新安縣提黃灌區(qū)信息化建設(shè)初探

朱兵穎

（洛陽水利勘測設(shè)計有限責任公司，河南 洛陽 471000）

0 引言

隨著信息化技術(shù)快速發(fā)展，各級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，我國已有較多水利工程進行了信息化提升。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。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、倉頭、城關(guān)以及磁澗五個鎮(zhèn)，控制土地面積22 萬畝，總計灌溉面積16.46 萬畝。項目區(qū)現(xiàn)土橋泵站及分水口均無自動化設(shè)施，項目全部采用手工方式進行操作，耗費大量人力，并且時效性不強，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化控制體系，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的采集分析，以及自動化控制設(shè)備應(yīng)用，有效的進行遠程控制，可以實現(xiàn)大量工作的自動化運行，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

根據(jù)新安縣提黃灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的目標及任務(wù)，本次設(shè)計在新安縣提黃灌區(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)自動化與信息化體系，增強灌區(qū)信息化管理能力。開展灌溉區(qū)域土橋泵站自動化與信息化建設(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 泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)

泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要由站級計算機、通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)地LCU、儀表設(shè)備組成。系統(tǒng)是一個實時過程控制系統(tǒng)，由管理處調(diào)度中心統(tǒng)一調(diào)度、操作與控制。泵站站級為一個自控節(jié)點，通過交換機通信線路與調(diào)度網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，完成對本站各信息監(jiān)測及歷史記錄查看、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)與自動化系統(tǒng)混合組網(wǎng)，采用工業(yè)級千兆以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)方式，網(wǎng)絡(luò)站點分散設(shè)計在水庫、泵站、水廠調(diào)度中心和管線壓力流量測點多處，將整條輸水管線從源頭水庫到終點調(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 分水口閥門自動化測控系統(tǒng)

現(xiàn)地安裝太陽能驅(qū)動的電動閥、電磁流量計和智能控制器及液位計等采集控制設(shè)備，通過加裝RTU 控制箱對分水閥遠程控制，并通過4G 通訊傳輸,在控制中心實時監(jiān)測控制管道流量、閥門的開關(guān)和蓄水池水位變化，為自動化控制提供數(shù)據(jù)。

圖2 泵站自動化控制系統(tǒng)

2.2.4 調(diào)度中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)

計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用遠程調(diào)度層、泵站站控層和現(xiàn)地控制層三層結(jié)構(gòu)。調(diào)度中心自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，分為控制專網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)兩個網(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)

針對新安縣提黃灌區(qū)，根據(jù)項目區(qū)實際情況開發(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)新安縣安全運維一體化監(jiān)控系統(tǒng)，為運維人員提供一個電子化監(jiān)管平臺。實現(xiàn)對整個信息化系統(tǒng)從動環(huán)管理、安防管理、網(wǎng)絡(luò)管理、主機管理、存儲管理、虛擬化環(huán)境管理、數(shù)據(jù)庫管理、中間件管理等功能的統(tǒng)一信息流程處理展示平臺。涵蓋安全事件的信息采集，如發(fā)生安全事件時設(shè)備運行狀態(tài)、電氣設(shè)備運行情況、設(shè)備的啟停記錄、各系統(tǒng)的運行日志等信息進行采集，并對安全事態(tài)能影響的范圍進行評估，對安全事件產(chǎn)生的因素進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，實現(xiàn)電子化、個性化監(jiān)管。

2）數(shù)據(jù)庫建設(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，并與水利廳數(shù)據(jù)資源中心形成互為災(zāi)備體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的整合、共享。

3）數(shù)據(jù)庫劃分

針對水利行業(yè)各種類型的數(shù)據(jù)采用不同的存儲方法。按照水利對象的設(shè)計思路，對目前涉及的水利對象采用遵循數(shù)據(jù)范式的設(shè)計思路，利用Oracle/mysql 關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行存儲。

對于其他的非結(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Mongodb 或文件系統(tǒng)Hadoop 進行存儲，并與關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的對象屬性進行掛載。對空間信息，如DLG/DEM/DOM等，采用ArcSDE/Oracle 等數(shù)據(jù)庫進行存儲。

