漳澤水庫綜合信息平臺(tái)研究

任建營(yíng)

(山西省漳澤水庫管理局，山西長(zhǎng)治 046021)

1 引言

漳澤水庫管理局自20世紀(jì)九十年代始，已先后投資建設(shè)了水庫流域雨水情遙測(cè)系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)、大壩滲流安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、防汛會(huì)商決策系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等應(yīng)用系統(tǒng)以及辦公局域網(wǎng)和門戶網(wǎng)站等系統(tǒng)。由于應(yīng)用軟件系統(tǒng)在不同時(shí)期由不同公司建設(shè)，導(dǎo)致各個(gè)系統(tǒng)只能獨(dú)立運(yùn)行，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，形成信息孤島，各數(shù)據(jù)庫之間缺乏信息共享機(jī)制與手段，既沒有發(fā)揮最大效益，也無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理與維護(hù)。許多數(shù)據(jù)庫為解決特定研究或業(yè)務(wù)應(yīng)用而建，服務(wù)目標(biāo)單一，相關(guān)文檔不全，給后續(xù)擴(kuò)展和改造增加了困難，更難以被其他系統(tǒng)調(diào)用和共享。

因此，整合現(xiàn)有信息資源，達(dá)到信息共享，統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)水庫業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)，全面提升水庫管理及應(yīng)急處理的支撐與服務(wù)能力勢(shì)在必行。

2 平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的整合及開發(fā)工作，淘汰現(xiàn)有的C/S應(yīng)用系統(tǒng)，采用先進(jìn)的J2EE架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)B/S結(jié)構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。建設(shè)水庫綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行、防洪調(diào)度、監(jiān)控系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化四大系統(tǒng)功能。

3 平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)

3.1 功能架構(gòu)

水庫信息化建設(shè)涉及到信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、管理、應(yīng)用等，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)各種采集數(shù)據(jù)的整合、規(guī)范數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和以采集信息為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)應(yīng)用，為水庫管理單位、上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及公眾信息服務(wù)。系統(tǒng)的總體框架包括信息采集與工程監(jiān)控體系、資源共享服務(wù)體系、綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用體系、網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器等軟件硬件設(shè)施、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及建設(shè)與運(yùn)行管理規(guī)程。總體框架圖見圖1。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.3 數(shù)據(jù)整合

3.3.1 水雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

漳澤水庫雨情遙測(cè)站通信采用GPRS通訊方式。數(shù)據(jù)流程如下:

由RTU采集水雨情數(shù)據(jù)→水雨情監(jiān)測(cè)工作站→水庫水雨情監(jiān)測(cè)中心站的水雨情數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

3.3.2 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

大壩安全監(jiān)測(cè)站將滲流壓力、滲流量、變形等信息通過MCU傳至水庫大壩監(jiān)測(cè)工作站，再傳至水庫大壩監(jiān)測(cè)中心站大壩安全數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，水庫監(jiān)測(cè)中心站經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，得到大壩安全分析結(jié)論數(shù)據(jù)。

3.3.3 洪水預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)流程

水雨情信息采集系統(tǒng)→數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)→洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)→洪水調(diào)度系統(tǒng)→數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

3.3.4 視頻數(shù)據(jù)流程

視頻數(shù)據(jù)傳到水庫監(jiān)測(cè)中心視頻服務(wù)器中保存。在水庫監(jiān)測(cè)中心建立網(wǎng)站，通過WEB方式向外發(fā)布視頻信息，用戶通過授權(quán)瀏覽水庫視頻信息。

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

4.1 水庫管理綜合數(shù)據(jù)庫

按照國(guó)家水利部數(shù)據(jù)庫建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，將水雨情測(cè)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)、視頻及會(huì)商、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度等水利自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)匯集、存儲(chǔ)，有機(jī)集成于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中。同時(shí)采用面向服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)思想，基于數(shù)據(jù)中心技術(shù)及空間數(shù)據(jù)引擎(SDE)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水利空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理。數(shù)據(jù)格式多樣，包括矢量、柵格、影像等空間數(shù)據(jù)和圖片、圖表、文檔等非空間數(shù)據(jù)，通過空間數(shù)據(jù)引擎、GIS中間件等技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與訪問。

水庫工程信息包括:水庫工程概況、特性參數(shù)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及洪水調(diào)度方式與規(guī)則、流域自然地理、水文氣象特性，水庫下游防護(hù)點(diǎn)防洪能力、堤防工況及其保護(hù)區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況。

水雨情數(shù)據(jù)庫建立標(biāo)準(zhǔn):《水雨情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符》(SL 323—2011)。

