河道水情自動測報及信息管理研究與應(yīng)用

儲廣耕，薛秋芳

（聊城市河道工程管理處，山東聊城 252000）

河道水情自動測報及信息管理研究與應(yīng)用

儲廣耕，薛秋芳

（聊城市河道工程管理處，山東聊城 252000）

文章以聊城市徒駭河、馬頰河11座攔河閘(壩)進行信息化改造為例，闡述了實施水情自動測報及信息管理的必要性，可提高數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)臅r效性、可靠度，為河道防汛抗旱提供科學(xué)依據(jù)，提升水資源的利用率和河道的經(jīng)濟、社會效益。

徒駭河；馬頰河；水情自動測報；信息管理

本文所探討的水情自動測報及信息管理系統(tǒng)工程，采用當(dāng)前先進的監(jiān)測傳感器及儀表，以及先進的控制設(shè)備、通信技術(shù)和管理軟件，可大大提高數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)臅r效性、可靠度，為河道防汛抗旱做出及時、準(zhǔn)確的反饋和預(yù)測，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)的依據(jù)，提升河道管理水平。同時，可有效提高水資源的利用率，提高河道的經(jīng)濟效益及社會效益。

1 主要內(nèi)容

1.1 主要方法和技術(shù)路線

通過內(nèi)容分析，同時考慮系統(tǒng)的技術(shù)先進性和可擴展性，采用層次化進行方案設(shè)計，即將整個系統(tǒng)分為設(shè)備層、數(shù)據(jù)傳輸層、信息層。各層之間既緊密聯(lián)系又相互獨立，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的高內(nèi)聚、低耦合特性，從而保證整個系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。

在啟閉機房內(nèi)設(shè)置安裝水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)，對閘門進行自動化控制和管理。在閘壩上下游設(shè)置水位自動測報設(shè)施，將水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)中的水閘開啟數(shù)據(jù)及水位自動測報設(shè)施采集的水位信息輸入PLC集中處理系統(tǒng)，生成水閘流量，并自動生成各種報表，通過以太網(wǎng)傳輸給指揮中心，實現(xiàn)了水文信息和水閘監(jiān)測的實時性。

水情自動測報及信息管理系統(tǒng)工程是一個集管理信息系統(tǒng)（MIS）、科技計算、辦公自動化（OA）于一體的龐大的綜合系統(tǒng)。通過信息管理系統(tǒng)對水文及水閘的各種資料進行整理，再通過建立的數(shù)學(xué)模型計算系統(tǒng)對其進行計算、得出結(jié)論，為水利工程的決策提供詳實的資料。

1.2 流量測算系統(tǒng)

以空間曲面基本理論及流體力學(xué)等為基礎(chǔ)，建立閘、壩流量模型，結(jié)合閘上下游水位自動測量儀采集數(shù)據(jù)以及荷重開度儀采集的閘壩開啟參數(shù)，通過編程實現(xiàn)模型的實際應(yīng)用。該模型將支持定量參數(shù)整定、內(nèi)部參數(shù)聯(lián)動自動整定、人工直接整定等多種形式的參數(shù)整定方式，使系統(tǒng)能夠在較短時間使流量輸出結(jié)果與真實值之間的誤差降到允許范圍，達到流量測算的目的。

1.3 水情自動測報及信息管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要服務(wù)于本信息化工程的數(shù)據(jù)采集、遠程操控、數(shù)據(jù)分析、報警處理、報表系統(tǒng)、水汛協(xié)商決策、水情趨勢分析、報警信息推送、視頻查看等信息化管理功能。

1.4 總體實施方案

按地理位置，可以分為現(xiàn)地、橋頭堡控制室、分控中心、指揮中心幾處。

1）現(xiàn)地主要完成測控對象的各參數(shù)測量、對測控對象完成控制功能。參數(shù)測量是通過安裝在相應(yīng)位置的各類傳感器來實現(xiàn)，控制功能則由PLC及配合相應(yīng)的繼電器實現(xiàn)。操作人員在現(xiàn)場控制柜上進行閘壩的測控操作，數(shù)據(jù)通過PLC內(nèi)的以太網(wǎng)接口接入局域網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)共享。

2）橋頭堡控制室內(nèi)，安裝有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及視頻監(jiān)控設(shè)備以及其他測控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接設(shè)備，起到承上啟下、視頻監(jiān)視的作用。

3）分控中心設(shè)置有視頻監(jiān)視設(shè)備及計算機閘門（水位）測控設(shè)備，可以完成視頻監(jiān)視的情況下，通過計算機設(shè)備監(jiān)測水位、閘門狀態(tài)，并可通過鍵盤鼠標(biāo)來完成閘門的操控。分控中心安裝操控計算機、UPS、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，操控計算機采用工業(yè)控制計算機，配備2臺液晶顯示器，可以分別顯示閘門測控與視頻情況。

