物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在南水北調(diào)輸水調(diào)度中的應用

趙天宇

（南水北調(diào)東線山東干線有限責任公司，山東濟南 250014）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在南水北調(diào)輸水調(diào)度中的應用

趙天宇

（南水北調(diào)東線山東干線有限責任公司，山東濟南 250014）

南水北調(diào)東線山東干線工程具有多級泵站、分段節(jié)制及人工襯砌輸水渠道等特點。通過分析該工程現(xiàn)有調(diào)度運行模式中存在的問題，探討將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入調(diào)度運行系統(tǒng)的可能性及必要性，初步探究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在南水北調(diào)輸水渠道調(diào)度運行管理中應用的方式方法。

南水北調(diào)中線；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；調(diào)度運行；輸水渠道

南水北調(diào)東線山東干線工程具有多級泵站、分段節(jié)制及人工襯砌輸水渠道等特點，在實際調(diào)度運行過程中需各級泵站、上下游節(jié)制閘緊密配合，逐級開啟、依次開啟。工程自2013-11-15正式通水以來，通過摸索、論證與實踐，形成了一套較為科學的調(diào)度運行制度與模式。隨著調(diào)水運行經(jīng)驗的積累，各級調(diào)度運行人員的業(yè)務技能不斷提高，山東南水北調(diào)工程的整體調(diào)度運行能力得到大幅提升。同時，因時空分布及人為因素造成的問題逐漸凸顯。

1　山東干線輸水調(diào)度存在的問題

1.1對調(diào)度運行專業(yè)人員依賴性過高

根據(jù)實際情況分析，現(xiàn)階段調(diào)度運行工作中，省調(diào)度中心及分調(diào)中心調(diào)度運行專業(yè)人員配備基本滿足調(diào)度運行工作需求。但三級管理機構(gòu)現(xiàn)場管理處存在“麻雀雖小五臟俱全”的工作特點，通常情況下三級管理處僅設(shè)置“綜合科”及“運行管理科”兩個部門。運行管理部門承擔其管理處所轄工程的全部業(yè)務工作，當需要執(zhí)行調(diào)度運行工作24 h值班時便凸顯出業(yè)務人員不足的問題。如果安排綜合部門工作人員參與值班，則無法確保為各閘站提供專業(yè)技術(shù)支持及指導；若由運行管理部門獨自完成，則容易出現(xiàn)超負荷工作現(xiàn)象，值班人員在疲勞時更易做出錯誤判斷。Ｚ1.2受時空分布限制應急反映能力較低

當調(diào)度運行工作中出現(xiàn)險情，最早發(fā)現(xiàn)險情的通常是長期堅守一線的渠道巡查人員。渠道巡查人員往往業(yè)務技術(shù)能力與學歷普遍較低，不具備險情發(fā)現(xiàn)后便立即處理的“零時間”應急搶險能力。當險情出現(xiàn)后，渠道巡查人員會依據(jù)應急預案將險情及時上報給調(diào)度運行小組。由于調(diào)度運行逐級管理，應急預案規(guī)定必要時險情上報與應急搶險可同時進行，所以調(diào)度運行小組是險情出現(xiàn)后能夠“第一時間”做出專業(yè)技術(shù)應急搶險的調(diào)度運行管理機構(gòu)，當遭遇重大險情需要緊急搶險時調(diào)度運行小組的專業(yè)技術(shù)判斷將極為重要。

但是當需要調(diào)度運行小組第一時間做出應急搶險決定時，其決定具有一定局限性。因為調(diào)度運行小組的職權(quán)范圍有限，責任范圍和信息范圍也有限。所以調(diào)度運行小組的應急搶險判斷完全以自身所轄工程范圍為基礎(chǔ)，很大程度上是欠缺統(tǒng)籌顧及其所轄范圍之外工程運行安全情況的措施，存在險情轉(zhuǎn)移的可能性。但當遭遇必須進行緊急搶險的事件時，從出險至省調(diào)度中心統(tǒng)籌全局決策應急搶險措施的過程勢必消耗一定時間，有可能會因此而錯過最佳搶險時機造成工程及人員安全問題。

2　輸水調(diào)度應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可能性

2.1必要性

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入輸水渠道調(diào)度運行系統(tǒng)，能夠從根本上解決因不可控偶發(fā)性人為因素造成的指令執(zhí)行延遲及操作失誤問題；能夠徹底解決因?qū)I(yè)調(diào)度運行技術(shù)人員數(shù)量配備不足造成的調(diào)度運行安全隱患；能夠大幅縮減調(diào)度運行值班人員數(shù)量，提高綜合生產(chǎn)勞動力。在物聯(lián)網(wǎng)輸水渠道調(diào)度運行系統(tǒng)投入使用后，可實現(xiàn)“一人調(diào)度，專業(yè)保障”調(diào)度運行管理模式。

基于物聯(lián)網(wǎng)調(diào)度運行技術(shù)的“一人調(diào)度，專業(yè)保障”調(diào)度運行管理模式，可徹底解決因時空分布及專業(yè)技術(shù)能力不足造成的人為因素安全隱患，提高調(diào)度運行的及時性與準確性。彌補專業(yè)人員配備不足及值班人員人數(shù)不足等問題，可進一步發(fā)揮現(xiàn)有各級管理機構(gòu)業(yè)務工作人員剩余生產(chǎn)力，用更少的人做更多的事。

