陡河水库管理信息平台改造_张静宇.pdf

农业工程农业与技术2023，Vol.43，No.06陡河水库管理信息平台改造张静宇(河北省唐山市陡河水库事务中心，河北 唐山 063000)摘要:陡河水库位于唐山市区东北 15km 的陡河上，是一座以防洪为主，兼供唐山市区生活用水及下游工农业生产用水等综合利用的大型水利枢纽工程，工程控制流域面积 530km2，占陡河总流域面积的 39.5%，总库容4.753 亿 m3。水库工程等别为 I 等，主要建筑物级别为 I 级，设计洪水标准为 1000a 一遇，校核洪水标准为10000a 一遇。随着社会经济发展，水库优美的环境以及丰厚的水产资源，吸引越来越多的游客前去库区观光、钓鱼、游泳，破坏水资源的不良行为也逐渐增多，饮用水源污染也日渐严重，同时水库内部信息化系统智能化和集成化程度不高，信息化基础建设老旧，因此亟需对水库的软硬件系统进行提升改造。关键词:浊度;水雨情;作业预报;溶解氧;蓝绿藻;洪水预报中图分类号:S27文献标识码:ADOI:10.19754/j.nyyjs.20230330011收稿日期:20230130作者简介:张静宇(1980)，男，本科，高级工程师。研究方向:水资源与水利工程管理。2022 年 5 月 5 日，唐山市委书记在陡河水库调研检查水源地保护时提出建设电子围栏。2022 年 8 月27 日，唐山市水利局组织各方协调会，要求依据大中型水库工程标准化管理评价标准14 中信息化建设相关要求及全国重要饮水水源地安全保障评价指标体系要求，新增陡河自动化工程管理信息平台改造建设内容，委托黄河勘测规划设计研究院有限公司编写 唐山市全域治水清水润城县区工程 PPP 项目市本级工程陡河水库管理信息平台改造设计方案5。1现状描述与分析1.1管理信息平台应用现状管理信息平台于 2012 年左右建设，在建设初期汇集了水雨情、供水计量、大坝安全监测、水质等各子系统数据，具备数据浏览、查询功能，用户通过统一入口即可访问各项监测数据，由测控科负责维护该平台。近几年来，因各子系统升级换代、前端设备更新等原因，供水、大坝安监6、水质等数据均无法接入管理信息平台，导致目前平台仅能查看水雨情数据，基本丧失原设计功能。因该平台建设年代久远，技术架构老旧，故本项目在沿用该平台设计理念及部分数据接入方式的基础上，新建综合信息门户，替代该平台数据汇集展示等主体功能。1.2供水计量系统应用现状目前，陡河水库事务中心供水调度科使用供水计量系统，进行陡河水库供水管理工作，供水对象包括曹妃甸泵站、三友化工、电厂泵房和自来水厂等对象。用户登录系统后，系统展示供水监测设备回传的实时数据、历史数据。系统建设年代久远，缺少用户所需的数据处理功能，导致供水调度科在日常管理过程中，仍需手动摘录数据，影响管理工作效率与准确性。原管理信息平台与该系统，通过本地 sql server 数据库集成方式，实现数据集成。本项目考虑沿用此方案，仍使用本地 sql server 数据库集成的方式，将供水监测设备的数据集成至管理信息平台统一数据库，随后根据用户需求对开发数据处理功能。1.3洪水预报系统应用现状目前，陡河水库事务中心供水调度科使用河北省水库洪水预报调度系统，进行陡河水库汛期洪水预报及调度管理工作。用户终端接入水利专网，使用省厅分配的账号登录该系统，系统具备水库选择、信息查询、作业预报、构造方案、水库调度、系统管理等水库洪水预报调度的各项功能，系统为 C/S 架构，不提供对外接口，系统所需数据由省厅 sql 数据库提供，系统运行状态良好。本次考虑通过链接方式，将该系统集成至管理信息平台。1.4水质监测系统应用现状目前，陡河水库事务中心供水监测中心使用陡河水库水质监测系统，进行陡河水库水质监测管理工作，监测指标包括温度、pH 值、高锰酸盐指数、浊342023，Vol.43，No.06农业与技术农业工程度、氨氮、电导率、溶解氧、蓝绿藻 8 项指标，系统在 PC 端单机运行，具备数据查询、数据导出、趋势分析等基本功能，不具备二次开发可行性。