常州城市防洪工程自動(dòng)化信息系統(tǒng)建設(shè)

楊 崧，褚 奇，劉丹杰

(常州市城市防洪工程管理處,江蘇 常州 213000)

1 工程概況

常州城市防洪工程自動(dòng)化信息系統(tǒng)在2015年已經(jīng)完成一期系統(tǒng)建設(shè)，系統(tǒng)建設(shè)完成后具備以下功能：防洪調(diào)度管理、防洪物資管理、設(shè)備設(shè)施管理、巡檢管理、協(xié)同辦公和移動(dòng)終端服務(wù)等。隨著常州市34座泵閘建設(shè)移交，對(duì)城市防洪工程系統(tǒng)提出了更高的要求，加上城市防洪組織結(jié)構(gòu)的變化，城市防洪工程自動(dòng)化信息系統(tǒng)改善建設(shè)已經(jīng)迫在眉睫[1-3]。

2 系統(tǒng)建設(shè)范圍

城市防洪工程自動(dòng)化信息系統(tǒng)是通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)及傳輸技術(shù)，建立轄區(qū)內(nèi)排澇泵站的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，為水工程的現(xiàn)代化管理、防洪排澇、調(diào)水調(diào)度等提供決策支持，進(jìn)一步提高管理決策水平，充分利用現(xiàn)有的工程設(shè)施，提高工程的運(yùn)行效益[4-6]。常州市城市防洪工程自動(dòng)化信息系統(tǒng)主要包括監(jiān)控中心、系統(tǒng)平臺(tái)、泵站監(jiān)控系統(tǒng)及通信網(wǎng)絡(luò)等[7-9]。

3 項(xiàng)目總體建設(shè)內(nèi)容

3.1 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)計(jì)

3.1.1 建設(shè)內(nèi)容

本項(xiàng)目在城防處及6處管理所部署共7套組態(tài)軟件，開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，利用已有完善的通信網(wǎng)絡(luò)(城防處與6處管理所直接的通信網(wǎng)絡(luò)、6處管理所與下轄各工程點(diǎn)之間的通信網(wǎng)絡(luò))，接入所有工程現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的PLC控制柜的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)39座工程的分級(jí)自動(dòng)化集中控制。

3.1.2 系統(tǒng)總體功能

遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)包括：城防調(diào)度層遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)、6處管理所遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)和39座樞紐工程(閘泵站)現(xiàn)地自動(dòng)化控制系統(tǒng)，主要由城防處計(jì)算機(jī)、各管理所計(jì)算機(jī)和各樞紐工程(閘泵站)現(xiàn)地控制單元等設(shè)備組成，構(gòu)成一個(gè)完整的分布式、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。

通過(guò)設(shè)置在各工程點(diǎn)的現(xiàn)地控制單元設(shè)備，對(duì)所有接入的泵組、水閘等控制設(shè)備對(duì)象進(jìn)行監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，完成從各樞紐工程(閘泵站)采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)歸檔、事件記錄與歸檔、運(yùn)行報(bào)表、趨勢(shì)曲線和語(yǔ)音報(bào)警，實(shí)現(xiàn)在城防處和管理所對(duì)39座樞紐工程(閘泵站)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。其中，城防調(diào)度層遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)具有管理所遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)和樞紐工程(閘泵站)現(xiàn)地自動(dòng)化控制系統(tǒng)的所有功能，各管理所遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)功能基本一致。

