觀音閣水庫輸水工程信息自動化系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

譚艷芳

（遼寧西北供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003）

0 引言

觀音閣水庫輸水工程采用集中統(tǒng)一調(diào)度、分級控制（調(diào)度中心、管理站運行部門）運行管理模式，調(diào)度運行機(jī)構(gòu)包括調(diào)度中心和各管理站運行部門。由調(diào)度中心統(tǒng)一發(fā)布調(diào)度指令到各管理站運行部門，管理站運行部門接受調(diào)度指令進(jìn)行自動控制，特殊情況下可手動控制。管理站無調(diào)度權(quán)限，只執(zhí)行調(diào)度指令。具體職能包括：接收調(diào)度中心發(fā)送的調(diào)水指令；監(jiān)視調(diào)度指令執(zhí)行情況，并上報調(diào)度中心；采集本站工程運行狀態(tài)、水量信息并整理及轉(zhuǎn)發(fā)至調(diào)度中心；本站安全及應(yīng)急事件處理。

1 工程概況

遼寧省觀音閣水庫輸水工程是自遼寧省本溪縣的觀音閣水庫庫區(qū)自流輸水，將水引到本溪市的一項大型輸水工程，規(guī)模為大（2）型，是觀音閣水庫與大伙房水庫輸水工程的配套工程。本工程包括：取水頭部、壓力隧洞、電站、輸水管道、無壓隧洞、配水站及分支管線等幾部分。輸水線路總長度80.727 km，其中包括38.857 km 的管線和41.698 km 的輸水洞。管道主干線均布置在本溪市和太子河的南側(cè)。此線路主干線共分九段：主干線包括：取水頭部到電站（主洞進(jìn)口）、電站（主洞進(jìn)口）到大峪分洞進(jìn)口、大峪分洞進(jìn)口到千金溝主洞出口。分支管線包括：大峪分支管線、本溪新城分支管線、歪頭山礦區(qū)分支管線、本鋼南地備用水源分支管線、北臺鋼廠分支管線。

本溪泓源供水有限責(zé)任公司（總公司）負(fù)責(zé)本輸水工程建設(shè)和運營管理，同時作為調(diào)度中心，對全線主要機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。為方便本工程的管理、完善運行機(jī)制，設(shè)置二級管理機(jī)構(gòu)，電站、大峪配水站、北臺鋼廠配水站3 個管理站。為達(dá)到集中管理、精簡人員的目的，單位負(fù)責(zé)、行政管理、技術(shù)管理、財務(wù)與資產(chǎn)管理、水政監(jiān)察的崗位集中在調(diào)度中心，運行、觀測類崗位設(shè)在各個管理站。

2 管理機(jī)構(gòu)設(shè)置

在本溪市建調(diào)度中心，統(tǒng)一調(diào)度整個輸水系統(tǒng)，配置調(diào)度中心計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通信設(shè)備和輸水自動化監(jiān)控系統(tǒng)對整個輸水工程進(jìn)行現(xiàn)代化的、科學(xué)的調(diào)度管理。當(dāng)輸水工程系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，調(diào)度管理中心及時收集信息，及時處理。

考慮到輸水調(diào)度中心、管理站及現(xiàn)地站在輸水管理、工程管理、數(shù)據(jù)采集及控制等方面各自不同的需求層次，系統(tǒng)在縱向結(jié)構(gòu)上分為2 層。

第一層：調(diào)度中心層，設(shè)在總公司，該層為觀音閣水庫輸水工程信息自動化系統(tǒng)的核心層；

第二層：管理站層，該層為觀音閣水庫輸水工程信息自動化系統(tǒng)的應(yīng)用層；機(jī)構(gòu)設(shè)置見圖1。

圖1 本溪泓源供水有限責(zé)任公司機(jī)構(gòu)設(shè)置圖

3 信息化系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

3.1 總體結(jié)構(gòu)

3.1.1 自動監(jiān)控系統(tǒng)

自動監(jiān)控系統(tǒng)由主控級（電站控制級）和現(xiàn)地控制級組成，采用以太網(wǎng)通信、分層分布式，確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。局域網(wǎng)按IEEE802.3 設(shè)計，通信規(guī)約采用TCP/IP，通信介質(zhì)為光纖，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率不小于100 Mbps。

