阿崗水庫綜合信息智能化管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

黃建明

（曲靖市阿崗水庫工程建設(shè)管理局，云南 曲靖 655000）

0 引言

水利信息化是水利現(xiàn)代化的重要組成部分，水利部提出以水利信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施和保障環(huán)境的建設(shè)，全面推進(jìn)全國水利信息化[1]。隨著當(dāng)前全國水庫除險(xiǎn)加固，水資源可持續(xù)利用和合理配置的需要，以及信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，全國各大中型水庫紛紛注重應(yīng)用 3S、應(yīng)急管理、數(shù)據(jù)挖掘、三維仿真等最新技術(shù)和理念，按標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的要求建設(shè)水庫管理信息系統(tǒng)[2–4]。

阿崗水庫位于九龍河流域，在云南省曲靖市境內(nèi)，是云南省列入國家“十二五”規(guī)劃的 3 座大型水庫之一，并列入水利部近 2 a 及“十三五”期間分步建設(shè) 172 件重大水利工程，重要性不言而喻。因此需要與之相匹配的綜合信息化智能管理手段，保障水庫安全運(yùn)行。當(dāng)前對(duì)于大型水庫的綜合信息管理系統(tǒng)已有一些成果，但是重硬件輕軟件、重建設(shè)輕運(yùn)維的問題仍然存在。尤其存在各個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和多源數(shù)據(jù)的異構(gòu)信息融合難度大，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和管理平臺(tái)智能化程度不高等問題，對(duì)綜合信息的管理應(yīng)用造成掣肘。因此，利用現(xiàn)代遙測(cè)技術(shù)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)挖掘等手段，在高速寬帶計(jì)算機(jī)一體化、可視化信息管理平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開展多要素綜合監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)資源集成、GIS 智能化管理等關(guān)鍵技術(shù)研究，建成先進(jìn)實(shí)用、高效可靠、覆蓋整個(gè)工程區(qū)域的阿崗水庫綜合信息智能化信息管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱智能化管理系統(tǒng)），將初步設(shè)計(jì)中分散獨(dú)立的安全監(jiān)測(cè)、水情測(cè)報(bào)、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、生態(tài)流量在線監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等整合到統(tǒng)一的綜合信息化平臺(tái)，將現(xiàn)場(chǎng)各類監(jiān)測(cè)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集處理，實(shí)現(xiàn)水庫綜合信息管理一體化[5]。

1 智能化管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能化管理系統(tǒng)是由多個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)集成的綜合系統(tǒng)，采用一體化統(tǒng)一平臺(tái)設(shè)計(jì)，綜合集成各類信息化系統(tǒng)，打通信息孤島，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心和一體化管控平臺(tái)，在統(tǒng)一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)測(cè)與調(diào)度、協(xié)同管理及決策支持等應(yīng)用。智能化管理系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施層等 7 個(gè)層次構(gòu)成，具體架構(gòu)如圖 1 所示。

1.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層運(yùn)用虛擬化、服務(wù)器集群等技術(shù)構(gòu)建管理系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)，包括高性能服務(wù)器、工作站、移動(dòng)終端，以及存儲(chǔ)備份、網(wǎng)絡(luò)及安全防護(hù)等設(shè)備。在一體化管控支撐體系下，用戶能控制操作系統(tǒng)的選擇、存儲(chǔ)空間及部署的應(yīng)用，也有可能獲得有限制的網(wǎng)絡(luò)組件的控制?；A(chǔ)設(shè)施層為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及綜合信息的集中存儲(chǔ)、信息交換與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、高效能計(jì)算分析及平臺(tái)安全防護(hù)提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。

圖 1 綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.1.2 智能化數(shù)據(jù)采集層

利用自動(dòng)化、智能化傳感器及監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)阿崗水庫綜合信息的采集，是阿崗水庫綜合信息管理的基礎(chǔ)。本層主要面對(duì)的是底層智能采集終端設(shè)備的建設(shè)、管理和維護(hù)，通過網(wǎng)絡(luò)交互技術(shù)與底層設(shè)備、傳感器相連接，利用信息化基礎(chǔ)設(shè)備為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)與管理介質(zhì)，從平臺(tái)總控的角度提供包括監(jiān)測(cè)、傳輸、加工處理、存儲(chǔ)和管理在內(nèi)的全套智能化數(shù)據(jù)采集手段。

