江巷水庫運(yùn)行管理調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何云霞

一、工程概況

江巷水庫工程位于安徽省滁州市定遠(yuǎn)縣境內(nèi)，是《淮河流域綜合規(guī)劃》池河流域中的重要骨干工程，控制流域面積 735km2，總庫容 1.30億m3，承擔(dān)著防洪、供水的重要任務(wù)。

水庫樞紐建筑物由攔河壩、溢洪道、東灌溉涵洞、西灌溉涵洞、生態(tài)放水閘、魚道等組成，攔河壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩頂高程48m，壩頂長度5020m，壩頂寬8m，大壩中部布置溢洪道12孔控制閘，東西兩壩頭各布置1座灌溉涵，生態(tài)放水閘與溢洪道閘體相連，魚道穿壩段布置在溢洪道東側(cè)約170m。

為給防洪調(diào)度決策指揮提供科學(xué)可靠的依據(jù)，提高水庫管理調(diào)度水平，適應(yīng)智慧水利建設(shè)需要，水庫設(shè)置了一套運(yùn)行管理調(diào)度系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)及內(nèi)容

1.系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)是運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)的水利和應(yīng)用軟件技術(shù)，建設(shè)一體化運(yùn)行管理調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度和控制自動(dòng)化、運(yùn)行管理信息化，充分發(fā)揮工程建設(shè)效益，提升工程整體信息化和智能化水平，全面提高調(diào)度、管理等各項(xiàng)業(yè)務(wù)的處理能力。

2.系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

（1）建設(shè)現(xiàn)地信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)：建設(shè)閘門監(jiān)控、安全監(jiān)測及視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水位、閘門開度、安全監(jiān)測、生態(tài)放水流量等信息的在線監(jiān)測；閘門等設(shè)備的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與控制、計(jì)算泄洪流量；視頻圖像監(jiān)視；安全監(jiān)測。建設(shè)安全巡查系統(tǒng)、廣播預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)泄洪和廣播預(yù)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，同時(shí)預(yù)留與水情測報(bào)系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)通信接口。

（2）建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、大屏顯示、UPS電源等。

（3）在調(diào)度中心建設(shè)基于統(tǒng)一平臺(tái)的一體化應(yīng)用系統(tǒng)，在一個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)閘門監(jiān)控、安全監(jiān)測、視頻監(jiān)控、水情測報(bào)、安全巡查、防洪調(diào)度等基本業(yè)務(wù)應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測分析評(píng)估等信息管理業(yè)務(wù)應(yīng)用。

三、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能

1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

江巷水庫運(yùn)行管理調(diào)度系統(tǒng)包括：基礎(chǔ)設(shè)施層（閘門監(jiān)控、視頻監(jiān)視、安全監(jiān)測等現(xiàn)地信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)）；通信網(wǎng)絡(luò)層；一體化應(yīng)用系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)及資源管理、應(yīng)用支撐平臺(tái)、決策會(huì)商、防洪調(diào)度、綜合監(jiān)控監(jiān)測、安全巡查、信息服務(wù)、移動(dòng)應(yīng)用等業(yè)務(wù)應(yīng)用）；系統(tǒng)實(shí)體環(huán)境。

系統(tǒng)采用縱向分層、橫向分區(qū)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，縱向分為三級(jí)：第一級(jí)中心級(jí)，即調(diào)度中心（縣城）；第二級(jí)管理處（分中心）級(jí)；第三級(jí)現(xiàn)地級(jí)，即現(xiàn)地LCU控制設(shè)備。橫向上，按安全等級(jí)的不同分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)分為管理區(qū)和控制區(qū)，兩區(qū)通過物理隔離裝置進(jìn)行隔離，以避免低安全區(qū)系統(tǒng)影響高安全區(qū)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.現(xiàn)地信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)

（1）閘門現(xiàn)地監(jiān)控

閘門現(xiàn)地控制單元由PLC構(gòu)成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控的關(guān)鍵設(shè)備，能夠脫離計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，具有現(xiàn)地監(jiān)控手段，通過操作面板實(shí)現(xiàn)閘門的監(jiān)視和控制，或按主控級(jí)的命令完成對(duì)所有被控對(duì)象的監(jiān)視和控制。系統(tǒng)按被控對(duì)象設(shè)置11套現(xiàn)地控制單元LCU，其中10套監(jiān)控閘門，1套監(jiān)控配電設(shè)備。

