惠州市白花河防洪排澇治理工程智慧水利系統(tǒng)設計

劉智超

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣州 510635)

1 項目背景

白花河位于惠東縣境內，從白花鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)穿過，現狀河長33.6km，集雨面積183.8km2。近10a來白花鎮(zhèn)呈現“一年一小澇，五年一大澇”的特點，是惠東縣乃至整個西枝江流域洪澇災害發(fā)生頻率最高、受災最嚴重的鎮(zhèn)。

為有效解決白花河流域的洪澇災害問題，促進沿海經濟帶發(fā)展及保護東江水源，開展白花河防洪排澇治理是十分必要和迫切的。

白花河防洪排澇治理工程主要包括新建及達標加固堤防、新開分洪河道及截洪渠道、新建排澇閘站2宗、新建排澇水閘4宗、河道綜合治理等。

2 建設目標

建立白花河防洪排澇治理工程智能化、一體化平臺的信息化系統(tǒng)，建設調度管理中心。在調度管理中心部署調度監(jiān)控室，通過建設包括工程數字門戶、移動應用門戶、防洪排澇調度管理、生產管理輔助、工程數字檔案、水情在線監(jiān)測、水工安全監(jiān)測等應用系統(tǒng)，實現工程管理的智能化。

3 系統(tǒng)結構設計

白花河防洪排澇治理工程“智慧水利”的建設需緊密結合項目建設的任務，使工程管理運行更加安全、科學、高效，更好的發(fā)揮工程效益。系統(tǒng)采用分層分布式設計，遵從開放系統(tǒng)原則，提供一個開放式環(huán)境，包括展現層、應用層、支撐層、信息資源層和基礎設施層。

本項目“智慧水利”建設總體設計架構，見圖1。系統(tǒng)網絡結構圖，見圖2。

圖1 總體設計架構示意圖

圖2 系統(tǒng)網絡結構圖

3.1 展現層設計

3.1.1 工程數字門戶

為實現信息資源共享，推動白花河防洪排澇治理工程信息化進程，更好地為公眾提供工程建設、管理、服務的信息，接受公眾監(jiān)督，吸納公眾意見，樹立良好形象和開展網上業(yè)務處理，根據工程運行管理需要，建立白花河防洪排澇治理工程門戶系統(tǒng)[1]。

3.1.2 移動應用門戶

通過掃描二維碼，可以方便使用戶隨時隨地通過智能終端進入訪問工程移動門戶或關注微信公眾號，了解相關資訊，提供全方位的網上公眾咨詢服務，幫助管理處建立有效的形象宣傳、風采展示和意見收集等。

3.2 應用層設計

3.2.1 防洪排澇調度管理系統(tǒng)

防洪排澇調度管理需要在來水預測的基礎上，針對流域水資源系統(tǒng)的實際狀況，建立配置模型，計算不同防洪排澇策略下研究區(qū)域的水量供需平衡；組合不同供需方案和工程調度措施，通過防洪排澇調度模型的模擬計算，對總體布局的確定和完善提供建議性成果，使得模型成為防洪排澇調度的實用工具。

防洪排澇調度和調度模型平臺在防洪排澇調度的基礎上完善各類防洪排澇調度模型，提供建模工具，在與外部系統(tǒng)對接的基礎上，為白花河防洪排澇治理工程的防洪排澇調度提供模型支撐與決策依據[2]。

3.2.2 生產管理輔助系統(tǒng)

生產管理輔助系統(tǒng)以資產模型、設備臺帳為基礎，強化成本核算的管理思想，以工單的創(chuàng)建、審批、執(zhí)行、關閉為主線，合理、優(yōu)化地安排相關的人、財、物資源，將傳統(tǒng)的被動檢修轉變?yōu)榉e極主動的預防性維修，與實時的數據采集系統(tǒng)集成，可以實現預防性維護。通過跟蹤記錄全過程的維護歷史活動，將維修人員的個人知識轉化為企業(yè)范圍的智力資本。

3.2.3 工程數字檔案系統(tǒng)

電子檔案管理系統(tǒng)作為完整檔案業(yè)務流程管理的信息化平臺，涵蓋檔案業(yè)務管理中“收集、管理、保存、利用”的業(yè)務需求。其功能主要包括檔案收集、數據管理、檔案保管、檔案利用、檔案統(tǒng)計、檔案鑒定及銷毀、賬戶功能、輔助功能、系統(tǒng)管理等。

