遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在水利工程運(yùn)行管理中的應(yīng)用分析

買買提力·艾尼瓦爾

(新疆頭屯河流域管理局水利管理中心，新疆 昌吉 831100)

水利工程作為我國的基礎(chǔ)性工程，為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。近幾年，我國在水利工程發(fā)展過程中，為促進(jìn)我國水利工程的發(fā)展，在投入了大量的資金的同時(shí)引入了多項(xiàng)新技術(shù)[1-3]。其中，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)便是水利工程的新技術(shù)之一。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的引入，可以實(shí)現(xiàn)對河道、水庫水文、水利設(shè)施等的實(shí)時(shí)監(jiān)測。解決我國新疆等地區(qū)由于小型水庫多、分布較為分散等問題[4-6]。從而達(dá)到對水利工程運(yùn)行狀態(tài)實(shí)踐精準(zhǔn)監(jiān)測，時(shí)時(shí)管理的目的，具有重要的工程意義。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)架

1.1 OSI簡介

TCP/IP至今最成功的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,是最大的開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有可靠傳輸數(shù)據(jù)、自動(dòng)檢測和避免網(wǎng)絡(luò)發(fā)生錯(cuò)誤的能力。更為重要的是，TCP/IP系統(tǒng)是開放式的通訊協(xié)議，其可以保證在設(shè)備差異性較大時(shí)，依然能進(jìn)行通訊。

1.2 OSI參考模型

在1983年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織開發(fā)了OSI模型，作為開發(fā)網(wǎng)絡(luò)的參考模型，該模型被廣泛的應(yīng)用于分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。其七層的體系結(jié)構(gòu)如表1所示。OSI模型是表示的是每一層的功能，并不能完整的描述各層的服務(wù)和協(xié)議。并且在實(shí)際的工程中，大多數(shù)協(xié)議并不真正遵從規(guī)范。

表1 OSI的體系結(jié)構(gòu)

1.3 TCP/IP參考模型

TCP/IP模型與OSI模型相比，其更側(cè)重于互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送，而非功能層側(cè)的劃分。騎在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系中具有重要的地位。從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來看，幾乎所有的工作站都配備TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)。從實(shí)際而言，TCP/IP模型是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于TCP/IP模型在功能上不強(qiáng)調(diào)功能的劃分，其比OSI模型更為靈活，其具體比較如表2所示。

表2 模型比較

TCP/IP體系協(xié)議層次關(guān)系如圖1所示。

圖1 TCP/IP體系協(xié)議層次關(guān)系

2 水利工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 水利工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如圖2所示為水利工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，由圖2可知，該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要又WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、路由器、防火墻以及客戶端瀏覽器等幾部分組成。其中Web服務(wù)器主要包含硬件和軟件兩部分。在水利工程常見的Web服務(wù)器硬件包括Unix工作站、PC服務(wù)器等，軟件通常為：Apache、微軟IIS等。

圖2 水利工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2.2 水利工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)、服務(wù)器子系統(tǒng)、客戶端子系統(tǒng)等三大部分組成,具體情況如圖3所示。其中，監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)的功能為現(xiàn)場監(jiān)測與控制；服務(wù)器子系統(tǒng)的功能是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)；客戶端子系統(tǒng)的功能為客戶端接收與命令發(fā)送。下面對各個(gè)系統(tǒng)部分進(jìn)行逐一介紹。

圖3 水利工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的框架

2.2.1 監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)

水利工程監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)從功能上是負(fù)責(zé)檢測現(xiàn)場各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行數(shù)據(jù)。如閘門的開度等。在采集完數(shù)據(jù)后，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過匯總處理后，傳送到各實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的主機(jī)。另一方面，現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)需要接受服務(wù)器系統(tǒng)發(fā)送過來的指令，能夠?qū)χ噶钸M(jìn)行相應(yīng)的解析驗(yàn)證，完成相應(yīng)的指令動(dòng)作。水利工程監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成的網(wǎng)絡(luò)即控制網(wǎng)絡(luò)，其可以是現(xiàn)場總線組成，也可以是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)組成。由于現(xiàn)場子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)要求不同，想要實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)交互，必須將控制網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)之間進(jìn)行融合。

