遠程監控技術在水利工程運行管理中的應用分析

買買提力·艾尼瓦爾

(新疆頭屯河流域管理局水利管理中心，新疆 昌吉 831100)

水利工程作為我國的基礎性工程，為我國社會經濟的發展做出了重要貢獻。近幾年，我國在水利工程發展過程中，為促進我國水利工程的發展，在投入了大量的資金的同時引入了多項新技術[1-3]。其中，遠程監控技術便是水利工程的新技術之一。遠程監控技術的引入，可以實現對河道、水庫水文、水利設施等的實時監測。解決我國新疆等地區由于小型水庫多、分布較為分散等問題[4-6]。從而達到對水利工程運行狀態實踐精準監測，時時管理的目的，具有重要的工程意義。

1 遠程監控系統網絡的基本構架

1.1 OSI簡介

TCP/IP至今最成功的網絡通信協議,是最大的開放式網絡系統。此系統具有可靠傳輸數據、自動檢測和避免網絡發生錯誤的能力。更為重要的是，TCP/IP系統是開放式的通訊協議，其可以保證在設備差異性較大時，依然能進行通訊。

1.2 OSI參考模型

在1983年，國際標準化組織開發了OSI模型，作為開發網絡的參考模型，該模型被廣泛的應用于分層的網絡體系結構。其七層的體系結構如表1所示。OSI模型是表示的是每一層的功能，并不能完整的描述各層的服務和協議。并且在實際的工程中，大多數協議并不真正遵從規范。

表1 OSI的體系結構

1.3 TCP/IP參考模型

TCP/IP模型與OSI模型相比，其更側重于互聯網設備的數據傳送，而非功能層側的劃分。騎在計算機網絡體系中具有重要的地位。從網絡的發展來看，幾乎所有的工作站都配備TCP/IP標準。從實際而言，TCP/IP模型是工業標準。由于TCP/IP模型在功能上不強調功能的劃分，其比OSI模型更為靈活，其具體比較如表2所示。

表2 模型比較

TCP/IP體系協議層次關系如圖1所示。

圖1 TCP/IP體系協議層次關系

2 水利工程遠程監控系統

2.1 水利工程遠程監控系統的網絡拓撲結構

如圖2所示為水利工程遠程監控系統的網絡拓撲結構圖，由圖2可知，該遠程監控系統主要又WEB服務器、數據庫、路由器、防火墻以及客戶端瀏覽器等幾部分組成。其中Web服務器主要包含硬件和軟件兩部分。在水利工程常見的Web服務器硬件包括Unix工作站、PC服務器等，軟件通常為：Apache、微軟IIS等。

圖2 水利工程遠程監控系統的網絡拓撲

2.2 水利工程遠程監控系統的結構

整個遠程監控系統由監控現場子系統、服務器子系統、客戶端子系統等三大部分組成,具體情況如圖3所示。其中，監控現場子系統的功能為現場監測與控制；服務器子系統的功能是數據存儲與轉發；客戶端子系統的功能為客戶端接收與命令發送。下面對各個系統部分進行逐一介紹。

圖3 水利工程遠程監控系統的框架

2.2.1 監控現場子系統

水利工程監控現場子系統從功能上是負責檢測現場各個控制節點的運行狀態以及運行數據。如閘門的開度等。在采集完數據后，將采集到的數據經過匯總處理后，傳送到各實時監測系統的主機。另一方面，現場監控子系統需要接受服務器系統發送過來的指令，能夠對指令進行相應的解析驗證，完成相應的指令動作。水利工程監控現場子系統的網絡組成的網絡即控制網絡，其可以是現場總線組成，也可以是工業控制網絡組成。由于現場子系統的網絡與服務器子系統的網絡要求不同，想要實現二者之間的數據交互，必須將控制網絡與信息技術之間進行融合。

2.2.2 服務器子系統

水利工程遠程監控系統中的服務器子系統，從功能上來講，是一個中介系統，其主要是由防護墻。服務器。實施檢測的工控軟件等組成。其中WEB服務器通過擴展技術顯現與客戶子系統之間的交互。服務器子系統與客戶端子系統是實現實施監控的SCADA系統的監測與控制功能。在實際工程中，SCADA系統中的數據類型較為復雜，包含了實時數據、歷史數據、圖形、曲線等，同時SCADA系統要保持一定的實時性，因此SCADA系統采用的IIS技術以及動態服務主頁技術實現數據之間的動態交互。

2.2.3 客戶端子系統

客戶端子系統是監控系統與用戶之間直接交互的部分，其在功能上是為了實現用戶的輸入指令的接收，并且從扶我去中獲取檢測的數據，發送相應指令的目的，在實際工程中，客戶端子系統通常采用的是IE瀏覽器與WEB服務區進行交互的，因此，客戶端子系統不需要應用程序，僅需要借助HTML、Javascript、Java Applet等技術來處客戶端邏輯以及顯示等問題。因此，客戶端子系統不需要下載任何程序，僅需要下載部分組件。

3 遠程監控技術在水利工程運行管理中實際作用

水電工程中，監控技術的合理運用，可提供整個水利工程的運行效率，并且能夠為工程建設期的工程建設質量提供一定的保障。在工程實際中，遠程監控技術能夠及時檢測到水庫的水位情況，同時能夠在中心控制設備商獲取所提供的實時數據資料。工作人員根據數據情況，可以準確的判定水流的流速以及水位情況，進而通過對閘門的遠程操控實現有效調節。

在水利工程中，存在特殊的工作環境，例如水庫的溢洪道等危險區域，在這些危險的區域，受到外界條件的限制，無法實現運行人員的值班值守，在此條件下需要遠程監控設備來進行水庫狀態的實時監測。才能夠對其變化情況作出詳細且準確的記錄，并且遠程監控技術還能夠進行遠距離的操作，這對于中國的水利工程建設來說是具有重要作用的。

工作人員在對閘門操作時，也需要通過遠程視頻監控系統對河流的上下游狀況進行控制，并且關于水面的清潔度，也需要進行及時的清理與檢測，才能保持河道的流通順暢，而水質的清潔又是水利工程管理的監控內容之一，故遠程監控技術在河道的污染治理上也能夠起到相應作用。

4 結語

水遠程監控技術作為水利工程運行管理的重要技術支撐。其可以實現對河道、水庫水文、水利設施等的實時監測。解決我國新疆等地區由于小型水庫多、分布較為分散等的問題，對此本文從遠程監控系統的網絡基本構架出發，對水利工程中的遠程監控系統的基本組成進行了介紹，分析了水利工程中遠程監控系統的監控現場子系統、服務器子系統、客戶端子系統等三大部分組成部分，并對遠程監控技術在水利工程運行管理中的實際作用進行了說明。通過本文分析，可為水利工程項目的監控系統設計提供參考，具有一定的工程意義。