常州城市防洪工程自動化信息系統建設

楊 崧，褚 奇，劉丹杰

(常州市城市防洪工程管理處,江蘇 常州 213000)

1 工程概況

常州城市防洪工程自動化信息系統在2015年已經完成一期系統建設，系統建設完成后具備以下功能：防洪調度管理、防洪物資管理、設備設施管理、巡檢管理、協同辦公和移動終端服務等。隨著常州市34座泵閘建設移交，對城市防洪工程系統提出了更高的要求，加上城市防洪組織結構的變化，城市防洪工程自動化信息系統改善建設已經迫在眉睫[1-3]。

2 系統建設范圍

城市防洪工程自動化信息系統是通過應用現代計算機技術、通信技術、傳感器技術、自動監測及傳輸技術，建立轄區內排澇泵站的自動監控系統，為水工程的現代化管理、防洪排澇、調水調度等提供決策支持，進一步提高管理決策水平，充分利用現有的工程設施，提高工程的運行效益[4-6]。常州市城市防洪工程自動化信息系統主要包括監控中心、系統平臺、泵站監控系統及通信網絡等[7-9]。

3 項目總體建設內容

3.1 遠程實時監控設計

3.1.1 建設內容

本項目在城防處及6處管理所部署共7套組態軟件，開發統一的遠程實時監控平臺，利用已有完善的通信網絡(城防處與6處管理所直接的通信網絡、6處管理所與下轄各工程點之間的通信網絡)，接入所有工程現場現有的PLC控制柜的數據，實現39座工程的分級自動化集中控制。

3.1.2 系統總體功能

遠程實時監控系統包括：城防調度層遠程實時監控平臺、6處管理所遠程實時監控平臺和39座樞紐工程(閘泵站)現地自動化控制系統，主要由城防處計算機、各管理所計算機和各樞紐工程(閘泵站)現地控制單元等設備組成，構成一個完整的分布式、實時控制系統。

通過設置在各工程點的現地控制單元設備，對所有接入的泵組、水閘等控制設備對象進行監視、控制和調節，完成從各樞紐工程(閘泵站)采集數據、數據歸檔、事件記錄與歸檔、運行報表、趨勢曲線和語音報警，實現在城防處和管理所對39座樞紐工程(閘泵站)進行遠程實時監控功能。其中，城防調度層遠程實時監控平臺具有管理所遠程實時監控平臺和樞紐工程(閘泵站)現地自動化控制系統的所有功能，各管理所遠程實時監控平臺功能基本一致。

3.1.3 運行監控方式

運行監控方式包括城防處調度控制、各管理所控制和現地控制單元(LCU)控制3個層次，對于系統的控制權，現地控制級別最高，遠程控制級別最低，各權限相互閉鎖。當需要進行遠程調度時，城防處的遠程實時監控平臺向管理所的實時監控平臺發送調度控制請求，管理所人員在確認現場具備遠程調度的條件下，允許遠程調度控制的請求，城防處的遠程實時監控平臺獲得遠程控制權限，并在現地控制級處于遠程模式下，可實施遠程控制現地設備的啟停。調度結束，城防處的遠程實時監控平臺釋放控制權限或管理所直接強制接管控制權限。遠程調度期間，管理所的實時監控平臺及現地控制系統無法對設備進行遠程或現地控制操作，只有通過“強制控制”按鈕(包括系統層面強制切換按鈕和現地控制的遠程/現地切換按鈕)，對控制權限進行強制變更后才可操作，以應對現地突發狀況。

3.1.4 系統網絡設計

實時監控系統網絡包括：城防處監控系統網絡、各管理所監控系統網絡和各樞紐工程(閘泵站)現地控制系統網絡。通過整合城防處現有網絡，構建基于現有網絡的現地站—管理所(6處)—城防處三級控制網絡。網絡結構如圖1所示。

圖1 遠程實時監控系統網絡結構示意

3.2 閘位信息、雨量監測建設

3.2.1 閘位信息補充建設內容

系統將在8個小型樞紐增設閘門開度監測設備，并將閘門開度數據接入現地已建的LCU控制柜，實現各樞紐閘門開度信息的采集。

監測設備布設主要是根據防汛調度的需要，分布在橫塘河南樞紐、橫峰溝樞紐、丁橫河樞紐、糜家塘樞紐、永匯河樞紐、老澡港河樞紐、西界河閘站和童子河閘站。通過對以上各站點閘門開度監測設備的建設，實時了解當前站點運行情況，協助中心人員作出調控決策。

通過專網將數據發送至各自對應的上級管理所工控機/服務器，并通過現有管理所-城防處的數據傳輸網絡，最終將閘位數據等匯集至城防管理處綜合數據庫，為工作人員的工程調度運行提供數據支撐。

3.2.2 雨量監測系統建設內容

系統將在城防處所管轄3處工程點布設3個自動雨量監測站，利用工程點既有通信網絡，實現對雨量信息的采集、傳輸。

站點布設主要是根據防汛調度的需要，分布在龍游河南站、西涵洞毛龍閘以及大運河東樞紐。通過對以上站點的雨量監測，實時了解城防處轄區雨量情況，協助管理人員作出調控決策。

3.3 綜合數據庫建設

3.3.1 建設內容

根據業務平臺需要，建設綜合數據庫，對城防處已有系統數據及工程資料進行整合錄入，并實現前端站點數據的采集匯聚；實現與實時監控(測)、視頻監控等系統的數據接口開發；實現與水利一級平臺的數據接口開發。

