趙 睿

（山東省陽(yáng)谷縣水務(wù)局，山東 聊城 252326）

1 引言

陽(yáng)谷縣城區(qū)防汛河道錯(cuò)綜負(fù)責(zé)，防汛河道中閘門泵站聯(lián)合調(diào)度對(duì)汛期防汛非常重要。山東聊城陽(yáng)谷縣水務(wù)局配合山東聊城陽(yáng)谷黃河河務(wù)局對(duì)陽(yáng)谷縣城區(qū)防汛河道閘泵群進(jìn)行了多輪改造和升級(jí)，如景陽(yáng)岡大酒店閘門及新世紀(jì)兩處閘門改造升級(jí)，第一泵站新建閘門等，取得了很好的效果。但隨著全球天氣變暖，惡劣天氣的影響越來(lái)越頻繁，目前單個(gè)閘門或泵站的自動(dòng)化升級(jí)改造不能滿足聯(lián)合精準(zhǔn)調(diào)度的需求。例如，2021年10月9日至11日，黃河下游一級(jí)重要支流金堤河，頻繁的強(qiáng)降雨天氣使得洪水快速?zèng)_泄到處于河道最下游、具有金堤河“水布袋”之稱的陽(yáng)谷河道，導(dǎo)致金堤河水位迅速上漲，進(jìn)入汛情緊急時(shí)期時(shí)。這就需要通過(guò)“攔、蓄、送、排”等綜合措施處理東平湖洪水，要充分利用好兩次大流量之間的“窗口期”，動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)調(diào)度東平湖向黃河干流泄水；再利用大汶河琵琶山引汶閘向南四湖分泄大汶河洪水，再利用南水北調(diào)濟(jì)平干渠、南水北調(diào)穿黃工程、南水北調(diào)八里灣船閘和東平湖八里灣泄洪閘分別向小清河、徒駭河、南四湖分泄東平湖洪水，實(shí)現(xiàn)東平湖水位有序回落。同時(shí)對(duì)金堤河協(xié)調(diào)利用水閘向徒駭河、馬頰河分泄洪水，需要精細(xì)調(diào)控入黃口張莊閘、抽水泵站，爭(zhēng)取錯(cuò)峰擇機(jī)入黃河。這些措施的落實(shí)急需建設(shè)縣域泵閘群遠(yuǎn)程集控中心，對(duì)泵閘群進(jìn)行遠(yuǎn)程集中調(diào)度和監(jiān)控，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和圖形顯示技術(shù),設(shè)計(jì)和開發(fā)一體化分層分布式的集散控制和調(diào)度系統(tǒng),對(duì)陽(yáng)谷縣城區(qū)防汛工作乃至整個(gè)黃河下游的防汛工作具有重要意義。

陽(yáng)谷縣泵閘站群遠(yuǎn)程集控調(diào)度系統(tǒng)充分考慮并采用先進(jìn)、主流、可靠的應(yīng)用技術(shù)，以智能化和一體化作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工程閘站設(shè)備的集中控制和標(biāo)準(zhǔn)化管理[1]。

2 設(shè)計(jì)思路

（1）建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)服務(wù)體系。平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集涉及陽(yáng)谷縣城區(qū)防汛河道主要泵閘工程各種類型的設(shè)備與裝置，如計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備、啟閉機(jī)、閘門控制設(shè)備、水位開度感應(yīng)等。為避免“信息孤島”和“同源不同值”問(wèn)題，需要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)采集和服務(wù)體系，數(shù)據(jù)采集總線可采用電力自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)IEC 61850，要求所有設(shè)備均需要支持該標(biāo)準(zhǔn)接口，公共數(shù)據(jù)服務(wù)采用Web Service和HTTP Service協(xié)議。

（2）構(gòu)建以數(shù)據(jù)中心為核心的組件式業(yè)務(wù)體系。平臺(tái)需將閘站運(yùn)行管理、調(diào)水管理、工程巡查管理、在線監(jiān)測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)等功能模塊整合到一個(gè)平臺(tái)中，并對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，建立以數(shù)據(jù)中心為核心構(gòu)建動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展的業(yè)務(wù)體系。數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，及提供實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)分析處理服務(wù)。

（3）強(qiáng)化以安全運(yùn)行為基礎(chǔ)的安防監(jiān)控體系。安全防護(hù)是泵閘站工程運(yùn)行管理乃至無(wú)人值守（少人值守）的前提與基礎(chǔ)，提供必要的運(yùn)行安全防護(hù)措施是智能化運(yùn)行的前提與基礎(chǔ)。全系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程控制指令的安全下發(fā)和正確執(zhí)行，現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)程控制的指令沖突及死鎖預(yù)防，遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的安全分析，遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷分析、無(wú)人值守智能門禁系統(tǒng)、安全巡檢系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、紅外入侵預(yù)警系統(tǒng)、語(yǔ)音預(yù)警系統(tǒng)等，在平臺(tái)上能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同工作聯(lián)動(dòng)管理，從而為工程提供智能化安全防護(hù)。