2.2.2 服務(wù)器子系統(tǒng)

水利工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的服務(wù)器子系統(tǒng)，從功能上來講，是一個(gè)中介系統(tǒng)，其主要是由防護(hù)墻。服務(wù)器。實(shí)施檢測的工控軟件等組成。其中WEB服務(wù)器通過擴(kuò)展技術(shù)顯現(xiàn)與客戶子系統(tǒng)之間的交互。服務(wù)器子系統(tǒng)與客戶端子系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)實(shí)施監(jiān)控的SCADA系統(tǒng)的監(jiān)測與控制功能。在實(shí)際工程中，SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)類型較為復(fù)雜，包含了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、圖形、曲線等，同時(shí)SCADA系統(tǒng)要保持一定的實(shí)時(shí)性，因此SCADA系統(tǒng)采用的IIS技術(shù)以及動(dòng)態(tài)服務(wù)主頁技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的動(dòng)態(tài)交互。

2.2.3 客戶端子系統(tǒng)

客戶端子系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)與用戶之間直接交互的部分，其在功能上是為了實(shí)現(xiàn)用戶的輸入指令的接收，并且從扶我去中獲取檢測的數(shù)據(jù)，發(fā)送相應(yīng)指令的目的，在實(shí)際工程中，客戶端子系統(tǒng)通常采用的是IE瀏覽器與WEB服務(wù)區(qū)進(jìn)行交互的，因此，客戶端子系統(tǒng)不需要應(yīng)用程序，僅需要借助HTML、Javascript、Java Applet等技術(shù)來處客戶端邏輯以及顯示等問題。因此，客戶端子系統(tǒng)不需要下載任何程序，僅需要下載部分組件。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在水利工程運(yùn)行管理中實(shí)際作用

水電工程中，監(jiān)控技術(shù)的合理運(yùn)用，可提供整個(gè)水利工程的運(yùn)行效率，并且能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)期的工程建設(shè)質(zhì)量提供一定的保障。在工程實(shí)際中，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)能夠及時(shí)檢測到水庫的水位情況，同時(shí)能夠在中心控制設(shè)備商獲取所提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資料。工作人員根據(jù)數(shù)據(jù)情況，可以準(zhǔn)確的判定水流的流速以及水位情況，進(jìn)而通過對閘門的遠(yuǎn)程操控實(shí)現(xiàn)有效調(diào)節(jié)。

在水利工程中，存在特殊的工作環(huán)境，例如水庫的溢洪道等危險(xiǎn)區(qū)域，在這些危險(xiǎn)的區(qū)域，受到外界條件的限制，無法實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員的值班值守，在此條件下需要遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備來進(jìn)行水庫狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。才能夠?qū)ζ渥兓闆r作出詳細(xì)且準(zhǔn)確的記錄，并且遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)還能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離的操作，這對于中國的水利工程建設(shè)來說是具有重要作用的。

工作人員在對閘門操作時(shí)，也需要通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)對河流的上下游狀況進(jìn)行控制，并且關(guān)于水面的清潔度，也需要進(jìn)行及時(shí)的清理與檢測，才能保持河道的流通順暢，而水質(zhì)的清潔又是水利工程管理的監(jiān)控內(nèi)容之一，故遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在河道的污染治理上也能夠起到相應(yīng)作用。

4 結(jié)語

水遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)作為水利工程運(yùn)行管理的重要技術(shù)支撐。其可以實(shí)現(xiàn)對河道、水庫水文、水利設(shè)施等的實(shí)時(shí)監(jiān)測。解決我國新疆等地區(qū)由于小型水庫多、分布較為分散等的問題，對此本文從遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)架出發(fā)，對水利工程中的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成進(jìn)行了介紹，分析了水利工程中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)、服務(wù)器子系統(tǒng)、客戶端子系統(tǒng)等三大部分組成部分，并對遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在水利工程運(yùn)行管理中的實(shí)際作用進(jìn)行了說明。通過本文分析，可為水利工程項(xiàng)目的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考，具有一定的工程意義。