邢臺(tái)市水資源遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)踐

陳 娟

(邢臺(tái)襄禹水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，河北 邢臺(tái)054000)

水資源管理是水利工作永恒的主題。隨著最嚴(yán)格的水資源管理制度戰(zhàn)略的實(shí)施，水資源管理的范疇越來(lái)越廣，管理內(nèi)容逐漸增加、管理范圍和深度逐步拓展和深化，工作量成倍增加，復(fù)雜程度大幅度提高，傳統(tǒng)的管理方式無(wú)論從精度還是效率上都無(wú)法滿足現(xiàn)代水資源管理的要求。迫切需要提高水資源管理能力和技術(shù)含量。另一方面，由于水資源管理力量不足及人工監(jiān)督的局限性，加上取水戶(hù)計(jì)量裝置不完善、計(jì)量設(shè)施損壞等問(wèn)題，導(dǎo)致對(duì)用水戶(hù)取水動(dòng)態(tài)缺乏有效的監(jiān)督、管理和監(jiān)測(cè)，致使一系列的管理措施、管理手段難以落到實(shí)處。而且要真正實(shí)現(xiàn)水資源統(tǒng)一管理、防洪與興利統(tǒng)一調(diào)度、地表水與地下水聯(lián)合運(yùn)用以及城市水安全防控等，需要利用現(xiàn)代高新技術(shù)，對(duì)水資源進(jìn)行科學(xué)化、規(guī)范化管理。水資源遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)就是針對(duì)這種情況提出來(lái)的，系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)實(shí)施水資源優(yōu)化配置和合理調(diào)度、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展起著十分重要的作用

1 邢臺(tái)市水資源遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

1.1 邢臺(tái)市水資源遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)主要由水資源信息采集與遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)、水資源信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、水資源業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)四部分組成。

水資源信息采集與遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)主要完成水資源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、水資源屬性數(shù)據(jù)、水資源影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等有關(guān)數(shù)據(jù)采集，以及原有數(shù)據(jù)的錄入等。

水資源信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為系統(tǒng)的核心，采用通用、標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、動(dòng)態(tài)管理數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)與管理等。

水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)完成系統(tǒng)的應(yīng)用管理，主要針對(duì)水資源業(yè)務(wù)政務(wù)流程制定，包括取水許可管理、水資源費(fèi)征收管理、水資源論證管理、節(jié)水管理、水政系統(tǒng)管理、入河排污口管理、地下水管理、水資源公報(bào)、年報(bào)管理等等。

系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)為系統(tǒng)提供基本功能和運(yùn)行環(huán)境。由水資源信息的空間與屬性數(shù)據(jù)采集、查詢(xún)、分析、統(tǒng)計(jì)、匯總、制圖、發(fā)布、輸出、報(bào)告、預(yù)測(cè)預(yù)警、專(zhuān)題制作、輔助決策支持、權(quán)限配置、數(shù)據(jù)維護(hù)等等部分組成。系統(tǒng)功能框架結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 邢臺(tái)市水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)總體框架示意圖

1.2 邢臺(tái)市水資源監(jiān)控管理中心系統(tǒng)組成

監(jiān)控管理中心是整個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的管理樞紐，是全市21縣(區(qū))446個(gè)用水計(jì)量站點(diǎn)和120個(gè)地下水位監(jiān)測(cè)站點(diǎn)運(yùn)行與數(shù)據(jù)管理的核心。監(jiān)控管理中心系統(tǒng)組成示意圖見(jiàn)圖 2、圖 3。

市級(jí)監(jiān)控管理中心負(fù)責(zé)市(區(qū))各用水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)(58個(gè))、地下水位監(jiān)測(cè)站點(diǎn)(21)和所轄縣(區(qū))年用水量10萬(wàn)m3各站點(diǎn)(59個(gè))的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控(通過(guò)GPRS/CDMA)與數(shù)據(jù)管理;負(fù)責(zé)所轄市(區(qū))年用水量在1～5萬(wàn)m3的用水站點(diǎn)(43個(gè))IC卡計(jì)量監(jiān)控的計(jì)量監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理;負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)各縣(區(qū))站點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程調(diào)用(通過(guò)VPN)與管理，完成數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)?yōu)g覽、分析、預(yù)測(cè)，運(yùn)用模型庫(kù)各種模型、知識(shí)庫(kù)知識(shí)，提出供需預(yù)測(cè)、變化預(yù)測(cè)、安全預(yù)警、解決方案等輔助決策支持。主要由應(yīng)用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)服務(wù)器、遠(yuǎn)程監(jiān)控管理與Web信息發(fā)布查詢(xún)和外網(wǎng)業(yè)務(wù)受理服務(wù)器、市機(jī)關(guān)業(yè)務(wù)客戶(hù)機(jī)、交換機(jī)、路由器、大屏幕演示器、投影儀、局域網(wǎng)、無(wú)線通訊終端(DTU)、不間斷電源等硬件設(shè)備組成。配置實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、政務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、大屏幕演示系統(tǒng)、輔助決策支持系統(tǒng)等專(zhuān)業(yè)專(zhuān)用軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

