唐山市陡河水庫監(jiān)控系統(tǒng)整合設(shè)計

楊鐵樹

（1.華中科技大學(xué)，武漢 430000；2.河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

1 概況

陡河水庫位于河北省唐山市區(qū)東北15km處，總庫容5.152億m3，年灌溉水量1.0億m3，年城市供水量6500萬m3，是一座以防洪、灌溉及供水為主綜合利用的大（Ⅱ）型水利樞紐工程。

陡河水庫近年來相繼建立了雨水情遙測子系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測子系統(tǒng)、閘門監(jiān)控子系統(tǒng)、洪水調(diào)度子系統(tǒng)、供水計量監(jiān)測子系統(tǒng)、工程視頻監(jiān)測子系統(tǒng)、水政管理子系統(tǒng)。但受開發(fā)水平等因素的限制，各子系統(tǒng)建設(shè)時間不同、開發(fā)商不同，自成體系，未構(gòu)成真正意義的資源共享監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

2008年唐山市水務(wù)局提出在陡河水庫建設(shè)唐山市供水水質(zhì)監(jiān)測中心，以更好地預(yù)報、控制陡河水庫水質(zhì)。

以水庫監(jiān)控系統(tǒng)及水質(zhì)監(jiān)測中心為基礎(chǔ)，進(jìn)行系統(tǒng)整合，構(gòu)建一個水務(wù)基礎(chǔ)信息平臺，實現(xiàn)陡河水庫上游來水的水質(zhì)監(jiān)測與水庫供水調(diào)度監(jiān)控的一體化管理。

2 系統(tǒng)整合的必要性

通過對水庫各監(jiān)控子系統(tǒng)及水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行整合，建立統(tǒng)一的、開放式的水務(wù)數(shù)據(jù)平臺。

2.1 提高工作效率

首先加強(qiáng)了水庫監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)間的資源利用率，如雨水情遙測子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息可直接輸入至洪水調(diào)度子系統(tǒng)的應(yīng)用程序，根據(jù)上游來水及降雨情況自動推演各類防洪預(yù)案；又如供水計量監(jiān)測子系統(tǒng)的供水信息可直接輸入閘門監(jiān)控子系統(tǒng)，作為其控制指令自動實現(xiàn)閘門開度控制及供水量調(diào)節(jié)等。其次建立了水質(zhì)監(jiān)控與水質(zhì)監(jiān)測的聯(lián)動新機(jī)制，通過水庫上游來水的水質(zhì)監(jiān)測，根據(jù)供水指標(biāo)及供水量要求適時調(diào)整供水計劃及調(diào)度方案，實現(xiàn)合理用水，科學(xué)用水。

2.2 節(jié)省設(shè)備資源

通過計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可以減少公共硬件的配置，不必每一個子系統(tǒng)均配置打印機(jī)，均配置冗余的硬盤存儲器。利用信息辦公系統(tǒng)不僅節(jié)省文件打印、傳遞，還提高了數(shù)據(jù)的實時性，避免了轉(zhuǎn)抄錯誤，實現(xiàn)真正意義的網(wǎng)絡(luò)辦公。

2.3 確保信息的一致性并減小數(shù)據(jù)冗余

同樣的數(shù)據(jù)在聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)系統(tǒng)中只存儲一份，任何人任何時間對這些數(shù)據(jù)的更新，都導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)的更新，并且系統(tǒng)中的所有用戶都同時可以引用更新后的數(shù)據(jù)。

2.4 提高水庫防洪渡汛能力及供水保證率

通過網(wǎng)絡(luò)平臺可以實現(xiàn)實時水雨情、氣象、洪水預(yù)報、洪水調(diào)度、水質(zhì)監(jiān)測等信息的網(wǎng)上傳遞，實現(xiàn)防汛及供水合一，在調(diào)度中心可同時了解來水及水質(zhì)資料，為及時準(zhǔn)確做出防洪調(diào)度決策及供水調(diào)度方案提供有力的信息支持。

3 系統(tǒng)整合設(shè)計

以系統(tǒng)平臺建設(shè)為基礎(chǔ)，對水庫監(jiān)控系統(tǒng)及新建水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行整合設(shè)計，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，重新規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將整合原資源與新建系統(tǒng)平臺相結(jié)合，將子系統(tǒng)功能獨(dú)立與系統(tǒng)平臺接口開放相結(jié)合，搭建更加穩(wěn)定、安全、高效、開放的水務(wù)信息管理平臺。