1.1.3 通信網(wǎng)絡(luò)層

通信網(wǎng)絡(luò)層的建設(shè)以阿崗水庫綜合信息化數(shù)據(jù)中心為核心，為主壩安全、水質(zhì)、水情、圖像監(jiān)控、閘門控制等子系統(tǒng)，以及控制和會(huì)商中心提供高速穩(wěn)定的通訊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并預(yù)留建設(shè)管理、辦公自動(dòng)化、會(huì)商等業(yè)務(wù)接口。通信網(wǎng)絡(luò)層主要由通信傳輸、綜合網(wǎng)管、電源系統(tǒng)及光電纜等附件組成，為一體化、可視化信息管理平臺(tái)建設(shè)提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

1.1.4 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層主要由以下 3 個(gè)部分組成：1）數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)。數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)建設(shè)應(yīng)用中間件技術(shù)，采用統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)多系統(tǒng)異構(gòu)信息的匯集，并實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)分布協(xié)議的數(shù)據(jù)管理。2）綜合數(shù)據(jù)庫。綜合數(shù)據(jù)庫集成管理大壩安全、水情、水質(zhì)、閘控等多系統(tǒng)專業(yè)數(shù)據(jù)信息，以及水庫基礎(chǔ)地理、文檔數(shù)據(jù)、政策法規(guī)等基礎(chǔ)信息，形成統(tǒng)一的阿崗水庫綜合信息管理數(shù)據(jù)庫。3）數(shù)據(jù)庫管理和運(yùn)行維護(hù)。數(shù)據(jù)庫管理滿足海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理要求，采用數(shù)據(jù)異地備份，可保證數(shù)據(jù)的安全性；整合系統(tǒng)資源，降低數(shù)據(jù)管理成本；整合數(shù)據(jù)資源，保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

1.1.5 應(yīng)用支撐層

應(yīng)用支撐平臺(tái)對(duì)下管理數(shù)據(jù)匯集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的集成共享；對(duì)上支撐應(yīng)用提供全系統(tǒng)信息共享服務(wù)，實(shí)現(xiàn)軟件資源的集成重用。其中，對(duì)底層數(shù)據(jù)資源構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換體系，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，形成完善的數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)上層應(yīng)用的支撐采用統(tǒng)一的單點(diǎn)登錄和身份認(rèn)證、信息訂閱與推送、模型訪問、報(bào)表定制、異常告警、地圖展示、協(xié)同流程、專業(yè)模型、統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問等共用的應(yīng)用組件與基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、流程交互；提供給各應(yīng)用系統(tǒng)共享的信息資源的集合，包括資源管理、信息交換與共享、軟件構(gòu)件、專業(yè)模型和數(shù)據(jù)存取等組件部分，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供信息及軟件資源支撐服務(wù)。依據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的任務(wù)分工和邏輯關(guān)系將應(yīng)用支撐平臺(tái)分為應(yīng)用、公共基礎(chǔ)和系統(tǒng)資源 3 個(gè)服務(wù)層。

1.1.6 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層包括主壩安全、水質(zhì)、生態(tài)流量、水雨情、圖像的監(jiān)視，以及閘門控制、綜合信息服務(wù)、移動(dòng)應(yīng)用等系統(tǒng)，并根據(jù)各專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的交互處理結(jié)果，支持工作站、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、個(gè)人電腦、移動(dòng)智能終端等多終端設(shè)備應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)防洪發(fā)電調(diào)度、安全分析評(píng)估、事故應(yīng)急處理、洪水預(yù)報(bào)和工程管理等內(nèi)容。

1.1.7 接入層

提供多終端訪問方式，既有水庫數(shù)據(jù)中心電子大屏、工作站、PC 終端的固定訪問方式，又通過應(yīng)用軟件的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁瀏覽器、手機(jī)、PAD 等移動(dòng)智能終端的訪問應(yīng)用。在統(tǒng)一安全防護(hù)體系和應(yīng)用權(quán)限管理的支撐下，實(shí)現(xiàn)無地域、時(shí)序限制的終端應(yīng)用與業(yè)務(wù)接入。

1.2 功能總體設(shè)計(jì)