3.2.4 水情在線監(jiān)測系統(tǒng)

本工程設置水情在線監(jiān)測系統(tǒng)，新建七渡河水文站、白花河水文站、黃沙塘雨量站、產業(yè)園雨量站，信息通過采用4G無線通信網絡傳輸至工程調度監(jiān)控中心。工程主要是實現對閘站、水閘及白花河流域的水文等信息的實時監(jiān)測，通過分析監(jiān)測數據，保證工程實現防洪排澇的作用。

3.2.5 水工安全監(jiān)測系統(tǒng)

水工安全監(jiān)測系統(tǒng)在安全自動化監(jiān)測的基礎上，進行二次開發(fā)，根據科學的分析對堤防、閘站、水閘的安全狀態(tài)進行評價和預報，可以及早發(fā)現險情和維護安全。

3.3 支撐層設計

3.3.1 應用支撐平臺設計

中間件軟件管理著客戶端程序和數據庫或者早期應用軟件之間的通訊。中間件在分布式的客戶和服務之間扮演著承上啟下的角色，如事務管理、負荷平衡以及基于Web的計算等。利用這些技術有助于減輕應用軟件開發(fā)者的負擔，使他們在利用現有的硬件設備、操作系統(tǒng)、網絡、數據庫管理系統(tǒng)以及對象模型創(chuàng)建分布式應用軟件時更加得心應手。

3.3.2 數據支撐平臺設計

通過數據庫子系統(tǒng)、報表子系統(tǒng)、平臺管理子系統(tǒng)等系統(tǒng)的建立，實現抽取數據、數據加工處理、任務調度、報表設計、報表服務、報表儀表盤、報表導出、數據導入、基礎架構、報表權限管理、報表幫助管理等功能，充分滿足數據服務需求。并借助于圖形化手段，將美學形式與業(yè)務需求相結合，有效的傳達數據集的思想概念，從不同維度深入觀察并提煉數據集的關鍵特征[3]。

3.4 信息資源層設計

根據業(yè)務需要，設計了信息資源層，對工程所產生的數據進行了歸類匯總。根據本工程的數據情況，可分為基礎數據、業(yè)務數據、動態(tài)數據、工程影像數據。

3.5 基礎設施層設計

3.5.1 服務器配置設計

CPU：4路10核 2.0GHz以上CPU；

內存：256GB以上內存；

硬盤：600GB 15Krpm 2.5英寸SAS熱插拔HDD。

3.5.2 存儲系統(tǒng)設計

本工程中存儲系統(tǒng)的建設，由6臺物理服務器組成存儲節(jié)點集群和1臺磁盤陣列來實現。

3.5.3 數據備份系統(tǒng)設計

據備份系統(tǒng)需要配置備份一體機設備，通過定義備份策略，如全備份、增量備份、差異備份等，定時將云平臺數據備份到本地備份介質。

3.5.4 網絡系統(tǒng)及通信通道設計

網絡采用星形結構，設調度管理中心為中控層；新建及達標加固堤防、2座閘站和4座水閘等測點為現地層。

系統(tǒng)對白花河流域現地層測點的流量、水位、視頻、閘門運行情況、閘站運行情況等信息進行實時監(jiān)控。通過沿堤防敷設光纜的方式將水位、流量、現場視頻、閘門開度、電機運行狀況等信息數據傳送到調度管理中心。

3.5.5 信息安全設計

本項目按照信息等級保護二級標準建設，在工程的調度管理中心(信息化系統(tǒng)所在網絡)布設相關的安全設備，以滿足信息安全等保二級要求。安全設備主要包括：防火墻、上網行為管理(審計)、堡壘機、認證服務、防病毒等。

3.6 前端信息感知和采集設計

3.6.1 水工安全監(jiān)測系統(tǒng)

為了監(jiān)測白花河防洪排澇治理工程主要建筑物的工作性態(tài)，按規(guī)范要求和工程實際需要對堤防及新開分洪河建筑物、新建水閘、新建排澇閘站等進行變形、滲流、水位、巡視檢查等監(jiān)測。

3.6.2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

本工程設置計算機監(jiān)控系統(tǒng)，由調度中心調度層、閘站/水閘集控層、現地控制層設備構成，形成開放式、分層分布式的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

閘站/水閘控制采用遠方集中控制為主、現地控制為輔的控制方式。在調度管理中心實現遠程監(jiān)控，對沿途排澇閘站、水閘的統(tǒng)一調度管理。

3.6.3 機電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)

