唐山市陡河水库监控系统整合设计

杨铁树

（1.华中科技大学，武汉 430000；2.河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 概况

陡河水库位于河北省唐山市区东北15km处，总库容5.152亿m3，年灌溉水量1.0亿m3，年城市供水量6500万m3，是一座以防洪、灌溉及供水为主综合利用的大（Ⅱ）型水利枢纽工程。

陡河水库近年来相继建立了雨水情遥测子系统、大坝安全监测子系统、闸门监控子系统、洪水调度子系统、供水计量监测子系统、工程视频监测子系统、水政管理子系统。但受开发水平等因素的限制，各子系统建设时间不同、开发商不同，自成体系，未构成真正意义的资源共享监控网络。

2008年唐山市水务局提出在陡河水库建设唐山市供水水质监测中心，以更好地预报、控制陡河水库水质。

以水库监控系统及水质监测中心为基础，进行系统整合，构建一个水务基础信息平台，实现陡河水库上游来水的水质监测与水库供水调度监控的一体化管理。

2 系统整合的必要性

通过对水库各监控子系统及水质监测系统进行整合，建立统一的、开放式的水务数据平台。

2.1 提高工作效率

首先加强了水库监控系统内各子系统间的资源利用率，如雨水情遥测子系统的数据信息可直接输入至洪水调度子系统的应用程序，根据上游来水及降雨情况自动推演各类防洪预案；又如供水计量监测子系统的供水信息可直接输入闸门监控子系统，作为其控制指令自动实现闸门开度控制及供水量调节等。其次建立了水质监控与水质监测的联动新机制，通过水库上游来水的水质监测，根据供水指标及供水量要求适时调整供水计划及调度方案，实现合理用水，科学用水。

2.2 节省设备资源

通过计算机联网，可以减少公共硬件的配置，不必每一个子系统均配置打印机，均配置冗余的硬盘存储器。利用信息办公系统不仅节省文件打印、传递，还提高了数据的实时性，避免了转抄错误，实现真正意义的网络办公。

2.3 确保信息的一致性并减小数据冗余

同样的数据在联网的计算机系统中只存储一份，任何人任何时间对这些数据的更新，都导致相关数据的更新，并且系统中的所有用户都同时可以引用更新后的数据。

2.4 提高水库防洪渡汛能力及供水保证率

通过网络平台可以实现实时水雨情、气象、洪水预报、洪水调度、水质监测等信息的网上传递，实现防汛及供水合一，在调度中心可同时了解来水及水质资料，为及时准确做出防洪调度决策及供水调度方案提供有力的信息支持。

3 系统整合设计

以系统平台建设为基础，对水库监控系统及新建水质监测系统进行整合设计，充分利用现有网络设备，重新规划网络结构，将整合原资源与新建系统平台相结合，将子系统功能独立与系统平台接口开放相结合，搭建更加稳定、安全、高效、开放的水务信息管理平台。

3.1 水库监控系统整合设计内容

在水库监控系统原有的局域网基础上，将7个子系统设备（雨水情遥测子系统、大坝安全监测子系统、闸门遥控子系统、洪水调度子系统、供水计量监测子系统、工程视频监测子系统、水政管理子系统）移至新建系统中心大楼。

（1）在新建监测中心大楼搭建功能完善、质量可靠的水库监控中心网络系统。

（2）改造水雨情及供水测量子系统的短波通信方式为GPRS通信方式，更换雨水情信息采集计算机及中心服务器等硬件设备。

（3）更换大坝安全监测及闸门监控子系统传输光缆及光端设备。

（4）更换视频监控子系统的视频切换主机及多媒体工作站等设备，并新增监测中心及管理处山林等监视点。

（5）更换水库监控中心数据平台的软硬件设备，升级洪水调度系统软件。

（6）新增会商大屏幕及系统软件。

3.2 水质监测系统整合设计内容

水质监测中心在陡河水库及其上游建立定时定点监测与自动实时监测相结合的水质监测系统，实现水质数据统计、分析、判断，并结合水质评价模型，依据水质标准对水库水质进行评价。

通过建立水质监测中心与系统平台的网络连接，向系统平台提供水资源质量预报及示警信息，并作为水库供水调度的控制条件，如图1。

图1 水库监控与水质监测系统整合结构图

3.3 系统平台建设

系统数据管理信息平台是陡河水库监控及水质监测中心的综合性数据交换平台。它不仅提供数据库管理和维护的工具，而且实现信息采集、信息传输、信息网络、系统数据库和专业模型的有机集成，并提供友好的人机交互界面。通过系统数据管理平台建设，管理者可以实现对系统的管理维护、状态监控，业务人员可以进行数据查询和在线分析，如图2。