智能化管理系統(tǒng)中心站平臺(tái)將現(xiàn)場(chǎng)各類監(jiān)測(cè)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集處理，并在同一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)閘門、水雨情、視頻圖像、安全監(jiān)測(cè)、生態(tài)流量、氣象、水質(zhì)等各類傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集，綜合展示，綜合報(bào)警和報(bào)表等公共應(yīng)用。具體功能結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，智能化管理系統(tǒng)在統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)各專業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，建立 GIS 系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理、圖表統(tǒng)計(jì)、分析評(píng)價(jià)，以及項(xiàng)目、業(yè)務(wù)、系統(tǒng)的管理等核心功能模塊，實(shí)現(xiàn)綜合專業(yè)業(yè)務(wù)分析與處理及會(huì)商等決策支持應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)水庫綜合調(diào)度提供一體化的綜合技術(shù)平臺(tái)。

2 智能化管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)資源集成技術(shù)

智能化管理系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與建立，滿足海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理要求。智能化數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)的總體架構(gòu)包括數(shù)據(jù)庫（綜合數(shù)據(jù)庫）、數(shù)據(jù)庫維護(hù)管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、備份系統(tǒng)）等部分。

2.1.1 數(shù)據(jù)資源設(shè)計(jì)

綜合數(shù)據(jù)庫又分為專用和基礎(chǔ) 2 個(gè)數(shù)據(jù)庫，需建設(shè)的數(shù)據(jù)庫包括大壩安全監(jiān)測(cè)、閘門控制、生態(tài)流量、水質(zhì)、水情測(cè)報(bào)、視頻等數(shù)據(jù)庫，以及政策法規(guī)庫、空間地理信息庫，不同的數(shù)據(jù)庫建設(shè)內(nèi)容不盡相同。

數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)統(tǒng)一采用建模工具 ERWin 進(jìn)行建模，用于數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的自動(dòng)創(chuàng)建和后期數(shù)據(jù)庫恢復(fù)的備檔。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程按照數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計(jì)，信息需求分析，概念、邏輯、物理等數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)，以及建庫實(shí)施等階段進(jìn)行。

數(shù)據(jù)資源提供以下接口或服務(wù)實(shí)現(xiàn)資源集成：

1）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口。使應(yīng)用系統(tǒng)能夠統(tǒng)一、透明、高效地訪問和操作位于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的各種分布式及異構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)訪問，加快應(yīng)用開發(fā)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)。通過采用統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)、信息標(biāo)識(shí)語言和語言結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)庫間和各種數(shù)據(jù)格式文件間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

3）數(shù)據(jù)字典服務(wù)。通過服務(wù)組件實(shí)現(xiàn)對(duì)公共、系統(tǒng)配置的數(shù)據(jù)字典的管理和維護(hù)。

圖 2 功能總體設(shè)計(jì)圖

2.1.2 數(shù)據(jù)庫維護(hù)管理

數(shù)據(jù)庫維護(hù)管理系統(tǒng)主要是對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的管理，主要功能有數(shù)據(jù)庫建設(shè)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)維護(hù)管理，代碼維護(hù)，數(shù)據(jù)資源、質(zhì)量管理，以及數(shù)據(jù)庫安全、歸檔與備份管理，是數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)庫建立和維護(hù)的主要工具，也是在系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理和查詢的主要手段。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用實(shí)體主導(dǎo)型，數(shù)據(jù)庫維護(hù)管理系統(tǒng)開發(fā)采用Web 方式，其中數(shù)據(jù)庫的外部數(shù)據(jù)接口可在后期根據(jù)應(yīng)用需求情況完成。

2.2 多要素綜合信息監(jiān)測(cè)技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)水庫的科學(xué)、綜合、高效管理，需要獲取與水庫安全運(yùn)行管理相關(guān)的多要素綜合監(jiān)測(cè)信息，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是全天時(shí)、天候自動(dòng)觀測(cè)的重要手段。因此建立包括安全監(jiān)測(cè)、水情測(cè)報(bào)、洪水預(yù)報(bào)、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、生態(tài)流量在線監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等在內(nèi)的獨(dú)立自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并在平臺(tái)數(shù)據(jù)層對(duì)來自異構(gòu)系統(tǒng)的多要素綜合信息實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)、融合和綜合管理。

2.2.1 水情測(cè)報(bào)

阿崗水庫水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)[8]的基本功能包括要素的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集、固態(tài)存貯，人工置數(shù)和自動(dòng)傳輸、接收，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理形成各種數(shù)據(jù)文件和報(bào)表及水文測(cè)報(bào)作業(yè)。阿崗水庫水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)由遙測(cè)站、中心站等組成，可采用專用、公用或混合等信道組網(wǎng)，從功能的角度可分為水情自動(dòng)測(cè)報(bào)、水庫中心機(jī)房、系統(tǒng)防雷等子系統(tǒng)。

