水庫(kù)工程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究

（南京市六合區(qū)水務(wù)局單位，江蘇 南京 211500）

在水利工程建筑物當(dāng)中，水庫(kù)具有攔洪蓄水的作用，在防洪、滯洪和泄洪等方面起到了調(diào)節(jié)控制的作用。通過(guò)蓄積大量的水資源用于發(fā)電、供水以及灌溉等，同時(shí)，水庫(kù)還起到調(diào)節(jié)水流和水生態(tài)環(huán)境的作用。在水庫(kù)管理當(dāng)中，水庫(kù)信息管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)水庫(kù)的運(yùn)行管控，隨著現(xiàn)代高科技信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的水庫(kù)系統(tǒng)管理模式已經(jīng)逐步被現(xiàn)代化信息管理模式所取代[1]?，F(xiàn)代化水利信息管理工程的建設(shè)，推動(dòng)了傳統(tǒng)水利建設(shè)向現(xiàn)代化水利發(fā)展的重要轉(zhuǎn)變，通過(guò)建設(shè)現(xiàn)代化水利信息工程，提高了原有水利工程管理信息的水平，促進(jìn)了水利信息化建設(shè)的發(fā)展。水利信息化管理工程建設(shè)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是以系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的監(jiān)控管理系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)，并建立信息數(shù)據(jù)管理庫(kù)，收集存儲(chǔ)水庫(kù)的雨水蓄存量信息，通過(guò)備水庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行水量的限制、泄洪的管理措施，實(shí)現(xiàn)科學(xué)安全的系統(tǒng)管理模式[2]。

工程信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)在工程建設(shè)期就運(yùn)用信息化手段進(jìn)行建設(shè)管理，相比一些只能在水利工程的具體業(yè)務(wù)功能中運(yùn)用系統(tǒng)管理技術(shù)，具有推動(dòng)系統(tǒng)管理建設(shè)的重要意義。在工程管理系統(tǒng)建設(shè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，每個(gè)水庫(kù)建設(shè)工程都有各自不同標(biāo)準(zhǔn)，因此，在設(shè)計(jì)具體建設(shè)方案時(shí)應(yīng)結(jié)合所需建設(shè)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，完善設(shè)計(jì)內(nèi)容提高管理功能。

1 水庫(kù)工程管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水庫(kù)工程管理系統(tǒng)主要是由三個(gè)模塊組成的，分別是指揮控制模塊、調(diào)度主機(jī)模塊和調(diào)度單機(jī)模塊。工作人員需要通過(guò)指揮控制模塊控制水庫(kù)工程建設(shè)，利用調(diào)度主機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)調(diào)配管理，參與的工作人員可通過(guò)調(diào)度單機(jī)與總指揮實(shí)時(shí)交流[3]。水庫(kù)工程管理系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

由圖1可知：指揮控制模塊采用51單片機(jī)作為主要構(gòu)件，通過(guò)數(shù)字交換電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體框架基礎(chǔ)研發(fā)，并利用遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)水庫(kù)工程的實(shí)時(shí)管理，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[4]。

1.1 硬件模塊設(shè)計(jì)

1.1.1 管理監(jiān)控系統(tǒng)中心硬件配置

監(jiān)控系統(tǒng)中心主要負(fù)責(zé)水庫(kù)各個(gè)角落的監(jiān)控，系統(tǒng)中心通過(guò)屏幕投影顯示監(jiān)控范圍內(nèi)的情況，工作人員可以及時(shí)了解水庫(kù)的狀態(tài)，以便采取有效的管理措施。系統(tǒng)還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控監(jiān)視，監(jiān)控系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)收集存儲(chǔ)信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)與集線器連接到達(dá)監(jiān)控交換機(jī)，通過(guò)無(wú)線終端服務(wù)器完成信息的交換，系統(tǒng)設(shè)置防火墻防止病毒侵入破壞系統(tǒng)中心[5]。

1.1.2 視頻監(jiān)控主控制板

系統(tǒng)指揮控制模板具有較好的硬件編解碼功能，把視頻編解碼設(shè)置為MPEG-1/2/4格式，設(shè)置輸出數(shù)字以TV表示。IVA3硬件加速器可以進(jìn)行全高清視頻編碼，并能快速解碼高質(zhì)量視頻，將解碼的高清視頻全部輸出到顯示器之中。

采用安卓操作系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置高性能圖形引擎，能夠把圖形快速加載出來(lái)。主要控制板采用S5PV210開(kāi)發(fā)板，內(nèi)核處理器為512 MB，具有容量大的特點(diǎn)。主控板硬件各個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)總線接口進(jìn)行連接。

1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)在水庫(kù)系統(tǒng)管理當(dāng)中起著重要的作用，通過(guò)收集、整合、存儲(chǔ)水庫(kù)的信息數(shù)據(jù)，作為水庫(kù)信息管理的依據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)實(shí)時(shí)水庫(kù)蓄量的信息、汛期高峰降水信息以及系統(tǒng)監(jiān)控信息，并對(duì)水庫(kù)的工程建設(shè)情況和水庫(kù)其他業(yè)務(wù)信息資料進(jìn)行存儲(chǔ)，滿足水庫(kù)綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)的要求。水庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)分為：①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，分析存儲(chǔ)即將建設(shè)的水庫(kù)工程或其他工程建設(shè)的基本信息；②業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)降雨數(shù)量信息和旱澇情況進(jìn)行存儲(chǔ)，制定防治措施并對(duì)企業(yè)審批、招、投標(biāo)等信息存儲(chǔ)；③監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)；④其他數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)其他空間的有用數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

