惠州市白花河防洪排澇治理工程智慧水利系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉智超

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510635)

1 項(xiàng)目背景

白花河位于惠東縣境內(nèi)，從白花鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)穿過(guò)，現(xiàn)狀河長(zhǎng)33.6km，集雨面積183.8km2。近10a來(lái)白花鎮(zhèn)呈現(xiàn)“一年一小澇，五年一大澇”的特點(diǎn)，是惠東縣乃至整個(gè)西枝江流域洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率最高、受災(zāi)最嚴(yán)重的鎮(zhèn)。

為有效解決白花河流域的洪澇災(zāi)害問(wèn)題，促進(jìn)沿海經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展及保護(hù)東江水源，開展白花河防洪排澇治理是十分必要和迫切的。

白花河防洪排澇治理工程主要包括新建及達(dá)標(biāo)加固堤防、新開分洪河道及截洪渠道、新建排澇閘站2宗、新建排澇水閘4宗、河道綜合治理等。

2 建設(shè)目標(biāo)

建立白花河防洪排澇治理工程智能化、一體化平臺(tái)的信息化系統(tǒng)，建設(shè)調(diào)度管理中心。在調(diào)度管理中心部署調(diào)度監(jiān)控室，通過(guò)建設(shè)包括工程數(shù)字門戶、移動(dòng)應(yīng)用門戶、防洪排澇調(diào)度管理、生產(chǎn)管理輔助、工程數(shù)字檔案、水情在線監(jiān)測(cè)、水工安全監(jiān)測(cè)等應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程管理的智能化。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

白花河防洪排澇治理工程“智慧水利”的建設(shè)需緊密結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)的任務(wù)，使工程管理運(yùn)行更加安全、科學(xué)、高效，更好的發(fā)揮工程效益。系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，遵從開放系統(tǒng)原則，提供一個(gè)開放式環(huán)境，包括展現(xiàn)層、應(yīng)用層、支撐層、信息資源層和基礎(chǔ)設(shè)施層。

本項(xiàng)目“智慧水利”建設(shè)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)，見(jiàn)圖1。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，見(jiàn)圖2。

圖1 總體設(shè)計(jì)架構(gòu)示意圖

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.1 展現(xiàn)層設(shè)計(jì)

3.1.1 工程數(shù)字門戶

為實(shí)現(xiàn)信息資源共享，推動(dòng)白花河防洪排澇治理工程信息化進(jìn)程，更好地為公眾提供工程建設(shè)、管理、服務(wù)的信息，接受公眾監(jiān)督，吸納公眾意見(jiàn)，樹立良好形象和開展網(wǎng)上業(yè)務(wù)處理，根據(jù)工程運(yùn)行管理需要，建立白花河防洪排澇治理工程門戶系統(tǒng)[1]。

3.1.2 移動(dòng)應(yīng)用門戶

通過(guò)掃描二維碼，可以方便使用戶隨時(shí)隨地通過(guò)智能終端進(jìn)入訪問(wèn)工程移動(dòng)門戶或關(guān)注微信公眾號(hào)，了解相關(guān)資訊，提供全方位的網(wǎng)上公眾咨詢服務(wù)，幫助管理處建立有效的形象宣傳、風(fēng)采展示和意見(jiàn)收集等。

3.2 應(yīng)用層設(shè)計(jì)

3.2.1 防洪排澇調(diào)度管理系統(tǒng)

防洪排澇調(diào)度管理需要在來(lái)水預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，針對(duì)流域水資源系統(tǒng)的實(shí)際狀況，建立配置模型，計(jì)算不同防洪排澇策略下研究區(qū)域的水量供需平衡；組合不同供需方案和工程調(diào)度措施，通過(guò)防洪排澇調(diào)度模型的模擬計(jì)算，對(duì)總體布局的確定和完善提供建議性成果，使得模型成為防洪排澇調(diào)度的實(shí)用工具。

