新安縣提黃灌區(qū)信息化建設初探

朱兵穎

（洛陽水利勘測設計有限責任公司，河南 洛陽 471000）

0 引言

隨著信息化技術快速發(fā)展，各級單位在水利工程建設、管理過程中更加重視信息化技術的應用。目前，我國已有較多水利工程進行了信息化提升。如：大藤峽水利樞紐[1]、河套灌區(qū)[2]、江都水利樞紐工程[3]、淠史杭灌區(qū)[4]等，大量信息化水利工程建設為后期水利工程信息化建設提供了豐富的經驗。新安縣提黃灌區(qū)此前未建設信息化系統(tǒng)，為適應新時代需求，在節(jié)水配套改造工程建設中完成信息化灌區(qū)建設是十分必要的。

1 灌區(qū)概況

提黃灌區(qū)工程位于新安縣東部偏南，灌區(qū)范圍北起畛河塔掌溝南，南至澗河以北，西起省道S246，東至新安孟津交界。土地高程在250.0 m～400.0 m 左右，灌區(qū)范圍涉及正村、五頭、倉頭、城關以及磁澗五個鎮(zhèn)，控制土地面積22 萬畝，總計灌溉面積16.46 萬畝。項目區(qū)現(xiàn)土橋泵站及分水口均無自動化設施，項目全部采用手工方式進行操作，耗費大量人力，并且時效性不強，水資源并沒有得到充分利用。現(xiàn)急需建立新安縣提黃灌區(qū)一干渠土洼支渠的自動化控制體系，通過對相關數(shù)據(jù)的采集分析，以及自動化控制設備應用，有效的進行遠程控制，可以實現(xiàn)大量工作的自動化運行，減輕工作人員的工作量。

2 信息化灌區(qū)建設

2.1 信息化系統(tǒng)總體設計

根據(jù)新安縣提黃灌區(qū)現(xiàn)代化建設的目標及任務，本次設計在新安縣提黃灌區(qū)節(jié)水配套改造工程的建設基礎上，改善灌區(qū)灌排工程設施狀況，配套建設自動化與信息化體系，增強灌區(qū)信息化管理能力。開展灌溉區(qū)域土橋泵站自動化與信息化建設，主要包括基礎設施、應用系統(tǒng)等，系統(tǒng)總體結構見圖1。

圖1 信息化灌區(qū)總體框架

2.2 信息化基礎設施建設

2.2.1 泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)

泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要由站級計算機、通信網絡、現(xiàn)地LCU、儀表設備組成。系統(tǒng)是一個實時過程控制系統(tǒng)，由管理處調度中心統(tǒng)一調度、操作與控制。泵站站級為一個自控節(jié)點，通過交換機通信線路與調度網絡結合，完成對本站各信息監(jiān)測及歷史記錄查看、分析等功能，見圖2。

2.2.2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

視頻采集監(jiān)控系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)混合組網，采用工業(yè)級千兆以太網交換機組網方式，網絡站點分散設計在水庫、泵站、水廠調度中心和管線壓力流量測點多處，將整條輸水管線從源頭水庫到終點調度中心所有視頻通過光纖環(huán)網的方式將視頻存儲在就近骨干和調度中心視頻服務器上，在調度中心大屏上呈現(xiàn)出來。

2.2.3 分水口閥門自動化測控系統(tǒng)

現(xiàn)地安裝太陽能驅動的電動閥、電磁流量計和智能控制器及液位計等采集控制設備，通過加裝RTU 控制箱對分水閥遠程控制，并通過4G 通訊傳輸,在控制中心實時監(jiān)測控制管道流量、閥門的開關和蓄水池水位變化，為自動化控制提供數(shù)據(jù)。

圖2 泵站自動化控制系統(tǒng)

2.2.4 調度中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)

