黃龍灘水庫調度會商系統設計與實現

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(1.中國水利水電科學研究院，北京　100038；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京　100038；3.湖北省黃龍灘水電廠，湖北 十堰　432005)

水庫調度是一種控制與運用水庫的技術管理方法，需要運用水庫的調蓄能力，按照來水、蓄水實況和水文預報成果，有計劃地對入庫徑流進行蓄泄。在保證工程安全的前提下，根據水庫承擔任務的主次，按照綜合利用水資源的原則進行調度，正確處理好興利用水與防洪安全之間的矛盾，最大限度地滿足國民經濟各部門的需要[1]。隨著水利現代化程度的提高和水利信息化的發展，對防汛工作進行快速、實時、準確、自動、智能化處理，提高洪水預報調度的工作效率和準確性，是提升防汛管理能力的關鍵，也是防汛信息化所面臨的重要課題。水庫調度會商是一個群體決策的過程，包括防洪和興利兩個方面，通過調度模擬及信息的掌握和分析，有效地發揮群體智能，尋找最優的調度方案，是水庫調度工作中最重要的工作環節[2]。水庫調度會商系統利用現代網絡、通信、多媒體等技術，將與水庫調度相關的水情、雨情、工情、險情和災情等信息以及當前調度形勢、方案和決策問題, 經分類、加工、處理后，形象、直觀、全面地呈現在會商現場，提供參與會商者做出進一步分析、決策的系統平臺，是決策者能夠快速做出正確、科學決策的有效工具[3]。

通過對黃龍灘水電廠水庫調度會商工作進行需求分析，在現有水情水調自動化、氣象衛星云圖等系統的基礎上，設計實現了黃龍灘水庫調度會商系統，可快捷收集、編排各種水庫調度業務相關信息和知識，直觀呈現到會商現場，輔助水庫調度決策。

1　系統研發的必要性

1.1　黃龍灘水庫概況

黃龍灘水電廠位于鄂西北堵河下游，十堰市黃龍鎮以上4km的峽谷口處，水庫大壩控制流域面積11140km2，干流全長343km，占整個堵河流域面積的95%，壩址多年平均流量191m3/s。水庫校核洪水位(P=0.2%)251.7m以下總庫容為11.7億m3，設計洪水位248.2m，正常蓄水位247.0m，死水位222.0m，屬于季調節水庫。工程于1976年底完建竣工，是一個以發電為主，同時具有供水、航運、發展漁業等綜合效益的大型水利樞紐，主要建筑物有攔河壩、溢洪道、引水系統、地面廠房、開關站、升船機和供水系統等。

1.2　系統研發的必要性

黃龍灘水電廠為國家電網公司湖北省電力公司直屬的大型水力發電企業，現有裝機51萬kW。1980年6月因水庫流域發生50年一遇的洪水，主廠房被淹，造成了巨大的經濟損失[4]。電廠對水庫調度工作十分重視，現已經建成了水情水調自動化、機組及閘門監控、工業電視監控、氣象衛星云圖等業務系統，可用于與水庫運行有關的信息監視、預報、調度和管理。但各系統獨立運行，提供的信息資料相對比較分散，難以滿足水庫調度會商對相關信息“全精快”、動態集成展示的實際需求，很有必要在現有水庫調度業務系統的基礎上設計開發一套水庫調度會商系統，用以快捷收集、整理、編排、展示和管理會商資料，并支持會商決策處理，滿足黃龍灘水庫調度會商工作的實際需求。

2　系統總體設計

2.1　系統研發主要目標

為了節省投資，避免重復建設，系統設計與開發應依托黃龍灘電廠現有水庫調度相關業務系統，緊密圍繞水庫調度會商工作的實際需求，建立會商的軟件及硬件環境，開發快捷收集、編排和直觀展示與水庫調度、運行管理有關的各類氣象、水情、工情、預報成果、調度方案等功能，以便于會商人員迅速、全面掌握流域水雨情實況及其水庫調度計算分析成果，為水庫調度會商決策提供依據，并對會商資料和決策方案形成記錄，以便于存檔和有效管理。