圖2 市級(jí)監(jiān)控管理中心結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 縣級(jí)監(jiān)控管理中心結(jié)構(gòu)示意圖

縣(區(qū))級(jí)監(jiān)控管理中心負(fù)責(zé)所轄縣(區(qū))年用水量5萬(wàn)m3以上(共175個(gè))所有站點(diǎn)和地下水位監(jiān)測(cè)站點(diǎn)(共99個(gè))的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控(通過(guò)GPRS/CDMA)與數(shù)據(jù)管理;負(fù)責(zé)所轄縣(區(qū))年用水量在1～5萬(wàn)m3IC卡取水監(jiān)控個(gè)站點(diǎn)(共170個(gè))數(shù)據(jù)管理(包括用戶(hù)管理、預(yù)售水量、預(yù)收水費(fèi)、監(jiān)控管理等)，完成全縣(區(qū))用水?dāng)?shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)?yōu)g覽、分析、預(yù)測(cè)，運(yùn)用模型庫(kù)各種模型、知識(shí)庫(kù)知識(shí)，提出供需預(yù)測(cè)、變化預(yù)測(cè)、安全預(yù)警、解決方案等輔助決策支持。主要由綜合服務(wù)器(應(yīng)用系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫(kù)、Web信息發(fā)布與外網(wǎng)業(yè)務(wù)受理等)、縣局業(yè)務(wù)客戶(hù)機(jī)、路由器、局域網(wǎng)、ADSL專(zhuān)線、無(wú)線通訊終端(DTU)、不間斷電源等硬件設(shè)備組成。配置實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、輔助決策支持系統(tǒng)等專(zhuān)業(yè)專(zhuān)用軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

1.3 水資源遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

1.3.1 自報(bào)及遙測(cè)設(shè)備

由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站點(diǎn)數(shù)量多，分布廣、散，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性要求高，且測(cè)點(diǎn)到中心接受端距離長(zhǎng)，不具備有線傳輸形式。系統(tǒng)通訊體制采用GPRS通訊;結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，系統(tǒng)以自報(bào)與遙測(cè)相結(jié)合，對(duì)于某些重要測(cè)站的某些參量可設(shè)定為自報(bào)－確認(rèn)工作體制。其設(shè)備包括插入式超聲波流量計(jì)、機(jī)械遠(yuǎn)傳冷水表、電磁流量計(jì)等。

自報(bào)及遙測(cè)設(shè)備可及時(shí)、準(zhǔn)確掌握水資源動(dòng)態(tài)、供需分析、輔助決策、政策制定、優(yōu)化配置的依據(jù)，主要有:用水量、地下水位、水質(zhì)、降水、排污量等數(shù)據(jù)，以及水文氣象實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的控制下，通過(guò)GPRS/CDMA(市區(qū)站點(diǎn)和年取水量10萬(wàn)m3以上站點(diǎn)、地下水位站點(diǎn))與VPN(各縣站點(diǎn)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等有關(guān)數(shù)據(jù))相結(jié)合的數(shù)據(jù)交換方式，完成各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢(xún)、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析、報(bào)表、圖形制作、數(shù)據(jù)維護(hù)等，根據(jù)模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)等模型，提供輔助決策支持，大屏幕演示系統(tǒng)實(shí)施將各種信息顯示。

1.3.2 信息傳輸網(wǎng)絡(luò)(信道)