3.1.3 運(yùn)行監(jiān)控方式

運(yùn)行監(jiān)控方式包括城防處調(diào)度控制、各管理所控制和現(xiàn)地控制單元(LCU)控制3個(gè)層次，對(duì)于系統(tǒng)的控制權(quán)，現(xiàn)地控制級(jí)別最高，遠(yuǎn)程控制級(jí)別最低，各權(quán)限相互閉鎖。當(dāng)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度時(shí)，城防處的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)向管理所的實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送調(diào)度控制請(qǐng)求，管理所人員在確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)具備遠(yuǎn)程調(diào)度的條件下，允許遠(yuǎn)程調(diào)度控制的請(qǐng)求，城防處的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)獲得遠(yuǎn)程控制權(quán)限，并在現(xiàn)地控制級(jí)處于遠(yuǎn)程模式下，可實(shí)施遠(yuǎn)程控制現(xiàn)地設(shè)備的啟停。調(diào)度結(jié)束，城防處的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)釋放控制權(quán)限或管理所直接強(qiáng)制接管控制權(quán)限。遠(yuǎn)程調(diào)度期間，管理所的實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)及現(xiàn)地控制系統(tǒng)無(wú)法對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程或現(xiàn)地控制操作，只有通過(guò)“強(qiáng)制控制”按鈕(包括系統(tǒng)層面強(qiáng)制切換按鈕和現(xiàn)地控制的遠(yuǎn)程/現(xiàn)地切換按鈕)，對(duì)控制權(quán)限進(jìn)行強(qiáng)制變更后才可操作，以應(yīng)對(duì)現(xiàn)地突發(fā)狀況。

3.1.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括：城防處監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、各管理所監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和各樞紐工程(閘泵站)現(xiàn)地控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)整合城防處現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)地站—管理所(6處)—城防處三級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

3.2 閘位信息、雨量監(jiān)測(cè)建設(shè)

3.2.1 閘位信息補(bǔ)充建設(shè)內(nèi)容

系統(tǒng)將在8個(gè)小型樞紐增設(shè)閘門開(kāi)度監(jiān)測(cè)設(shè)備，并將閘門開(kāi)度數(shù)據(jù)接入現(xiàn)地已建的LCU控制柜，實(shí)現(xiàn)各樞紐閘門開(kāi)度信息的采集。

監(jiān)測(cè)設(shè)備布設(shè)主要是根據(jù)防汛調(diào)度的需要，分布在橫塘河南樞紐、橫峰溝樞紐、丁橫河樞紐、糜家塘樞紐、永匯河樞紐、老澡港河樞紐、西界河閘站和童子河閘站。通過(guò)對(duì)以上各站點(diǎn)閘門開(kāi)度監(jiān)測(cè)設(shè)備的建設(shè)，實(shí)時(shí)了解當(dāng)前站點(diǎn)運(yùn)行情況，協(xié)助中心人員作出調(diào)控決策。

通過(guò)專網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送至各自對(duì)應(yīng)的上級(jí)管理所工控機(jī)/服務(wù)器，并通過(guò)現(xiàn)有管理所-城防處的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，最終將閘位數(shù)據(jù)等匯集至城防管理處綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，為工作人員的工程調(diào)度運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2.2 雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

系統(tǒng)將在城防處所管轄3處工程點(diǎn)布設(shè)3個(gè)自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站，利用工程點(diǎn)既有通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨量信息的采集、傳輸。

站點(diǎn)布設(shè)主要是根據(jù)防汛調(diào)度的需要，分布在龍游河南站、西涵洞毛龍閘以及大運(yùn)河?xùn)|樞紐。通過(guò)對(duì)以上站點(diǎn)的雨量監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)了解城防處轄區(qū)雨量情況，協(xié)助管理人員作出調(diào)控決策。

3.3 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

3.3.1 建設(shè)內(nèi)容

根據(jù)業(yè)務(wù)平臺(tái)需要，建設(shè)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)城防處已有系統(tǒng)數(shù)據(jù)及工程資料進(jìn)行整合錄入，并實(shí)現(xiàn)前端站點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集匯聚；實(shí)現(xiàn)與實(shí)時(shí)監(jiān)控(測(cè))、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口開(kāi)發(fā)；實(shí)現(xiàn)與水利一級(jí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)接口開(kāi)發(fā)。

綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)包括：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集平臺(tái)建設(shè)、數(shù)據(jù)整理與錄入、數(shù)據(jù)接口服務(wù)開(kāi)發(fā)等。

3.3.2 數(shù)據(jù)采集平臺(tái)建設(shè)

