昭平臺水庫基于網(wǎng)絡(luò)工程的信息化管理平臺建設(shè)研究

唐亞彬 楊軍

平頂山市昭平臺水庫管理局 河南 平頂山 467000

1 水庫概況

昭平臺水庫位于平頂山市魯山縣西12km處，是淮河流域沙潁河水系沙河干流上游第一座大型水利骨干工程，控制流域面積1430km2，總庫容6.85億m3，是一座以防洪﹑灌溉為主，結(jié)合供水﹑發(fā)電﹑養(yǎng)殖﹑旅游等綜合利用的大（2）型水庫。主要工程有攔河大壩﹑堯溝溢洪道﹑楊家?guī)X非常溢洪道﹑水電站及灌區(qū)等工程。2017年9月，河南省水利廳對昭平臺水庫大壩進(jìn)行了安全鑒定，鑒定結(jié)果為三類壩，2020年4月，已在水利部備案。由于水庫建設(shè)年代久遠(yuǎn)，信息化管理比較落后，近些年水庫組織外出參觀學(xué)習(xí)周邊其他水庫，交流其先進(jìn)的技術(shù)和管理辦法，現(xiàn)在基本完善了視頻會商系統(tǒng)﹑視頻監(jiān)控系統(tǒng)﹑雨量遙測和洪水預(yù)報(bào)一體化系統(tǒng)，但大壩安全觀測﹑供水量統(tǒng)計(jì)﹑水質(zhì)監(jiān)測等大多數(shù)工作還需要靠人工完成，工作效率較低，希望可以借水庫加固擴(kuò)容項(xiàng)目工程建設(shè)的有契機(jī)，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，按照“數(shù)字化水庫”的構(gòu)想[1-4]，新建一系列的信息監(jiān)測﹑采集﹑控制等自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息采集自動化﹑信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化﹑信息處理標(biāo)準(zhǔn)化﹑防汛調(diào)度科學(xué)化﹑水庫管理規(guī)范化[5-7]，進(jìn)一步完善水庫的信息化建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)水庫工程管理現(xiàn)代化邁出了關(guān)鍵的一步。

2 水庫信息化建設(shè)的任務(wù)分析

水庫信息化工程跟進(jìn)信息的采集﹑傳輸﹑處理﹑分析等流程，其基本任務(wù)有：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)﹑通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)﹑綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)﹑業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)﹑大屏幕顯示系統(tǒng)建設(shè)和信息化保障環(huán)境，緊緊圍繞水庫工程運(yùn)行的重要業(yè)務(wù)應(yīng)用，逐步建立和完善信息化綜合體系。

2.1 信息采集系統(tǒng)

信息采集系統(tǒng)主要包括水雨情自動測報(bào)系統(tǒng)﹑大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)﹑視頻監(jiān)控系統(tǒng)﹑水電站監(jiān)控系統(tǒng)﹑閘門測控系統(tǒng)﹑供水自動監(jiān)測系統(tǒng)﹑水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

利用超短波﹑光纖﹑GSM等手段，建成連接水庫各大壩安全監(jiān)測點(diǎn)﹑水雨情測報(bào)站點(diǎn)﹑視頻監(jiān)控點(diǎn)﹑閘門測控點(diǎn)﹑水電站監(jiān)控系統(tǒng)﹑供水監(jiān)測點(diǎn)﹑水質(zhì)監(jiān)測站的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，建成連接水庫辦公區(qū)﹑各業(yè)務(wù)行政科室和外部上級相關(guān)水利部門的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和水庫管理局信息中心，為水庫業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)交換﹑視頻信息傳輸﹑語音通信和因特網(wǎng)等服務(wù)。

2.3 綜合數(shù)據(jù)庫平臺

在水庫信息匯集﹑存儲﹑處理和服務(wù)的過程中，通過綜合數(shù)據(jù)庫平臺的建設(shè)，完成信息資源的共享及優(yōu)化配置，滿足業(yè)務(wù)部門應(yīng)用多層次﹑多目標(biāo)的綜合信息服務(wù)的功能。綜合數(shù)據(jù)庫包含工情信息庫﹑實(shí)時(shí)水雨情庫﹑圖形庫﹑超文本庫﹑動態(tài)影像庫等數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)還要提供數(shù)據(jù)管理﹑數(shù)據(jù)交換功能與維護(hù)功能等作用。