3.1 水庫監(jiān)控系統(tǒng)整合設(shè)計內(nèi)容

在水庫監(jiān)控系統(tǒng)原有的局域網(wǎng)基礎(chǔ)上，將7個子系統(tǒng)設(shè)備（雨水情遙測子系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測子系統(tǒng)、閘門遙控子系統(tǒng)、洪水調(diào)度子系統(tǒng)、供水計量監(jiān)測子系統(tǒng)、工程視頻監(jiān)測子系統(tǒng)、水政管理子系統(tǒng)）移至新建系統(tǒng)中心大樓。

（1）在新建監(jiān)測中心大樓搭建功能完善、質(zhì)量可靠的水庫監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

（2）改造水雨情及供水測量子系統(tǒng)的短波通信方式為GPRS通信方式，更換雨水情信息采集計算機(jī)及中心服務(wù)器等硬件設(shè)備。

（3）更換大壩安全監(jiān)測及閘門監(jiān)控子系統(tǒng)傳輸光纜及光端設(shè)備。

（4）更換視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的視頻切換主機(jī)及多媒體工作站等設(shè)備，并新增監(jiān)測中心及管理處山林等監(jiān)視點(diǎn)。

（5）更換水庫監(jiān)控中心數(shù)據(jù)平臺的軟硬件設(shè)備，升級洪水調(diào)度系統(tǒng)軟件。

（6）新增會商大屏幕及系統(tǒng)軟件。

3.2 水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)整合設(shè)計內(nèi)容

水質(zhì)監(jiān)測中心在陡河水庫及其上游建立定時定點(diǎn)監(jiān)測與自動實時監(jiān)測相結(jié)合的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、判斷，并結(jié)合水質(zhì)評價模型，依據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對水庫水質(zhì)進(jìn)行評價。

通過建立水質(zhì)監(jiān)測中心與系統(tǒng)平臺的網(wǎng)絡(luò)連接，向系統(tǒng)平臺提供水資源質(zhì)量預(yù)報及示警信息，并作為水庫供水調(diào)度的控制條件，如圖1。

圖1 水庫監(jiān)控與水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)整合結(jié)構(gòu)圖

3.3 系統(tǒng)平臺建設(shè)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理信息平臺是陡河水庫監(jiān)控及水質(zhì)監(jiān)測中心的綜合性數(shù)據(jù)交換平臺。它不僅提供數(shù)據(jù)庫管理和維護(hù)的工具，而且實現(xiàn)信息采集、信息傳輸、信息網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和專業(yè)模型的有機(jī)集成，并提供友好的人機(jī)交互界面。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè)，管理者可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的管理維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)控，業(yè)務(wù)人員可以進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和在線分析，如圖2。

圖2 系統(tǒng)平臺建設(shè)結(jié)構(gòu)圖

（1）在線數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)。在線數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)是系統(tǒng)平臺的基礎(chǔ)。完成對各子系統(tǒng)信息進(jìn)行自動實時采集、動態(tài)監(jiān)測和自動處理，為系統(tǒng)平臺提供及時、準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)源。

數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總?cè)肟冢瑓R集各種類型、形式數(shù)據(jù)輸入的方式，包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)錄入等，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，將數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)中心實時數(shù)據(jù)庫中。同時也要提供信息傳輸、異常和錯誤處理、數(shù)據(jù)檢驗等通用的函數(shù)包。實時采集數(shù)據(jù)的工作流程為：①自動監(jiān)測、量測設(shè)備數(shù)據(jù)自動記錄；②自動記錄信息進(jìn)入臨時性信息庫；③記錄信息自動整理存入各分布式數(shù)據(jù)庫；④分布式數(shù)據(jù)庫向中心數(shù)據(jù)庫提交監(jiān)測信息的原數(shù)據(jù)信息；⑤分布式數(shù)據(jù)庫向中心數(shù)據(jù)庫提交指定的數(shù)據(jù)；⑥采集數(shù)據(jù)在各分布式數(shù)據(jù)庫中的更新、添加、維護(hù)等管理；⑦自動在線采集數(shù)據(jù)在中心數(shù)據(jù)庫的維護(hù)與管理。

（2）實時監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)。實時監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)在系統(tǒng)平臺上對各子系統(tǒng)的實時信息、自動監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行可視化監(jiān)控，并在監(jiān)控畫面及其他處理終端上提供報警功能。

