數(shù)字化管理系統(tǒng)在渠道工程運(yùn)行中的應(yīng)用

□溫利利（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局）

某干渠工程起自引水樞紐西岸分水閘，渠線沿等高線由東向西延伸，全長130km，分為兩段，為大（Ⅰ）型Ⅰ等工程，其渠系建筑物根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同分別為Ⅱ級(jí)～Ⅳ級(jí)建筑物。干渠工程組成包括渠首、輸水明渠、渠系建筑物及防洪設(shè)施。

1 渠道運(yùn)行管理中數(shù)字化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)與原則

為了能集中、快捷的監(jiān)測(cè)渠道運(yùn)行的全過程，特設(shè)管理處調(diào)度中心，擔(dān)負(fù)干渠工程運(yùn)行、調(diào)度、管理職責(zé)。在調(diào)度中心能夠接收并處理工程的所有監(jiān)測(cè)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，能對(duì)各監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以數(shù)據(jù)中心方式實(shí)現(xiàn)信息總集成，并為綜合應(yīng)用業(yè)務(wù)和調(diào)度決策系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地完成自動(dòng)化系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)控制等，并能將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、存儲(chǔ)并快速轉(zhuǎn)發(fā)至管理處信息分中心。在管理處實(shí)現(xiàn)所有信息集成及數(shù)據(jù)共享，為上級(jí)管理部門提供數(shù)據(jù)接口，以達(dá)到大型渠道監(jiān)測(cè)無死角，且能及時(shí)有效的處理監(jiān)測(cè)結(jié)果，從而保證渠道安全運(yùn)行，充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

2 信息化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能

該干渠工程地理分布廣闊，其信息化系統(tǒng)是一個(gè)層次型多系統(tǒng)集成式（水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及各種應(yīng)用軟件系統(tǒng)）的綜合性信息化系統(tǒng)。

在這個(gè)系統(tǒng)中，分布有各種專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，從不同方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)視與控制，它們是系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)的主要來源，同時(shí)也決定了系統(tǒng)的信息源是多方面的。各監(jiān)控系統(tǒng)分別采集和存儲(chǔ)了各自的原始專業(yè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)服務(wù)于各自的專業(yè)系統(tǒng)以完成各種應(yīng)用功能，并在各自的系統(tǒng)范圍內(nèi)是完備和自包含的。但各監(jiān)控系統(tǒng)間還需要相互集成，最終形成一個(gè)有機(jī)整體，以便為用戶提供統(tǒng)一集中的系統(tǒng)監(jiān)控和管理手段，并為全局性的高級(jí)分析決策應(yīng)用提供準(zhǔn)確一致的綜合性數(shù)據(jù)中心，避免這些高級(jí)應(yīng)用面對(duì)各個(gè)分散專業(yè)系統(tǒng)的局面。因此從總體邏輯上看，系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖

從專業(yè)角度來分析，整個(gè)系統(tǒng)按功能模塊可劃分為6 個(gè)子系統(tǒng)：閘門監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)、綜合應(yīng)用和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、用水管理決策支持系統(tǒng)。

2.1 閘門監(jiān)控系統(tǒng)

閘門監(jiān)控的對(duì)象為渠首閘門和輸水渠各類閘門。閘門監(jiān)控站采用兩級(jí)控制，第一級(jí)為現(xiàn)地控制單元級(jí)，在閘門附近的現(xiàn)地控制盤上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制；第二級(jí)為遠(yuǎn)程控制級(jí)，在管理處調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。通過系統(tǒng)給上級(jí)部門提供的接口，在建設(shè)管理局可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程所有閘門的遠(yuǎn)程監(jiān)視。而主控級(jí)功能及現(xiàn)地控制級(jí)功能又具體分為數(shù)據(jù)采集和處理、實(shí)時(shí)控制、安全運(yùn)行監(jiān)視、事件順序記錄、數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)診斷等多個(gè)環(huán)節(jié)。系統(tǒng)的安全性主要由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保證。要保證各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立，每節(jié)點(diǎn)的退出不影響系統(tǒng)的其它部分，這就使得計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)滿足判斷不合適或者不希望的動(dòng)作和狀態(tài)的能力。

2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

建立一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)各水工建筑、測(cè)站和關(guān)鍵輸水點(diǎn)進(jìn)行視頻監(jiān)控，通過通信系統(tǒng)將圖像信息傳送到干渠管理處調(diào)度中心，由管理處調(diào)度中心進(jìn)行監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)、圖像存儲(chǔ)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)上是對(duì)干渠工程的科學(xué)管理、做到少人值班、無人值守管理方針的具體體現(xiàn)。在近130km 輸水干渠，設(shè)置了較多的無人管理自動(dòng)化程度較高的管理站（節(jié)制閘、退水閘、分水閘），遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)為確保引水工程渠道、閘門、站房、機(jī)房設(shè)備等部分的安全運(yùn)行，監(jiān)視各閘門運(yùn)行狀態(tài)、門體止水漏水情況、結(jié)構(gòu)異常情況、渠道情況、上下游水流流態(tài)、管理站安全警衛(wèi)等起到了非常重要的作用。