2.2　系統研發總體要求

依據黃龍灘電廠對水庫調度會商系統的需求分析，針對系統研發提出總體要求如下：

a.在不影響現有業務系統的前提下，充分利用現有系統的成果，在數據接口上與本系統無縫集成，盡量不重復開發、采購，將建設成本控制到最低。

b.系統應具有一定的先進性、穩定性、可靠性和可擴充性，網絡配置安全、合理，滿足《電力監控系統安全防護規定》要求。

c.系統軟件開發優先采用B/S架構,數據運算及存儲都在服務器端進行，支持多用戶操作使用。

d.系統界面清晰友好、操作簡捷，雨、水情及工情的信息表達多樣化，包括圖形、報表和文本，可任意編排，力求會商演示時條理清晰，重點突出，一目了然。

3　系統網絡部署

《電力監控系統安全防護規定》中明確要求發電企業內部基于計算機和網絡技術的業務系統，應當劃分為生產控制大區和管理信息大區。生產控制大區可以分為控制區(安全Ⅰ區)和非控制區(安全Ⅱ區)，管理信息大區內部在不影響生產控制大區安全的前提下，可以根據企業不同安全要求劃分安全區。黃龍灘水電廠已經建成的機組及閘門監控系統部署在安全Ⅰ區；水情水調自動化系統主要部署在安全Ⅱ區，其中WEB服務器部署在Ⅲ區；氣象衛星云圖、廠MIS等系統部署在Ⅲ區。考慮到系統軟件開發采用B/S架構，需要支持多用戶操作使用，本次設計將水庫調度會商系統也部署在Ⅲ區，并配置了會商專用工作站及LED大屏幕，系統整體網絡結構如圖1所示。

圖1　黃龍灘水情水調自動化系統+會商系統網絡結構

4　系統軟件平臺

系統的運行基于Windows平臺,與現有水情水調自動化系統共用Web服務器，選擇Internet/Intranet的B/S方式解決方案,便于多用戶使用。主要系統軟件及版本如下：

a.數據庫管理軟件：利用現有Web服務器所配備的數據庫軟件Microsoft SQL-SERVER。

b.網站發布軟件：Internet Information Services(IIS)8.5。

前端開發語言采用ASP.NET C#，搭配JavaScript處理實時響應操作。網頁設計需符合HTML/HTML5的網頁設計規范，同時兼容市面上主流的瀏覽器，如IE、Firefox、Chrome等。后臺系統支持軟件開發采用IIS作為服務支撐，計劃任務處理模塊采用WCF服務寄宿于IIS或者Windows Service方式。

5　系統軟件功能設計與實現

5.1　系統軟件功能總體要求

該系統軟件功能要求滿足水調值班員針對某一會商議題進行材料收集、整理、編排，并在水調會商時進行演示匯報，總體要求如下：

a.具備用戶控制及管理功能，只有授權用戶才能登錄。

b.具備建立會商模板的功能，會商資料及次序能夠自定義配置。

c.具備順序或交互顯示相關會商資料的功能。

d.具備對會議信息和相關會商材料進行管理的功能。

e.具備會商服務日志及其查詢管理功能。

5.2　用戶控制方案

系統用戶分三類，各類用戶操作權限如下：

a.普通用戶：只提供會商文件查詢及演示功能菜單。

b.管理員：除了具備查詢及演示功能以外，還具備會商文件編制、會商文件及模板管理、系統配置等功能。

c.超級管理員：比管理員多一個用戶管理功能，在頁面上可以添加、刪除用戶，修改用戶密碼和用戶類別等功能。

5.3　系統主要功能架構及數據流程

系統數據源為黃龍灘電廠現有水情水調自動化、氣象衛星云圖、電廠MIS等系統，流域雨、水情、工情信息以及預報結果、調度方案、方案評估等都來自于這些業務系統。用戶在籌備某一議題的會商時，首先運用會商素材收集功能將會商所需的基本資料存儲到集成信息數據庫，然后運用會商文件編制功能建立、編排該議題的會商文件，再保存到會商文件及模板數據庫，供會商時匯報演示以及各級用戶查詢、管理。系統主要功能架構及數據流程如圖2所示。

圖2　系統主要功能架構及數據流程

5.4　會商素材收集功能

系統的素材收集功能主要依賴黃龍灘電廠現有的水庫調度業務系統，其中有些輸出界面即可為調度會商提供直觀的展示素材，獲取途徑有2種方案：

a.修改現有系統的軟件的源代碼，針對顯示界面增加保存功能，將界面圖形直接(處于安全Ⅱ區的系統需通過物理隔離設備)保存到系統集成信息數據庫。

b.利用屏幕拷貝或專業界面抓取軟件集成開發專用工具，截取所需的界面圖形，再保存到集成信息數據庫。

為了確保不影響現有系統的正常運行，該設計選擇方案2，即使現有系統軟件沒有源代碼也可實施，還適用于網頁中相關素材的獲取。該功能開發集成了第三方工具snapshot,實現用鼠標拖動選擇屏幕顯示區域自動截圖到粘貼板中，再讀取最新加入粘貼板的圖形數據存入集成信息數據庫。