實時監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)設(shè)置大屏顯示設(shè)備，實時顯示水庫監(jiān)控和水質(zhì)監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息及設(shè)備運(yùn)行工況，如閘門開度、大壩工況、取水口放水量、水庫上游來水量及水質(zhì)監(jiān)測信息等，當(dāng)監(jiān)測到采集量超過報警設(shè)定值將自動報警。大屏自動刷新，刷新頻率保持與數(shù)據(jù)庫刷新率相等，大屏以顏色、符號等區(qū)別不同運(yùn)行狀況。在操作界面上點(diǎn)擊相應(yīng)的設(shè)備可以看到設(shè)備的各項詳細(xì)參數(shù)。當(dāng)采集參數(shù)表明設(shè)備運(yùn)行不正常時，在監(jiān)控中心有相應(yīng)的報警提示信號。

（3）綜合信息查詢子系統(tǒng)。綜合信息查詢子系統(tǒng)是為有關(guān)人員（包括決策者、管理者、業(yè)務(wù)員）提供水庫監(jiān)控和水質(zhì)監(jiān)測的信息查詢。查詢內(nèi)容包括：閘門監(jiān)控、大壩安全監(jiān)測、雨水情、水量、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、污染事件、污染源和輔助信息等。要求信息查詢響應(yīng)速度快，表達(dá)生動形象直觀，清晰簡潔，圖文并茂。

綜合信息查詢子系統(tǒng)中的查詢方式主要是針對決策者而設(shè)置的。綜合信息查詢子系統(tǒng)，應(yīng)該支持各種查詢方式，包括復(fù)雜的組合查詢和圖形查詢。進(jìn)行屬性查詢時，檢索系統(tǒng)中的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以采用分級查詢模式。考慮到查詢操作人員的不同，應(yīng)付與操作人員相應(yīng)的權(quán)限，以防止越權(quán)操作的發(fā)生。

（4）信息發(fā)布與反饋?zhàn)酉到y(tǒng)。信息發(fā)布主要將各子系統(tǒng)的信息以各種形式進(jìn)行發(fā)布與傳送，如水庫監(jiān)控信息、雨水情、水質(zhì)水量、法律法規(guī)條文等。通過信息發(fā)布功能，將這些信息以表格、文本、超文本、圖片、圖形顯示、聲音、動畫等形式在多種媒體和介質(zhì)上進(jìn)行發(fā)布。

通過分析數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用程序可以實現(xiàn)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時統(tǒng)計和計算，統(tǒng)計計算結(jié)果也均存入數(shù)據(jù)庫。從數(shù)據(jù)庫中提取相關(guān)的匯總內(nèi)容進(jìn)行分級發(fā)布，分為面向水務(wù)部門及社會。信息發(fā)布需要具備完善的權(quán)限管理和操作記錄。對信息的發(fā)布權(quán)、獲取權(quán)、管理維護(hù)權(quán)等進(jìn)行嚴(yán)格控制，杜絕非法、越權(quán)行為。

（5）安全與管理子系統(tǒng)。系統(tǒng)平臺是整個水務(wù)管理系統(tǒng)的中心，大量數(shù)據(jù)、語音和視頻圖象將匯集到這里，存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、查詢、共享等諸多功能決定了系統(tǒng)平臺必須要在數(shù)據(jù)安全、統(tǒng)一管理、入侵監(jiān)測、病毒防護(hù)等方面作出有效的防護(hù)，內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)置了路由器、防火墻、中心交換機(jī)，與已有的綜合布線構(gòu)成局域網(wǎng)，按照數(shù)據(jù)“內(nèi)外網(wǎng)物理隔離”的原則，以信息平臺實現(xiàn)與外網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)平臺建設(shè)五大安全體系，包括網(wǎng)絡(luò)日志管理體系、網(wǎng)絡(luò)安全體系、病毒防護(hù)體系、數(shù)據(jù)存儲備份體系和質(zhì)量管理體系。

4 結(jié)語

陡河水庫監(jiān)控與水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)整合設(shè)計將兩個功能獨(dú)立的多業(yè)務(wù)的監(jiān)控與水質(zhì)系統(tǒng)，通過新搭建的信息平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，為水質(zhì)、水量聯(lián)合調(diào)度的自動化、科學(xué)化管理提供一個高效、可行、智能化的運(yùn)行環(huán)境。充分體現(xiàn)了新時期資源水利、現(xiàn)代水利和可持續(xù)發(fā)展的治水新思路——“水情是核心、監(jiān)測是基礎(chǔ)、通信是保障、整合是動力、數(shù)字化信息化是方向”。

［1］河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.唐山市陡河供水監(jiān)測中心初步設(shè)計報告［R］.2008.

［2］楊鐵樹，夏麗卿.唐山市陡河水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2009（6）:34-36.

［3］DL/T5965—1996，水利發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定［S］.