將水庫的水雨情數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)寫入該數(shù)據(jù)庫，同時(shí)數(shù)據(jù)庫需建立查詢及維護(hù)(輸入、修改、刪除等)功能。

洪水預(yù)報(bào)調(diào)度數(shù)據(jù)庫建立標(biāo)準(zhǔn):《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》、《水雨情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符》、《水情信息編碼》。

水庫中心站大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫建立標(biāo)準(zhǔn):《大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)志符》。實(shí)時(shí)大壩安全監(jiān)測(cè)信息應(yīng)存入相應(yīng)的表中。

4.2 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

基于統(tǒng)一平臺(tái)、資源共享的理念，大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)將庫水位、滲流壓力、滲流量、水平位移/豎向位移等信息傳至水庫大壩監(jiān)測(cè)中心站。水庫監(jiān)測(cè)中心站將上述信息經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，得到大壩安全分析結(jié)論數(shù)據(jù)，全面提升水庫安全管理與服務(wù)能力。

利用大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、人工觀測(cè)數(shù)據(jù)和巡視檢查記錄等，依據(jù)水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則及專家經(jīng)驗(yàn)，采用合理的數(shù)學(xué)模型和評(píng)判準(zhǔn)則，建立大壩安全分析評(píng)價(jià)模型，實(shí)時(shí)綜合分析大壩安全運(yùn)行性態(tài)，評(píng)定大壩安全類別，對(duì)大壩隱患實(shí)時(shí)進(jìn)行預(yù)警，為水庫工程的安全運(yùn)行和汛限水位動(dòng)態(tài)控制提供輔助決策。

4.3 防洪調(diào)度管理系統(tǒng)

4.3.1 雨情信息

實(shí)時(shí)雨量數(shù)據(jù)通過現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行采集，通過綜合數(shù)據(jù)庫平臺(tái)開放數(shù)據(jù)接口統(tǒng)一保存。實(shí)時(shí)雨量/日雨量/歷史雨情數(shù)據(jù)顯示:以電子地圖配合表格形式顯示當(dāng)前各站點(diǎn)降水量信息和地圖分布情況，可點(diǎn)擊查詢各站點(diǎn)信息，實(shí)現(xiàn)按時(shí)段查詢。

4.3.2 水情信息

a.水情信息的采集，采用仿Excel樣式，使數(shù)據(jù)的錄入、修改、查詢、操作更加簡(jiǎn)便，展示更加直觀。

b.實(shí)現(xiàn)水庫實(shí)時(shí)水情、河道實(shí)時(shí)水情顯示及分析，水庫蓄水量、出入庫流量、庫水位變化、水位庫容分析，河道水位流量過程線、多站水位對(duì)比、多站流量對(duì)比、河道斷面水位圖繪制等功能。

4.3.3 工情信息

工情管理是將水利工程設(shè)施綜合進(jìn)行管理，包括水庫大壩、溢洪道、泄水洞等，可以對(duì)這些水利設(shè)施進(jìn)行查詢，瀏覽該水利設(shè)施的位置、詳細(xì)信息，同時(shí)可以對(duì)這些水利設(shè)施進(jìn)行建?；?60°全景圖制作，在三維地圖上展示，可以直觀地了解該水利設(shè)施的構(gòu)造情況。

4.3.4 洪水預(yù)報(bào)

4.3.4.1 自動(dòng)洪水預(yù)報(bào)

當(dāng)降雨發(fā)生時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)遙測(cè)的水文數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)一定時(shí)期內(nèi)入庫洪水總量、洪峰、峰現(xiàn)時(shí)間、入庫洪水過程等，結(jié)果自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫，不做任何人工修改，其預(yù)見期范圍內(nèi)的結(jié)果作為預(yù)報(bào)方案優(yōu)劣的考核依據(jù)。

預(yù)報(bào)結(jié)果可查看實(shí)測(cè)流量與預(yù)報(bào)流量的對(duì)比曲線，以及相應(yīng)的洪量、洪峰流量、洪峰時(shí)間、洪水頻率等詳細(xì)信息的對(duì)比。

4.3.4.2 人工干預(yù)洪水預(yù)報(bào)

根據(jù)實(shí)測(cè)的雨量和降雨預(yù)報(bào)估計(jì)未來的入庫洪水。未來時(shí)期降雨估計(jì)，可以用模型預(yù)報(bào)，也可據(jù)氣象衛(wèi)星云圖或使用者的經(jīng)驗(yàn)判斷。

4.3.4.3 洪峰流量頻率曲線

根據(jù)歷年洪峰頻率，利用皮爾遜Ⅲ型曲線生成洪峰流量頻率曲線。以洪水頻率作為洪水的判別條件:洪水頻率與洪峰流量、洪水總量等洪水要素密切相關(guān)，同時(shí)洪水頻率的大小決定了優(yōu)化調(diào)度模型的選擇。