5.5　會商文件編制功能

會商文件編制功能主要由會商方案建立、會商文件編制、會商頁面編輯及會商文件保存等操作功能組成。

a.會商方案建立：通過彈出窗口界面輸入會商時間、會商地點、參加人員、會商議題及初步的會商紀要等，設計界面見圖3，并且也可在會商過程中通過“增加”“編輯”“刪除”功能進一步完善。

圖3　會商方案建立窗口界面

b.會商文件編制：各類會商議題及其頁面可作為模板保存在數據庫中，會商文件編制時用戶可通過加載相應類型的會商模板，界面上可顯示會商概要及所有頁面列表，頁面配置的“上移”“下移”“增加”“刪除”“編輯”等功能即可快捷建立并編制新的會商文件，設計界面見圖4。

圖4　會商文件制作界面

c.會商頁面編輯：功能開發采用所見即所得富文本WEB編輯器UEditor開源插件，提供頁面編輯工具欄，支持復制、粘貼功能，頁面可插入圖形、表格和文字，方便快捷排版、編輯，并可運用頁面預覽功能進行交互調整、修改，設計界面見圖5。

d.會商文件保存：執行該功能時會彈出保存發布對話框，可輸入發布時間、會商類型、發布單位、批準人、審核人、編制人等會商文件屬性信息，將編制的會商文件保存發布到會商文件及模板數據庫，供會商、查詢、瀏覽、管理使用。

e.會商模板：水庫調度會商分為常規會商與應急會商2大類，常規會商用于日常定期會商，包括日、周、旬、月、汛期等各時段確定調度計劃；應急會商用于突發事件，如:流域突降大雨、水庫或河道水位暴漲、河提塌方、河流突發污染、急需調整調度方案等。為方便會商文件編制工作，可預先利用會商文件編制功能建立各類議題的會商模板，會商文件編制時用戶只需直接填充各頁面新的匯報資料即可完成會商文件編制工作。

5.6　會商文件演示功能

用戶通過加載所選議題的會商文件，采用會商演示工具欄，控制會商演示過程，類似于PPT的幻燈片播放，演示主要功能設計如下：

a.會商演示提供會商文件自動播放與手動播放功能，自動播放時各頁面停留時間可以設置。

b.提供會商演示工具欄，配有前后翻頁、播放及暫停、選擇頁面、全屏顯示等功能,通過簡單的鍵盤、鼠標操作對演示過程進行控制。

c.提供輔助演示小工具，畫筆及清除功能，會商演示時可以在頁面上進行勾畫標注。

5.7　會商資料管理功能

每一次水調會商結束后，都需要對討論、決策過程中產生的調度實施方案、會商紀要等重要成果資料進行整理和存檔。為了對會商資料進行有效管理，系統設計功能如下：

a.管理員用戶可對會商記錄進行后期維護，提供編輯會商紀要及其存檔的功能。

b.管理員用戶可對所有的會商文件以及會商形成的檔案記錄進行管理和維護，提供增加、刪除、修改、查詢等功能。

c.普通用戶可以選擇會商議題、會商時間、發布時間、會商類型、發布單位、批準人、審核人、編制人等查詢條件，對全部會商文件及其檔案記錄進行篩選查詢。

6　結　語

黃龍灘水庫調度會商系統依托現有水情水調自動化、氣象衛星云圖及廠MIS系統進行設計與開發，基于B/S架構，以較小的投資實現了會商素材收集、會商文件編制、會商文件演示、會商文件及其成果資料管理等功能，可將分散的各類氣象、水情、工情、災情等信息資源快捷收集、整理編排形成會商文件，用于水庫調度會商時集中匯報演示，并可對會商文件及其會商成果形成檔案記錄，進行有效管理。系統在黃龍灘水電廠投入試運行以后，明顯提高了水庫調度會商工作效率，取得了較好的實際應用效果。期望用戶在使用過程中建立水調會商制度，根據實際需求進一步提出改進建議。該系統的設計與開發為水電廠及水庫管理部門建設水庫調度會商系統提供了新的現實思路和技術手段。

[1]陳崇德,陳天鷹,劉明忠,等.漳河水庫洪水調度會商制度的實踐[J].水利建設與管理,2003(5):71-72,74.

[2]趙杰，汪妮，解建倉，等.防汛會商決策服務研究及應用[J].水利信息化，2011(5):31-36.

[3]周惠成，何斌，梁國華.防汛會商系統集成化管理研究及應用[J].水科學進展，2006(2):283-287.

[4]高亮.對黃龍灘電廠“水淹廠房”分析及處置的探討[J].科技風，2014(8)：244-245.