自動監(jiān)控系統(tǒng)是一個實時的過程控制系統(tǒng)，既可以獨立完成各個特定部位的控制功能，又可以由中控室的工作人員通過操作相對應(yīng)的人機(jī)接口設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控并通過與調(diào)度中心計算機(jī)的控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)可以對電站的主要機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制并對其運行情況進(jìn)行全面的監(jiān)視，減少工作人員的工作量。系統(tǒng)建成后通過光纖通道（或移動公網(wǎng)GPRS）與電力系統(tǒng)通信，接收并執(zhí)行調(diào)度命令，同時上傳調(diào)度部門要求的信息。

3.1.2 軟件系統(tǒng)及數(shù)據(jù)整合

軟件及數(shù)據(jù)整合是觀音閣水庫輸水工程信息自動化系統(tǒng)的核心，主要包括數(shù)據(jù)整合、系統(tǒng)支撐平臺建設(shè)及業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)集成。觀音閣水庫信息自動化軟件系統(tǒng)是以各應(yīng)用系統(tǒng)的監(jiān)測、采集和錄入數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以信息自動化硬件為支撐的平臺，為供水工程的各級管理人員提供相應(yīng)的信息服務(wù)，實現(xiàn)調(diào)水工程的專業(yè)化綜合管理支持。

系統(tǒng)采用B/S 與C/S 架構(gòu)相結(jié)合的模式，數(shù)據(jù)庫和所有應(yīng)用服務(wù)均部署在泓源供水公司辦公大樓，各管理站通過計算機(jī)終端以WEB 方式實現(xiàn)對系統(tǒng)的訪問。對上述業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)的用戶管理、身份認(rèn)證、權(quán)限管理、日志管理、數(shù)據(jù)中心、審批工作流、綜合會商展示等實現(xiàn)統(tǒng)一的管理。

3.1.3 服務(wù)支撐層

應(yīng)用服務(wù)支撐平臺主要由應(yīng)用服務(wù)器中間件提供支撐。服務(wù)器中間件由構(gòu)建容器、內(nèi)核及底層服務(wù)、界面/工具、J2EE 服務(wù)組成。具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 J2EE 總體體系結(jié)構(gòu)圖

3.2 信息自動化系統(tǒng)綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用

依據(jù)觀音閣輸水工程的實際需求，觀音閣水庫輸水工程信息自動化軟件系統(tǒng)具有以下11 項業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)功能。

圖3 觀音閣水庫輸水工程信息自動化登錄頁面

圖4 觀音閣水庫輸水工程信息自動化系統(tǒng)首頁

3.2.1 輸水自動化監(jiān)控系統(tǒng)

輸水自動化監(jiān)控系統(tǒng)是觀音閣水庫輸水工程信息自動化系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)控制指令的下達(dá)和反饋信息的上傳。實現(xiàn)輸水工程節(jié)制、測量等設(shè)備與現(xiàn)地控制單元之間的有機(jī)聯(lián)系，通過遠(yuǎn)程控制把調(diào)度指令下發(fā)至管理站，通過遠(yuǎn)程監(jiān)測、監(jiān)視把指令執(zhí)行過程及結(jié)果上傳到調(diào)度中心，實現(xiàn)實時水量調(diào)度控制的要求。調(diào)度中心輸水自動化監(jiān)控系統(tǒng)見圖5。

圖5 調(diào)度中心輸水自動化監(jiān)控

3.2.2 工程安全監(jiān)測接入系統(tǒng)

在工程安全監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用工程安全監(jiān)測系統(tǒng)成果數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)及監(jiān)測專業(yè)軟件分析成果的集成展示，并將預(yù)警信息發(fā)送至大屏幕系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)用于調(diào)度決策支持。系統(tǒng)采用B/S 模式開發(fā)，將工程安全監(jiān)測專項自動化系統(tǒng)分析成果進(jìn)行直觀的發(fā)布和展示。

3.2.3 陰極保護(hù)錄入系統(tǒng)

