唐山市陡河水庫監控系統整合設計

楊鐵樹

（1.華中科技大學，武漢 430000；2.河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

1 概況

陡河水庫位于河北省唐山市區東北15km處，總庫容5.152億m3，年灌溉水量1.0億m3，年城市供水量6500萬m3，是一座以防洪、灌溉及供水為主綜合利用的大（Ⅱ）型水利樞紐工程。

陡河水庫近年來相繼建立了雨水情遙測子系統、大壩安全監測子系統、閘門監控子系統、洪水調度子系統、供水計量監測子系統、工程視頻監測子系統、水政管理子系統。但受開發水平等因素的限制，各子系統建設時間不同、開發商不同，自成體系，未構成真正意義的資源共享監控網絡。

2008年唐山市水務局提出在陡河水庫建設唐山市供水水質監測中心，以更好地預報、控制陡河水庫水質。

以水庫監控系統及水質監測中心為基礎，進行系統整合，構建一個水務基礎信息平臺，實現陡河水庫上游來水的水質監測與水庫供水調度監控的一體化管理。

2 系統整合的必要性

通過對水庫各監控子系統及水質監測系統進行整合，建立統一的、開放式的水務數據平臺。

2.1 提高工作效率

首先加強了水庫監控系統內各子系統間的資源利用率，如雨水情遙測子系統的數據信息可直接輸入至洪水調度子系統的應用程序，根據上游來水及降雨情況自動推演各類防洪預案；又如供水計量監測子系統的供水信息可直接輸入閘門監控子系統，作為其控制指令自動實現閘門開度控制及供水量調節等。其次建立了水質監控與水質監測的聯動新機制，通過水庫上游來水的水質監測，根據供水指標及供水量要求適時調整供水計劃及調度方案，實現合理用水，科學用水。

2.2 節省設備資源

通過計算機聯網，可以減少公共硬件的配置，不必每一個子系統均配置打印機，均配置冗余的硬盤存儲器。利用信息辦公系統不僅節省文件打印、傳遞，還提高了數據的實時性，避免了轉抄錯誤，實現真正意義的網絡辦公。

2.3 確保信息的一致性并減小數據冗余

同樣的數據在聯網的計算機系統中只存儲一份，任何人任何時間對這些數據的更新，都導致相關數據的更新，并且系統中的所有用戶都同時可以引用更新后的數據。

2.4 提高水庫防洪渡汛能力及供水保證率

通過網絡平臺可以實現實時水雨情、氣象、洪水預報、洪水調度、水質監測等信息的網上傳遞，實現防汛及供水合一，在調度中心可同時了解來水及水質資料，為及時準確做出防洪調度決策及供水調度方案提供有力的信息支持。

3 系統整合設計

以系統平臺建設為基礎，對水庫監控系統及新建水質監測系統進行整合設計，充分利用現有網絡設備，重新規劃網絡結構，將整合原資源與新建系統平臺相結合，將子系統功能獨立與系統平臺接口開放相結合，搭建更加穩定、安全、高效、開放的水務信息管理平臺。

3.1 水庫監控系統整合設計內容

在水庫監控系統原有的局域網基礎上，將7個子系統設備（雨水情遙測子系統、大壩安全監測子系統、閘門遙控子系統、洪水調度子系統、供水計量監測子系統、工程視頻監測子系統、水政管理子系統）移至新建系統中心大樓。

（1）在新建監測中心大樓搭建功能完善、質量可靠的水庫監控中心網絡系統。

（2）改造水雨情及供水測量子系統的短波通信方式為GPRS通信方式，更換雨水情信息采集計算機及中心服務器等硬件設備。

（3）更換大壩安全監測及閘門監控子系統傳輸光纜及光端設備。

（4）更換視頻監控子系統的視頻切換主機及多媒體工作站等設備，并新增監測中心及管理處山林等監視點。

（5）更換水庫監控中心數據平臺的軟硬件設備，升級洪水調度系統軟件。

（6）新增會商大屏幕及系統軟件。

3.2 水質監測系統整合設計內容

水質監測中心在陡河水庫及其上游建立定時定點監測與自動實時監測相結合的水質監測系統，實現水質數據統計、分析、判斷，并結合水質評價模型，依據水質標準對水庫水質進行評價。

通過建立水質監測中心與系統平臺的網絡連接，向系統平臺提供水資源質量預報及示警信息，并作為水庫供水調度的控制條件，如圖1。

圖1 水庫監控與水質監測系統整合結構圖

3.3 系統平臺建設

系統數據管理信息平臺是陡河水庫監控及水質監測中心的綜合性數據交換平臺。它不僅提供數據庫管理和維護的工具，而且實現信息采集、信息傳輸、信息網絡、系統數據庫和專業模型的有機集成，并提供友好的人機交互界面。通過系統數據管理平臺建設，管理者可以實現對系統的管理維護、狀態監控，業務人員可以進行數據查詢和在線分析，如圖2。