水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)可長(zhǎng)期，特別是在暴雨、洪水等惡劣天氣條件下可靠穩(wěn)定地工作。自動(dòng)測(cè)報(bào)站能在環(huán)境溫度 -15～50℃，相對(duì)濕度 ＜95% 的條件下工作，能連續(xù)可靠地工作 6 個(gè)月以上，通信暢通率應(yīng) ＞95%，系統(tǒng)誤碼率 ＜10-4。自動(dòng)測(cè)報(bào)站能自動(dòng)采集實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)，并自動(dòng)定時(shí)將水情數(shù)據(jù)發(fā)送至水庫中心站，數(shù)據(jù)精度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。雨量計(jì)分辨率為 0.5 mm，測(cè)雨強(qiáng)度為 0.01～4.00 mm/s。由于阿崗水庫的地理特性，在水庫周邊電信信號(hào)穩(wěn)定，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目使用GPRS/4G 通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.2.2 洪水預(yù)報(bào)

根據(jù)九龍河流域的氣候特征及阿崗水庫的流域特性，水庫徑流洪水的預(yù)報(bào)擬采用水位（流量）與區(qū)間降雨相結(jié)合的預(yù)報(bào)方案。

為提高區(qū)間洪水的預(yù)見期，用實(shí)時(shí)降雨資料通過產(chǎn)匯流及河道演進(jìn)計(jì)算做出水情預(yù)報(bào)。由于測(cè)報(bào)區(qū)間降雨時(shí)空變化復(fù)雜，需根據(jù)雨量站劃分成若干個(gè)單元塊，各單元流域用超滲產(chǎn)流模型計(jì)算產(chǎn)、匯流，預(yù)報(bào)各單元塊的流量過程，并演算至干流。為提高水情預(yù)報(bào)的精度，采用實(shí)時(shí)校正模型，利用各控制站的實(shí)時(shí)水位（流量）資料，建立各斷面的誤差序列，對(duì)計(jì)算值進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋校正。

根據(jù)阿崗水庫的防汛調(diào)度運(yùn)行，阿崗水庫無防洪任務(wù)，水庫洪水調(diào)度的目的是保證水庫自身的安全。阿崗水庫泄洪設(shè)施包括溢洪道和泄洪隧洞，正常蓄水位 1 866 m 水位時(shí)泄洪能力為 475 m3/s。為盡量減少庫區(qū)淹沒，在入庫洪峰低于泄洪能力情況下，按入庫流量與出庫流量相等的方式泄流，使庫水位盡量維持在正常蓄水位 1 866 m 運(yùn)行。阿崗水庫水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)完成后，根據(jù)接收到的水（雨）情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過預(yù)報(bào)模型的分析計(jì)算，即可得出具有一定預(yù)見期的洪水成果，進(jìn)而通過控制泄洪洞閘門開啟高度，使庫水位盡量維持在 1 866 m運(yùn)行。洪水預(yù)報(bào)流程如圖 3 所示。

圖 3 洪水預(yù)報(bào)流程圖

2.2.3 工程安全監(jiān)測(cè)

水庫大壩安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括滲流、大壩變形應(yīng)力應(yīng)變和土壓力等的監(jiān)測(cè)，分別用于監(jiān)測(cè)壩體、壩基、繞壩的滲流，上下游水位，大壩表面水平和豎向位移，以及應(yīng)力應(yīng)變及所受的土壓力。

數(shù)據(jù)采集采用分層分布式方式，傳感器將監(jiān)測(cè)參數(shù)如位移、沉降、應(yīng)力應(yīng)變、滲流等上傳給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊將各傳感器電氣量參數(shù)上傳至數(shù)據(jù)自動(dòng)采集裝置，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集裝置將各電氣量參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至中心監(jiān)測(cè)站。傳感器與模塊之間采用水工電纜進(jìn)行傳輸，各觀測(cè)站之間的通信介質(zhì)采用屏蔽雙絞線，可以提高系統(tǒng)防雷能力，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，具有更高的可靠性，因此與中心監(jiān)測(cè)站之間擬采用單模光纜進(jìn)行通信。

采集數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)和其它信息數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫運(yùn)行在服務(wù)器上以實(shí)現(xiàn)資源共享；能通過中心監(jiān)測(cè)站的設(shè)備與上級(jí)管理部門的管理主機(jī)或 Internet 連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。中心監(jiān)測(cè)站的工作站作為前端用戶訪問和處理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)管理員可以直接在監(jiān)測(cè)服務(wù)器上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)庫管理等操作，其它操作人員通過權(quán)限設(shè)置對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢、監(jiān)視等操作。