數(shù)據(jù)采集平臺(tái)主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)匯集，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按照不同數(shù)據(jù)來(lái)源，設(shè)計(jì)相應(yīng)的匯集錄入工作流程，最大限度地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總錄入自動(dòng)化，減少數(shù)據(jù)入庫(kù)的工作量。主要包括以下幾方面：

(1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集。前端監(jiān)測(cè)的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)文解析，并寫入統(tǒng)一的水文標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)中。

(2)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集。包括氣象局共享或互聯(lián)網(wǎng)采集的臺(tái)風(fēng)路徑、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)圖等。項(xiàng)目依賴于多部門的數(shù)據(jù)支持，在內(nèi)網(wǎng)機(jī)制下，不允許數(shù)據(jù)交互，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)采集信息。數(shù)據(jù)采集通道總體框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 “三橫兩縱”的總體框架結(jié)構(gòu)

(3)數(shù)據(jù)整理與錄入工作。無(wú)數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有任何利用價(jià)值，因此，數(shù)據(jù)收集整理與入庫(kù)是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作。數(shù)據(jù)收集整編與入庫(kù)需要協(xié)同水利所不同科室收集、獲取相關(guān)數(shù)據(jù)資料，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整編入庫(kù)。此外，項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，還需要將水閘泵站普查搜集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，整理錄入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的各個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

①現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)入庫(kù)

現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)情況，可以采用以下三種方式中的一種實(shí)現(xiàn)。

a)對(duì)于現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)一致的數(shù)據(jù)，直接采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具實(shí)現(xiàn)“全量復(fù)制”。

b)對(duì)于現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)不一致(一般差異不大)，通過(guò)在原有系統(tǒng)創(chuàng)建臨時(shí)視圖(與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)一致)，再通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具實(shí)現(xiàn)“全量復(fù)制”。

c)對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)差異很大，或者涉及多表分拆、合并的數(shù)據(jù)，采用先導(dǎo)出數(shù)據(jù)，建立對(duì)應(yīng)關(guān)系導(dǎo)入或通過(guò)人工編輯、校核后，再通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

②歷史數(shù)據(jù)搜集整理與錄入

歷史數(shù)據(jù)包括歷史水情數(shù)據(jù)、歷史調(diào)度數(shù)據(jù)、歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)、重大水利工程成果數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)整編流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)整編流程

3.4 應(yīng)用支撐平臺(tái)建設(shè)

為應(yīng)用服務(wù)提供統(tǒng)一的支撐平臺(tái)，如圖4所示，在該平臺(tái)上統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)應(yīng)用，具體如下：

圖4 應(yīng)用支撐平臺(tái)

(1)構(gòu)建統(tǒng)一地圖服務(wù)，以“一張圖”的方式為城防處業(yè)務(wù)管理平臺(tái)提供支撐，“一張圖”服務(wù)的地理信息數(shù)據(jù)來(lái)源于江蘇省水利廳的地理信息平臺(tái)。

(2)構(gòu)建統(tǒng)一用戶管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理中按職責(zé)、崗位、角色定向配置和推送，做到統(tǒng)一用戶認(rèn)證、統(tǒng)一權(quán)限管理，強(qiáng)化平臺(tái)的安全運(yùn)行。

3.5 信息自動(dòng)化管理平臺(tái)

業(yè)務(wù)管理平臺(tái)(信息自動(dòng)化管理平臺(tái))包括綜合概覽，調(diào)度運(yùn)行，巡查管理、資產(chǎn)管理、項(xiàng)目管理，辦公系統(tǒng)和移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)等。

3.5.1 綜合概覽

綜合概覽即綜合信息管理，包括一張圖展示、水情信息、雨情信息、工情信息、視頻信息、臺(tái)風(fēng)信息和預(yù)警功能等，如圖5所示。

圖5 綜合概覽

3.5.2 調(diào)度運(yùn)行

合同中的調(diào)度審批發(fā)布和調(diào)度信息查詢統(tǒng)計(jì)。按照設(shè)定流程流轉(zhuǎn)、審批，可全員查看。

(1)調(diào)度發(fā)布流程。值班人員接收上級(jí)指令(或現(xiàn)場(chǎng)情況)—報(bào)單位領(lǐng)導(dǎo)、同時(shí)抄送工程科擬調(diào)度指令—工程科科長(zhǎng)核稿—分管領(lǐng)導(dǎo)審核—主要負(fù)責(zé)人簽發(fā)—工程科簽收發(fā)布。