信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的媒質(zhì)，是構(gòu)成通信網(wǎng)的基本部分?？茖W(xué)地選擇信道，使信號(hào)有效、可靠地傳輸，是通信設(shè)計(jì)的一個(gè)基本問(wèn)題。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊信道選擇直接影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊速度和傳輸可靠性。當(dāng)前數(shù)據(jù)通訊方式多種多樣，各有優(yōu)、缺點(diǎn)。根據(jù)目前轄區(qū)內(nèi)可利用的通信資源和現(xiàn)有的實(shí)際情況，考慮充分利用現(xiàn)有資源和當(dāng)今通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)考慮到系統(tǒng)建成后便于運(yùn)行管理，保證本系統(tǒng)信息流暢、有效和實(shí)用，節(jié)省投資，確保系統(tǒng)的可靠性，建設(shè)中，系統(tǒng)數(shù)據(jù)有兩種通訊信道，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過(guò)GPRS/CDMA進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸;另一種非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)(Internet)的VPN傳輸。

1)GPRS/CDMA遠(yuǎn)程傳輸?shù)奶攸c(diǎn)

由于通訊網(wǎng)絡(luò)主要用于監(jiān)測(cè)站點(diǎn)與計(jì)量監(jiān)控中心建的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊。其選擇直接影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊速度和傳輸可靠性。當(dāng)前數(shù)據(jù)通訊方式多種多樣，各有優(yōu)、缺點(diǎn)。目前遠(yuǎn)程遙測(cè)可選擇的通信方式主要有4種:電話線、衛(wèi)星通信、GSM/GPRS(CDMA)、短波。

公用數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)的GSM/GPRS(或CDMA)為中國(guó)移動(dòng)(聯(lián)通)通信公司的“通用分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)”，充分利用共享無(wú)線信息通道，采用IP Over PPP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)終端的高速、遠(yuǎn)程接入，具有接入迅速、永遠(yuǎn)在線、流量計(jì)費(fèi)、穩(wěn)定可靠、覆蓋面積廣、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程突發(fā)性數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，特別適合于頻發(fā)小數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)傳輸，尤其是遠(yuǎn)程遙測(cè)、遙感、遙控和移動(dòng)性數(shù)據(jù)查詢(xún)、發(fā)布等方面，如遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、自動(dòng)售貨系統(tǒng)、無(wú)線定位系統(tǒng)、門(mén)禁保安系統(tǒng)、物質(zhì)管理系統(tǒng)等。因而GPRS/CDMA業(yè)務(wù)在許多行業(yè)得到快速、廣泛應(yīng)用。中國(guó)移動(dòng)的GPRS、GSM網(wǎng)絡(luò)和中國(guó)聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò)成熟完善，具有覆蓋面廣、技術(shù)先進(jìn)、服務(wù)良好、基站抗災(zāi)能力高、通訊穩(wěn)定可靠、通訊費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)時(shí)純數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)睦硐胧侄巍?/p>

2)VPN的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

該通訊網(wǎng)絡(luò)完成市、縣(區(qū))兩級(jí)間的水資源信息數(shù)據(jù)傳輸和水資源政務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)市、縣(區(qū))兩級(jí)間數(shù)據(jù)通訊特點(diǎn)和公用數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)情況，從數(shù)據(jù)傳輸速度、可靠性、安全性、先進(jìn)性、運(yùn)行成本、組網(wǎng)造價(jià)等多方面考慮，利用當(dāng)今較為發(fā)達(dá)、先進(jìn)的Internet網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)(VPN)。是在公共的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中建立專(zhuān)用通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的封裝及加密，擁有相對(duì)較高的安全性。在公共網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中虛擬通道，因此降低了成本。具備更高的安全性，所以適合用于在與各分支及部門(mén)之間傳輸敏感數(shù)據(jù)。

1.4 軟件系統(tǒng)

1.4.1 軟件構(gòu)成

市級(jí)中心軟件系統(tǒng)包括WINDOWS server2003視窗操作系統(tǒng)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件、通訊軟件。市級(jí)中心和縣級(jí)分中心計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)建設(shè)原則是:安全、可靠、實(shí)用、先進(jìn)、開(kāi)放性、可擴(kuò)充性和高度的統(tǒng)一，其結(jié)構(gòu)采用B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)。工作方式瀏覽器/服務(wù)器的工作方式，文件傳輸、打印可共享，在擁有授權(quán)后在網(wǎng)絡(luò)上任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上可查詢(xún)數(shù)據(jù)和對(duì)測(cè)站進(jìn)行控制和設(shè)置。

