物聯網技術在南水北調輸水調度中的應用

趙天宇

（南水北調東線山東干線有限責任公司，山東濟南 250014）

物聯網技術在南水北調輸水調度中的應用

趙天宇

（南水北調東線山東干線有限責任公司，山東濟南 250014）

南水北調東線山東干線工程具有多級泵站、分段節制及人工襯砌輸水渠道等特點。通過分析該工程現有調度運行模式中存在的問題，探討將物聯網技術引入調度運行系統的可能性及必要性，初步探究物聯網技術在南水北調輸水渠道調度運行管理中應用的方式方法。

南水北調中線；物聯網技術；調度運行；輸水渠道

南水北調東線山東干線工程具有多級泵站、分段節制及人工襯砌輸水渠道等特點，在實際調度運行過程中需各級泵站、上下游節制閘緊密配合，逐級開啟、依次開啟。工程自2013-11-15正式通水以來，通過摸索、論證與實踐，形成了一套較為科學的調度運行制度與模式。隨著調水運行經驗的積累，各級調度運行人員的業務技能不斷提高，山東南水北調工程的整體調度運行能力得到大幅提升。同時，因時空分布及人為因素造成的問題逐漸凸顯。

1　山東干線輸水調度存在的問題

1.1對調度運行專業人員依賴性過高

根據實際情況分析，現階段調度運行工作中，省調度中心及分調中心調度運行專業人員配備基本滿足調度運行工作需求。但三級管理機構現場管理處存在“麻雀雖小五臟俱全”的工作特點，通常情況下三級管理處僅設置“綜合科”及“運行管理科”兩個部門。運行管理部門承擔其管理處所轄工程的全部業務工作，當需要執行調度運行工作24 h值班時便凸顯出業務人員不足的問題。如果安排綜合部門工作人員參與值班，則無法確保為各閘站提供專業技術支持及指導；若由運行管理部門獨自完成，則容易出現超負荷工作現象，值班人員在疲勞時更易做出錯誤判斷。Ｚ1.2受時空分布限制應急反映能力較低

當調度運行工作中出現險情，最早發現險情的通常是長期堅守一線的渠道巡查人員。渠道巡查人員往往業務技術能力與學歷普遍較低，不具備險情發現后便立即處理的“零時間”應急搶險能力。當險情出現后，渠道巡查人員會依據應急預案將險情及時上報給調度運行小組。由于調度運行逐級管理，應急預案規定必要時險情上報與應急搶險可同時進行，所以調度運行小組是險情出現后能夠“第一時間”做出專業技術應急搶險的調度運行管理機構，當遭遇重大險情需要緊急搶險時調度運行小組的專業技術判斷將極為重要。

但是當需要調度運行小組第一時間做出應急搶險決定時，其決定具有一定局限性。因為調度運行小組的職權范圍有限，責任范圍和信息范圍也有限。所以調度運行小組的應急搶險判斷完全以自身所轄工程范圍為基礎，很大程度上是欠缺統籌顧及其所轄范圍之外工程運行安全情況的措施，存在險情轉移的可能性。但當遭遇必須進行緊急搶險的事件時，從出險至省調度中心統籌全局決策應急搶險措施的過程勢必消耗一定時間，有可能會因此而錯過最佳搶險時機造成工程及人員安全問題。

2　輸水調度應用物聯網技術的可能性

2.1必要性

將物聯網技術引入輸水渠道調度運行系統，能夠從根本上解決因不可控偶發性人為因素造成的指令執行延遲及操作失誤問題；能夠徹底解決因專業調度運行技術人員數量配備不足造成的調度運行安全隱患；能夠大幅縮減調度運行值班人員數量，提高綜合生產勞動力。在物聯網輸水渠道調度運行系統投入使用后，可實現“一人調度，專業保障”調度運行管理模式。

基于物聯網調度運行技術的“一人調度，專業保障”調度運行管理模式，可徹底解決因時空分布及專業技術能力不足造成的人為因素安全隱患，提高調度運行的及時性與準確性。彌補專業人員配備不足及值班人員人數不足等問題，可進一步發揮現有各級管理機構業務工作人員剩余生產力，用更少的人做更多的事。

