基于GIS與物聯(lián)網(wǎng)的智慧泵站信息化建設(shè)研究

張述剛，王義銳，李小龍

（1.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心昌邑管理站，山東 濰坊 261300；2.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心煙臺分中心，山東 煙臺 264001；3.水利部機(jī)電研究所，天津 301900）

0 引言

智慧水利是水利信息化發(fā)展的高級階段，是實(shí)現(xiàn)水利現(xiàn)代化的關(guān)鍵，智慧泵站是智慧水利發(fā)展的重要組成環(huán)節(jié)。隨著地理信息技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，將地理信息技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智慧泵站信息化建設(shè)當(dāng)中，是智慧泵站信息化建設(shè)的熱門研究課題，同時(shí)利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)現(xiàn)代信息技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)泵站管理區(qū)域信息化管理，將水文信息、調(diào)度中心、工程管理、行政管理、轄區(qū)管理、安全管理整合在一起，建設(shè)統(tǒng)一的技術(shù)支撐平臺，使決策和執(zhí)行得到有力的保障，及時(shí)更新、共享和發(fā)布信息，形成完善的信息化管理體系，提升泵站綜合管理能力，提高水利活動效率，完成泵站信息化建設(shè)。

1 技術(shù)支撐

1.1 地理信息系統(tǒng)

近年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，實(shí)現(xiàn)了低成本應(yīng)用，并得到了持續(xù)改進(jìn)，地理信息系統(tǒng)是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)，對泵站管轄區(qū)域的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和儲存，經(jīng)過運(yùn)算及分析，將地理數(shù)據(jù)顯示和描述出來，并應(yīng)用到智慧泵站建設(shè)當(dāng)中，把工程建筑信息數(shù)據(jù)與其周圍地理信息數(shù)據(jù)整合到一起，在“一張圖”中展示泵站區(qū)域的空間信息資源、設(shè)備控制及運(yùn)行狀況，調(diào)度與安全生產(chǎn)信息共享的應(yīng)用模式，實(shí)現(xiàn)泵站信息化、可視化管理。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了物物之間的智能化管理，讓信息可以實(shí)時(shí)共享，也讓信息的收集、傳遞、處理、執(zhí)行變得更簡單、更有效。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳感器相結(jié)合，實(shí)時(shí)采集泵站水位、流量、水文、視頻、運(yùn)行狀態(tài)等信號，提高泵站數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、可靠性，為泵站安全運(yùn)行提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)，全面監(jiān)管泵站運(yùn)行狀態(tài)。

1.3 視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控技術(shù)經(jīng)過不懈的發(fā)展，更加的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，通過視頻分析，能夠進(jìn)行歸類和識別，實(shí)現(xiàn)對視頻監(jiān)控系統(tǒng)全網(wǎng)的設(shè)備管理，同時(shí)可擴(kuò)大管理范圍，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并進(jìn)行聯(lián)動報(bào)警，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)泵站無人值守。

1.4 可編程控制器

可編程邏輯控制器是現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之一，泵站運(yùn)行程序存儲在控制器中，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)采集的泵站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動執(zhí)行PLC中存儲的邏輯控制程序，通過順序控制以及定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作運(yùn)算指令，并通過開關(guān)量和模擬量I/O接口，控制泵站閘門和水泵等各類機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程，同時(shí)通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制功能，能夠?qū)⒈谜竟芾砣藛T的操作指令下達(dá)到各個(gè)設(shè)備執(zhí)行。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧泵站信息化系統(tǒng)建設(shè)的最終目的是為了實(shí)現(xiàn)泵站信息化管理，將水文信息、調(diào)度中心、工程管理、行政管理、轄區(qū)管理、安全管理等問題通過平臺提供的數(shù)字集成系統(tǒng)和虛擬環(huán)境解決、處理和決策。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，由下到上分為采集層、網(wǎng)絡(luò)層、管理層、實(shí)現(xiàn)層、終端層等5個(gè)層次。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖1中展示了智慧泵站信息化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，信息采集層采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)入數(shù)據(jù)資源管理層，通過業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)層的各個(gè)數(shù)據(jù)處理單元，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果展示通過接入層設(shè)備投放到終端層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、更新、共享和發(fā)布。

3 功能設(shè)計(jì)

3.1 信息管理系統(tǒng)

將數(shù)據(jù)處理單元的功能模塊化，通過瀏覽器技術(shù)加載服務(wù)器數(shù)據(jù)，對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和工程建設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，整合并在終端展現(xiàn)，管理資源、服務(wù)和應(yīng)用以及泵站對外的日常辦公、在線審批、信息發(fā)布等功能，為系統(tǒng)提供安全控制，進(jìn)行權(quán)限分配。

3.2 綜合監(jiān)視與告警系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)泵站整體自動化運(yùn)行監(jiān)控，智能化傳感器設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備等接入物聯(lián)網(wǎng)，提供泵站水文信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、視頻安防等實(shí)時(shí)監(jiān)視，結(jié)合地理信息系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并提供各類觀測數(shù)據(jù)的告警設(shè)置及告警信息顯示發(fā)布等功能。

3.3 調(diào)度管理系統(tǒng)

通過水文信息等數(shù)據(jù)，可自動提供調(diào)度預(yù)案、生成指令并發(fā)布、實(shí)時(shí)調(diào)度作業(yè)跟蹤等功能，也可人工根據(jù)實(shí)際情況發(fā)布調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)泵站實(shí)時(shí)調(diào)度控制。

3.4 泵站管理系統(tǒng)

管理實(shí)現(xiàn)泵站自動化相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，泵站基本信息、整體工程信息、水情氣象等歷史數(shù)據(jù)的維護(hù)及查詢，大屏顯示定制功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)的多元化顯示，為工程管理和調(diào)度指揮提供支撐服務(wù)，通過設(shè)置各個(gè)參數(shù)，動畫模擬泵站運(yùn)行狀態(tài)或遠(yuǎn)程控制設(shè)備運(yùn)行。

3.5 移動終端

實(shí)現(xiàn)泵站實(shí)時(shí)告警信息推送、歷史信息查詢、泵站遠(yuǎn)程控制、泵站調(diào)度管理等系列移動應(yīng)用軟件，方便各級泵站日常辦公處理。

4 結(jié)束語

智慧泵站信息化建設(shè)以提高泵站信息化管理水平、降低泵站運(yùn)行成本、保障泵站安全生產(chǎn)為總體目標(biāo)。通過對水文信息、泵站運(yùn)行狀態(tài)、告警信息、歷史信息的自動采集、實(shí)時(shí)傳輸、經(jīng)過在線分析建立科學(xué)的泵站管理模型，為泵站安全生產(chǎn)和科學(xué)調(diào)度提供有力的技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)，全面實(shí)現(xiàn)泵站“信息采集的自動化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、存儲數(shù)字化、決策科學(xué)化”。