調(diào)度控制優(yōu)先權(quán)順序?yàn)椤艾F(xiàn)地、溢洪道控制室、管理處控制室”；縣城水庫調(diào)度中心可從現(xiàn)場水庫管理處控制室接受數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。

（2）視頻監(jiān)視

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是工程管理的輔助設(shè)施，由分布于水庫樞紐各處的攝像設(shè)備、信號(hào)傳輸部分、控制和顯示設(shè)備三部分組成。在壩區(qū)溢洪道等處安裝若干臺(tái)網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，采集視頻信息，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)接入交換機(jī)，再通過網(wǎng)絡(luò)傳至控制室網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)和視頻工作站。在控制室的顯示終端對(duì)現(xiàn)場圖像進(jìn)行監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行和壩上、水庫水域等情況。

水庫大壩長度達(dá)5km，壩上建筑物較分散，采用普通高清球機(jī)，監(jiān)視全壩長需配置約30臺(tái)攝像機(jī)。為了減少攝像機(jī)的設(shè)置數(shù)量，選用新型激光攝像機(jī)，根據(jù)建筑物位置設(shè)置1臺(tái)監(jiān)控距離為3km和2臺(tái)監(jiān)控距離為1.5km的重載激光云臺(tái)攝像機(jī)、1臺(tái)監(jiān)控距離為500m的網(wǎng)絡(luò)激光球機(jī)，4臺(tái)激光攝像機(jī)聯(lián)合監(jiān)視大壩情況。

（3）工程安全監(jiān)測

攔河壩和泄水建筑物安全監(jiān)測項(xiàng)目主要有：位移、滲流、水位、揚(yáng)壓力等，滲壓計(jì)、位移計(jì)、揚(yáng)壓力計(jì)、量水堰儀等監(jiān)測儀器納入自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，分別在觀測房和啟閉機(jī)房設(shè)MCU數(shù)據(jù)采集單元與監(jiān)測傳感器聯(lián)接。負(fù)責(zé)前方數(shù)據(jù)的采集與通信，現(xiàn)場MCU之間網(wǎng)絡(luò)通信采用RS-485總線，MCU與控制室主機(jī)之間通過工業(yè)光纖交換機(jī)和光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)從監(jiān)測站點(diǎn)到控制中心監(jiān)控主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。

（4）水庫安全巡查系統(tǒng)

江巷水庫管理區(qū)較大，日常安全巡查任務(wù)較重，特別是汛期巡查工作更繁重，為實(shí)時(shí)了解隱患險(xiǎn)情，避免人員巡查存在盲區(qū)和死角，提高巡查效率，水庫配置1臺(tái)無人機(jī)進(jìn)行水庫安全巡查，實(shí)時(shí)將巡查圖像傳送至控制中心，汛期考慮無人機(jī)續(xù)航能力以及惡劣天氣的影響不能正常運(yùn)行，另設(shè)1套水庫安全移動(dòng)巡查系統(tǒng)，巡查人員通過智能巡查終端將現(xiàn)場圖像及視頻上傳至控制中心。

（5）水雨情監(jiān)測

預(yù)留與水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)通信接口，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接入。

3.通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為控制區(qū)網(wǎng)絡(luò)、管理區(qū)網(wǎng)絡(luò)和外網(wǎng)。控制區(qū)網(wǎng)絡(luò)承載閘門監(jiān)控等實(shí)時(shí)性要求比較高的業(yè)務(wù)，管理區(qū)網(wǎng)絡(luò)承載視頻監(jiān)視系統(tǒng)、工程管理信息系統(tǒng)等。外網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。現(xiàn)場至管理處采用自建光纜有線通信，管理處至縣城控制中心采用租用公網(wǎng)專線的方式進(jìn)行通信。

4.應(yīng)用系統(tǒng)

一體化應(yīng)用系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集與交互平臺(tái)、數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)、應(yīng)用支撐平臺(tái)及業(yè)務(wù)應(yīng)用。