2.3 水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

干渠沿線共設(shè)44 個(gè)水位遙測(cè)站50 個(gè)水位遙測(cè)斷面，6 個(gè)雨量遙測(cè)站。水位遙測(cè)站均選取在閘門以及重要建筑物附近，通過對(duì)灌區(qū)沿線的水文要素進(jìn)行自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)傳送、加工、存儲(chǔ)和顯示，可對(duì)全線的雨情和水情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，制定調(diào)度計(jì)劃并向各監(jiān)控站發(fā)出各種調(diào)度指令，以實(shí)現(xiàn)全線統(tǒng)一的控制調(diào)度和運(yùn)行管理。所有水雨情站點(diǎn)均使用以太網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

2.4 數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)主要來自于水情及綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并服務(wù)于該系統(tǒng)。統(tǒng)一網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)將管理處管理區(qū)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)集成的各監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)從控制區(qū)分中心數(shù)據(jù)庫提取出來，穿越隔離裝置后送入分中心綜合數(shù)據(jù)庫，其主要工作是數(shù)據(jù)接口和穿越隔離。對(duì)象化模塊則將網(wǎng)關(guān)采集的原生數(shù)據(jù)依據(jù)對(duì)象模型整理組織生成對(duì)象關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，以便二次加工，綜合表現(xiàn)和維護(hù)。對(duì)象建模是數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)管理的核心，負(fù)責(zé)對(duì)管理處管轄范圍內(nèi)的各種業(yè)務(wù)對(duì)象（如閘門、水庫、渠道、渡槽、排洪涵、水電站等）、數(shù)據(jù)對(duì)象和類別（雨量、庫水位、入庫流量、出庫流量、干渠水位流量、支渠水位流量、蒸發(fā)量、土壤水分、水質(zhì)等）、加工規(guī)則（總加、平均、加權(quán)、最大、最小等）、報(bào)表模板、表現(xiàn)頁面等進(jìn)行模型定義，用于控制和指導(dǎo)其它系統(tǒng)模塊的運(yùn)行。

2.5 綜合應(yīng)用和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)

結(jié)合干渠系統(tǒng)的開發(fā)需要和長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，實(shí)現(xiàn)全局辦公信息、資源的合理分布與共享；采用多層分布式計(jì)算結(jié)構(gòu)，結(jié)合C/S、B/S 技術(shù)、最大限度地減輕系統(tǒng)維護(hù)量，同時(shí)提高整個(gè)系統(tǒng)功能的一致性和穩(wěn)定性；能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地收集及發(fā)布各類辦公信息，水費(fèi)、水資源信息以及管理信息。從系統(tǒng)功能上設(shè)立了辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、水費(fèi)征收系統(tǒng)、取水許可管理子系統(tǒng)、水務(wù)公眾網(wǎng)站子系統(tǒng)、水資源評(píng)價(jià)子系統(tǒng)和工程管理子系統(tǒng)。

2.6 用水管理決策支持系統(tǒng)

干渠用水決策支持系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足用水調(diào)度、安全監(jiān)測(cè)在當(dāng)前及將來相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求，從而達(dá)到提高信息化水平、實(shí)現(xiàn)先進(jìn)管理思想的目標(biāo)，又能在一定的時(shí)間內(nèi)保持技術(shù)領(lǐng)先、保護(hù)投資，保證水資源調(diào)度、安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，充分考慮用水調(diào)度及防汛信息管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，特別強(qiáng)調(diào)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的實(shí)效性、調(diào)度的合理性和安全評(píng)判系統(tǒng)的可靠性。以數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫作為基本信息支撐，通過總控程序構(gòu)成專家決策支持系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，輔以友好的人機(jī)界面和人機(jī)對(duì)話過程，有效地實(shí)現(xiàn)信息查詢和調(diào)度兩大操作功能。根據(jù)干渠運(yùn)行管理的總體目標(biāo)，用水管理決策支持系統(tǒng)包括水資源聯(lián)合調(diào)度及決策支持和水務(wù)公開，從整個(gè)干渠供水管理的角度，為用水管理提供決策依據(jù)。

3 結(jié)語

引水工程由于占線長，占用人員多，易出現(xiàn)漏檢、漏查，會(huì)使渠道的安全隱患不能及時(shí)處理，管理難度大。而信息化系統(tǒng)內(nèi)監(jiān)控和監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)可以適時(shí)解決這一難題，以最少的人員、最小的勞動(dòng)強(qiáng)度使工程管理人員能夠及時(shí)準(zhǔn)確地通過整個(gè)系統(tǒng)了解全渠道的運(yùn)行情況、安全狀況，以便在運(yùn)行中出現(xiàn)安全隱患或故障時(shí)及時(shí)采取有效措施，以保證渠道安全運(yùn)行。而運(yùn)行調(diào)度子系統(tǒng)則不同于該系統(tǒng)中的監(jiān)控和監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，其目的是通過水文和水力學(xué)數(shù)值計(jì)算模型預(yù)報(bào)系統(tǒng)的輸入條件(如入庫流量、引水渠的流量和水位等)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)水量的供求關(guān)系，并根據(jù)這些預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理有效的運(yùn)行調(diào)度。管理者可以事先得到模擬計(jì)算的運(yùn)行調(diào)度結(jié)果，然后利用這些計(jì)算結(jié)果作為決策信息精準(zhǔn)計(jì)算出各項(xiàng)水文數(shù)據(jù)及相關(guān)引用水?dāng)?shù)據(jù)，通過系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)渠道全程安全運(yùn)行及用水分配作出科學(xué)合理的管理決策。