西大橋引水樞紐工程信息化系統(tǒng)建設(shè)

王學(xué)兵

(塔里木河流域阿克蘇管理局，新疆 阿克蘇 843000)

1 概 述

水利樞紐工程建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。隨著科技、經(jīng)濟(jì)水平的提升，水利工程信息化改造建設(shè)逐漸受到重視。利用現(xiàn)代化遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、儲(chǔ)存、分析技術(shù)，可降低水利樞紐工程人工監(jiān)測(cè)的難度，提高工作效率。同時(shí)，信息化系統(tǒng)建設(shè)可獲取更加豐富、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，為管理者決策分析提供更為可靠依據(jù)[1-3]。

2 引水樞紐概況

西大橋引水樞紐工程是阿克蘇河流域老大河灌區(qū)、阿瓦提灌區(qū)、兵團(tuán)農(nóng)一師沙井孜灌區(qū)等的灌溉引水以及實(shí)現(xiàn)向塔河泄水的重要控制性水利樞紐，也是阿克蘇河上第一座龍頭工程。西大橋電站控制尾水閘3孔，設(shè)計(jì)控制尾水流量160m3/s；東岸大渠進(jìn)水閘3孔，設(shè)計(jì)引水流量25m3/s；老大河進(jìn)水閘3孔，設(shè)計(jì)引水流量100m3/s；沙克沙克渠進(jìn)水閘1孔，設(shè)計(jì)引水流量3m3/s；勝利二級(jí)電站渠進(jìn)水閘3孔，設(shè)計(jì)引水流量55m3/s。

3 總體架構(gòu)

根據(jù)西大橋引水樞紐工程信息化系統(tǒng)需求分析，設(shè)計(jì)平臺(tái)總體架構(gòu)見圖1。

圖1 信息化平臺(tái)總體架構(gòu)

3.1 基礎(chǔ)支撐

充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和水利信息感知基礎(chǔ)，收集多個(gè)數(shù)據(jù)資源，包括水情數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、閘門控制數(shù)據(jù)、地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水位預(yù)警數(shù)據(jù)以及人工上報(bào)的數(shù)據(jù)等，結(jié)合各個(gè)站點(diǎn)的實(shí)際情況、地理空間數(shù)據(jù)和指標(biāo)分析體系，建設(shè)平臺(tái)的基礎(chǔ)服務(wù)能力。

3.2 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)的基礎(chǔ)信息、動(dòng)態(tài)信息以及其他業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)集成與貫通，對(duì)數(shù)據(jù)體系進(jìn)行統(tǒng)一管理。主要包括對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)的匯集、存儲(chǔ)、交換、管理、應(yīng)用等環(huán)節(jié)，建立一個(gè)數(shù)據(jù)中心。

3.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用

基于基礎(chǔ)能力，建設(shè)集水資源調(diào)度分析、閘門集中遠(yuǎn)控、視頻巡檢智慧化等能力為一體的集中管控平臺(tái)，為后續(xù)智慧化應(yīng)用的打造提供支撐。同時(shí)，建設(shè)大屏、機(jī)房、視頻會(huì)商等基礎(chǔ)環(huán)境，用于平臺(tái)的大屏智慧調(diào)度。

根據(jù)可靠性原則和應(yīng)用場(chǎng)景的重要性，平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖2。

圖2 平臺(tái)架構(gòu)拓?fù)鋱D

水資源調(diào)度主要接入水情數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用部署在水利信息網(wǎng)環(huán)境。水資源調(diào)令申請(qǐng)由于是灌區(qū)發(fā)起申請(qǐng)，需要通過水利信息網(wǎng)的防火墻和上網(wǎng)行為管理系統(tǒng)進(jìn)行訪問。視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過公網(wǎng)傳輸至阿克蘇管理局視頻流存儲(chǔ)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)阿克蘇管理局對(duì)所有視頻設(shè)備的統(tǒng)一調(diào)管。

在阿克蘇管理局集控中心，實(shí)現(xiàn)閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)的融合接入，同時(shí)配置網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)向塔管局、阿克蘇管理局傳輸數(shù)據(jù)的功能。在計(jì)算機(jī)閘門監(jiān)控系統(tǒng)與視頻監(jiān)視系統(tǒng)之間，通過硬接線或互聯(lián)網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，在值班員進(jìn)行閘站狀態(tài)監(jiān)視、閘門操作時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視閘站工作狀態(tài)。