圖2 系統平臺建設結構圖

（1）在線數據采集處理子系統。在線數據采集處理子系統是系統平臺的基礎。完成對各子系統信息進行自動實時采集、動態監測和自動處理，為系統平臺提供及時、準確、可靠的數據源。

數據采集是系統的數據總入口，匯集各種類型、形式數據輸入的方式，包括數據獲取、數據傳輸、數據錄入等，經數據處理后，將數據存入系統中心實時數據庫中。同時也要提供信息傳輸、異常和錯誤處理、數據檢驗等通用的函數包。實時采集數據的工作流程為：①自動監測、量測設備數據自動記錄；②自動記錄信息進入臨時性信息庫；③記錄信息自動整理存入各分布式數據庫；④分布式數據庫向中心數據庫提交監測信息的原數據信息；⑤分布式數據庫向中心數據庫提交指定的數據；⑥采集數據在各分布式數據庫中的更新、添加、維護等管理；⑦自動在線采集數據在中心數據庫的維護與管理。

（2）實時監控預警子系統。實時監控預警子系統在系統平臺上對各子系統的實時信息、自動監控設備運行狀況進行可視化監控，并在監控畫面及其他處理終端上提供報警功能。

實時監控預警子系統設置大屏顯示設備，實時顯示水庫監控和水質監測的數據信息及設備運行工況，如閘門開度、大壩工況、取水口放水量、水庫上游來水量及水質監測信息等，當監測到采集量超過報警設定值將自動報警。大屏自動刷新，刷新頻率保持與數據庫刷新率相等，大屏以顏色、符號等區別不同運行狀況。在操作界面上點擊相應的設備可以看到設備的各項詳細參數。當采集參數表明設備運行不正常時，在監控中心有相應的報警提示信號。

（3）綜合信息查詢子系統。綜合信息查詢子系統是為有關人員（包括決策者、管理者、業務員）提供水庫監控和水質監測的信息查詢。查詢內容包括：閘門監控、大壩安全監測、雨水情、水量、水質監測數據、污染事件、污染源和輔助信息等。要求信息查詢響應速度快，表達生動形象直觀，清晰簡潔，圖文并茂。

綜合信息查詢子系統中的查詢方式主要是針對決策者而設置的。綜合信息查詢子系統，應該支持各種查詢方式，包括復雜的組合查詢和圖形查詢。進行屬性查詢時，檢索系統中的監測數據可以采用分級查詢模式?？紤]到查詢操作人員的不同，應付與操作人員相應的權限，以防止越權操作的發生。

（4）信息發布與反饋子系統。信息發布主要將各子系統的信息以各種形式進行發布與傳送，如水庫監控信息、雨水情、水質水量、法律法規條文等。通過信息發布功能，將這些信息以表格、文本、超文本、圖片、圖形顯示、聲音、動畫等形式在多種媒體和介質上進行發布。

通過分析數據庫及應用程序可以實現對所采集的數據進行定時統計和計算，統計計算結果也均存入數據庫。從數據庫中提取相關的匯總內容進行分級發布，分為面向水務部門及社會。信息發布需要具備完善的權限管理和操作記錄。對信息的發布權、獲取權、管理維護權等進行嚴格控制，杜絕非法、越權行為。

（5）安全與管理子系統。系統平臺是整個水務管理系統的中心，大量數據、語音和視頻圖象將匯集到這里，存儲、轉發、查詢、共享等諸多功能決定了系統平臺必須要在數據安全、統一管理、入侵監測、病毒防護等方面作出有效的防護，內外網絡分別設置了路由器、防火墻、中心交換機，與已有的綜合布線構成局域網，按照數據“內外網物理隔離”的原則，以信息平臺實現與外網的數據交換。

系統平臺建設五大安全體系，包括網絡日志管理體系、網絡安全體系、病毒防護體系、數據存儲備份體系和質量管理體系。

4 結語

陡河水庫監控與水質監測系統整合設計將兩個功能獨立的多業務的監控與水質系統，通過新搭建的信息平臺實現數據的統一管理，為水質、水量聯合調度的自動化、科學化管理提供一個高效、可行、智能化的運行環境。充分體現了新時期資源水利、現代水利和可持續發展的治水新思路——“水情是核心、監測是基礎、通信是保障、整合是動力、數字化信息化是方向”。

［1］河北省水利水電勘測設計研究院.唐山市陡河供水監測中心初步設計報告［R］.2008.

［2］楊鐵樹，夏麗卿.唐山市陡河水質監測系統設計［J］.水科學與工程技術，2009（6）:34-36.

［3］DL/T5965—1996，水利發電廠計算機監控系統設計規定［S］.