2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

水庫業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)依托于信息采集﹑通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和綜合數(shù)據(jù)庫平臺等水利信息基礎(chǔ)設(shè)施，業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括：大壩安全評價(jià)系統(tǒng)﹑防汛決策支持系統(tǒng)﹑水電站監(jiān)控系統(tǒng)﹑水庫行政綜合管理系統(tǒng)﹑供水綜合管理系統(tǒng)﹑數(shù)字化檔案管理系統(tǒng)﹑應(yīng)用系統(tǒng)整合等軟件系統(tǒng)。

2.5 水庫工程信息化系統(tǒng)的保障環(huán)境

保障環(huán)境由水庫信息化標(biāo)準(zhǔn)體系﹑安全體系﹑建設(shè)及運(yùn)行管理﹑政策法規(guī)﹑運(yùn)行維護(hù)資金和人才隊(duì)伍等要素共同構(gòu)成，確保水庫工程信息化系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 水庫信息管理中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建設(shè)

3.1 水庫信息管理中心結(jié)構(gòu)

首先，水庫工程信息管理中心需要建設(shè)會商系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)。會商系統(tǒng)含有中控系統(tǒng)建設(shè)﹑中心的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)﹑會議系統(tǒng)建設(shè)﹑基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。軟件系統(tǒng)重在建設(shè)綜合數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和信息服務(wù)系統(tǒng)，中心的軟件可劃分三層：數(shù)據(jù)層﹑應(yīng)用層﹑人機(jī)交互層。其次，信息管理中心需要提供與其他專業(yè)系統(tǒng)的接口，上述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)將需要通過相應(yīng)數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)骄C合數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一保存。在應(yīng)用層，按照中心軟件提供的標(biāo)準(zhǔn)對各專業(yè)系統(tǒng)軟件進(jìn)行開發(fā)，方便與應(yīng)用方面的集成。在交互層，通過向會商系統(tǒng)提供RGB信號實(shí)現(xiàn)與會商系統(tǒng)對各專業(yè)系統(tǒng)的整合。最后，在整個(gè)系統(tǒng)的外部，信息管理中心還須和氣象部門﹑水文部門以及上級防汛指揮系統(tǒng)進(jìn)行交互。信息管理中心需要預(yù)留接口接收氣象部門提供的氣象信息﹑水文部門提供的水文信息以及上級防汛指揮系統(tǒng)向水庫信息管理中心的會商系統(tǒng)下達(dá)調(diào)度指令。

3.2 水庫信息管理中心總體結(jié)構(gòu)功能設(shè)想

3.2.1 信息采集層。采集層采集的信息主要有水雨情信息﹑閘位信息﹑流量信息﹑圖像信息﹑工情信息﹑水質(zhì)信息﹑含沙量信息等信息。信息采集層由以下系統(tǒng)組成：

3.2.1 .1 水雨情自動測報(bào)系統(tǒng)。主要完成對水庫流域內(nèi)和庫區(qū)的雨量遙測站的降雨量﹑蒸發(fā)量﹑滲透量等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動采集和數(shù)據(jù)管理，方便管理人員實(shí)時(shí)掌握上游的來水狀況，把它作為洪水預(yù)報(bào)和防洪調(diào)度的重要依據(jù)。所采集的數(shù)據(jù)可以是GIS﹑圖表﹑表格等形式供網(wǎng)絡(luò)用戶查詢。

3.2.1 .2 視頻監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對水庫管理局的辦公區(qū)﹑水庫大壩進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻圖像監(jiān)控，讓水庫管理人員在視頻監(jiān)控中心就能隨時(shí)掌握來水庫管理局辦公區(qū)的人員來往情況和安全情況，方便水庫管理局的平時(shí)安全管理，也能掌握大壩上過往行人﹑游客的狀況﹑閘門的啟閉狀況﹑壩前壩后以及水庫水面的安全狀況。