防洪排澇調(diào)度和調(diào)度模型平臺(tái)在防洪排澇調(diào)度的基礎(chǔ)上完善各類防洪排澇調(diào)度模型，提供建模工具，在與外部系統(tǒng)對(duì)接的基礎(chǔ)上，為白花河防洪排澇治理工程的防洪排澇調(diào)度提供模型支撐與決策依據(jù)[2]。

3.2.2 生產(chǎn)管理輔助系統(tǒng)

生產(chǎn)管理輔助系統(tǒng)以資產(chǎn)模型、設(shè)備臺(tái)帳為基礎(chǔ)，強(qiáng)化成本核算的管理思想，以工單的創(chuàng)建、審批、執(zhí)行、關(guān)閉為主線，合理、優(yōu)化地安排相關(guān)的人、財(cái)、物資源，將傳統(tǒng)的被動(dòng)檢修轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動(dòng)的預(yù)防性維修，與實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)。通過(guò)跟蹤記錄全過(guò)程的維護(hù)歷史活動(dòng)，將維修人員的個(gè)人知識(shí)轉(zhuǎn)化為企業(yè)范圍的智力資本。

3.2.3 工程數(shù)字檔案系統(tǒng)

電子檔案管理系統(tǒng)作為完整檔案業(yè)務(wù)流程管理的信息化平臺(tái)，涵蓋檔案業(yè)務(wù)管理中“收集、管理、保存、利用”的業(yè)務(wù)需求。其功能主要包括檔案收集、數(shù)據(jù)管理、檔案保管、檔案利用、檔案統(tǒng)計(jì)、檔案鑒定及銷毀、賬戶功能、輔助功能、系統(tǒng)管理等。

3.2.4 水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

本工程設(shè)置水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，新建七渡河水文站、白花河水文站、黃沙塘雨量站、產(chǎn)業(yè)園雨量站，信息通過(guò)采用4G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至工程調(diào)度監(jiān)控中心。工程主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)閘站、水閘及白花河流域的水文等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，保證工程實(shí)現(xiàn)防洪排澇的作用。

3.2.5 水工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行二次開發(fā)，根據(jù)科學(xué)的分析對(duì)堤防、閘站、水閘的安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)，可以及早發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情和維護(hù)安全。

3.3 支撐層設(shè)計(jì)

3.3.1 應(yīng)用支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)

中間件軟件管理著客戶端程序和數(shù)據(jù)庫(kù)或者早期應(yīng)用軟件之間的通訊。中間件在分布式的客戶和服務(wù)之間扮演著承上啟下的角色，如事務(wù)管理、負(fù)荷平衡以及基于Web的計(jì)算等。利用這些技術(shù)有助于減輕應(yīng)用軟件開發(fā)者的負(fù)擔(dān)，使他們?cè)诶矛F(xiàn)有的硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)以及對(duì)象模型創(chuàng)建分布式應(yīng)用軟件時(shí)更加得心應(yīng)手。

3.3.2 數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)

通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)、報(bào)表子系統(tǒng)、平臺(tái)管理子系統(tǒng)等系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)抽取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)加工處理、任務(wù)調(diào)度、報(bào)表設(shè)計(jì)、報(bào)表服務(wù)、報(bào)表儀表盤、報(bào)表導(dǎo)出、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、基礎(chǔ)架構(gòu)、報(bào)表權(quán)限管理、報(bào)表幫助管理等功能，充分滿足數(shù)據(jù)服務(wù)需求。并借助于圖形化手段，將美學(xué)形式與業(yè)務(wù)需求相結(jié)合，有效的傳達(dá)數(shù)據(jù)集的思想概念，從不同維度深入觀察并提煉數(shù)據(jù)集的關(guān)鍵特征[3]。

3.4 信息資源層設(shè)計(jì)

根據(jù)業(yè)務(wù)需要，設(shè)計(jì)了信息資源層，對(duì)工程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸類匯總。根據(jù)本工程的數(shù)據(jù)情況，可分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、工程影像數(shù)據(jù)。

3.5 基礎(chǔ)設(shè)施層設(shè)計(jì)