（4）基于GIS實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一可視化集控平臺(tái)。系統(tǒng)建設(shè)采用目前主流的可視化技術(shù)，利用二維GIS技術(shù)，通過(guò)統(tǒng)一的平臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程信息的圖形化、圖像化展示與發(fā)布。利用GIS形成“一張基礎(chǔ)圖”，為各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供可視化支撐平臺(tái)。

（5）建立集控制、安防與管理為一體智能化平臺(tái)。2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)制造2025》行動(dòng)計(jì)劃，中國(guó)制造2025核心思想是推進(jìn)制造過(guò)程智能化，發(fā)展機(jī)器人、智能控制以及自動(dòng)控制技術(shù)，打造“無(wú)人工作島”“無(wú)人生產(chǎn)線”和“無(wú)人車間”。該平臺(tái)通過(guò)建立集智能控制、安防、管理為一體的協(xié)同業(yè)務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中式智能自動(dòng)智能控制，無(wú)人值守時(shí)智能入侵檢測(cè)預(yù)警，少人管理時(shí)協(xié)同辦公實(shí)現(xiàn)高效管理，近期實(shí)現(xiàn)“少人值守”目的，中遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)“機(jī)器換人”目的[2]。

3 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）縱向分層和橫向分區(qū)

陽(yáng)谷縣泵閘群遠(yuǎn)程集控調(diào)度系統(tǒng)采用縱向分層、橫向分區(qū)的體系結(jié)構(gòu)，縱向分為樞紐控制中心層和現(xiàn)地控制層[3]，橫向分為控制區(qū)、安防區(qū)和管理區(qū)。通過(guò)自建和租用運(yùn)營(yíng)商裸光纖模式，建設(shè)安全可靠的高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)為主干架構(gòu)，現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，智能控制、智能安防、智能管理為載體的面向服務(wù)智能化分布式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)圖

（2）自動(dòng)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）的層次結(jié)構(gòu)

自動(dòng)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）縱向接入各泵閘工程的現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)，劃分為樞紐控制中心層和現(xiàn)地控制層。

現(xiàn)地控制層自動(dòng)化系統(tǒng)為各泵站閘站已經(jīng)建成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，主要包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)LCU設(shè)備、閘門控制設(shè)備、狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置、閘門開度傳感器、水位傳感器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)等現(xiàn)地自動(dòng)化裝置。系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)與已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)接[4]。

控制中心層設(shè)在城區(qū)河道閘站泵站工程，主要包括自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)和智能管理系統(tǒng)。樞紐控制中心層自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各大壩設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。實(shí)現(xiàn)包括機(jī)組實(shí)時(shí)信息監(jiān)視、啟閉機(jī)實(shí)時(shí)信息監(jiān)視、統(tǒng)計(jì)信息管理、閘門泵站運(yùn)行操作規(guī)程、閘站運(yùn)行監(jiān)視報(bào)警、閘站基本信息管理等在內(nèi)的運(yùn)行監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制管理。

（3）智能安防區(qū)（Ⅱ區(qū)）的層次結(jié)構(gòu)

智能安防區(qū)（Ⅱ區(qū)）縱向接入各泵閘工程的各智能安防系統(tǒng)，同樣也劃分為控制中心層智能安防系統(tǒng)和現(xiàn)地控制層智能安防系統(tǒng)。

現(xiàn)地控制層智能安防系統(tǒng)包括了視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)、語(yǔ)音預(yù)警系統(tǒng)[5]，其中智能門禁包括：大門自動(dòng)控制子系統(tǒng)、可視對(duì)講子系統(tǒng)、指紋門禁系統(tǒng)，車輛識(shí)別系統(tǒng)等組成；安防系統(tǒng)包括紅外入侵檢測(cè)子系統(tǒng)、周界電子圍欄子系統(tǒng)等?？梢栽诂F(xiàn)地控制層管理房?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)一體化安防管理工作?，F(xiàn)地控制層的智能安防數(shù)據(jù)包括視頻圖像、語(yǔ)音、報(bào)警信息、車輛出入信息、人員出入信息需通過(guò)交換機(jī)經(jīng)租用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商裸光纖傳輸?shù)娇刂浦行膶又悄馨卜老到y(tǒng)的數(shù)據(jù)中心中，實(shí)現(xiàn)集中安防管理，達(dá)到少人值守、無(wú)人值守的目的。

樞紐控制中心層智能安防系統(tǒng)建立集中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，對(duì)視頻、圖像、語(yǔ)音、報(bào)警信息、出入車輛、人員出入考勤等信息采用磁盤陣列進(jìn)行存儲(chǔ)和客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。中心值班人員通過(guò)操作網(wǎng)絡(luò)鍵盤可以實(shí)現(xiàn)各大壩視頻監(jiān)控。系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的門禁管理，遠(yuǎn)程語(yǔ)音喇叭管理，現(xiàn)地安防系統(tǒng)撤防布放管理、遠(yuǎn)程信息監(jiān)測(cè)等功能。