1.3 基于遙感技術(shù)的軟件功能設(shè)計(jì)

遙感技術(shù)是通過(guò)航空拍攝提供實(shí)時(shí)的情況，遙感軟件在功能設(shè)計(jì)上利用物理功能，通過(guò)軟件波譜功能自動(dòng)識(shí)別水庫(kù)工程管理中各類(lèi)事物，可以遠(yuǎn)程感知拍攝區(qū)域的狀況。遙感技術(shù)利用遙感器來(lái)感知設(shè)定位置，最快速度獲取數(shù)據(jù)資料，具有信息量大、精準(zhǔn)度高的特點(diǎn)。

水庫(kù)工程管理系統(tǒng)的遙感功能軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化，使監(jiān)控中的畫(huà)面質(zhì)量清晰、準(zhǔn)確，遙感技術(shù)功能提高了監(jiān)控效率。水庫(kù)工程管理系統(tǒng)軟件在設(shè)計(jì)中，通過(guò)設(shè)計(jì)主控軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)、閘門(mén)自動(dòng)控制等系統(tǒng)自動(dòng)化管理；圖像數(shù)據(jù)服務(wù)軟件對(duì)水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控，水庫(kù)工程管理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的系統(tǒng)信息化管理，提高了水庫(kù)建設(shè)管理的效率。

工程管理信息系統(tǒng)功能完善，具備多種傳輸管理能力，其中包括：

（1）對(duì)水利信息數(shù)據(jù)庫(kù)的各種業(yè)務(wù)信息進(jìn)行在線查詢(xún)或聯(lián)機(jī)檢索，并通過(guò)數(shù)據(jù)、文本和圖像等形式進(jìn)行快速傳輸；（2）系統(tǒng)功能具有安全保障功能，防止網(wǎng)絡(luò)信息泄漏或丟失；（3）對(duì)范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的各個(gè)系統(tǒng)之間的信息數(shù)據(jù)資源，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和完善。工程管理信息系統(tǒng)功能的多樣性，為水庫(kù)運(yùn)行管理提供了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析

為了驗(yàn)證基于遙感技術(shù)的水庫(kù)工程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析。

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

依據(jù)上述參數(shù)，將傳統(tǒng)系統(tǒng)與基于遙感技術(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)管理效率進(jìn)行對(duì)比分析，分別設(shè)置大雨和高溫天氣，對(duì)比結(jié)果如下所示。

（1）大雨。在大雨天氣下，將兩種系統(tǒng)管理效率進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 大雨天氣下兩種系統(tǒng)管理效率

由圖2可知：在大雨天氣下，隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)增加，兩種系統(tǒng)管理效率逐漸降低。當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)為16次時(shí)，傳統(tǒng)系統(tǒng)和基于遙感技術(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)管理效率都達(dá)到最低，分別是29%和65%。由此可知，在大雨天氣下，基于遙感技術(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)管理效率要高。

（2）高溫。在高溫天氣下，將兩種系統(tǒng)管理效率進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 高溫天氣下兩種系統(tǒng)管理效率

由圖3可知：在高溫天氣下，隨著溫度升高，兩種系統(tǒng)管理效率出現(xiàn)較大差別。在32 ℃下，基于遙感技術(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)管理效率達(dá)到最高為93%，而傳統(tǒng)系統(tǒng)管理效率也最高為68%；在38 ℃下，基于遙感技術(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)管理效率為86%，而傳統(tǒng)系統(tǒng)管理效率達(dá)到最低，為28%。由此可知，在高溫天氣下，基于遙感技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)比傳統(tǒng)系統(tǒng)管理效率要高。綜上所述，基于遙感技術(shù)的水庫(kù)工程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有合理性。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代化信息工程管理系統(tǒng)在水庫(kù)工程建設(shè)管理中起到了重要的作用，先進(jìn)的遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全方位對(duì)水庫(kù)的管理建設(shè)，促進(jìn)了水利工程的進(jìn)步與發(fā)展。在水庫(kù)維護(hù)管理中，應(yīng)加大防護(hù)手段。

針對(duì)水庫(kù)工程管理設(shè)計(jì)中的監(jiān)視問(wèn)題，提出幾點(diǎn)建議：（1）在選用監(jiān)視硬件芯片時(shí)，需以硬件結(jié)構(gòu)客戶端為主，保證選用的芯片能夠?qū)崿F(xiàn)主流瀏覽器的實(shí)時(shí)訪問(wèn)；（2）在Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)環(huán)境下，保證監(jiān)視結(jié)構(gòu)能夠?qū)λ畮?kù)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，全面掌握水庫(kù)環(huán)境內(nèi)情況；（3）水庫(kù)工程管理監(jiān)視中心能夠?yàn)楣芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)提供監(jiān)控服務(wù)，通過(guò)全數(shù)字監(jiān)控模式，采用編碼型監(jiān)視結(jié)構(gòu)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)形式，并利用電腦主機(jī)進(jìn)行控制與管理，通過(guò)顯示屏顯示在監(jiān)視器上；（4）設(shè)計(jì)監(jiān)視功能，能夠直接處理用戶數(shù)字信息，并將采集的視頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采用深度學(xué)習(xí)法，避免外界噪聲干擾，通過(guò)待檢測(cè)水庫(kù)監(jiān)控所獲取的圖像，確定偏離程度的圖像質(zhì)量。