因水质监测采集端设备存在稳定性较差问题，导致系统可用性低，本项目拟采购新的水质监测设备，以及配套水质监测系统，并通过数据集成方式，通过水质监测系统数据接口，将水质监测数据集成至管理信息平台。1.5视频监控系统应用现状目前，陡河水库事务中心自动化测控管理科、工程管理科、水政渔政科和保卫科，均独立维护着各自的视频监控系统，其软件架构均为前端视频监控设备采集视频信息，回传至各科室 NV 硬盘录像机存储、实时回放。此现状导致陡河水库视频监控零散分布于各业务科室，无法实现视频监控统一管理、分级分权限管理，进而导致陡河视频监控重复建设、利用率不高等问题。结合用户近期视频监控建设进展及使用需求，本项目考虑新建视频监控预警系统，汇聚各业务科室视频监控设备，实现陡河水库视频监控的分类分级管理。1.6通信网络现状陡河水库通信网络现状如图 1 所示。陡河水库拥有 3 种网络环境，水利专网、互联网与水库业务内网。互联网与水库业务内网之间的连接有防火墙进行隔离。水雨情子系统、供水计量子系统、大坝安全监测子系统6，7、水质在线监测子系统均与水库业务内网和互联网进行连接，视频监控系统部署在虚拟网中，可同时访问水库业务内网与互联网，大坝视频监控系统、视频会议系统和洪水预报系统均部署在水利专网。图 1通信网络现状图2总体设计2.1总体框架陡河水库管理信息平台改造项目以提升陡河水库事务中心业务能力为导向，充分利用陡河水库现有信息化成果及公共基础设施进行建设，兼顾长远目标与近期目标，考虑系统可扩展性，使平台能在水库业务工作深化和外部环境变化时，实现业务功能的逐步扩展、性能的不断提升，以发挥系统的整体功能和效益。系统总体划分为监测感知层、基础设施层、通信网络层、数据资源层、应用支撑层、服务层和用户层7 个层面，通过升级、利旧、采购和新建方式，对监测感知层、基础设施层、通信网络层、数据资源层、应用支撑层和服务层进行改造，以安全保障体系、标准规范体系为保障，为陡河水库事务中心、唐山市水利局提供服务，实现陡河水库信息全感知、水源全保护。这 7 个层面、2 大保障体系共同构成陡河水库管理信息平台改造项目的总体框架。2.2系统分层2.2.1监测感知层遵从“全面感知，实时采集”原则，对陡河水库需要覆盖的水雨情、水质、视频、闸门工况、大坝安全、供水情况等信息进行监测，具体监测内容包括水库水质、水位、雨情、供水数据、大坝安全监测数44农业工程农业与技术2023，Vol.43，No.06据、闸门开度及运行状态、水库周界保护视频及雷达数据等信息进行动态监测采集与处理，为实现水库管理信息平台改造提供数据基础。2.2.1.1视频监控对水库周界防护区域，包括水库建筑物、大坝、东岸、水源保护区，以及水库管理区、防汛仓库等进行视频监视。其中，大坝视频监控、封闭工程视频监控、电子围栏视频监控设备为接入，安保、防汛库视频监控为新建并接入。2.2.1.2水质监测利旧水质监测基础设施，更新水库库区水质监测设备，设备监测要素包括温度、pH 值、浊度、氨氮、电导率、溶解氧、蓝绿藻、高锰酸盐指数。2.2.1.3水位监测利旧水位监测基础设施，更新水库库区水位监测设备，对水库水位进行监测。2.2.1.4雨情监测利旧雨情监测基础设施，更新雨情监测设备，对降雨量进行监测。2.2.1.5雷达监测在水库周边高点新建雷达监测点位，对水库水面移动物体进行监测。2.2.1.6闸门监测接入闸门监测设备，对水库闸门运行状态、开度进行监测。2.2.1.7供水监测接入供水监测设备数据，对水库供水状态进行监测，包括取水用户的流量、流速、累计用量、累计运行时间等数据。2.2.1.8大坝安全监测接入水库大坝安全监测数据，对大坝运行状态进行监测。2.2.2基础设施层基础设施层包括改造机房实体环境和会商等其他实体环境。其中，机房实体环境需购置满足安全可靠要求的网络设备，数据库、应用、流媒体、存储服务器等计算存储设备，以及对北 2 楼、北 4 楼、南 1 楼机房的基础环境进行升级;会商等其他实体环境包括新建南、北楼门厅显示系统，南、北楼会商室、会议室显示系统、音频系统的升级，以及南楼空调系统的升级等内容。