（4）智能管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）的層次結(jié)構(gòu)

智能管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）包括業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)[6]，是實(shí)現(xiàn)智能化管理的關(guān)鍵，同樣也由樞紐控制中心層和現(xiàn)地控制層協(xié)同完成。

樞紐控制中心層的智能化業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要包括智能調(diào)度系統(tǒng)、工程巡查管理系統(tǒng)、安全預(yù)警系統(tǒng)、OA移動(dòng)辦公系統(tǒng)、移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)、防汛應(yīng)急指揮決策支持系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、標(biāo)化管理系統(tǒng)。各系統(tǒng)基于角色權(quán)限分層分級(jí)管理，權(quán)限級(jí)別從現(xiàn)地控制層向樞紐控制中心層遞增，根據(jù)不同角色的不同權(quán)限實(shí)現(xiàn)協(xié)同式管理。

4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程集控調(diào)度系統(tǒng)功能在縱向上分布在樞紐控制中心層和現(xiàn)地控制層，在每層橫向上根據(jù)系統(tǒng)的功能、安全要求、服務(wù)類型分為自動(dòng)控制、智能安防、智能管理幾個(gè)區(qū)。各子系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)陽(yáng)谷縣水利工程防汛安全為主的運(yùn)行管理特點(diǎn)，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)將堅(jiān)持“實(shí)用、可靠、先進(jìn)”的方針，實(shí)行“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施；實(shí)用先進(jìn)、安全可靠”的設(shè)計(jì)原則。

（1）統(tǒng)一規(guī)劃 分步實(shí)施

系統(tǒng)按照統(tǒng)一規(guī)劃的要求，立足陽(yáng)谷縣水利工程管理現(xiàn)狀，綜合考慮中長(zhǎng)期發(fā)展需求，構(gòu)建智能化的集中指揮控制系統(tǒng)平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，分析各類業(yè)務(wù)的急迫程度，重點(diǎn)解決面臨的主要問(wèn)題，梳理各類業(yè)務(wù)之間的相關(guān)關(guān)系，并充分考慮到陽(yáng)谷縣水利工程管理現(xiàn)狀及經(jīng)費(fèi)保障能力，確定合理的分步實(shí)施步驟。

（2）實(shí)用先進(jìn)，安全可靠

充分考慮信息技術(shù)和信息需求的迅速發(fā)展的趨勢(shì)，在技術(shù)上應(yīng)具有一定的超前性，采用國(guó)際或國(guó)內(nèi)通行的先進(jìn)技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展?？傮w設(shè)計(jì)要一步到位，要保證項(xiàng)目總體智能化水平達(dá)到穩(wěn)定可靠。

技術(shù)上，充分吸收遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、水利樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與檢修等領(lǐng)域的最新科研成果，積極采用網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)軟硬件等方面的先進(jìn)技術(shù)，在自動(dòng)化、信息化、智能化等一些關(guān)鍵技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)突破性創(chuàng)新，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

在確保技術(shù)先進(jìn)性的同時(shí)，正確處理發(fā)展與安全的關(guān)系，注重系統(tǒng)安全性和實(shí)用性設(shè)計(jì)，綜合平衡成本和效益，加強(qiáng)信息安全保密的技術(shù)措施和制度建設(shè)，建立完善的網(wǎng)絡(luò)與信息安全保障體系，確保系統(tǒng)運(yùn)行有高度的可靠性和安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)本著充分發(fā)揮陽(yáng)谷縣城區(qū)防汛河道泵閘工程的綜合社會(huì)效益、挖掘設(shè)備的潛在運(yùn)行管理效益并考慮經(jīng)濟(jì)性的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，以陽(yáng)谷縣中心城區(qū)及金堤河的防洪排澇、聯(lián)合調(diào)節(jié)等等諸多職能目的。在及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握區(qū)域內(nèi)水雨情、工情、氣象臺(tái)風(fēng)等信息的基礎(chǔ)上，建成高效可靠、實(shí)用先進(jìn)的綜合管理系統(tǒng)，為管理部門準(zhǔn)確、及時(shí)地提供防汛抗旱調(diào)水綜合信息，為科學(xué)進(jìn)行水利信息管理等提供科學(xué)依據(jù)，為防汛指揮提供支持。系統(tǒng)建成后，將在管理中心即可以通過(guò)各泵閘站現(xiàn)地設(shè)備獲取水文、電氣、圖像、安全防范等各方面的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)分析、綜合決策和指令下達(dá)，在管理中心實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)縣域防汛河道及金堤河的閘站設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以達(dá)到泄洪、排澇、調(diào)水、航運(yùn)等綜合效益。