陰極保護(hù)錄入系統(tǒng)是由運行人員現(xiàn)地觀測獲得，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度中心信息自動化系統(tǒng)。實現(xiàn)陰極保護(hù)裝置狀態(tài)的報警、安全狀態(tài)與健康趨勢分析和風(fēng)險識別預(yù)警成果的集成展示和會商支持。

系統(tǒng)主要功能包括陰極保護(hù)監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入、信息發(fā)布與查詢、會商支持等。

3.2.4 水文測報預(yù)警子系統(tǒng)

利用本溪市水文局水文系統(tǒng)發(fā)送的水文、水情信息，實現(xiàn)觀音閣水庫輸水工程全線來水預(yù)報、洪水預(yù)報、水文信息的集成展示和會商支持。

（1）信息發(fā)布與查詢

系統(tǒng)采用B/S 模式開發(fā)，將相關(guān)水文測站的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)和水文預(yù)報成果進(jìn)行直觀的發(fā)布和展示。

1）對觀音閣水庫和輸水線路沿程的實時雨情、水情信息及超限預(yù)警信息進(jìn)行發(fā)布。

圖6 GIS 雨情監(jiān)測

圖7 GIS 水量監(jiān)測

2）對中長期來水預(yù)報、短期水文預(yù)報、洪水預(yù)報的結(jié)果進(jìn)行查詢。

（2）會商支持

通過大屏幕系統(tǒng)展示水文站實時水雨情信息、超限預(yù)警信息；氣象、水情預(yù)報等信息及應(yīng)對方案。提供領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行會商決策。

圖8 汛期超限預(yù)警

3.2.5 視頻管理系統(tǒng)

為實現(xiàn)對原有視頻和新建視頻的接入并實現(xiàn)實時顯示、查看等功能。通過GIS 和列表進(jìn)行視頻的選擇查看。

圖9 GIS 和列表進(jìn)行視頻的選擇查看

圖10 視頻監(jiān)視圖

視頻監(jiān)視系統(tǒng)的管理功能主要在控制中心的管理客戶機(jī)上完成。完成用戶分組、設(shè)備管理、視頻抓取等功能。

3.2.6 多媒體GIS 子系統(tǒng)

多媒體GIS 系統(tǒng)采用WebGIS 技術(shù)，以地圖為載體聚合各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)信息，實現(xiàn)工程建設(shè)、運行信息的全面展示。系統(tǒng)將采用桌面版和移動版APP。

圖11 多媒體GIS 系統(tǒng)

3.2.7 辦公自動化、企業(yè)網(wǎng)站及門戶子系統(tǒng)

綜合辦公系統(tǒng)是觀音閣輸水工程管理的核心業(yè)務(wù)協(xié)同平臺，用戶通過該平臺協(xié)同工作提高辦文、辦會、辦事效率；同時系統(tǒng)還提供待辦提醒、日程管理、通訊錄管理、個人資料管理等輔助辦公工具，提高個人辦公效率。系統(tǒng)在業(yè)務(wù)外網(wǎng)和業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)各部署一套。其中，業(yè)務(wù)外網(wǎng)綜合辦公系統(tǒng)主要承擔(dān)事務(wù)流程（如公文、請銷假等）處理，業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)綜合辦公系統(tǒng)主要承擔(dān)調(diào)度管理業(yè)務(wù)流程處理。

3.2.8 輸水調(diào)度系統(tǒng)

以觀音閣水庫調(diào)水工程的實際業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計，保障受水用戶的供水安全和工程的穩(wěn)定運行。輸水調(diào)度軟件系統(tǒng)包括但不限于以下功能：實時監(jiān)控、信息查詢、需水管理、常規(guī)水量調(diào)度、應(yīng)急調(diào)度、實時調(diào)度、水費計量與供水效益、模型管理以及系統(tǒng)管理。

4 結(jié)語

觀音閣水庫信息自動化工程目前已經(jīng)建立完成，為本溪市的的水資源正確調(diào)度提供了有利的數(shù)據(jù)和技術(shù)支持，避免洪澇災(zāi)害帶來的損失，同時減少了水庫運行管理中的人員成本支出，基本實現(xiàn)了“無人值班（少人值守）”的管理模式。為其他水利工程進(jìn)行類似的信息自動化系統(tǒng)建設(shè)提供借鑒參考。