3.5.1 服務(wù)器配置設(shè)計(jì)

CPU：4路10核 2.0GHz以上CPU；

內(nèi)存：256GB以上內(nèi)存；

硬盤：600GB 15Krpm 2.5英寸SAS熱插拔HDD。

3.5.2 存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程中存儲(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)，由6臺(tái)物理服務(wù)器組成存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)集群和1臺(tái)磁盤陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.5.3 數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)設(shè)計(jì)

據(jù)備份系統(tǒng)需要配置備份一體機(jī)設(shè)備，通過(guò)定義備份策略，如全備份、增量備份、差異備份等，定時(shí)將云平臺(tái)數(shù)據(jù)備份到本地備份介質(zhì)。

3.5.4 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通信通道設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)采用星形結(jié)構(gòu)，設(shè)調(diào)度管理中心為中控層；新建及達(dá)標(biāo)加固堤防、2座閘站和4座水閘等測(cè)點(diǎn)為現(xiàn)地層。

系統(tǒng)對(duì)白花河流域現(xiàn)地層測(cè)點(diǎn)的流量、水位、視頻、閘門運(yùn)行情況、閘站運(yùn)行情況等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)沿堤防敷設(shè)光纜的方式將水位、流量、現(xiàn)場(chǎng)視頻、閘門開度、電機(jī)運(yùn)行狀況等信息數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度管理中心。

3.5.5 信息安全設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目按照信息等級(jí)保護(hù)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，在工程的調(diào)度管理中心(信息化系統(tǒng)所在網(wǎng)絡(luò))布設(shè)相關(guān)的安全設(shè)備，以滿足信息安全等保二級(jí)要求。安全設(shè)備主要包括：防火墻、上網(wǎng)行為管理(審計(jì))、堡壘機(jī)、認(rèn)證服務(wù)、防病毒等。

3.6 前端信息感知和采集設(shè)計(jì)

3.6.1 水工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了監(jiān)測(cè)白花河防洪排澇治理工程主要建筑物的工作性態(tài)，按規(guī)范要求和工程實(shí)際需要對(duì)堤防及新開分洪河建筑物、新建水閘、新建排澇閘站等進(jìn)行變形、滲流、水位、巡視檢查等監(jiān)測(cè)。

3.6.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

本工程設(shè)置計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由調(diào)度中心調(diào)度層、閘站/水閘集控層、現(xiàn)地控制層設(shè)備構(gòu)成，形成開放式、分層分布式的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

閘站/水閘控制采用遠(yuǎn)方集中控制為主、現(xiàn)地控制為輔的控制方式。在調(diào)度管理中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)沿途排澇閘站、水閘的統(tǒng)一調(diào)度管理。

3.6.3 機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

本工程對(duì)各閘站、水閘大部分機(jī)電設(shè)備如泵組、閘門、主變壓器、開關(guān)柜、直流系統(tǒng)等設(shè)置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)信息，監(jiān)測(cè)量超出限制時(shí)發(fā)出報(bào)警。

3.6.4 水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

建立水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)水文數(shù)據(jù)實(shí)行在線監(jiān)測(cè)，充分利用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性優(yōu)勢(shì)，通過(guò)快速可靠的傳輸方式和實(shí)時(shí)自動(dòng)的處理手段，能很好地完成白花河防洪排澇治理工程對(duì)水位監(jiān)測(cè)、雨量監(jiān)測(cè)、流量監(jiān)測(cè)和洪水預(yù)報(bào)等信息的要求，為本工程的運(yùn)行調(diào)度提供水文數(shù)據(jù)保障。

3.6.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

本工程設(shè)1套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由調(diào)度中心主系統(tǒng)及2個(gè)閘站、4個(gè)水閘及新建及達(dá)標(biāo)加固堤防子系統(tǒng)組成。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)字式系統(tǒng)，主要由視頻平臺(tái)(含視頻服務(wù)器)、視頻工作站、NVR視頻錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)一體化彩色高清球型攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)遙控控制鍵盤(帶搖桿)等圖像設(shè)備組成。

