平寨水库水雨情可视化监控平台设计与实现

陶勇 王加敏 彭波 曾莉萍 孙传胜

摘 要：根据平寨水库水雨情业务实际需求，利用成熟的数据库技术、信息化技术和大数据可视化技术，采用B/S架构模式，建设基于Echarts的平寨水库水雨情可视化监控平台，综合展示遥测站设备、网络状态、机组发电、历史数据查询、水雨情综合分析，以及水文预报文档等水雨情相关信息，实现了硬件设备、网络状态和水雨情重要运行指标的实时监控和自动报警，以及历史数据查询导出、水雨情过去实况综合分析和水文预报文档的自动化制作。通过在汛期中的实际业务运行检验，平台稳定可靠，交互操作简便，大大提高了水库运行管理的自动化水平，为水库防洪度汛提供了重要的信息技术支撑。

关键词：Echarts；水雨情；可视化；监控

中图分类号：TV697.1+1  文献标识码：A

贵州省黔中水利枢纽工程是一项以灌溉、城乡供水为主，兼顾发电等的综合利用，并为改善区域生态环境创造条件的大型水利基础设施项目，由平寨水库水源工程、灌区工程、贵阳市供水和安顺市供水工程等组成。其中平寨水库自2015年4月14日下闸蓄水，2016年6月24日并网发电，2018年1月28日正式向贵阳供水以来，工程的目标逐渐由施工建设期转为水库运行期，平寨水库的水情预测报业务的重点也随工程目标的改变而进行相应的调整。2018年平寨水库购买了一套南京南瑞水利水电科技有限公司的水调自动化系统，该系统主要是为满足平寨电站发电的业务需求，实现与贵州电网调度中心数据上传而部署的，在水雨情监测业务方面，该系统没有进行本地化配置，在实际业务使用过程中存在诸多问题。

本文通过搭建平寨水库水雨情可视化监控平台，结合水库运行实际条件，以水雨情预测报业务为基础，灵活地利用GIS技术［1］、数据库技术［2］、大数据可视化技术［36］和信息网络［78］等技术，构造一系列水雨情业务各环节的管理模型，最终设计出水雨情预测报自动化、智能化的整体解决方案，为水库运行管理部门及时掌握水雨情相关信息提供决策支撑，提高水库调度效率。

1 系统设计

1.1 设计原则

（1）可扩展性。采用开放式的数据库平台和组件技术，确保随着业务需求的变化，对已有资源利用的有效性。可以根据业务发展的需要，方便升级，扩展系统的功能。

（2）可靠性。可靠性是衡量系统性能好坏的一个重要指标［9］。设计开发系统时，综合考虑系统架构、技术手段、软硬件平台、技术服务和维护能力［10］，采用业界公认成熟并被广泛应用的技术，保证平台实施的进度和质量，保证系统的稳定可靠。

（3）先进性。采用先进的、开放的体系结构和计算机技术，如数据管理技术、编码技术和容错技术等，同时，平台的投资考虑到今后的发展，不仅在硬件架构上具备超前性，而且系统设计采用数据质量控制，对不同结构类型的数据进行统一管理。

（4）实用性。平台应充分考虑用户当前各业务层次、各环节管理中数据处理的便利性和可行性，使用图形化交互式人机界面，使操作简便实用、界面美观大方。

（5）安全性。平台提供有效的安全保密机制，保证信息能够安全发送与接收。为保证数据传输的安全性，使所传输的数据不被盗窃、更改，应用系统所采集的重要原始数据采用网络加密传输、数据库加密传输或应用系统数据加密相结合的技术，并对进入平台的用户的操作情况按照时间、用户、单位、权限组等进行记录。

1.2 总体框架设计

平寨水库水雨情可视化监控平台总体框架自下而上包括信息网络层、数据资源层、技术支撑层、业务应用层和用户层，采用B/S结构。总体架构如图1所示。

信息网络层是整个平台运行的基础，为平台提供网络访问环境和各类数据采集的接入。

数据资源层是本平台的核心内容之一，主要作用是解决平台所需各类数据的采集、存储、处理、质控和分析问题，主要包括数据组织和数据处理。

数据组织是对各类数据进行结构化、标准化和规范化，建立一个可靠、稳定、高效的数据服务平台；数据处理是对各类数据进行清洗、转换、关联、标识的过程，构建信息索引，建立信息之间的关联关系。

技术支撑层是连接数据和业务应用之间的桥梁，通过数据库技术、Web service技术、可视化技术和API接口服务［1112］等，将各类数据进行统一封装，向应用层提供数据服务。

