水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)需求分析.doc

水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng) 二零一六年十二月目 錄1. 概述12. 系統(tǒng)建設(shè)必要性12.1 現(xiàn)狀與問(wèn)題12.2 系統(tǒng)建設(shè)意義33. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)43.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)要求63.3硬件設(shè)計(jì)和軟件配置74. 建設(shè)效果展望85. 項(xiàng)目建設(shè)概算8II太原理工大學(xué) 天地方圓公司1. 概述 屬于典型的資源型缺水區(qū)，水資源短缺、水污染形勢(shì)嚴(yán)峻、水生態(tài)環(huán)境安全面臨嚴(yán)重威脅3個(gè)方面的主要問(wèn)題已成為制約該區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。建立覆蓋整個(gè)的水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)、利用、節(jié)約、保護(hù)、管理、配置實(shí)施實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，是解決該地區(qū)水資源問(wèn)題的主要手段。近年來(lái)，將水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)提上了工作計(jì)劃， 科學(xué)合理地管理與利用有限的水資源是有效解決水資源問(wèn)題的重要途徑。加強(qiáng)水資源的科學(xué)管理，通過(guò)水資源的合理開(kāi)發(fā)、高效利用、綜合治理、優(yōu)化配置、全面節(jié)約、有效保護(hù)，不斷提高水資源利用效率和效益等措施，建設(shè)節(jié)水型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供支撐，是一項(xiàng)具有重大意義的工程。 的水資源計(jì)量設(shè)施的安裝工作一直處于落后的狀態(tài)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺乏使得水資源管理工作一直處于粗放被動(dòng)的情形，不能滿(mǎn)足現(xiàn)階段水資源管理的要求，安裝水資源計(jì)量設(shè)施迫在眉睫。為了加強(qiáng)水資源統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)轄區(qū)內(nèi)地下水水井用水取水統(tǒng)一調(diào)度，保證供水安全，科學(xué)調(diào)配水量，從2006年開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)在各地下水取水井監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝水位、流量、電壓、電流等傳感器及安全視頻監(jiān)控設(shè)施，基于地理信息系統(tǒng)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水取水井監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位、流量及安全視頻監(jiān)控。2. 系統(tǒng)建設(shè)必要性2.1 現(xiàn)狀與問(wèn)題水資源的調(diào)度監(jiān)控在水資源管理過(guò)程中有著舉足輕重的作用,隨著社會(huì)的發(fā)展對(duì)水資源調(diào)度監(jiān)控提出了新的要求。水資源調(diào)度監(jiān)控的項(xiàng)目和內(nèi)容不斷增加,對(duì)調(diào)度監(jiān)控手段和方法以及水資源監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用也提出了越來(lái)越高的要求。對(duì)水資源實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、優(yōu)化的配置是水資源管理的重點(diǎn),進(jìn)行這一切工作的基礎(chǔ)是實(shí)時(shí)獲取動(dòng)態(tài)的水資源及相關(guān)信息。隨著網(wǎng)絡(luò)通信、移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展,特別是信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,實(shí)時(shí)對(duì)水資源進(jìn)行監(jiān)控管理己經(jīng)成為可能。當(dāng)前在國(guó)際上,水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng),代表了水資源管理的現(xiàn)代方向。實(shí)時(shí)監(jiān)控和傳輸?shù)幕A(chǔ)就是信息技術(shù),利用通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化技術(shù)、遙感、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、計(jì)算機(jī)輔助決策支持系統(tǒng)、人工智能、遠(yuǎn)程控制等先進(jìn)技術(shù)。對(duì)流域或地區(qū)的水資源及相關(guān)的大量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)釆集、傳輸及管理；以現(xiàn)代水資源管理理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托對(duì)流域或地區(qū)的水資源進(jìn)行實(shí)時(shí)、優(yōu)化配置和調(diào)度；以遠(yuǎn)程控制及自動(dòng)化技術(shù)為依托對(duì)流域或地區(qū)的工程設(shè)施進(jìn)行控制操作。