3.6.6 門禁管理系統(tǒng)

本工程設(shè)置實(shí)名制門禁管理系統(tǒng)，對(duì)調(diào)度中心和2個(gè)閘站的進(jìn)出人員及車輛情況進(jìn)行管理和記錄，并防止非法入侵和各種破壞活動(dòng)。

調(diào)度中心和閘站出入口安裝車輛出入電動(dòng)道閘管理系統(tǒng)，車輛出入通過(guò)道閘控制器發(fā)出的控制信號(hào)來(lái)控制道閘的起落，配套使用地感線圈和車輛檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)車輛通過(guò)自動(dòng)落桿和防砸車功能，對(duì)調(diào)度中心和閘站主要通道區(qū)域的出入車輛進(jìn)行安全管理。

調(diào)度中心大樓和閘站出入口設(shè)人員出入翼閘，通過(guò)IC卡識(shí)別限制人員出入。車輛道閘及人員翼閘系統(tǒng)與門禁管理系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)庫(kù)軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一卡通用。

3.6.7 周界防護(hù)系統(tǒng)

在2個(gè)閘站布設(shè)周界防護(hù)設(shè)備，防止非法入侵和各種破壞活動(dòng)。周界防護(hù)設(shè)備利用可移動(dòng)式紅外對(duì)射裝置，當(dāng)有人進(jìn)去防區(qū)遮射之間的紅外光束時(shí)，探測(cè)器即會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警、顯示報(bào)警位置。

3.7 調(diào)度管理中心設(shè)計(jì)

3.7.1 調(diào)度監(jiān)控室

調(diào)度監(jiān)控室為調(diào)度管理中心核心功能房，一方面將工程所涉及的相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行接入、匯總，工作人員通過(guò)防洪排澇調(diào)度管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理輔助系統(tǒng)、水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的智能化管理，另一方面將本工程涉及的閘站、水閘、水工安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等信息進(jìn)行集中管控，實(shí)現(xiàn)閘站、水閘等的遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制。

調(diào)度監(jiān)控室建筑面積約100 m2。

3.7.2 視頻會(huì)商室

為充分實(shí)現(xiàn)工程防洪排澇、改善水環(huán)境等功效，設(shè)立視頻會(huì)商室，提供會(huì)商環(huán)境，為決策參謀人員和高層決策者會(huì)商提供各種支持和服務(wù)。

視頻會(huì)商室建筑面積約80 m2。

3.7.3 機(jī)房

機(jī)房主要布置相關(guān)系統(tǒng)的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及UPS電源設(shè)備。

機(jī)房面積約50 m2，最低凈高≥2.5m。

3.7.4 視頻會(huì)商系統(tǒng)

根據(jù)工程建設(shè)需求，在視頻會(huì)商室布設(shè)MCU和會(huì)商服務(wù)器，另外在會(huì)商室和重要部門辦公室布設(shè)會(huì)議終端，以及移動(dòng)會(huì)議終端，以滿足實(shí)時(shí)溝通的需求。

3.7.5 大屏顯示系統(tǒng)

在管理樓調(diào)度管理中心調(diào)度監(jiān)控室設(shè)1套大屏顯示系統(tǒng)，與視頻會(huì)商系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)連接，為工程運(yùn)行管理、閘站及水閘調(diào)度、防洪會(huì)商、視頻監(jiān)控等提供實(shí)時(shí)可視化設(shè)備。

4 總 結(jié)

白花河流域智慧水利系統(tǒng)的建立，以提高水利現(xiàn)代化管理水平為目標(biāo)，著力解決白花河流域信息化管理能力薄弱、缺乏信息感知、缺乏數(shù)據(jù)整合共享等現(xiàn)存問(wèn)題，落實(shí)“全面感知、高速互聯(lián)、充分共享、智能應(yīng)用、周到服務(wù)”的“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代水利”體系，圍繞“水安全、水生態(tài)、水管理、水服務(wù)”的現(xiàn)代水利新格局。