（1）數(shù)據(jù)采集與交互平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全線現(xiàn)場各類專業(yè)數(shù)據(jù)的采集處理與信息下發(fā)，實(shí)現(xiàn)與其它外部系統(tǒng)的通信與數(shù)據(jù)交換。

（2）數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、分布式網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)管理體系，通過采用備份等容災(zāi)技術(shù)，保證數(shù)據(jù)的安全性、一致性和完整性，整合系統(tǒng)資源，并形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與交換和數(shù)據(jù)共享訪問機(jī)制。

（3）應(yīng)用支撐平臺(tái)為各類業(yè)務(wù)應(yīng)用提供一體化的支撐平臺(tái)，主要包括數(shù)據(jù)處理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表、圖形框架、綜合報(bào)警、綜合展示、數(shù)據(jù)通訊、控制服務(wù)等功能。

（4）業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)各類生產(chǎn)及管理業(yè)務(wù)應(yīng)用，主要包括決策會(huì)商、防洪調(diào)度、綜合展示與信息服務(wù)、水庫安全巡查、綜合監(jiān)控監(jiān)測應(yīng)用、移動(dòng)應(yīng)用。

決策會(huì)商：收集各類信息，將預(yù)警信息、分析結(jié)果、調(diào)度預(yù)案直觀形象匯報(bào)給決策者進(jìn)行會(huì)商，會(huì)商確定決策方案、決策方案實(shí)施。

防洪調(diào)度：負(fù)責(zé)快速、準(zhǔn)確地完成水情、雨情、工情等各類防汛信息的收集、處理和存貯，快速、靈活地以圖、文、聲、像等方式進(jìn)行各類防汛信息的歷史資料、實(shí)時(shí)信息和預(yù)測信息的查詢；通過對(duì)水雨情、庫容及大壩安全信息的統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行防洪形勢分析、工程安全風(fēng)險(xiǎn)分析、防洪調(diào)度方案制作等，為防洪決策和調(diào)度指揮提供決策支持。

綜合展示與信息服務(wù)：綜合展示基于二維WEBGIS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)、信息的綜合展示與查詢，通過應(yīng)用支撐平臺(tái)提供調(diào)度類信息、水情類、閘站監(jiān)控類信息、視頻類、工情類、工程概要類、工程安全類信息、空間類等信息的查詢、統(tǒng)計(jì)分析等功能。

水庫安全巡查模塊主要功能有：系統(tǒng)登錄、信息采集與上傳、工程巡查、GPS定位、信息通知、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、視頻監(jiān)控、工程復(fù)核、應(yīng)急通訊等。

綜合監(jiān)測監(jiān)控：包括閘門監(jiān)控、視頻監(jiān)視、工程安全監(jiān)測、水雨情監(jiān)測等應(yīng)用模塊。完成對(duì)各閘門、視頻圖像的監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)監(jiān)視及管理，圖表展示，系統(tǒng)自檢和報(bào)警，遠(yuǎn)程控制，操作功能，監(jiān)測資料分析及安全評(píng)價(jià)站、站網(wǎng)管理等。

移動(dòng)應(yīng)用：移動(dòng)查詢，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢，報(bào)警信息通知等。

5.系統(tǒng)實(shí)體環(huán)境

為保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，在調(diào)度中心和現(xiàn)場管理處控制室部署服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、大屏幕拼接屏、打印機(jī)、UPS電源系統(tǒng)、控制臺(tái)等，機(jī)房環(huán)境滿足系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行條件要求。

四、結(jié)語

江巷水庫運(yùn)行管理調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)信息采集存儲(chǔ)控制自動(dòng)化，數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)化，決策支持?jǐn)?shù)字化、可視化，調(diào)度指揮現(xiàn)代化。通過自動(dòng)監(jiān)控、工程視頻監(jiān)視以及調(diào)度管理決策，確保工程的安全運(yùn)行，提升工程運(yùn)用和管理的效率和效能。系統(tǒng)建成后還將與定遠(yuǎn)縣水利綜合管理信息系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享，為定遠(yuǎn)縣智慧水利建設(shè)提供強(qiáng)有力數(shù)據(jù)支撐■