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)庫設(shè)計；進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)清洗、整編、入庫，補充數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容；完成各項實時采集數(shù)據(jù)的接入和整編。在此基礎(chǔ)上建立數(shù)據(jù)分享機制，并研究探索數(shù)據(jù)的價值挖掘。

2.3.1 泵站信息管理系統(tǒng)建設(shè)

1）實時監(jiān)控

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

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

2）泵站管理

泵站管理功能模塊可實現(xiàn)對所屬轄區(qū)下各泵站設(shè)備的實時監(jiān)控和管理，可實時遠程監(jiān)看各個泵站是否正常運行，是否存在設(shè)備故障等異常情況。通過系統(tǒng)可實現(xiàn)對設(shè)備的檢修運維情況進行跟蹤，包括填寫操作票和作業(yè)票，能定期對設(shè)備的檢修進行提醒，也可通過系統(tǒng)對泵站的基本信息、設(shè)備信息、技術(shù)資料等進行管理，可隨時查閱，簡單方便。泵站日常安全管理是泵站管理子系統(tǒng)的重要功能，通過對日常安全活動記錄和統(tǒng)計管理，達到對所屬泵站的整體安全把控。

3）機電管理

機電管理子系統(tǒng)實現(xiàn)對全處機電設(shè)備運行、維護、檢修情況實時監(jiān)控、動態(tài)管理。能對所屬轄區(qū)下各泵站設(shè)備的實時監(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)管理委員會的安全規(guī)范和安全操作要求，對生產(chǎn)、施工人員進行安全教育、安全會議、安全演練、安全考核等進行記錄和監(jiān)督的管理系統(tǒng)。通過此系統(tǒng)還可以對泵站安全隱患督察管理和安全標準化建設(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)標準化管理。

5）統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析模塊主要是對各種實時信息數(shù)據(jù)進行批量查詢和統(tǒng)計分析。主要包括：管線各測點壓力，流量日、月、年統(tǒng)計報表；各水庫水位，流量日、月、年統(tǒng)計報表；泵站相關(guān)報表。

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，便于對班組排班維護管理。

2.3.2 移動APP 建設(shè)

1）首界面

2）實時數(shù)據(jù)展示，包括：集成調(diào)用泵站監(jiān)控組態(tài)軟件實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，以圖表的形式展示機組最新數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長傳在10 s內(nèi)刷新一次；本站所在地當天天氣情況展示；當前登錄用戶巡檢任務(wù)未完成條數(shù)統(tǒng)計。

3）報警消息

當前設(shè)備、運行過程等方面的報警以列表及聲光的形式展現(xiàn)出來。可根據(jù)報警情況給當前值班組下發(fā)任務(wù)或詢問現(xiàn)場實際情況。

4）值班信息

展示當前值班人員信息。

5）巡檢任務(wù)

基于移動端進行泵站設(shè)備的巡檢工作，巡檢人員可通過手機移動端進行巡檢信息的查詢、錄入與上報。設(shè)備運維信息查詢及巡檢上報，主要實現(xiàn)對泵站管理日常巡檢，專項檢查等功能。

可實時遠程監(jiān)看各個泵站是否正常的運行，是否存在設(shè)備故障等異常情況，通過系統(tǒng)可實現(xiàn)對設(shè)備的檢修運維情況進行跟蹤。

6）我的

可查看個人任務(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)，對灌區(qū)工程建設(shè)、渠道、泵站、水利工程全貌、水利監(jiān)測數(shù)據(jù)及天氣預(yù)測數(shù)據(jù)進行一張圖展現(xiàn)，能直觀清晰地了解工程建設(shè)信息和運行信息。

3 結(jié)語

新安縣在灌區(qū)節(jié)水配套改造的契機中加強了對灌區(qū)信息化建設(shè)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)各項信息自動化監(jiān)測、分析、信息整合，可在手機、電腦等各個平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，信息實時共享。水利信息化工程建設(shè)已經(jīng)成為一種趨勢，建議新安縣灌區(qū)應(yīng)當繼續(xù)加強信息化人才培養(yǎng)，加大智慧灌區(qū)建設(shè)投資。