2.2可行性

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輸水渠道調(diào)度運行系統(tǒng)，更嚴格來說是一種不對全網(wǎng)開放的應用程序，信息交換參照預先規(guī)定的封閉協(xié)議，而不是語義式的可擴展協(xié)議，所以將其稱之為物聯(lián)網(wǎng)子網(wǎng)更為合適。

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集分析工作，分為“渠道調(diào)度運行的理論計算”與“渠道歷次通水調(diào)度指令與水情數(shù)據(jù)的資料采集及分析”兩部分。理論計算與實際數(shù)據(jù)各有利弊：理論計算是一種假設(shè)人為因素造成的執(zhí)行延遲及突發(fā)特殊地理狀況為0的理想狀態(tài)數(shù)據(jù)，它符合工程設(shè)計標準卻無法真實體現(xiàn)實際情況；而實際數(shù)據(jù)雖然真實反映了實際情況卻因不可控的偶發(fā)性人為因素及突發(fā)特殊地理狀況干擾了數(shù)據(jù)的準確性，造成與設(shè)計標準理論數(shù)據(jù)計算結(jié)果的偏差。所以在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集分析工作中，需要將理論計算與實際數(shù)據(jù)結(jié)合起來進行匯總分析，盡可能排除偶發(fā)性與偏差值，最終形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，并通過不斷進行實際數(shù)據(jù)積累逐步完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

2）數(shù)據(jù)模塊的編程工作是以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為前提建立起來的，也是物聯(lián)網(wǎng)輸水渠道調(diào)度運行系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)模塊分為四部分子模塊：調(diào)度指令模塊、緊急停水模塊、水情、雨情分析模塊及故障預警模塊。

調(diào)度指令模塊是調(diào)度運行根本任務，是系統(tǒng)運行的開端與終點；緊急停水模塊是應對突發(fā)事件的必要功能；水情、雨情分析模塊是為了保證準確執(zhí)行調(diào)度指令和及時進行緊急停水進行的綜合要素分析；故障預警模塊負責機電設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的監(jiān)控與故障應急處理工作。

調(diào)度指令模塊與緊急停水模塊是單一功能，兩者均以水情、雨情分析模塊提供的分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，完成各級水泵停轉(zhuǎn)控制及渠道上下游各閘門開啟關(guān)閉的時間、順序及流量控制；水情、雨情分析模塊是整套數(shù)據(jù)模塊中的核心子模塊，編程基礎(chǔ)是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，承擔水情、雨情實時采集分析，并將分析結(jié)果加入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫算法得出閘門等設(shè)備的操控調(diào)整結(jié)論，最終將信息傳至調(diào)度指令模塊或緊急停水模塊完成水泵及閘門等實體設(shè)備的執(zhí)行操作；故障預警模塊負責監(jiān)控機電設(shè)備運轉(zhuǎn)情況，當機電設(shè)備出現(xiàn)硬件故障時及時上報故障情況，并結(jié)合故障情況自動進行全線渠道閘門等設(shè)施的調(diào)整確保工程安全。

3）機電設(shè)備聯(lián)網(wǎng)改造工程是將現(xiàn)有的硬件設(shè)備自動控制程序與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)模塊鏈接，實現(xiàn)由數(shù)據(jù)模塊統(tǒng)一調(diào)控功能。

2.3基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫需要包含輸水渠道全部工程信息、理論與實際水情數(shù)據(jù)以及應急預案等全方面信息。其中水情數(shù)據(jù)現(xiàn)階段已具備一定的自動采集能力，待自動化調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)完成將實現(xiàn)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集及上報，可充分滿足物聯(lián)網(wǎng)水情數(shù)據(jù)要求；雨情信息可協(xié)調(diào)當?shù)貧庀笏牟块T進行實時與歷史氣象水文信息共享；應急預案的編制需要以兩閘站或泵站間的輸水渠道為單元，每個單元分別對應一套應急啟閉程序，確保任何一段輸水渠道發(fā)生需要緊急停水操作時其上下游均能以最科學高效的方式完成水泵及閘門的自動調(diào)整。

3　結(jié)語

“物聯(lián)網(wǎng)輸水渠道調(diào)度運行系統(tǒng)”的創(chuàng)立，將有效緩解現(xiàn)階段運行管理中存在的時空分布障礙及專業(yè)技術(shù)人員不足問題，能夠從根本上杜絕因為人為因素造成的調(diào)度指令執(zhí)行延遲及操作失誤問題。同時，該系統(tǒng)能夠大幅節(jié)約人力資源，對公司企業(yè)的進一步發(fā)展有著良好的推動作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與水利工程管理相結(jié)合，必將成為今后我國水利行業(yè)的重要發(fā)展方向。

（責任編輯趙其芬）

TV68

B

1009-6159（2014）-12-0030-02

2014-09-19

趙天宇（1989—），男，助理工程師