4 一體化集控平臺(tái)

一體化集控平臺(tái)建設(shè)是為了各部門之間互相協(xié)同作業(yè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)問題，提供決策支持，實(shí)現(xiàn)部門之間的對(duì)接和共融。見圖3。

圖3 一體化管理系統(tǒng)

4.1 水資源調(diào)度

阿克蘇管理局水資源綜合調(diào)度的基礎(chǔ)是塔管局的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。以自動(dòng)監(jiān)測(cè)的渠道水位數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)為依據(jù)，再接入塔管局制定的水資源調(diào)度年度計(jì)劃數(shù)據(jù)，分析調(diào)度計(jì)劃執(zhí)行情況；后續(xù)根據(jù)計(jì)劃執(zhí)行情況、去年同期水位數(shù)據(jù)等，以每個(gè)斷面為維度，分析預(yù)判月度計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度，反過來為每個(gè)樞紐的閘門開啟高度提供數(shù)據(jù)支撐、決策。

實(shí)時(shí)接入現(xiàn)有的117個(gè)水情監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位數(shù)據(jù)，用于水資源調(diào)度數(shù)據(jù)分析。本次接入的內(nèi)容主要有：① 阿克蘇管理局管理灌區(qū)的年供水計(jì)劃數(shù)據(jù)；② 每個(gè)斷面的實(shí)時(shí)水位和流量數(shù)據(jù)。

4.1.1 調(diào)度執(zhí)行

1)調(diào)令申請(qǐng)。開發(fā)調(diào)令申請(qǐng)審批程序，灌區(qū)用戶可以通過調(diào)令申請(qǐng)小程序申請(qǐng)水資源需求計(jì)劃，對(duì)應(yīng)的管理站點(diǎn)管理人員進(jìn)行初步審核；審核通過后，阿克蘇管理局水調(diào)科進(jìn)行二次綜合審核；審核通過后，推送到局領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行簽字確認(rèn)；確認(rèn)完成后，調(diào)令交由對(duì)應(yīng)的管理站點(diǎn)進(jìn)行執(zhí)行。

針對(duì)灌區(qū)用戶的小程序可以部署到互聯(lián)網(wǎng)中；后續(xù)審批、執(zhí)行流程集成到塔河APP中，方便快速處理。

2)計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度預(yù)警。以斷面結(jié)合實(shí)際調(diào)水進(jìn)度和調(diào)水計(jì)劃以及去年同期實(shí)際調(diào)水情況，分析當(dāng)前調(diào)度計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度。如果實(shí)際調(diào)水超過計(jì)劃值一定閾值，及時(shí)發(fā)出預(yù)警，以便相關(guān)管理人員及時(shí)處理。

3)斷面校正。為了方便站點(diǎn)管理人員及時(shí)校正斷面的水位、流量，設(shè)計(jì)水位校正小程序，集成到塔管局APP中，方便管理員完成斷面的水位校正。

4.1.2 調(diào)度分析

水資源調(diào)度情勢(shì)功能主要提供水資源調(diào)度所需信息的展示和分析功能，主要包括計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度形勢(shì)分析、同期來水形勢(shì)分析等。見圖4。

4.2 閘門集控

閘門遠(yuǎn)控系統(tǒng)采用分層分布式控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的控制權(quán)限以越接近設(shè)備，控制權(quán)限越高。見圖5。

在一體化集控平臺(tái)中，對(duì)于業(yè)務(wù)管理人員，主要可以查看閘門實(shí)時(shí)情況，對(duì)管理工作有直觀的分析依據(jù)；對(duì)于每個(gè)站點(diǎn)的管理人員，可以通過平臺(tái)進(jìn)行集中遠(yuǎn)控。

圖4 水資源調(diào)度分析模塊

圖5 閘門控制優(yōu)先等級(jí)

4.2.1 閘門數(shù)據(jù)接入

1)管理站點(diǎn)模型。為每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化管理站點(diǎn)創(chuàng)建三維仿真模型，利用地理信息類服務(wù)，展示管理站點(diǎn)的實(shí)時(shí)情況。本次建設(shè)主要?jiǎng)?chuàng)建艾里西引水樞紐、協(xié)合拉引水樞紐兩個(gè)站點(diǎn)的三維仿真模型。