2.2.4 圖像監(jiān)控

圖像監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)設(shè)置于阿崗水庫管理局，完成視頻信息的傳輸、存儲(chǔ)、處理、通信、報(bào)警等功能。阿崗水庫樞紐區(qū)、壩前水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)站房、壩后生態(tài)流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，臘莊取水口水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)站房，大寨電站 1# 攔河閘處生態(tài)流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，下游妥者水文站及魚類增殖站僅為圖像監(jiān)控點(diǎn)。

圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要考慮對(duì)主要電氣設(shè)備、關(guān)鍵設(shè)備安裝地點(diǎn)及周圍環(huán)境進(jìn)行全天候的圖像監(jiān)視，以滿足安全生產(chǎn)所需的監(jiān)視設(shè)備關(guān)鍵部位的要求，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)水庫樞紐區(qū)安全警衛(wèi)的要求。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)采用全數(shù)字化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括監(jiān)視上述范圍及對(duì)象的視頻監(jiān)視系統(tǒng)的全套設(shè)備，主要有站端處理單元、各種類型的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，周界防盜設(shè)備，以及相應(yīng)的輔助設(shè)備、材料（包括全部連接纜線）等，其中連接電纜、光纜數(shù)量根據(jù)需要決定。

2.2.5 閘門控制

阿崗水庫樞紐工程閘門數(shù)量較多，且分布在不同位置。為實(shí)現(xiàn)對(duì)樞紐區(qū)所有閘門設(shè)備的系統(tǒng)性及同一平臺(tái)上監(jiān)控的管理，把整套閘門監(jiān)控系統(tǒng)納入阿崗水庫綜合信息化管理中心。閘門監(jiān)控系統(tǒng)包含主站部分和現(xiàn)地控制單元 LCU 設(shè)備，可對(duì)壩區(qū)各閘門進(jìn)行通信、遙控，并將相應(yīng)的狀態(tài)及故障信號(hào)傳送至水庫綜合信息化管理中心，且留有與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口。

閘門監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)樞紐區(qū)所有閘門設(shè)備等控制對(duì)象設(shè)備的監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，完成從各現(xiàn)地 LCU和外部子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔，事件記錄與歸檔，生產(chǎn)報(bào)表、趨勢(shì)曲線分析和語音報(bào)警，實(shí)現(xiàn)水庫閘門的自動(dòng)控制功能，同時(shí)，承擔(dān)壩區(qū)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與水庫信息化系統(tǒng)管理中心的通信連接功能。

2.2.6 水質(zhì)、生態(tài)流量自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由站房，儀表分析、取水、配水等單元，以及控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集/處理/傳輸系統(tǒng)、防雷設(shè)備組成，其中儀表分析單元由多參數(shù)（溫度、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度）、氨氮、總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)、鐵、錳、葉綠素 a 等分析儀及采樣器組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置智能環(huán)境監(jiān)控單元，對(duì)整體安全、消防和動(dòng)力配電進(jìn)行智能監(jiān)控[6]。

在大壩管理局設(shè)監(jiān)控中心，監(jiān)控中心由中心服務(wù)器、交換機(jī)等構(gòu)成，對(duì)遙測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行采集匯總并實(shí)時(shí)查詢監(jiān)測(cè)；安裝生態(tài)監(jiān)控管理軟件，對(duì)河道水情自動(dòng)測(cè)報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并做相應(yīng)處理；通過對(duì)生態(tài)流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，結(jié)合各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的具體情況，在中心服務(wù)器上設(shè)定好相關(guān)流量監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)臨界值，通過 GPRS/4G 通信方式，對(duì)站點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、統(tǒng)計(jì)、分析入庫，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)值監(jiān)測(cè)；在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)值低于警戒值時(shí)進(jìn)行報(bào)警，使業(yè)主、監(jiān)管部門可以實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)值的監(jiān)測(cè)。

2.3 基于 GIS 的綜合信息智能化管理

地理信息系統(tǒng) GIS 具有海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、分析、展示、輸出等功能，在空間數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表制作、圖形可視化等方面具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，近年來在水利行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用很多。阿崗水庫綜合信息化管理系統(tǒng)充分利用 GIS 技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在集成異構(gòu)綜合信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)信息管理的同時(shí)，在以下幾個(gè)方面可提供智能化分析、管理工具與手段：