計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用遠程調度層、泵站站控層和現(xiàn)地控制層三層結構。調度中心自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用星形拓撲結構，分為控制專網和綜合業(yè)務網兩個網絡?？刂茖＞W包含系統(tǒng)工作站；綜合業(yè)務網包括、大屏幕、NVR 服務器等。

2.3 信息化軟件系統(tǒng)建設

針對新安縣提黃灌區(qū)，根據(jù)項目區(qū)實際情況開發(fā)出有效、用戶界面友好的軟件系統(tǒng)。

1）業(yè)務應用系統(tǒng)

建設新安縣安全運維一體化監(jiān)控系統(tǒng)，為運維人員提供一個電子化監(jiān)管平臺。實現(xiàn)對整個信息化系統(tǒng)從動環(huán)管理、安防管理、網絡管理、主機管理、存儲管理、虛擬化環(huán)境管理、數(shù)據(jù)庫管理、中間件管理等功能的統(tǒng)一信息流程處理展示平臺。涵蓋安全事件的信息采集，如發(fā)生安全事件時設備運行狀態(tài)、電氣設備運行情況、設備的啟停記錄、各系統(tǒng)的運行日志等信息進行采集，并對安全事態(tài)能影響的范圍進行評估，對安全事件產生的因素進行分析給出建議處理措施，從而提高信息系統(tǒng)故障發(fā)現(xiàn)及處置能力，實現(xiàn)電子化、個性化監(jiān)管。

2）數(shù)據(jù)庫建設

新安縣數(shù)據(jù)資源整合以河南“智慧水利”十三五規(guī)劃為指導綱領，基于已有的水利數(shù)據(jù)中心，建設新安縣數(shù)據(jù)資源中心，整合已有數(shù)據(jù)、新建數(shù)據(jù)、外部協(xié)同數(shù)據(jù)等，形成新安縣專題數(shù)據(jù)庫，并與水利廳數(shù)據(jù)資源中心形成互為災備體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的整合、共享。

3）數(shù)據(jù)庫劃分

針對水利行業(yè)各種類型的數(shù)據(jù)采用不同的存儲方法。按照水利對象的設計思路，對目前涉及的水利對象采用遵循數(shù)據(jù)范式的設計思路，利用Oracle/mysql 關系數(shù)據(jù)庫進行存儲。

對于其他的非結構化的數(shù)據(jù)如文檔、圖片、多媒體、視頻等，采用非關系數(shù)據(jù)庫Mongodb 或文件系統(tǒng)Hadoop 進行存儲，并與關系數(shù)據(jù)庫中的對象屬性進行掛載。對空間信息，如DLG/DEM/DOM等，采用ArcSDE/Oracle 等數(shù)據(jù)庫進行存儲。

4）建設內容

基于目前已有的數(shù)據(jù)中心，分析與灌區(qū)信息化有關的各類基礎專業(yè)數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)庫設計；進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)清洗、整編、入庫，補充數(shù)據(jù)中心基礎數(shù)據(jù)庫的內容；完成各項實時采集數(shù)據(jù)的接入和整編。在此基礎上建立數(shù)據(jù)分享機制，并研究探索數(shù)據(jù)的價值挖掘。

2.3.1 泵站信息管理系統(tǒng)建設

1）實時監(jiān)控

集成本次設計建設的泵站監(jiān)控組態(tài)軟件功能，對有權限的用戶開通查看及控制權限。泵站自動化監(jiān)控包括：壓力監(jiān)測、流量監(jiān)測、閥門監(jiān)控、機組監(jiān)控、視頻監(jiān)視。

以調用組態(tài)界面的形式，實時顯示泵站機組、閥門、儀表、排污泵、電力設備等工藝過程的主要工藝監(jiān)控數(shù)據(jù)。有控制權限的用戶可通過PC 端進行控制功能操作。

