新安縣提黃灌區信息化建設初探

朱兵穎

（洛陽水利勘測設計有限責任公司，河南 洛陽 471000）

0 引言

隨著信息化技術快速發展，各級單位在水利工程建設、管理過程中更加重視信息化技術的應用。目前，我國已有較多水利工程進行了信息化提升。如：大藤峽水利樞紐[1]、河套灌區[2]、江都水利樞紐工程[3]、淠史杭灌區[4]等，大量信息化水利工程建設為后期水利工程信息化建設提供了豐富的經驗。新安縣提黃灌區此前未建設信息化系統，為適應新時代需求，在節水配套改造工程建設中完成信息化灌區建設是十分必要的。

1 灌區概況

提黃灌區工程位于新安縣東部偏南，灌區范圍北起畛河塔掌溝南，南至澗河以北，西起省道S246，東至新安孟津交界。土地高程在250.0 m～400.0 m 左右，灌區范圍涉及正村、五頭、倉頭、城關以及磁澗五個鎮，控制土地面積22 萬畝，總計灌溉面積16.46 萬畝。項目區現土橋泵站及分水口均無自動化設施，項目全部采用手工方式進行操作，耗費大量人力，并且時效性不強，水資源并沒有得到充分利用。現急需建立新安縣提黃灌區一干渠土洼支渠的自動化控制體系，通過對相關數據的采集分析，以及自動化控制設備應用，有效的進行遠程控制，可以實現大量工作的自動化運行，減輕工作人員的工作量。

2 信息化灌區建設

2.1 信息化系統總體設計

根據新安縣提黃灌區現代化建設的目標及任務，本次設計在新安縣提黃灌區節水配套改造工程的建設基礎上，改善灌區灌排工程設施狀況，配套建設自動化與信息化體系，增強灌區信息化管理能力。開展灌溉區域土橋泵站自動化與信息化建設，主要包括基礎設施、應用系統等，系統總體結構見圖1。

圖1 信息化灌區總體框架

2.2 信息化基礎設施建設

2.2.1 泵站自動化監控系統

泵站自動化監控系統主要由站級計算機、通信網絡、現地LCU、儀表設備組成。系統是一個實時過程控制系統，由管理處調度中心統一調度、操作與控制。泵站站級為一個自控節點，通過交換機通信線路與調度網絡結合，完成對本站各信息監測及歷史記錄查看、分析等功能，見圖2。

2.2.2 視頻監視系統

視頻采集監控系統與自動化系統混合組網，采用工業級千兆以太網交換機組網方式，網絡站點分散設計在水庫、泵站、水廠調度中心和管線壓力流量測點多處，將整條輸水管線從源頭水庫到終點調度中心所有視頻通過光纖環網的方式將視頻存儲在就近骨干和調度中心視頻服務器上，在調度中心大屏上呈現出來。

2.2.3 分水口閥門自動化測控系統

現地安裝太陽能驅動的電動閥、電磁流量計和智能控制器及液位計等采集控制設備，通過加裝RTU 控制箱對分水閥遠程控制，并通過4G 通訊傳輸,在控制中心實時監測控制管道流量、閥門的開關和蓄水池水位變化，為自動化控制提供數據。

圖2 泵站自動化控制系統

2.2.4 調度中心計算機監控系統

計算機監控系統采用遠程調度層、泵站站控層和現地控制層三層結構。調度中心自動化監控系統采用星形拓撲結構，分為控制專網和綜合業務網兩個網絡。控制專網包含系統工作站；綜合業務網包括、大屏幕、NVR 服務器等。

2.3 信息化軟件系統建設

針對新安縣提黃灌區，根據項目區實際情況開發出有效、用戶界面友好的軟件系統。

1）業務應用系統

建設新安縣安全運維一體化監控系統，為運維人員提供一個電子化監管平臺。實現對整個信息化系統從動環管理、安防管理、網絡管理、主機管理、存儲管理、虛擬化環境管理、數據庫管理、中間件管理等功能的統一信息流程處理展示平臺。涵蓋安全事件的信息采集，如發生安全事件時設備運行狀態、電氣設備運行情況、設備的啟停記錄、各系統的運行日志等信息進行采集，并對安全事態能影響的范圍進行評估，對安全事件產生的因素進行分析給出建議處理措施，從而提高信息系統故障發現及處置能力，實現電子化、個性化監管。

2）數據庫建設

新安縣數據資源整合以河南“智慧水利”十三五規劃為指導綱領，基于已有的水利數據中心，建設新安縣數據資源中心，整合已有數據、新建數據、外部協同數據等，形成新安縣專題數據庫，并與水利廳數據資源中心形成互為災備體系，實現數據資源的整合、共享。

