西大橋引水樞紐工程信息化系統建設

王學兵

(塔里木河流域阿克蘇管理局，新疆 阿克蘇 843000)

1 概 述

水利樞紐工程建設對當地經濟、社會發展具有重要的促進作用。隨著科技、經濟水平的提升，水利工程信息化改造建設逐漸受到重視。利用現代化遠程數據傳輸、儲存、分析技術，可降低水利樞紐工程人工監測的難度，提高工作效率。同時，信息化系統建設可獲取更加豐富、精準的數據，為管理者決策分析提供更為可靠依據[1-3]。

2 引水樞紐概況

西大橋引水樞紐工程是阿克蘇河流域老大河灌區、阿瓦提灌區、兵團農一師沙井孜灌區等的灌溉引水以及實現向塔河泄水的重要控制性水利樞紐，也是阿克蘇河上第一座龍頭工程。西大橋電站控制尾水閘3孔，設計控制尾水流量160m3/s；東岸大渠進水閘3孔，設計引水流量25m3/s；老大河進水閘3孔，設計引水流量100m3/s；沙克沙克渠進水閘1孔，設計引水流量3m3/s；勝利二級電站渠進水閘3孔，設計引水流量55m3/s。

3 總體架構

根據西大橋引水樞紐工程信息化系統需求分析，設計平臺總體架構見圖1。

圖1 信息化平臺總體架構

3.1 基礎支撐

充分利用現有的網絡環境和水利信息感知基礎，收集多個數據資源，包括水情數據、視頻監控數據、閘門控制數據、地下水監測數據、安全監測數據、水位預警數據以及人工上報的數據等，結合各個站點的實際情況、地理空間數據和指標分析體系，建設平臺的基礎服務能力。

3.2 數據管理

數據管理主要實現系統相關的基礎信息、動態信息以及其他業務應用數據集成與貫通，對數據體系進行統一管理。主要包括對基礎數據、動態數據、屬性數據的匯集、存儲、交換、管理、應用等環節，建立一個數據中心。

3.3 業務應用

基于基礎能力，建設集水資源調度分析、閘門集中遠控、視頻巡檢智慧化等能力為一體的集中管控平臺，為后續智慧化應用的打造提供支撐。同時，建設大屏、機房、視頻會商等基礎環境，用于平臺的大屏智慧調度。

根據可靠性原則和應用場景的重要性，平臺網絡架構見圖2。

圖2 平臺架構拓撲圖

水資源調度主要接入水情數據進行數據分析，應用部署在水利信息網環境。水資源調令申請由于是灌區發起申請，需要通過水利信息網的防火墻和上網行為管理系統進行訪問。視頻監控數據通過公網傳輸至阿克蘇管理局視頻流存儲服務器，實現阿克蘇管理局對所有視頻設備的統一調管。

在阿克蘇管理局集控中心，實現閘門監控系統、水情監測系統、視頻監視系統的融合接入，同時配置網關設備，實現向塔管局、阿克蘇管理局傳輸數據的功能。在計算機閘門監控系統與視頻監視系統之間，通過硬接線或互聯網通訊，實現系統聯動，在值班員進行閘站狀態監視、閘門操作時，能夠實時監視閘站工作狀態。

4 一體化集控平臺

一體化集控平臺建設是為了各部門之間互相協同作業，及時發現和預測問題，提供決策支持，實現部門之間的對接和共融。見圖3。

圖3 一體化管理系統

4.1 水資源調度

阿克蘇管理局水資源綜合調度的基礎是塔管局的自動監測數據。以自動監測的渠道水位數據、流量數據為依據，再接入塔管局制定的水資源調度年度計劃數據，分析調度計劃執行情況；后續根據計劃執行情況、去年同期水位數據等，以每個斷面為維度，分析預判月度計劃執行進度，反過來為每個樞紐的閘門開啟高度提供數據支撐、決策。

實時接入現有的117個水情監測點水位數據，用于水資源調度數據分析。本次接入的內容主要有：① 阿克蘇管理局管理灌區的年供水計劃數據；② 每個斷面的實時水位和流量數據。

4.1.1 調度執行

1)調令申請。開發調令申請審批程序，灌區用戶可以通過調令申請小程序申請水資源需求計劃，對應的管理站點管理人員進行初步審核；審核通過后，阿克蘇管理局水調科進行二次綜合審核；審核通過后，推送到局領導進行簽字確認；確認完成后，調令交由對應的管理站點進行執行。