2)數(shù)據(jù)接入。接入管理站點(diǎn)的閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，主要包括閘孔開閉狀態(tài)、每個(gè)閘孔的開度數(shù)據(jù)、閘孔影響的渠道等數(shù)據(jù)。

3)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)。結(jié)合接入的閘孔實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及其他模塊接入的水情數(shù)據(jù)、閘孔的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)視頻數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)分析。

4.2.2 閘門實(shí)時(shí)查看及遠(yuǎn)程控制

數(shù)據(jù)接入完成后，業(yè)務(wù)管理人員可以通過一體化集控平臺(tái)，實(shí)時(shí)查看每個(gè)站點(diǎn)的閘門情況。

1)實(shí)時(shí)查看閘后流量。實(shí)時(shí)查看閘后供水情況，為閘門的是否開啟、閘門開度多少提供輔助分析、決策。見圖6。

2)查看閘門實(shí)況。在一體化集控平臺(tái)里面，接入所有樞紐的自動(dòng)化遠(yuǎn)程閘控系統(tǒng)，并接入閘門前后的視頻監(jiān)控設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：①實(shí)時(shí)查看所有樞紐的閘門開閉情況；②閘門開啟時(shí)，可以根據(jù)閘后流量情況，判斷閘門開度；③閘門關(guān)閉時(shí)，實(shí)時(shí)查看閘下異常情況，避免閘下異物影響閘門安全。見圖7。

圖6 閘后流量數(shù)據(jù)模塊

圖7 閘門實(shí)況模塊

3)閘門遠(yuǎn)程控制。對(duì)于可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的管理站點(diǎn)，對(duì)接相應(yīng)的閘門控制系統(tǒng)。如果支持遠(yuǎn)程控制，通過閘門遠(yuǎn)控接口進(jìn)行控制數(shù)據(jù)的交互，實(shí)現(xiàn)閘門集中遠(yuǎn)控。

4.3 視頻巡檢

4.3.1 視頻流接入

目前，所有樞紐站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)均已接通，視頻接入將通過水利信息網(wǎng)，以視頻流的方式，接入65個(gè)視頻監(jiān)測(cè)點(diǎn)的視頻流數(shù)據(jù)到集中控制中心機(jī)房，供一體化控制平臺(tái)使用。

視頻數(shù)據(jù)均保存90天。視頻接入時(shí)，分為以下級(jí)別接入：①管理站點(diǎn)；②站前監(jiān)控、斷面監(jiān)控、閘室監(jiān)控、閘控監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控等。閘控監(jiān)測(cè)又根據(jù)閘孔，分閘前監(jiān)控、閘后監(jiān)控、閘頂監(jiān)控。

4.3.2 視頻巡檢

通過視頻融合智慧分析，對(duì)一體化集控平臺(tái)接入的所有視頻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行輪流巡檢，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)預(yù)警，通知相關(guān)管理人員進(jìn)行處理。

本次建設(shè)主要實(shí)現(xiàn)視頻流接入，然后提供人工巡檢的方式。后期根據(jù)實(shí)際需要，加入視頻智慧分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能巡檢。

4.4 安全監(jiān)測(cè)

安全監(jiān)測(cè)主要接入已有的水位預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)、視頻巡檢數(shù)據(jù)，以此為工程安全分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為工程除險(xiǎn)加固的安排提供依據(jù)。

4.5 地下水監(jiān)測(cè)

將現(xiàn)有43個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接入到一體化集控平臺(tái)，并通過數(shù)據(jù)分析對(duì)比，為阿克蘇管理局流域生態(tài)治理分析提供重要依據(jù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

西大橋水利樞紐工程信息化建設(shè)立足阿克蘇管理局現(xiàn)有信息化設(shè)施設(shè)備和管控系統(tǒng)基礎(chǔ)，分階段先實(shí)現(xiàn)“1+1”的建設(shè)目標(biāo)，即建成一個(gè)集中控制中心，一套包含全業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成的綜合管理調(diào)度平臺(tái)，完成總體規(guī)劃的基礎(chǔ)建設(shè)內(nèi)容，為后期的6個(gè)智慧化少人/無人值守現(xiàn)地管理站點(diǎn)的建設(shè)提供基礎(chǔ)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)阿克蘇管理局流域治理管理信息化工作的統(tǒng)一布局、集中遠(yuǎn)控、透徹感知、全面互聯(lián)、智慧應(yīng)用和安全可靠。