在我國(guó)隨著數(shù)據(jù)釆集技術(shù)、傳感技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,也促進(jìn)了國(guó)內(nèi)水資源調(diào)度監(jiān)控技術(shù)自動(dòng)化的發(fā)展,監(jiān)控技術(shù)要適應(yīng)新情況新變化,實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)水文向現(xiàn)代水文轉(zhuǎn)變,從而為我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。在水資源調(diào)度監(jiān)控過(guò)程中,常常需要對(duì)眾多的水資源數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)發(fā)送到管理中心進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的水資源信息(如水位、流量、降雨量、泥沙含量等)的傳輸,多釆用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電臺(tái)等方式進(jìn)行。目前，水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)仍存在很多問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：一、供水系統(tǒng)監(jiān)管水平低下目前，大多數(shù)農(nóng)村供水系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，主要依賴(lài)于村管水員專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平與素質(zhì)的高低。水泵的不及時(shí)啟停使得居民的用水得不到滿(mǎn)足、設(shè)備故障后無(wú)法第一時(shí)間掌握與維修等問(wèn)題是現(xiàn)階段面臨的供水、用水難題。二、水資源污染嚴(yán)重城市中大部分飲用水安全受到威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在46個(gè)重點(diǎn)城市中，僅有28.3%的城市飲用水源地水質(zhì)良好，26.1%的城市水質(zhì)較好，45.6%的城市水質(zhì)較差。飲用水源地水質(zhì)差不但增加了自來(lái)水處理成本，而且有一些難以處理的有毒有害污染物將直接危及人體健康。農(nóng)村飲用水安全更令人擔(dān)憂(yōu)，其衛(wèi)生合格率僅為62.1%。水污染問(wèn)題不僅是杏花嶺區(qū)的一大難題，其已經(jīng)成為國(guó)家水資源領(lǐng)域內(nèi)迫切需要解決的重要問(wèn)題。三、洪澇災(zāi)害嚴(yán)重水資源分布不均，水旱災(zāi)害頻繁，這是水資源開(kāi)發(fā)利用的最大弱點(diǎn)，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)制約因素。水資源分布不勻，造成不少地方嚴(yán)重缺水，影響這些地方的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生話(huà)。而水資源時(shí)空分布的過(guò)分集中，造成汛期大量棄水，非汛期缺水，有限的水量不能充分利用。集中程度越高，棄水越多，可用水量占水資源總量的比例越小，并使水旱災(zāi)害頻繁發(fā)生。四、信息孤島嚴(yán)重，缺乏統(tǒng)一管理手段相關(guān)水利部門(mén)在供水工程建設(shè)后，無(wú)法掌控工程后續(xù)使用、問(wèn)題反饋情況。無(wú)法為新工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)參考。此外，各供水系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)、管理“自成體系”、信息孤島嚴(yán)重。無(wú)法從全局宏觀角度進(jìn)行供水、用水統(tǒng)一監(jiān)管。五、缺失有效的設(shè)備巡檢機(jī)制農(nóng)村供水站對(duì)工作思想不重視，只注重供水工程的建設(shè)，不講究社會(huì)效益。同時(shí)由于自身?xiàng)l件的限制，缺少相應(yīng)的巡檢人員，不能滿(mǎn)足對(duì)廣大農(nóng)村供水站進(jìn)行日常設(shè)備巡檢工作的基本要求。2.2 系統(tǒng)建設(shè)意義水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)適用于水務(wù)部門(mén)對(duì)地下水、地表水的水量、水位和水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有助于水務(wù)局掌握本區(qū)域水資源現(xiàn)狀、水資源使用情況、加強(qiáng)水資源費(fèi)回收力度、實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源正確評(píng)價(jià)、合理調(diào)度及有效控制的目的。通過(guò)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查，特別是對(duì)水利發(fā)展?fàn)顩r、水資源開(kāi)發(fā)利用狀況、水環(huán)境狀況的分析研究，診斷目前存在的主要問(wèn)題及其對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的影響。