針對灌區用戶的小程序可以部署到互聯網中；后續審批、執行流程集成到塔河APP中，方便快速處理。

2)計劃執行進度預警。以斷面結合實際調水進度和調水計劃以及去年同期實際調水情況，分析當前調度計劃執行進度。如果實際調水超過計劃值一定閾值，及時發出預警，以便相關管理人員及時處理。

3)斷面校正。為了方便站點管理人員及時校正斷面的水位、流量，設計水位校正小程序，集成到塔管局APP中，方便管理員完成斷面的水位校正。

4.1.2 調度分析

水資源調度情勢功能主要提供水資源調度所需信息的展示和分析功能，主要包括計劃執行進度形勢分析、同期來水形勢分析等。見圖4。

4.2 閘門集控

閘門遠控系統采用分層分布式控制網絡結構，系統的控制權限以越接近設備，控制權限越高。見圖5。

在一體化集控平臺中，對于業務管理人員，主要可以查看閘門實時情況，對管理工作有直觀的分析依據；對于每個站點的管理人員，可以通過平臺進行集中遠控。

圖4 水資源調度分析模塊

圖5 閘門控制優先等級

4.2.1 閘門數據接入

1)管理站點模型。為每個標準化管理站點創建三維仿真模型，利用地理信息類服務，展示管理站點的實時情況。本次建設主要創建艾里西引水樞紐、協合拉引水樞紐兩個站點的三維仿真模型。

2)數據接入。接入管理站點的閘門遠程控制系統數據，主要包括閘孔開閉狀態、每個閘孔的開度數據、閘孔影響的渠道等數據。

3)數據聯動。結合接入的閘孔實時數據，以及其他模塊接入的水情數據、閘孔的實時監測視頻數據，進行數據聯動分析。

4.2.2 閘門實時查看及遠程控制

數據接入完成后，業務管理人員可以通過一體化集控平臺，實時查看每個站點的閘門情況。

1)實時查看閘后流量。實時查看閘后供水情況，為閘門的是否開啟、閘門開度多少提供輔助分析、決策。見圖6。

2)查看閘門實況。在一體化集控平臺里面，接入所有樞紐的自動化遠程閘控系統，并接入閘門前后的視頻監控設備，主要實現以下功能：①實時查看所有樞紐的閘門開閉情況；②閘門開啟時，可以根據閘后流量情況，判斷閘門開度；③閘門關閉時，實時查看閘下異常情況，避免閘下異物影響閘門安全。見圖7。

圖6 閘后流量數據模塊

圖7 閘門實況模塊

3)閘門遠程控制。對于可以實現遠程控制的管理站點，對接相應的閘門控制系統。如果支持遠程控制，通過閘門遠控接口進行控制數據的交互，實現閘門集中遠控。

4.3 視頻巡檢

4.3.1 視頻流接入

目前，所有樞紐站點的網絡均已接通，視頻接入將通過水利信息網，以視頻流的方式，接入65個視頻監測點的視頻流數據到集中控制中心機房，供一體化控制平臺使用。

視頻數據均保存90天。視頻接入時，分為以下級別接入：①管理站點；②站前監控、斷面監控、閘室監控、閘控監測、安防監控等。閘控監測又根據閘孔，分閘前監控、閘后監控、閘頂監控。

4.3.2 視頻巡檢

通過視頻融合智慧分析，對一體化集控平臺接入的所有視頻監測數據進行輪流巡檢，發現異常情況及時預警，通知相關管理人員進行處理。

本次建設主要實現視頻流接入，然后提供人工巡檢的方式。后期根據實際需要，加入視頻智慧分析技術，實現智能巡檢。

4.4 安全監測

安全監測主要接入已有的水位預警系統數據、視頻巡檢數據，以此為工程安全分析基礎數據，為工程除險加固的安排提供依據。

4.5 地下水監測

將現有43個地下水監測點的數據接入到一體化集控平臺，并通過數據分析對比，為阿克蘇管理局流域生態治理分析提供重要依據。

5 結 語

西大橋水利樞紐工程信息化建設立足阿克蘇管理局現有信息化設施設備和管控系統基礎，分階段先實現“1+1”的建設目標，即建成一個集中控制中心，一套包含全業務系統集成的綜合管理調度平臺，完成總體規劃的基礎建設內容，為后期的6個智慧化少人/無人值守現地管理站點的建設提供基礎平臺，最終實現阿克蘇管理局流域治理管理信息化工作的統一布局、集中遠控、透徹感知、全面互聯、智慧應用和安全可靠。