1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在線評(píng)判。在數(shù)據(jù)資源集成和多要素綜合信息監(jiān)測(cè)等技術(shù)支撐的基礎(chǔ)上，對(duì)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差、極值、整編等后臺(tái)評(píng)判處理，嚴(yán)格控制原型觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。對(duì)不符合發(fā)布與分析要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和篩查，并形成評(píng)判日志供管理人員審核。

2）綜合信息地圖展示。地圖展示是 GIS 的一大優(yōu)勢(shì)功能，GIS 系統(tǒng)通過金字塔分層構(gòu)建技術(shù)，在商用地圖源的基礎(chǔ)上建立瓦片圖層。將工程安全監(jiān)測(cè)、水情測(cè)報(bào)、閘門監(jiān)控、水質(zhì)和生態(tài)流量監(jiān)測(cè)等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)分類型建立矢量圖層，與地圖圖層相互疊加，并與空間信息管理數(shù)據(jù)庫銜接，實(shí)現(xiàn)庫區(qū)綜合信息“一張圖”。通過一張可縮放、平移、參數(shù)選擇的電子地圖，掌握水庫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)綜合信息，獲取水庫總體運(yùn)行性態(tài)描述。

3）異常信息診斷。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)每日獲取大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，GIS 系統(tǒng)通過對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行自動(dòng)化指標(biāo)判別，輸出異常監(jiān)測(cè)信息，并結(jié)合自動(dòng)化系統(tǒng)傳感器及監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行指標(biāo)形成可視化的異常信息圖表報(bào)警，根據(jù)臨近時(shí)間和相鄰?fù)愋蜏y(cè)點(diǎn)的測(cè)值初步診斷異常原因，供管理人員二次分析診斷。

4）水情預(yù)報(bào)與水質(zhì)評(píng)價(jià)。利用 GIS 二次開發(fā)技術(shù)及 ArcObject 自帶水文、水質(zhì)分析模型接口，GIS系統(tǒng)提供基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的參數(shù)化水情預(yù)報(bào)與水質(zhì)評(píng)價(jià)功能，通過可視化參數(shù)選擇，帶入系統(tǒng)后臺(tái)分析評(píng)價(jià)模型進(jìn)行計(jì)算，輸出評(píng)價(jià)結(jié)論和圖形成果，為管理人員提供輔助決策依據(jù)。

5）智能化分析與推送。智能化管理系統(tǒng)為每個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和任意監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)都設(shè)置了精細(xì)化監(jiān)測(cè)指標(biāo)，通過后臺(tái)數(shù)據(jù)分析機(jī)制對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常評(píng)判，同時(shí)結(jié)合已建模型和方法將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與長(zhǎng)時(shí)間序列歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行信息比對(duì)和挖掘，智能分析各項(xiàng)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，自動(dòng)推送相關(guān)異常予對(duì)應(yīng)管理人員，實(shí)現(xiàn)智能化分析與推送。

3 結(jié)語

阿崗水庫綜合信息智能化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水情、工程安全、圖像監(jiān)控、閘門、水質(zhì)、生態(tài)流量等多要素綜合監(jiān)測(cè)，解決了異構(gòu)系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)融合共享困難，綜合信息管理與分析預(yù)警水平有待提升等問題。智能化管理系統(tǒng)能夠真實(shí)應(yīng)用于阿崗水庫日常運(yùn)行管理工作，以自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行減輕人工管理成本，以信息化管理手段提高水庫綜合信息管理效率，以智能化數(shù)據(jù)采集、信息融合、綜合展示、分析評(píng)價(jià)及自動(dòng)預(yù)警，進(jìn)一步增強(qiáng)水庫信息化管理的科學(xué)性、先進(jìn)性，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。提出的數(shù)據(jù)資源集成、多要素綜合信息監(jiān)測(cè)及綜合信息智能化管理等技術(shù)具有通用性，同樣適用于其他大型水庫綜合信息化管理系統(tǒng)，具有借鑒意義。此外，水庫綜合信息智能化管理系統(tǒng)的建設(shè)除了需要對(duì)自身信息化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行提升以外，還需要對(duì)智能化分析、評(píng)判提供相應(yīng)方案，需要通過大數(shù)據(jù)信息挖掘結(jié)合專家系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化補(bǔ)充，這是今后系統(tǒng)完善的重要方向。