2）泵站管理

泵站管理功能模塊可實現(xiàn)對所屬轄區(qū)下各泵站設備的實時監(jiān)控和管理，可實時遠程監(jiān)看各個泵站是否正常運行，是否存在設備故障等異常情況。通過系統(tǒng)可實現(xiàn)對設備的檢修運維情況進行跟蹤，包括填寫操作票和作業(yè)票，能定期對設備的檢修進行提醒，也可通過系統(tǒng)對泵站的基本信息、設備信息、技術資料等進行管理，可隨時查閱，簡單方便。泵站日常安全管理是泵站管理子系統(tǒng)的重要功能，通過對日常安全活動記錄和統(tǒng)計管理，達到對所屬泵站的整體安全把控。

3）機電管理

機電管理子系統(tǒng)實現(xiàn)對全處機電設備運行、維護、檢修情況實時監(jiān)控、動態(tài)管理。能對所屬轄區(qū)下各泵站設備的實時監(jiān)控和管理。

4）安全生產管理

安全生產管理信息系統(tǒng)主要是根據(jù)水利廳安全生產管理委員會的安全規(guī)范和安全操作要求，對生產、施工人員進行安全教育、安全會議、安全演練、安全考核等進行記錄和監(jiān)督的管理系統(tǒng)。通過此系統(tǒng)還可以對泵站安全隱患督察管理和安全標準化建設管理。系統(tǒng)主要包括安全生產管理、安全生產信息、安全檢查管理、安全隱患查看和安全生產標準化管理。

5）統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析模塊主要是對各種實時信息數(shù)據(jù)進行批量查詢和統(tǒng)計分析。主要包括：管線各測點壓力，流量日、月、年統(tǒng)計報表；各水庫水位，流量日、月、年統(tǒng)計報表；泵站相關報表。

6）值班管理

提供值班人員信息管理功能，用于增加、修改、刪除值班人員信息，便于對班組排班維護管理。

2.3.2 移動APP 建設

1）首界面

2）實時數(shù)據(jù)展示，包括：集成調用泵站監(jiān)控組態(tài)軟件實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，以圖表的形式展示機組最新數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長傳在10 s內刷新一次；本站所在地當天天氣情況展示；當前登錄用戶巡檢任務未完成條數(shù)統(tǒng)計。

3）報警消息

當前設備、運行過程等方面的報警以列表及聲光的形式展現(xiàn)出來?？筛鶕?jù)報警情況給當前值班組下發(fā)任務或詢問現(xiàn)場實際情況。

4）值班信息

展示當前值班人員信息。

5）巡檢任務

基于移動端進行泵站設備的巡檢工作，巡檢人員可通過手機移動端進行巡檢信息的查詢、錄入與上報。設備運維信息查詢及巡檢上報，主要實現(xiàn)對泵站管理日常巡檢，專項檢查等功能。

可實時遠程監(jiān)看各個泵站是否正常的運行，是否存在設備故障等異常情況，通過系統(tǒng)可實現(xiàn)對設備的檢修運維情況進行跟蹤。

6）我的

可查看個人任務、通訊錄、值班安排等。任務查看分不同的權限，值班人員查看本組的任務，并可到執(zhí)行頁面；領導查看所有人的任務，但不能執(zhí)行。查看自己的排班日期，領導查看所有排班。

7）灌區(qū)一張圖

基于GIS 技術構建灌區(qū)二維地理信息模型和“一張圖”展現(xiàn)，對灌區(qū)工程建設、渠道、泵站、水利工程全貌、水利監(jiān)測數(shù)據(jù)及天氣預測數(shù)據(jù)進行一張圖展現(xiàn)，能直觀清晰地了解工程建設信息和運行信息。

3 結語

新安縣在灌區(qū)節(jié)水配套改造的契機中加強了對灌區(qū)信息化建設。該系統(tǒng)可實現(xiàn)各項信息自動化監(jiān)測、分析、信息整合，可在手機、電腦等各個平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，信息實時共享。水利信息化工程建設已經成為一種趨勢，建議新安縣灌區(qū)應當繼續(xù)加強信息化人才培養(yǎng)，加大智慧灌區(qū)建設投資。