3.2.1 .3 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對大壩浸潤線﹑大壩沉降變化﹑滲流監(jiān)測和數(shù)據(jù)自動分析軟件的實(shí)現(xiàn)提供平臺，可以大大提高大壩工程安全監(jiān)測的時(shí)效性﹑可靠性和自動化水平。

3.2.1 .4 閘門測控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對水庫的輸水洞和兩個(gè)溢洪道的閘門進(jìn)行遠(yuǎn)程自動控制，通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)掌握閘門水位﹑閘門工情信息并能夠采集與傳輸，實(shí)現(xiàn)能夠在信息中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制閘門啟閉和閘門自動控制的操作；再結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以清楚了解水閘的運(yùn)行工況和周圍環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)無人值守以及閘門自動化控制。

3.2.1 .5 供水監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)水庫對農(nóng)業(yè)灌溉用水和工業(yè)供水情況進(jìn)行監(jiān)測，昭平臺水庫有配套的灌區(qū)工程，設(shè)計(jì)灌溉面積100萬畝，干渠途徑多家用水企業(yè)，供水是水庫的主要經(jīng)濟(jì)效益來源，通過對供水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對水量計(jì)量系統(tǒng)的建設(shè)，了解水庫的沿途供水情況。

3.2.2 通信網(wǎng)絡(luò)層。通信網(wǎng)絡(luò)層有數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)兩部分，數(shù)據(jù)通信部分作為所有采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)，采用超短波﹑光纖﹑GSM/5G等多種傳輸方式。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)部分主要是對水庫管理局內(nèi)部和外部的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，它包含內(nèi)部辦公和外部交流網(wǎng)絡(luò)。

3.2.3 綜合數(shù)據(jù)層。水庫信息化系統(tǒng)的建設(shè)需要建立一個(gè)公用﹑統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存取平臺，它有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫﹑媒體數(shù)據(jù)庫﹑實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫﹑空間數(shù)據(jù)庫﹑多超文本數(shù)據(jù)庫﹑方法模型庫等數(shù)據(jù)庫。

3.2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用層。業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)洪水預(yù)報(bào)﹑水庫調(diào)度﹑防汛決策﹑用水管理﹑行政辦公﹑日常管理等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析﹑處理﹑表現(xiàn)等功能，是水庫調(diào)度﹑決策﹑指揮的過程，業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要由以下系統(tǒng)組成：

3.2.4 .1 水文氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)。根據(jù)前期和現(xiàn)時(shí)的水文﹑氣象等要素，主要預(yù)報(bào)項(xiàng)目有最高洪峰水位﹑流量﹑洪峰出現(xiàn)時(shí)間﹑洪水漲落過程﹑洪水總量等，對洪水的發(fā)生和變化過程做出定量﹑定時(shí)的科學(xué)預(yù)測，為水庫調(diào)度提供依據(jù)。

3.2.4 .2 汛情監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要提供對庫區(qū)汛情信息多種形式的顯示﹑查詢功能，提供基于整個(gè)庫區(qū)上下游電子地圖的水雨情和工情查詢，從不同的區(qū)域﹑不同時(shí)間對水雨情信息進(jìn)行查詢，提供表格化和圖形化的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行比較分析。

3.2.4 .3 洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是根據(jù)采集的實(shí)時(shí)雨量﹑蒸發(fā)量﹑水位等資料，對未來將發(fā)生的洪水做出洪水總量﹑洪峰發(fā)生時(shí)間﹑洪水發(fā)生過程等情況的預(yù)測，建立洪水預(yù)報(bào)數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)洪水預(yù)報(bào)的動態(tài)仿真。

