,生成過程線圖和表格數(shù)據(jù),并進(jìn)行特征值的統(tǒng)計(jì)。用戶可將方案調(diào)度結(jié)果與實(shí)際的調(diào)度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

2 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

（1）實(shí)時(shí)水雨情監(jiān)測(cè)功能

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)將采集到的水雨情信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中,在監(jiān)控系統(tǒng)中可以很方便的瀏覽水雨情信息。

（2）洪水預(yù)報(bào)功能

洪水預(yù)報(bào)模塊作為水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的展示平臺(tái),直接調(diào)用水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的洪水預(yù)報(bào)結(jié)果,用戶以瀏覽器（Web）的形式對(duì)洪水預(yù)報(bào)個(gè)項(xiàng)信息進(jìn)行查詢,統(tǒng)計(jì)分析,通過表格和圖形的方式在Web上,讓用戶對(duì)當(dāng)前的防洪形勢(shì)有個(gè)直觀全面地了解。

（3）大壩安全監(jiān)測(cè)功能

水庫所涉及的各大壩斷面均設(shè)置水工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備通過MCU采集數(shù)據(jù)并傳入對(duì)應(yīng)的監(jiān)控中心。經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議,并以以太網(wǎng)口接入監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。大壩安全監(jiān)測(cè)主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息查詢、監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置、相關(guān)分析及數(shù)據(jù)整編等功能,形成完整的大壩監(jiān)測(cè)體系。

（4）閘門監(jiān)測(cè)功能

水閘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件利用各種通訊接口和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接收測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并顯示在監(jiān)控工作站上,然后將數(shù)據(jù)自動(dòng)定時(shí)地傳輸?shù)秸蠑?shù)據(jù)庫中,由整合系統(tǒng)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

本系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用于深圳市西部水源管理中心數(shù)字化項(xiàng)目,這是一個(gè)系統(tǒng)、完整的信息化工程,建設(shè)內(nèi)容涵蓋了大中型水庫管理的所有信息化內(nèi)容,包括完備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)、大屏?xí)滔到y(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智慧水庫平臺(tái)等。系統(tǒng)綜合利用了移動(dòng)互聯(lián)、模型計(jì)算、三維仿真、協(xié)同辦公等先進(jìn)技術(shù),是深圳市水利信息化建設(shè)的標(biāo)桿工程,代表了水庫信息化建設(shè)的高水準(zhǔn)。

3 結(jié)語

國(guó)內(nèi)同類型技術(shù)在大中型水庫的應(yīng)用大多為相對(duì)獨(dú)立的單一功能系統(tǒng),呈現(xiàn)“信息孤島”的特質(zhì)。本平臺(tái)旨在于為水庫構(gòu)建一套綜合性、一體化的智慧管理系統(tǒng),不是多個(gè)功能的簡(jiǎn)單集成,而是將一次工作流程、一項(xiàng)管理業(yè)務(wù)所涉及的全部環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)無人值班（少人值守）的標(biāo)準(zhǔn)化、智慧化管理。