本工程對各閘站、水閘大部分機電設備如泵組、閘門、主變壓器、開關柜、直流系統(tǒng)等設置在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時采集監(jiān)測對象的狀態(tài)信息，監(jiān)測量超出限制時發(fā)出報警。

3.6.4 水情在線監(jiān)測系統(tǒng)

建立水情在線監(jiān)測系統(tǒng)，對水文數據實行在線監(jiān)測，充分利用系統(tǒng)的實時性和可靠性優(yōu)勢，通過快速可靠的傳輸方式和實時自動的處理手段，能很好地完成白花河防洪排澇治理工程對水位監(jiān)測、雨量監(jiān)測、流量監(jiān)測和洪水預報等信息的要求，為本工程的運行調度提供水文數據保障。

3.6.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

本工程設1套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由調度中心主系統(tǒng)及2個閘站、4個水閘及新建及達標加固堤防子系統(tǒng)組成。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用數字式系統(tǒng)，主要由視頻平臺(含視頻服務器)、視頻工作站、NVR視頻錄像機、網絡一體化彩色高清球型攝像機、網絡遙控控制鍵盤(帶搖桿)等圖像設備組成。

3.6.6 門禁管理系統(tǒng)

本工程設置實名制門禁管理系統(tǒng)，對調度中心和2個閘站的進出人員及車輛情況進行管理和記錄，并防止非法入侵和各種破壞活動。

調度中心和閘站出入口安裝車輛出入電動道閘管理系統(tǒng)，車輛出入通過道閘控制器發(fā)出的控制信號來控制道閘的起落，配套使用地感線圈和車輛檢測器實現車輛通過自動落桿和防砸車功能，對調度中心和閘站主要通道區(qū)域的出入車輛進行安全管理。

調度中心大樓和閘站出入口設人員出入翼閘，通過IC卡識別限制人員出入。車輛道閘及人員翼閘系統(tǒng)與門禁管理系統(tǒng)共享數據庫軟件平臺，實現一卡通用。

3.6.7 周界防護系統(tǒng)

在2個閘站布設周界防護設備，防止非法入侵和各種破壞活動。周界防護設備利用可移動式紅外對射裝置，當有人進去防區(qū)遮射之間的紅外光束時，探測器即會發(fā)出報警信號，同時發(fā)出聲光報警、顯示報警位置。

3.7 調度管理中心設計

3.7.1 調度監(jiān)控室

調度監(jiān)控室為調度管理中心核心功能房，一方面將工程所涉及的相關的數據信息進行接入、匯總，工作人員通過防洪排澇調度管理系統(tǒng)、生產管理輔助系統(tǒng)、水情在線監(jiān)測系統(tǒng)等應用系統(tǒng)，實現對工程的智能化管理，另一方面將本工程涉及的閘站、水閘、水工安全監(jiān)測、視頻監(jiān)控等信息進行集中管控，實現閘站、水閘等的遠程監(jiān)視與控制。

調度監(jiān)控室建筑面積約100 m2。

3.7.2 視頻會商室

為充分實現工程防洪排澇、改善水環(huán)境等功效，設立視頻會商室，提供會商環(huán)境，為決策參謀人員和高層決策者會商提供各種支持和服務。

視頻會商室建筑面積約80 m2。

3.7.3 機房

機房主要布置相關系統(tǒng)的服務器、存儲設備、網絡設備及UPS電源設備。

機房面積約50 m2，最低凈高≥2.5m。

3.7.4 視頻會商系統(tǒng)

根據工程建設需求，在視頻會商室布設MCU和會商服務器，另外在會商室和重要部門辦公室布設會議終端，以及移動會議終端，以滿足實時溝通的需求。

3.7.5 大屏顯示系統(tǒng)

在管理樓調度管理中心調度監(jiān)控室設1套大屏顯示系統(tǒng)，與視頻會商系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)連接，為工程運行管理、閘站及水閘調度、防洪會商、視頻監(jiān)控等提供實時可視化設備。

4 總 結

白花河流域智慧水利系統(tǒng)的建立，以提高水利現代化管理水平為目標，著力解決白花河流域信息化管理能力薄弱、缺乏信息感知、缺乏數據整合共享等現存問題，落實“全面感知、高速互聯(lián)、充分共享、智能應用、周到服務”的“互聯(lián)網+現代水利”體系，圍繞“水安全、水生態(tài)、水管理、水服務”的現代水利新格局。