业务应用层是用户与平台各功能模块之间相互交流的前端。

用户层是该平台使用的主要用户对象，包括水库调度员、电站值班员和系统管理员。

2 关键技术

2.1 Echarts可视化技术

引入Echarts開源可视化库，通过增量渲染技术支持Canvas或SVG的形式渲染图表，可以流畅地在PC端运行，兼容当前绝大部分浏览器。Echarts的底层依赖矢量图形库ZRender，能够提供直观、交互丰富、高度个性化定制的数据可视化［13］，实现提供平寨水库各类数据不同形式的数据展示。

2.2 基于Ajax的异步开发技术

Ajax是采用客户端脚本与Web服务器进行数据交换的一组技术，它提供了与服务器进行异步通信的能力［14］。Ajax通过基于XML的Web Services接口仅向服务器发送并取回必要的数据，并在客户端采用JavaScript的函数处理来自服务器的响应。只有当数据必须从服务器上获得的时候才调用它，这样就解决了操作响应速度、不重复加载页面，以及避免向服务器频繁发送请求的问题，降低平台对硬件设施的资源占有率。

3 功能模块

3.1 运行监控模块

该模块包括三个方面的监控，分别是遥测站设备、水雨情网络和机组发电的实时运行情况。遥测站设备包含水库流域范围内的水位站、雨量站和流量站，正常运行情况下，遥测站每小时整点发送一次实时水位数据、雨量数据和流量数据到采集平台，若采集平台能接收到数据，则表示遥测站设备运行正常，反之，则表示遥测站设备运行异常（见图2）。水雨情网络包含数据采集服务器、数据存储服务器和数据应用服务器之间网络通信，以及与之相配套的防火墙、交换机等网络设备的访问情况。正常情况下，后台网络监视机器人每分钟反馈一次网络通信情况。若出现某条网络访问受限，则以“红色”进行告警提示（见图3）。机组发电监控是每分钟获取5台机组每台的实际出力值，若机组没有发电，出力值为0（见图4）。

3.2 监测报警模块

平台提供对平寨水库水雨情的重要运行指标（见表1）进行实时监测，根据不同运行指标设定的阈值，自动判断是否报警。当其中任意一个运行指标超过相应规定的阈值，就自动将对应的指标值以“红色”标注（见图5），同时启动声音报警。针对水位站和雨量站的运行情况，平台也提供在流域GIS底图上进行展示，若运行正常，则以“绿色”圈表示，反之，则以“红色”圈表示。

3.3 水情预测模块

平台把洪水预报系统自动发布的水位和入库流量预报数据进行接入，将过去的实际水位和预测水位、过去的实际入库流量和预测入库量进行综合展示（见图6）。另外，在汛期每日08时和20时定时自动生成水文预报文档，水情值班员经过主观订正后自动向各部门发布（见图7）。

3.4 水雨情分析模块

每日8时自动绘制过去一周的坝上水位、入库流量和降雨量综合分析图（见图8），便于水情值班员及时掌握过去一周水雨情的情况。

3.5 数据查询模块

数据查询主要包括对历史坝上水位、坝下水位、生态流量、入库流量、发电量、面雨量、来水量和泄洪量等数据按选择的时间段进行查看，并且通过导出功能可以将查询结果保存为Excel文档（见图9）。

4 应用效果

平寨水库水雨情可视化监控平台建成后（见图10），在2022年整个汛期期间进行了实际业务应用，该平台各项功能运行稳定，使水雨情预测报业务工作标准化、规范化，减轻了水情值班员的工作强度和工作压力，提高了水雨情预测报业务的工作效率，实现了平寨水库水雨情信息自动监控。

结语

平寨水库水雨情可视化监控平台通过信息化、可视化、自动化技术，实现了集遥测站设备、信息网络、发电机组、水情预测、数据查询等水雨情相关信息为一体的综合展示，大大提高了水库运行管理的自动化水平；在防洪度汛期间，也为水库运行调度提供了重要的信息技术支撑。

参考文献：

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［14］唐小玲.基于AJAX异步交互技术的门户网站构建［J］.电脑知识与技术，2021，17（32）：165166.

作者简介：陶勇（1988— ），男，汉族，四川遂宁人，研究生，工程师，从事水电气象服务；王加敏（1990— ），男，汉族，广西桂林人，本科，工程师，从事水电气象服务；彭波（1990— ），男，汉族，重庆合川人，本科，工程师，从事软件开发；曾莉萍（1986— ），女，汉族，贵州贵阳人，研究生，高级工程师，从事短期天气预报；孙传胜（1987— ），男，汉族，贵州遵义人，本科，高级工程师，从事水库调度运行管理。