2.2可行性

基于物聯網技術的輸水渠道調度運行系統，更嚴格來說是一種不對全網開放的應用程序，信息交換參照預先規定的封閉協議，而不是語義式的可擴展協議，所以將其稱之為物聯網子網更為合適。

1）基礎數據的采集分析工作，分為“渠道調度運行的理論計算”與“渠道歷次通水調度指令與水情數據的資料采集及分析”兩部分。理論計算與實際數據各有利弊：理論計算是一種假設人為因素造成的執行延遲及突發特殊地理狀況為0的理想狀態數據，它符合工程設計標準卻無法真實體現實際情況；而實際數據雖然真實反映了實際情況卻因不可控的偶發性人為因素及突發特殊地理狀況干擾了數據的準確性，造成與設計標準理論數據計算結果的偏差。所以在物聯網基礎數據采集分析工作中，需要將理論計算與實際數據結合起來進行匯總分析，盡可能排除偶發性與偏差值，最終形成基礎數據庫，并通過不斷進行實際數據積累逐步完善基礎數據庫。

2）數據模塊的編程工作是以基礎數據庫為前提建立起來的，也是物聯網輸水渠道調度運行系統的核心。數據模塊分為四部分子模塊：調度指令模塊、緊急停水模塊、水情、雨情分析模塊及故障預警模塊。

調度指令模塊是調度運行根本任務，是系統運行的開端與終點；緊急停水模塊是應對突發事件的必要功能；水情、雨情分析模塊是為了保證準確執行調度指令和及時進行緊急停水進行的綜合要素分析；故障預警模塊負責機電設備正常運轉的監控與故障應急處理工作。

調度指令模塊與緊急停水模塊是單一功能，兩者均以水情、雨情分析模塊提供的分析數據為基礎，完成各級水泵停轉控制及渠道上下游各閘門開啟關閉的時間、順序及流量控制；水情、雨情分析模塊是整套數據模塊中的核心子模塊，編程基礎是基礎數據庫，承擔水情、雨情實時采集分析，并將分析結果加入基礎數據庫算法得出閘門等設備的操控調整結論，最終將信息傳至調度指令模塊或緊急停水模塊完成水泵及閘門等實體設備的執行操作；故障預警模塊負責監控機電設備運轉情況，當機電設備出現硬件故障時及時上報故障情況，并結合故障情況自動進行全線渠道閘門等設施的調整確保工程安全。

3）機電設備聯網改造工程是將現有的硬件設備自動控制程序與物聯網數據模塊鏈接，實現由數據模塊統一調控功能。

2.3基礎數據庫的建立

基礎數據庫需要包含輸水渠道全部工程信息、理論與實際水情數據以及應急預案等全方面信息。其中水情數據現階段已具備一定的自動采集能力，待自動化調度系統建設完成將實現安全監測數據的自動采集及上報，可充分滿足物聯網水情數據要求；雨情信息可協調當地氣象水文部門進行實時與歷史氣象水文信息共享；應急預案的編制需要以兩閘站或泵站間的輸水渠道為單元，每個單元分別對應一套應急啟閉程序，確保任何一段輸水渠道發生需要緊急停水操作時其上下游均能以最科學高效的方式完成水泵及閘門的自動調整。

3　結語

“物聯網輸水渠道調度運行系統”的創立，將有效緩解現階段運行管理中存在的時空分布障礙及專業技術人員不足問題，能夠從根本上杜絕因為人為因素造成的調度指令執行延遲及操作失誤問題。同時，該系統能夠大幅節約人力資源，對公司企業的進一步發展有著良好的推動作用。物聯網技術與水利工程管理相結合，必將成為今后我國水利行業的重要發展方向。

（責任編輯趙其芬）

TV68

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1009-6159（2014）-12-0030-02

2014-09-19

趙天宇（1989—），男，助理工程師