4）指揮中心有后臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和會商測控兩部分組成。后臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器依托網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，靜態(tài)綁定IP地址，根據(jù)規(guī)劃的端口號實現(xiàn)新增的水利信息化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，且每個分控中心可以對應(yīng)1個或多個端口號，從而實現(xiàn)信息對外共享。會商測控部分的主體是一臺高性能計算機，閘門測控數(shù)據(jù)及視頻查看數(shù)據(jù)取自后臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，輸出設(shè)備則采用顯示器和電視墻雙屏顯示，用一套鍵盤鼠標(biāo)來操控，電視墻內(nèi)容對應(yīng)于液晶顯示器的內(nèi)容，方便水情會商時對外查看。

系統(tǒng)通訊采用全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)通訊?，F(xiàn)地傳感器輸出4～20 mA或RS485現(xiàn)場總線與PLC連接，PLC則通過以太網(wǎng)接口，采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議對分控中心或橋頭堡控制機提供服務(wù)。橋頭堡或分控中心均采用網(wǎng)絡(luò)形式直接上網(wǎng)提供數(shù)據(jù)共享，各分控中心均采用100M專線網(wǎng)絡(luò)，既實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸，又能滿足其他辦公需要。

網(wǎng)絡(luò)傳輸不受地理位置和終端數(shù)量的限制，只要有網(wǎng)絡(luò)和授權(quán)，即可登錄服務(wù)平臺，進行信息、視頻的查閱以及閘門等設(shè)施的測控，真正實現(xiàn)信息共享。網(wǎng)絡(luò)傳輸配置標(biāo)準(zhǔn)化接口，采用XML等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也為以后物聯(lián)網(wǎng)擴展、甚至是國家級的河道管理、汛情管理部門進行互聯(lián)互通預(yù)留有足夠的接入條件，擴展性極強。

1.5 視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)

以公用網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，建設(shè)攔河閘壩等重要設(shè)施的遠程視頻監(jiān)視系統(tǒng)，及時掌握工程運行情況。在每座閘的機房內(nèi)設(shè)置閘門集中控制系統(tǒng)，實現(xiàn)閘門開啟高度、開啟孔數(shù)動態(tài)控制與數(shù)據(jù)采集，閘門啟閉機安全載荷數(shù)據(jù)實時測控。閘門測控及數(shù)據(jù)采集、傳輸，均由PLC處理。在每座閘壩的上下游分別設(shè)置水位自動測報系統(tǒng)，采集信息用有線或無線方式傳輸至現(xiàn)地測控設(shè)備。在每座閘壩的上下游設(shè)置高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采集信息用有線傳輸至機房內(nèi)視頻硬盤錄相機，以便實時通過監(jiān)視畫面監(jiān)視各閘門運行狀態(tài)。

2 預(yù)期效益

1）實施后，將實現(xiàn)閘壩水情信息自動化測報，顯著提高閘壩現(xiàn)代化自動控制管理的進程，為防汛抗旱提供現(xiàn)代化的決策支撐。2）可實現(xiàn)信息對外共享。采用完全開放式服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠在保證安全的情況下，最大化實現(xiàn)信息的服務(wù)價值。3）實現(xiàn)的流量模型，完全可以以軟代硬來實現(xiàn)流量測量，節(jié)省大量人力、物力，實現(xiàn)極高的社會效益。4）更加有效合理利用水資源，有效增加非汛期河道調(diào)蓄水次數(shù)，提供更多的工業(yè)用水與農(nóng)業(yè)用水，促進工農(nóng)業(yè)的發(fā)展。5）可減少洪澇災(zāi)害及次生災(zāi)害的發(fā)生，保障人民的生命財產(chǎn)安全，具有顯著社會效益。

3 實際應(yīng)用

2014年，利用上述技術(shù)和研究成果，對聊城市徒駭河、馬頰河11座攔河閘(壩)進行了信息化改造，完成了徒駭河馬頰河自動化控制、水情自動測報及視頻監(jiān)控工程，此項工程采用了當(dāng)前先進的監(jiān)測傳感器及儀表，以及先進的控制設(shè)備、通信技術(shù)和管理軟件，提高了數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)臅r效性。并通過與網(wǎng)絡(luò)運營商合作，完成了信息中心與11個基層管理單位網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)，建成了以聊城市河道處為中心，通往各基層管理單位的可承載數(shù)據(jù)、視頻等各種通信業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)專線，初步形成了一套互聯(lián)互通、資源共享的網(wǎng)絡(luò)體系，大大提高了河道信息化管理水平。在兩河攔河閘（壩）等重點防汛區(qū)域安裝了40個高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，實現(xiàn)了對水情工情的實時監(jiān)控。在聊城市河道處信息中心安裝了電視墻，可實時觀測和了解各閘（壩）運行情況和水情信息。在建立工程數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上做到全信息共享，為河道防汛抗旱做出及時、準(zhǔn)確的反饋和預(yù)測，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)依據(jù)，有效提高了河道的經(jīng)濟效益及社會效益。

（責(zé)任編輯 崔春梅）

TP274

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1009-6159（2017）-08-0040-02

2017-04-17

儲廣耕（1976—），男，工程師