以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基礎(chǔ)進(jìn)一步細(xì)分水資源分區(qū)，建立相應(yīng)的基本資料數(shù)據(jù)庫(kù)。 建設(shè)完善水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，并運(yùn)用遙感（RS）、網(wǎng)絡(luò) GIS、全球定位系統(tǒng)（GPS）、虛擬仿真及信息集成技術(shù)，以 SPOT5 遙感數(shù)據(jù)、1：50000 DEM 及 GIS 基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建設(shè)數(shù)字流域平臺(tái)。 以水資源 B 級(jí)區(qū)套鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)行政區(qū)為單元，按照嚴(yán)重不安全、不安全和基本安全 3 種安全類(lèi)型，進(jìn)行水資源安全評(píng)價(jià)，并做出相應(yīng)的水資源安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警，編制應(yīng)急預(yù)案。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)區(qū)域未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo)，結(jié)合節(jié)水型社會(huì)建設(shè)要求，設(shè)計(jì)水權(quán)制度與入河排污許可制度，擬定水量水質(zhì)雙總量控制方案，建立水資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，擬訂生態(tài)與環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略，提出未來(lái)水利建設(shè)總體布局方案和水資源動(dòng)態(tài)管理模式。 系統(tǒng)功能包括 4 個(gè)主要層次，即水資源數(shù)據(jù)庫(kù)及管理平臺(tái)、應(yīng)用支撐平臺(tái)、應(yīng)用系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。水資源數(shù)據(jù)庫(kù)及管理平臺(tái)：包括在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)布置及現(xiàn)有數(shù)據(jù)集成整合； 應(yīng)用支撐平臺(tái)：包括系統(tǒng)資源服務(wù)層（統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換）、公共數(shù)據(jù)服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層（GIS 服務(wù)、報(bào)表工具、圖表工具、流量控制）、平臺(tái)接口； 應(yīng)用系統(tǒng)：包括水資源實(shí)時(shí)信息服務(wù)系統(tǒng)、水資源動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，預(yù)留水資源業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)（取水許可管理、地下水管理、節(jié)水管理、水資源費(fèi)征收管理、入河排污口管理、水源地管理、水功能區(qū)管理、水務(wù)管理）、水資源動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)、水資源系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)、水資源安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警系統(tǒng)、水資源綜合統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)、水資源輔助決策支持系統(tǒng)（包括預(yù)警與應(yīng)急服務(wù)、水資源評(píng)價(jià)、水資源配置）、水資源信息發(fā)布平臺(tái)等功能模塊的接口。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：通過(guò) GPRS 專(zhuān)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)水利專(zhuān)網(wǎng)與移動(dòng)通信 APN 網(wǎng)絡(luò)的連接；通過(guò)路由器，實(shí)時(shí)透明轉(zhuǎn)發(fā)各相關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)所轄測(cè)站實(shí)時(shí)采集信息；提供完善的內(nèi)外網(wǎng)隔離方案，確保內(nèi)部數(shù)據(jù)安全；為市級(jí)用戶(hù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)虛擬專(zhuān)線(xiàn)連接，可以通過(guò) VPN 接入訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、應(yīng)用支撐平臺(tái)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)及版本控制系統(tǒng)等軟件的硬件及網(wǎng)絡(luò)支撐。 