4.3.4.4 參數(shù)修正

模型參數(shù)的估計(jì)，依賴于水文資料。一般水文資料系列越長(zhǎng)，供參考的信息就越多，估計(jì)出的參數(shù)就越能反映流域?qū)嶋H情況。許多水庫流域，在系統(tǒng)軟件啟動(dòng)時(shí)能用于模型參數(shù)率定的水文資料系列很短，或根本就沒有水文資料。模型參數(shù)修正模塊，就是在系統(tǒng)軟件運(yùn)行過程中，隨著水文資料的累積，可以不斷修正模型參數(shù)，使得系統(tǒng)軟件應(yīng)用時(shí)間越長(zhǎng)，越能反映流域?qū)嶋H情況，使用效果越好。

4.3.4.5 歷史洪水模擬

用當(dāng)前使用的預(yù)報(bào)模型和模型參數(shù)，對(duì)歷史上洪水特點(diǎn)與當(dāng)前洪水相近的洪水進(jìn)行模擬，分析當(dāng)前模型模擬歷史洪水的效果，進(jìn)而評(píng)估當(dāng)前模型預(yù)報(bào)未來將發(fā)生洪水的可能效果和誤差情況，為決策者和洪水調(diào)度提供更多的參考信息。

4.3.5 洪水調(diào)度

4.3.5.1 洪水調(diào)度

根據(jù)不同的需要，在軟件中設(shè)計(jì)了幾種適合不同情形的調(diào)度模型，針對(duì)不同的模型可以任意調(diào)整控制條件，獲得不同的調(diào)度方案，為調(diào)度決策時(shí)的系統(tǒng)仿真提供了強(qiáng)有力的工具。

4.3.5.2 典型洪水調(diào)度

本功能所采用的洪水過程為頻率洪水(如圖3中所指百年一遇洪水等)和模擬洪水，頻率洪水包括了5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇，200年一遇、300年一遇、1000年一遇、2000年一遇和模擬10種頻率洪水，可用于水庫防洪運(yùn)行計(jì)劃的制作和水庫規(guī)劃設(shè)計(jì)計(jì)算。

圖3 典型洪水調(diào)度過程

4.3.6 河道三維淹沒模擬

根據(jù)水庫不同水位時(shí)庫區(qū)淹沒情況等信息，三維動(dòng)態(tài)模擬不同下泄流量情況下下游河道淹沒情況，給決策者提供參考依據(jù)。詳見下頁圖4。

4.4 視頻監(jiān)控

整合現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，使用廠家提供的接口，統(tǒng)一接入到管理平臺(tái)中。詳見下頁圖5。

4.5 水庫全景瀏覽

使用全景照片漫游技術(shù)，制作水庫實(shí)景漫游。

4.6 辦公自動(dòng)化系統(tǒng)

集成了市場(chǎng)上成熟的萬戶OA系統(tǒng)，提供面向不同需求的多項(xiàng)協(xié)同管理功能，并具有靈活的設(shè)置功能，通過整合、配置和部署可以為用戶定制出個(gè)性化的解決方案。功能包括:信息管理平臺(tái)、工作流管理、公文管理、綜合事務(wù)平臺(tái)、通訊溝通平臺(tái)、個(gè)人辦公、系統(tǒng)管理。

圖4 河道三維淹沒模擬情況

圖5 視頻監(jiān)控

5 結(jié)語

通過對(duì)水庫信息化各應(yīng)用系統(tǒng)的整合，建立綜合信息平臺(tái)，達(dá)到信息共享，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理與維護(hù)，發(fā)揮了水庫信息化的最大效益，提升了水庫管理現(xiàn)代化及應(yīng)急處理的水平和能力。■

［1］ 水利部信息化工程領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室．水利信息化標(biāo)準(zhǔn)指南(一)［M］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2003．

［2］ SL 61—2003水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］．

［3］ DL/T 5051—1996水利水電工程水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定［S］．

［4］ SL 502—2010水文測(cè)站代碼編制導(dǎo)則［S］．

［5］ GB/T 22482—2008水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范［S］．

［6］ SL 330—2011水情信息編碼［S］．

［7］ SL 247—2012水文資料整編規(guī)范［S］．

［8］ 國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室．國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)工程實(shí)時(shí)水雨情庫表結(jié)構(gòu)［M］．2000．

［9］ SL 323—2011水雨情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符［S］．

［10］ SL 213—2012水利工程基礎(chǔ)信息代碼編制規(guī)定［S］．