3）數據庫劃分

針對水利行業各種類型的數據采用不同的存儲方法。按照水利對象的設計思路，對目前涉及的水利對象采用遵循數據范式的設計思路，利用Oracle/mysql 關系數據庫進行存儲。

對于其他的非結構化的數據如文檔、圖片、多媒體、視頻等，采用非關系數據庫Mongodb 或文件系統Hadoop 進行存儲，并與關系數據庫中的對象屬性進行掛載。對空間信息，如DLG/DEM/DOM等，采用ArcSDE/Oracle 等數據庫進行存儲。

4）建設內容

基于目前已有的數據中心，分析與灌區信息化有關的各類基礎專業數據，完成數據庫設計；進行統一的數據清洗、整編、入庫，補充數據中心基礎數據庫的內容；完成各項實時采集數據的接入和整編。在此基礎上建立數據分享機制，并研究探索數據的價值挖掘。

2.3.1 泵站信息管理系統建設

1）實時監控

集成本次設計建設的泵站監控組態軟件功能，對有權限的用戶開通查看及控制權限。泵站自動化監控包括：壓力監測、流量監測、閥門監控、機組監控、視頻監視。

以調用組態界面的形式，實時顯示泵站機組、閥門、儀表、排污泵、電力設備等工藝過程的主要工藝監控數據。有控制權限的用戶可通過PC 端進行控制功能操作。

2）泵站管理

泵站管理功能模塊可實現對所屬轄區下各泵站設備的實時監控和管理，可實時遠程監看各個泵站是否正常運行，是否存在設備故障等異常情況。通過系統可實現對設備的檢修運維情況進行跟蹤，包括填寫操作票和作業票，能定期對設備的檢修進行提醒，也可通過系統對泵站的基本信息、設備信息、技術資料等進行管理，可隨時查閱，簡單方便。泵站日常安全管理是泵站管理子系統的重要功能，通過對日常安全活動記錄和統計管理，達到對所屬泵站的整體安全把控。

3）機電管理

機電管理子系統實現對全處機電設備運行、維護、檢修情況實時監控、動態管理。能對所屬轄區下各泵站設備的實時監控和管理。

4）安全生產管理

安全生產管理信息系統主要是根據水利廳安全生產管理委員會的安全規范和安全操作要求，對生產、施工人員進行安全教育、安全會議、安全演練、安全考核等進行記錄和監督的管理系統。通過此系統還可以對泵站安全隱患督察管理和安全標準化建設管理。系統主要包括安全生產管理、安全生產信息、安全檢查管理、安全隱患查看和安全生產標準化管理。

5）統計分析

統計分析模塊主要是對各種實時信息數據進行批量查詢和統計分析。主要包括：管線各測點壓力，流量日、月、年統計報表；各水庫水位，流量日、月、年統計報表；泵站相關報表。

6）值班管理

提供值班人員信息管理功能，用于增加、修改、刪除值班人員信息，便于對班組排班維護管理。

2.3.2 移動APP 建設

1）首界面

2）實時數據展示，包括：集成調用泵站監控組態軟件實時監測數據，以圖表的形式展示機組最新數據，數據長傳在10 s內刷新一次；本站所在地當天天氣情況展示；當前登錄用戶巡檢任務未完成條數統計。

3）報警消息

當前設備、運行過程等方面的報警以列表及聲光的形式展現出來。可根據報警情況給當前值班組下發任務或詢問現場實際情況。

4）值班信息

展示當前值班人員信息。

5）巡檢任務

基于移動端進行泵站設備的巡檢工作，巡檢人員可通過手機移動端進行巡檢信息的查詢、錄入與上報。設備運維信息查詢及巡檢上報，主要實現對泵站管理日常巡檢，專項檢查等功能。

可實時遠程監看各個泵站是否正常的運行，是否存在設備故障等異常情況，通過系統可實現對設備的檢修運維情況進行跟蹤。

6）我的

可查看個人任務、通訊錄、值班安排等。任務查看分不同的權限，值班人員查看本組的任務，并可到執行頁面；領導查看所有人的任務，但不能執行。查看自己的排班日期，領導查看所有排班。

7）灌區一張圖

基于GIS 技術構建灌區二維地理信息模型和“一張圖”展現，對灌區工程建設、渠道、泵站、水利工程全貌、水利監測數據及天氣預測數據進行一張圖展現，能直觀清晰地了解工程建設信息和運行信息。

3 結語

新安縣在灌區節水配套改造的契機中加強了對灌區信息化建設。該系統可實現各項信息自動化監測、分析、信息整合，可在手機、電腦等各個平臺實現數據互通，信息實時共享。水利信息化工程建設已經成為一種趨勢，建議新安縣灌區應當繼續加強信息化人才培養，加大智慧灌區建設投資。