图2 系统平台建设结构图

（1）在线数据采集处理子系统。在线数据采集处理子系统是系统平台的基础。完成对各子系统信息进行自动实时采集、动态监测和自动处理，为系统平台提供及时、准确、可靠的数据源。

数据采集是系统的数据总入口，汇集各种类型、形式数据输入的方式，包括数据获取、数据传输、数据录入等，经数据处理后，将数据存入系统中心实时数据库中。同时也要提供信息传输、异常和错误处理、数据检验等通用的函数包。实时采集数据的工作流程为：①自动监测、量测设备数据自动记录；②自动记录信息进入临时性信息库；③记录信息自动整理存入各分布式数据库；④分布式数据库向中心数据库提交监测信息的原数据信息；⑤分布式数据库向中心数据库提交指定的数据；⑥采集数据在各分布式数据库中的更新、添加、维护等管理；⑦自动在线采集数据在中心数据库的维护与管理。

（2）实时监控预警子系统。实时监控预警子系统在系统平台上对各子系统的实时信息、自动监控设备运行状况进行可视化监控，并在监控画面及其他处理终端上提供报警功能。

实时监控预警子系统设置大屏显示设备，实时显示水库监控和水质监测的数据信息及设备运行工况，如闸门开度、大坝工况、取水口放水量、水库上游来水量及水质监测信息等，当监测到采集量超过报警设定值将自动报警。大屏自动刷新，刷新频率保持与数据库刷新率相等，大屏以颜色、符号等区别不同运行状况。在操作界面上点击相应的设备可以看到设备的各项详细参数。当采集参数表明设备运行不正常时，在监控中心有相应的报警提示信号。

（3）综合信息查询子系统。综合信息查询子系统是为有关人员（包括决策者、管理者、业务员）提供水库监控和水质监测的信息查询。查询内容包括：闸门监控、大坝安全监测、雨水情、水量、水质监测数据、污染事件、污染源和辅助信息等。要求信息查询响应速度快，表达生动形象直观，清晰简洁，图文并茂。

综合信息查询子系统中的查询方式主要是针对决策者而设置的。综合信息查询子系统，应该支持各种查询方式，包括复杂的组合查询和图形查询。进行属性查询时，检索系统中的监测数据可以采用分级查询模式。考虑到查询操作人员的不同，应付与操作人员相应的权限，以防止越权操作的发生。

（4）信息发布与反馈子系统。信息发布主要将各子系统的信息以各种形式进行发布与传送，如水库监控信息、雨水情、水质水量、法律法规条文等。通过信息发布功能，将这些信息以表格、文本、超文本、图片、图形显示、声音、动画等形式在多种媒体和介质上进行发布。

通过分析数据库及应用程序可以实现对所采集的数据进行定时统计和计算，统计计算结果也均存入数据库。从数据库中提取相关的汇总内容进行分级发布，分为面向水务部门及社会。信息发布需要具备完善的权限管理和操作记录。对信息的发布权、获取权、管理维护权等进行严格控制，杜绝非法、越权行为。

（5）安全与管理子系统。系统平台是整个水务管理系统的中心，大量数据、语音和视频图象将汇集到这里，存储、转发、查询、共享等诸多功能决定了系统平台必须要在数据安全、统一管理、入侵监测、病毒防护等方面作出有效的防护，内外网络分别设置了路由器、防火墙、中心交换机，与已有的综合布线构成局域网，按照数据“内外网物理隔离”的原则，以信息平台实现与外网的数据交换。

系统平台建设五大安全体系，包括网络日志管理体系、网络安全体系、病毒防护体系、数据存储备份体系和质量管理体系。

4 结语

陡河水库监控与水质监测系统整合设计将两个功能独立的多业务的监控与水质系统，通过新搭建的信息平台实现数据的统一管理，为水质、水量联合调度的自动化、科学化管理提供一个高效、可行、智能化的运行环境。充分体现了新时期资源水利、现代水利和可持续发展的治水新思路——“水情是核心、监测是基础、通信是保障、整合是动力、数字化信息化是方向”。

［1］河北省水利水电勘测设计研究院.唐山市陡河供水监测中心初步设计报告［R］.2008.

［2］杨铁树，夏丽卿.唐山市陡河水质监测系统设计［J］.水科学与工程技术，2009（6）:34-36.

［3］DL/T5965—1996，水利发电厂计算机监控系统设计规定［S］.