智慧泵站平台在水利工程管理中的应用

李 星

水利工程系统必须通过有效的管理，才能发挥最大的社会经济效益，现有水资源管理方式已不能适应现代化复杂的水资源需求。基于泵站的自动化和智能化基础，利用智慧泵站系统平台进行水利工程管理泵站，不仅具备调水功能，还能提供区域水资源的容量、水质等信息和泵站运行诊断功能等，保证工程建筑和设备的完整、安全，处于良好的运行状态，以便充分发挥水资源调度能力，实现区域统一决策调度，更好地发挥防洪、抗旱、供水和环境保护等功效。它将影响和改变现有的水利工程管理理念，促使水资源管理精准化、精细化，推进水资源配置的进一步优化，缓解水资源供需矛盾。

一、智慧泵站平台的应用背景

我国水资源丰富，但人均占有量少，且水患较多，同时人们节水意识淡薄，浪费严重，随着经济的发展和水资源开发活动增多，水资源保护压力越来越大，提高水资源的使用效率迫在眉睫。我国目前已经有相当规模的水利工程设施，有基础条件开展水资源科学管理，进一步优化配置水资源。水利工程管理包含了水资源和人力资源等管理，新时代背景下，水利工程管理越来越迫切需要大众参与，进行精细化的社会管理，实现公开透明和科学化的决策，这就要求获得水资源分布的实时数据和预测数据，即数据平台的支持。智慧泵站平台作为这样的数据平台，为泵站配备传感器、网络设备、摄像头等，将人与人、人与物、物与物之间相互联系起来，构建成一个物联网。各泵站及各级监控或（服务）中心、服务工程师、手机APP 等均通过云端与系统连接进行数据交换，实现关键参数检测，同时利用大数据云计算等技术，获得可靠的分析数据和场景预测，接收异常预警及故障诊断，实时获取综合调度和智能控制流量等参数。

二、智慧泵站平台的应用意义

智慧泵站平台在信息交互方面打破了各个区域的信息交流壁垒，增强了区域性联动合作能力，实现了水资源分布数字化，各部分水利工程以网络为纽带，提供上下游的水位和水质情况，分析出可调度的水资源和调度能力。新的水利工程管理工具会改变管理者的管理理念，推动管理体制的创新，提高水资源利用效率，有助于区域性的水利工程合作和发展，使得原有水利工程发挥出更大的社会经济效益。平台实时更新和共享水资源信息，通过现有的水资源数据分析，进行综合决策，加强了水利工程管理的协同工作。平台接入了各个区域的水资源信息，各个区域的信息得到共享，为政府决策提供更加有效的信息支持，根据水利工程泵站配备情况，模拟水位升降情况，水利工程管理趋于精细化和精准化，有助于快速准确地管理和决策，通过平台统一管理调度，制定有效的紧急预案，协调各个区域调水和救灾工作。

图1 智慧泵站平台应用拓扑图

三、智慧泵站平台的应用情况

搭建智慧泵站平台要求配备传感器、网络设备、摄像头等设备，将人与人、人与物、物与物之间相互联系起来，构建成一个物联网，智慧泵站平台应用拓扑图见图1。智慧平台分为现场控制层、传输层和应用层，各个层功能各不相同。现场控制层是指各个泵站的现场操作站，主要功能是执行指令和传输数据。传输层是指云服务器，是一种简单高效、安全可靠、处理能力较强的技术服务器，基于互联网向用户和企业提供数据的计算、存储、在线备份等服务，可将水文信息传输到监控中心和调度中心，并传达中心指令给现场控制层。而应用层包括企业异地远程服务监控中心、水利部门调度中心、企业控制中心、工程师站和手机APP 端，主要是实现远程数据分析，并下达相应指令，要求界面友好，易于操作。

现场操作站配置包括视频监控系统、水质监控系统、自动控制系统、机组运行状态监控系统等。通过手机APP 登陆到视频监控系统，实时观看现场情况。水质监控系统可以实时监控现有水质，能够提供实时的区域水质情况，传送至智慧平台中心，可以实现区域内调水，从而将死水变活水。自动控制系统是由下位机和上位机构成，下位机是执行层，上位机是操作层。下位机的具体功能是控制相关自动化设备，如闸门、电动阀和水泵等；变送各个传感器信号，信号包括设备温度（如定子温度、轴承温度）、上下游水位、水流量和扬程、设备电压等；启动自动保护装置，如超温停机，过载停机等，实现闸门与泵的连锁控制。上位机主要是组态界面，包含各个参数设置和操作按钮、记录报警和历史数据，以及水利工程3D 模型，在模型中实时显示泵站运行情况。机组运行状态监控系统主要监测水泵机组设备是否正常工作，实现提前预警功能，最大限度降低损失，在每台电机安装若干个振动传感器，对机组的振动情况进行数据采集并传输给平台，由后台进行分析处理，将结果反馈给现场的上位机，管理者可通过移动端设备远程查看运行状况。

智慧泵站平台将人与人、人与物、物与物之间相互联系起来，实现了数据共享，提供了实时数据和场景预测，异常预警及故障诊断，综合调度和智能控制流量等参数，促进了大众参与和水利工程的社会化管理，实现公开透明和科学化的决策。但是目前很多水利工程的设备陈旧，控制水平不高，如一些地区的电灌站都未实现自动化控制，无法满足农田灌溉自动化、信息化、智能化的发展需求。鉴于此，在打造智慧泵站平台系统时，应将水利工程的设备自动化控制等内容纳入进来，实现从底层到应用层一条龙服务。例如，在将某地区的农村电灌站纳入智慧泵站系统平台时，从其设备自动化改造开始，配备相关传感器和网络设备等，搭建网路设备等。但由于改造费用相对较高，且智能化系统平台的管理理念还未被广泛接受，泵站改造进展情况还差强人意，未产生很大的示范效果。各地水利工程并未得到相关部门的重视，地区泵站管理比较松散，各个泵站同步改造很难进行，建立泵站监控中心的难度很大。因此打造智慧泵站系统示范项目作用尤其重要，对重点泵站进行智能化改造，作为成果案例推广应用，引起相关政府部门注意，将政府和企业联合起来，引领地区的泵站管理技术变革，共同打造智慧泵站系统平台，使得各个泵站信息得到共享，管理中心能够实时查看到各个区域的水文信息，利于管理者的统一调配，实现区域联动调水，为保障民生工程、国民经济发展作出更大的贡献。

四、结语

利用智慧泵站平台系统管理水资源，是水利工程管理的新思路。新的通讯信息技术的发展为智慧泵站实施提供了技术支撑，降低了搭建难度和成本。通过该平台，用户可远程获取大量信息数据，并对数据进行挖掘分析，依靠大数据来决策，提高管理效能，解决目前区域内水资源分配的各种弊端。目前泵站管理并未受到重视，但随着社会发展，水资源短缺日益突出，精细化和精准化管理水资源是必然趋势，这些都依赖于在各个区域建立起相互联系的物联网系统。老旧泵站改造已经提上日程，首先搭建智慧泵站示范项目，将平台的优势特点直观展示出来，通过示范项目带动其他水利工程进行智慧化改造。比如，先进行将农田灌溉泵站自动化、信息化改造，然后建立起统一的政府调度中心，管理者在调度中心能了解到区域内的水资源分布情况，以及可调配的水资源分布图，实时了解目前可用水量；同时区域内的农民用户也可通过手机等方式，向调度中心反馈未来用水需求。基于这些信息，为管理者更快捷准确地进行调度提供决策依据■