1.4.2 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

該系統(tǒng)主要有如下特點(diǎn):①對(duì)水資源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括用水量、地下水位等;②系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)(GIS)為框架，除了采集水資源信息外，還廣泛采集流域或地區(qū)內(nèi)的地理、氣象、墑情等自然信息，工程屬性等基礎(chǔ)設(shè)施信息，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的基本信息以及需水部門(mén)的供、需水有關(guān)信息等等;③進(jìn)行決策支持。它是在監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，以大量的綜合信息為基礎(chǔ)，采用現(xiàn)代水資源管理數(shù)學(xué)模型，為水資源的實(shí)時(shí)配置、調(diào)度提供輔助決策支持。這種模型勢(shì)必突破“就水論水”局限，體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展——資源——環(huán)境—－安全的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，體現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用原則，體現(xiàn)“依法治水”的原則;④系統(tǒng)是高新技術(shù)的集成。系統(tǒng)的設(shè)置充分吸收國(guó)際上最新技術(shù)，堅(jiān)持高起點(diǎn)。它包括數(shù)據(jù)采集、通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化技術(shù)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、計(jì)算機(jī)輔助決策支持系統(tǒng)、遠(yuǎn)程政務(wù)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù);⑤系統(tǒng)的設(shè)置因地制宜。針對(duì)不同流域、不同地區(qū)不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及基礎(chǔ)設(shè)施狀況，水資源管理中不同的重點(diǎn)問(wèn)題，水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)置也應(yīng)具有不同的特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)效益分析

水資源遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，大大加強(qiáng)邢臺(tái)市水利現(xiàn)代化建設(shè)的步伐，節(jié)省大量的人員經(jīng)費(fèi)、辦公經(jīng)費(fèi)等各種費(fèi)用，增加水資源費(fèi)的征收深度，取得了直接的經(jīng)濟(jì)效益，而間接經(jīng)濟(jì)效益更多，例如工作效率的提高、信息質(zhì)量的優(yōu)化、管理職能的強(qiáng)化等，有效地提高水資源管理的能力和科學(xué)化、現(xiàn)代化水平，對(duì)邢臺(tái)市水資源的可持續(xù)利用，對(duì)改善水資源環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義，為地方水資源規(guī)劃、管理和決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息服務(wù)和先進(jìn)有效的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)了信息共享，消除了信息孤島，為“依法治水、科學(xué)管水”提供了新一代的管理手段，并便于有效地利用寶貴的水資源信息，從而為保障城市供水安全做出積極的貢獻(xiàn)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和生態(tài)效益。

水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理系統(tǒng)的建設(shè)，不僅及時(shí)完成水資源信息的采集、處理、存儲(chǔ)、分析和預(yù)測(cè)，而且提高了預(yù)報(bào)精度、改善了調(diào)度手段，提高了決策的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，科學(xué)、優(yōu)化配置水資源，使有限的水資源創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)、生態(tài)效益，做到可持續(xù)發(fā)展。減災(zāi)防災(zāi)，保證城市水安全。本系統(tǒng)的建成，把水利信息化應(yīng)用提升到了一個(gè)高層次，真正切實(shí)地成為領(lǐng)導(dǎo)決策的輔助工具，實(shí)現(xiàn)水利科學(xué)化、現(xiàn)代化的最終目標(biāo)。

建成的水資源政務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，密切了水利行業(yè)與全社會(huì)的聯(lián)系，可以隨時(shí)提供水資源信息咨詢(xún)服務(wù)，讓社會(huì)了解水利行業(yè)的工作現(xiàn)狀及發(fā)展前景，加強(qiáng)水利行業(yè)的宣傳，同時(shí)聽(tīng)取全社會(huì)對(duì)水利行業(yè)的建議和意見(jiàn)，使我們獲得最佳決策方案;實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上信息發(fā)布和資源共享等。大大減少了日常工作經(jīng)費(fèi)，并能大幅度的提高我們的工作效率，優(yōu)化政務(wù)辦公流程，提高工作效率，政務(wù)公開(kāi)、透明，真正做到公開(kāi)、公平、公正。使水資源管理職能得到強(qiáng)化、優(yōu)化信息質(zhì)量，有效地提高水資源管理的能力和科學(xué)化、現(xiàn)代化水平，為我省水利信息化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

本監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用有效提升了邢臺(tái)市水資源管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化水平，對(duì)邢臺(tái)市水資源的可持續(xù)利用和全市經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有著重大意義;對(duì)建設(shè)節(jié)水型社會(huì)、緩解水資源供需矛盾、促進(jìn)水資源有效利用、實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置具有重要意義;系統(tǒng)的運(yùn)用使全市水資源管理水平和管理手段達(dá)到全國(guó)領(lǐng)先水平，并對(duì)全省水資源信息化建設(shè)具有示范帶動(dòng)作用。