2.2.3通信网络层通信网络层包括对办公区网络的升级，新建前端监测点位光纤线路，租用新的运营商 4G 网络，以及对水利数据专网、部分运营商 4G 网络、部分前端监测网络利旧。通过对通信网络层的建设，采用业务内网、水利数据专网、运营商 4G 网络等多种通信方式混合协作的方式，将水库中不同网域环境的个体连接成统一整体的桥梁，将采集的监测数据上传汇集的网络环境。2.2.4数据资源层本项目在现有监测数据的基础上，根据项目建设需要，升级动态监测库，接入视频监控、大坝安全、雷达、水质、闸门监测等新型数据资源;新建基础库、业务库、空间库、动态库及文件库，主要作用是满足海量数据的存储管理要求，也是系统中所有数据信息存储与管理的逻辑表现，实现对各类数据资源的统一存储、统一管理，以构成上册业务应用的数据资源支撑环境，通过整合数据资源，保证数据的完整性和一致性。2.2.5应用支撑层应用支撑层是连接基础设施、数据资源和应用系统的桥梁，提供承上启下的开放性基础服务，是以中间件技术为核心的基础软件技术支撑层，其作用是实现资源的有效共享和应用系统的互连互通，为应用系统的功能实现提供技术支持、多种服务及运行环境，是实现应用系统之间、应用系统与其他平台之间进行信息交换、传输、共享的核心。应用支撑层主要包括新建报表服务、消息服务、工作流引擎和用户认证等通用类应用服务，新建视频服务，采购部署地图和数据库管理服务。2.2.6业务服务层业务服务层用于实现系统的核心业务逻辑，集成各业务应用系统。业务服务层是对管理信息平台进行改造，包括新建综合信息门户、办公自动化系统，整合现有信息化系统，完成洪水预报系统、供水计量系统的利旧集成，在建大坝安全监测系统数据接入，采购水雨情监测系统、水质监测系统、闸门监管系统，新建视频监控预警系统，接入已建视频监控设备，提升陡河水库管理信息化水平。3数据库建设原则3.1统一标准原则建立数据库最重要的是标准化，只有做到统一技术标准，才能实现数据交换和数据共享。信息分类编码和所有的库表采用的标准应当统一，有国家标准或行业标准的必须采用国家标准或行业标准，采用统一的数据库表结构，包括统一的接口、开发工具和管理542023，Vol.43，No.06农业与技术农业工程软件、统一的字段标识符、项目编码等。3.2信息共享原则数据库建设应充分利用已开发建设的及拟建设的水利系统数实用标准数据库，如水文数据库、工程数据库、空间数据库等。3.3安全可靠原则必须确保综合数据库安全可靠运行，从系统安全、数据安全、用户安全和应用程序安全等方面进行控制，采用多种安全机制与操作系统相结合，实现数据库的安全保护。3.4实时准确原则在数据库设计和建设过程中，要保证数据的唯一性和完整性，减少应用中数据的转换和误差，字段精度应尽量准确。同时，数据库应及时更新维护，保证数据的实时可用。3.5高效利用原则数据库为各应用系统和众多用户提供直接共享访问，提高数据库访问速度是数据库设计与建设过程中必须考虑的。应尽量把数据类型不同但关系密切的数据放在同一个表中，在数据查询中应减少关联，提高访问速度和利用效率。4信息采集现有水位、雨量、水质等各监测系统都是 10a 前建设的，各监测设备因型号比较老，现在也处于停产状态，后期维护十分困难。按业主要求，本次工程需要对水位、雨量、水质等各监测设备进行更换。4.1水位监测为加强对水库的监管，在水库布设水位采集点，为水资源调度、防汛指挥提供数据支撑。4.1.1性能要求本项目所设计的水库水文信息采集系统应满足以下性能要求:水位观测严格遵守 水位观测标准(GB/T 501382010)、水文基础设施建设及技术装备标准(SL 2762002)、水文自动测报 系统规范(SL 612015)等标准、规范的要求。本项目水位监测装置应具有安装简单、测量精度高、稳定性好和抗干扰性强的特点。4.