3.2.4 .4 洪水調(diào)度仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是依據(jù)實(shí)時(shí)雨﹑水﹑工情信息和預(yù)報(bào)成功，采用調(diào)度模型，自動模擬仿真，生成調(diào)度預(yù)案，制定實(shí)時(shí)調(diào)度方案，進(jìn)行方案仿真﹑評價(jià)和優(yōu)選，并且具有汛情分析﹑信息查詢﹑報(bào)告編制﹑系統(tǒng)管理等輔助功能。

3.2.4 .5 洪水風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)。主要根據(jù)采集的實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)對洪水風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測和分析，以及對險(xiǎn)情影響的區(qū)域和后果進(jìn)行預(yù)測，對洪水淹沒區(qū)域的分析﹑淹沒程度的分析以圖表分析和GIS分析。

3.2.4 .6 人力物資調(diào)度系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)人力﹑物資情況，以及出現(xiàn)的洪災(zāi)對交通網(wǎng)絡(luò)﹑抗洪物資等的影響，建立資源分配實(shí)時(shí)調(diào)度模型，確定人力和救災(zāi)物資到達(dá)搶險(xiǎn)救災(zāi)地區(qū)的行進(jìn)路線﹑到達(dá)時(shí)間等參數(shù)，制定出優(yōu)化的人力﹑物資調(diào)度方案，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電子地圖，顯示出主要物資倉庫的物資調(diào)運(yùn)清單﹑調(diào)運(yùn)路線﹑到達(dá)現(xiàn)場時(shí)間等信息，顯示出各搶險(xiǎn)救災(zāi)部隊(duì)調(diào)動情況，以及搶險(xiǎn)地點(diǎn)﹑行進(jìn)路線﹑到達(dá)現(xiàn)場時(shí)間等信息，為防汛搶險(xiǎn)現(xiàn)場指揮的領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行人力﹑物資調(diào)度提供輔助決策信息支持。

3.2.4 .7 防汛會商系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有防洪工程情況和調(diào)度規(guī)則制定調(diào)度方案，做出防洪決策，下達(dá)防洪調(diào)度和指揮搶險(xiǎn)的命令，并監(jiān)督命令的執(zhí)行情況﹑效果，根據(jù)水雨情﹑工情﹑災(zāi)情的發(fā)展變化情況，做出下一步?jīng)Q策。能制訂出各種可行方案和應(yīng)急措施，使決策者能有效地應(yīng)用歷史經(jīng)驗(yàn)減少風(fēng)險(xiǎn)，選出滿意方案并組織實(shí)施，充分發(fā)揮防洪工程效益，盡可能減少洪災(zāi)損失。

3.2.4 .8 水庫行政綜合管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括管理局辦公自動化子系統(tǒng)﹑財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)﹑人事管理子系統(tǒng)﹑物資管理子系統(tǒng)﹑工程管理子系統(tǒng)﹑管理局網(wǎng)站子系統(tǒng)﹑水庫信息公眾服務(wù)子系統(tǒng)等。

3.2.4 .9 數(shù)字化檔案管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要對水庫管理局的檔案室所保存的以紙張為主的重要檔案﹑文件﹑資料進(jìn)行掃描，以數(shù)字化的方式保存到光盤或磁盤上。同時(shí)，也要保存以往生成的水雨情﹑工程觀測﹑供水等電子版數(shù)字資料，使得檔案易于復(fù)制﹑共享，方便查詢。

4 結(jié)束語

建立昭平臺水庫工程信息化系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)水庫工程科學(xué)運(yùn)行信息化﹑數(shù)字化﹑現(xiàn)代化管理非常重要的手段和平臺。選取一種性能穩(wěn)定的軟硬件和系統(tǒng)開發(fā)，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)監(jiān)控的各項(xiàng)技術(shù)方式，實(shí)現(xiàn)對大壩安全監(jiān)測﹑閘門監(jiān)控﹑水雨情﹑視頻監(jiān)視﹑辦公自動化各子系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合的信息化系統(tǒng)，基本做到“無人值班﹑少人值守”的管理水平，實(shí)現(xiàn)多層面資源共享﹑科學(xué)調(diào)度，合理利用水資源，充分發(fā)揮水庫工程最大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。