綜合數據庫的建設包括：標準數據庫設計、數據采集平臺建設、數據整理與錄入、數據接口服務開發等。

3.3.2 數據采集平臺建設

數據采集平臺主要完成實時數據的自動匯集，系統通過對各種數據進行分析，按照不同數據來源，設計相應的匯集錄入工作流程，最大限度地實現數據匯總錄入自動化，減少數據入庫的工作量。主要包括以下幾方面：

(1)監測數據采集。前端監測的水文數據進行報文解析，并寫入統一的水文標準化數據中。

(2)互聯網數據采集。包括氣象局共享或互聯網采集的臺風路徑、衛星云圖、雷達圖等。項目依賴于多部門的數據支持，在內網機制下，不允許數據交互，需要通過網絡采集信息。數據采集通道總體框架結構如圖2所示。

圖2 “三橫兩縱”的總體框架結構

(3)數據整理與錄入工作。無數據信息的數據庫沒有任何利用價值，因此，數據收集整理與入庫是一項重要的基礎性工作。數據收集整編與入庫需要協同水利所不同科室收集、獲取相關數據資料，實現數據整編入庫。此外，項目實施時，還需要將水閘泵站普查搜集的基礎數據進行梳理，整理錄入到綜合數據庫的各個基礎數據庫中。

①現有應用系統數據入庫

現有應用系統數據錄入根據應用系統的數據庫結構情況，可以采用以下三種方式中的一種實現。

a)對于現有應用系統數據庫表與綜合數據庫內數據庫表結構一致的數據，直接采用數據庫管理工具實現“全量復制”。

b)對于現有應用系統數據庫表與綜合數據庫內數據庫表結構不一致(一般差異不大)，通過在原有系統創建臨時視圖(與綜合數據庫內數據庫表結構一致)，再通過數據庫管理工具實現“全量復制”。

c)對于數據庫表結構差異很大，或者涉及多表分拆、合并的數據，采用先導出數據，建立對應關系導入或通過人工編輯、校核后，再通過數據庫管理工具導入到數據庫中。

②歷史數據搜集整理與錄入

歷史數據包括歷史水情數據、歷史調度數據、歷史洪水數據、重大水利工程成果數據等。數據整編流程如圖3所示。

圖3 數據整編流程

3.4 應用支撐平臺建設

為應用服務提供統一的支撐平臺，如圖4所示，在該平臺上統一實現各類業務應用，具體如下：

圖4 應用支撐平臺

(1)構建統一地圖服務，以“一張圖”的方式為城防處業務管理平臺提供支撐，“一張圖”服務的地理信息數據來源于江蘇省水利廳的地理信息平臺。

(2)構建統一用戶管理，實現系統管理中按職責、崗位、角色定向配置和推送，做到統一用戶認證、統一權限管理，強化平臺的安全運行。

3.5 信息自動化管理平臺

業務管理平臺(信息自動化管理平臺)包括綜合概覽，調度運行，巡查管理、資產管理、項目管理，辦公系統和移動應用系統等。

3.5.1 綜合概覽

綜合概覽即綜合信息管理，包括一張圖展示、水情信息、雨情信息、工情信息、視頻信息、臺風信息和預警功能等，如圖5所示。

圖5 綜合概覽

3.5.2 調度運行

合同中的調度審批發布和調度信息查詢統計。按照設定流程流轉、審批，可全員查看。

(1)調度發布流程。值班人員接收上級指令(或現場情況)—報單位領導、同時抄送工程科擬調度指令—工程科科長核稿—分管領導審核—主要負責人簽發—工程科簽收發布。

(2)調度執行流程。相關人員接收—反饋結果。

(3)調度信息查詢、統計。調度信息數據庫：時間、調令編號、發令人、接收人、內容、執行情況、可上傳調令掃描件、外部來文等。

合同中的檢查觀測包括工程的日常檢查、河道(湖)的水政巡查以及工程隱患和異常情況等，緊密結合維修養護、水政管理、物資管理以及移動應用系統功能。同時，基于檢查觀測結果建設考核管理，包括工程考核、日常考核、水政綠化考核、內部績效考核和物業監督考核等。最終實現巡查—發現問題—解決問題—完成反饋的閉合管理。

3.5.3 巡查管理、資產管理、項目管理

(1)巡查管理。以一張圖的形式展示了各個樞紐站點的巡查情況。

(2)資產管理。建立資產管理編碼等標準體系，實現資產分類、資產管理組織(責任人)、資產資料內容、資產資料電子檔案、資產登記日期等基本信息管理，并對城防處各類資產進行資產盤點、資產統計與分析。系統主要包括：資產管理、物資倉庫等功能模塊。

(3)項目管理。對所有已申報的項目進行全周期管理，從項目的申報、合同審批、項目實施等過程對每個項目進行管理，從而對項目起到監督和管理作用。系統主要包括：項目申報、項目審批、合同審批、項目管理、統計查詢。

3.5.4 辦公系統及移動應用系統

實現城防處已建辦公系統在業務管理平臺上的集成，采用鏈接集成的方式，集成后的辦公系統可在管理平臺直接打開。開發Andriod版和IOS版兩套移動平臺。以移動互聯網技術為支持，利用GPS、GIS、智能手機等設備和技術，建立水利工程移動應用系統，提供水利工程移動巡查設備的接入和注冊，如圖6所示。

圖6 移動應用系統

服務器端系統主要包括：權限認證管理、移動終端授權、任務管理、位置上報、巡查信息查詢和統計等功能；

客戶端系統主要包括：登錄模塊、信息查詢、信息提醒、移動巡查、隱患處置和調度運行等功能。

4 結 語

通過分析常州市防洪工程建設現狀，在充分利用已建工程的基礎上，整合現有的數據資源，基于統一平臺的應用系統，針對不同人員的應用需求，建設自動化信息系統，大大提高了數據傳輸速度、項目管理、通知下達等工作的效率。