(2)調(diào)度執(zhí)行流程。相關(guān)人員接收—反饋結(jié)果。

(3)調(diào)度信息查詢、統(tǒng)計(jì)。調(diào)度信息數(shù)據(jù)庫(kù)：時(shí)間、調(diào)令編號(hào)、發(fā)令人、接收人、內(nèi)容、執(zhí)行情況、可上傳調(diào)令掃描件、外部來(lái)文等。

合同中的檢查觀測(cè)包括工程的日常檢查、河道(湖)的水政巡查以及工程隱患和異常情況等，緊密結(jié)合維修養(yǎng)護(hù)、水政管理、物資管理以及移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)功能。同時(shí)，基于檢查觀測(cè)結(jié)果建設(shè)考核管理，包括工程考核、日?？己?、水政綠化考核、內(nèi)部績(jī)效考核和物業(yè)監(jiān)督考核等。最終實(shí)現(xiàn)巡查—發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—解決問(wèn)題—完成反饋的閉合管理。

3.5.3 巡查管理、資產(chǎn)管理、項(xiàng)目管理

(1)巡查管理。以一張圖的形式展示了各個(gè)樞紐站點(diǎn)的巡查情況。

(2)資產(chǎn)管理。建立資產(chǎn)管理編碼等標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)分類、資產(chǎn)管理組織(責(zé)任人)、資產(chǎn)資料內(nèi)容、資產(chǎn)資料電子檔案、資產(chǎn)登記日期等基本信息管理，并對(duì)城防處各類資產(chǎn)進(jìn)行資產(chǎn)盤點(diǎn)、資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)與分析。系統(tǒng)主要包括：資產(chǎn)管理、物資倉(cāng)庫(kù)等功能模塊。

(3)項(xiàng)目管理。對(duì)所有已申報(bào)的項(xiàng)目進(jìn)行全周期管理，從項(xiàng)目的申報(bào)、合同審批、項(xiàng)目實(shí)施等過(guò)程對(duì)每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行管理，從而對(duì)項(xiàng)目起到監(jiān)督和管理作用。系統(tǒng)主要包括：項(xiàng)目申報(bào)、項(xiàng)目審批、合同審批、項(xiàng)目管理、統(tǒng)計(jì)查詢。

3.5.4 辦公系統(tǒng)及移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)城防處已建辦公系統(tǒng)在業(yè)務(wù)管理平臺(tái)上的集成，采用鏈接集成的方式，集成后的辦公系統(tǒng)可在管理平臺(tái)直接打開(kāi)。開(kāi)發(fā)Andriod版和IOS版兩套移動(dòng)平臺(tái)。以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支持，利用GPS、GIS、智能手機(jī)等設(shè)備和技術(shù)，建立水利工程移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，提供水利工程移動(dòng)巡查設(shè)備的接入和注冊(cè)，如圖6所示。

圖6 移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)

服務(wù)器端系統(tǒng)主要包括：權(quán)限認(rèn)證管理、移動(dòng)終端授權(quán)、任務(wù)管理、位置上報(bào)、巡查信息查詢和統(tǒng)計(jì)等功能；

客戶端系統(tǒng)主要包括：登錄模塊、信息查詢、信息提醒、移動(dòng)巡查、隱患處置和調(diào)度運(yùn)行等功能。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)分析常州市防洪工程建設(shè)現(xiàn)狀，在充分利用已建工程的基礎(chǔ)上，整合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源，基于統(tǒng)一平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)，針對(duì)不同人員的應(yīng)用需求，建設(shè)自動(dòng)化信息系統(tǒng)，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度、項(xiàng)目管理、通知下達(dá)等工作的效率。