3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)覆蓋整個(gè)杏花嶺區(qū)，采用GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由3級(jí)構(gòu)成，包括,區(qū)（縣）級(jí)監(jiān)控分中心和大量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。圖1 水資源監(jiān)控管理信息系統(tǒng)拓?fù)鋱D區(qū)（縣）級(jí)監(jiān)控分中心負(fù)責(zé)該轄區(qū)各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與信息管理，設(shè)置在縣水資辦。包括建立通訊聯(lián)系、站點(diǎn)呼叫、站點(diǎn)身份驗(yàn)證、指令發(fā)布、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以及在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、掉線(xiàn)掛接等運(yùn)行管理。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)為系統(tǒng)的最原始點(diǎn)分為4類(lèi)：（1） 地下水位觀測(cè)站點(diǎn)。 采用投入式液位傳感器進(jìn)行計(jì)量，及時(shí)掌握地下水的變化動(dòng)態(tài)。（2） 用水量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。通過(guò)安裝在用水輸水管線(xiàn)關(guān)鍵點(diǎn)上的儀表對(duì)用水量進(jìn)行不間斷計(jì)量監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確、及時(shí)計(jì)量用水戶(hù)的用水量。（3）降雨量觀測(cè)站點(diǎn)。 采用翻斗式自記雨量計(jì)計(jì)量，可從市防辦共享。（4）污水排放量監(jiān)測(cè)點(diǎn)。采用多普勒超聲波流量?jī)x測(cè)量，為正確評(píng)價(jià)水資源利用率提供依據(jù)。（二期實(shí)現(xiàn)）其中，測(cè)控終端原理示意圖如圖2所示。3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)要求（1）對(duì)用水量、水位、降雨量、污水排放量（二期實(shí)現(xiàn)）等指標(biāo)的實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)；自動(dòng)定時(shí)記錄（固態(tài)存儲(chǔ)）；通訊自動(dòng)保持在線(xiàn)，斷線(xiàn)自動(dòng)掛接；自動(dòng)對(duì)呼叫應(yīng)答，自動(dòng)接收中心控制指令；自動(dòng)完成數(shù)據(jù)檢索與數(shù)據(jù)傳送；自動(dòng)時(shí)鐘走時(shí)；自動(dòng)上電復(fù)位；出錯(cuò)自動(dòng)報(bào)警和預(yù)警功能。圖2 測(cè)控終端原理示意圖（2）設(shè)備環(huán)境溫度適應(yīng)性。監(jiān)測(cè)站設(shè)備工作環(huán)境溫度為-20-40,相對(duì)濕度RH90，采取防盜防破壞措施。（3）采樣間隔。 水位、流量的采樣間隔不大于1h（可根據(jù)用戶(hù)需要設(shè)定）； 雨量，在雨季的采樣間隔不大于5min。各種傳感器的精度：水量測(cè)量精度：1%2%m；地下水位測(cè)量精度0.05%； 雨量監(jiān)測(cè)精度：0.1mm； 排污量測(cè)量精度4%。（4）遠(yuǎn)程通訊儀采用GPRS無(wú)線(xiàn)通訊方式。 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要確保安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行，并具備備用電源供電。3.3硬件設(shè)計(jì)和軟件配置3.3.1 主要設(shè)備（1）服務(wù)器： 區(qū)（縣）級(jí)服務(wù)器CPU：P 3.0G以上，雙CPU；內(nèi)存10G以上；硬盤(pán)，500G以上；千兆網(wǎng)卡。（2）電源設(shè)備： 山特UPS。（3）磁盤(pán)陣列： 每個(gè)控制器 1GB緩存；每個(gè)控制器有2個(gè)4GB Fibre Channel端口；最大支持64個(gè)主機(jī)。（4）機(jī)械遠(yuǎn)傳水表、超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)：用于自備井用水量計(jì)量，滿(mǎn)足不同用戶(hù)需求，測(cè)量精度2%-1%。（5）水位壓力傳感器：用于測(cè)量地下水位，選用進(jìn)口的（德魯克水位壓力傳感器）測(cè)量精度0.05%。 （6）多普勒超聲波流量計(jì)：用于測(cè)量污水排放量，選AVFM型，精度等級(jí)2.5 級(jí)。（7）數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀：用于水資源的監(jiān)測(cè)并通過(guò)GPRS數(shù)傳模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。3.3.2 軟件環(huán)境（1） 采用地理信息系統(tǒng)（GIS,包括WEBGIS)為表現(xiàn)平臺(tái),以電子地圖為基本圖形,根據(jù)需要,實(shí)現(xiàn)以電子地圖為基礎(chǔ)的查詢(xún)、檢索、分析功能。如圖4所示。圖4 電子地圖（2）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)選用Windows Server2005中文版 。 客戶(hù)端 操 作 系 統(tǒng) 選 用 Windows XP Professional、Windows7等版本。（3）數(shù)據(jù)庫(kù)建議采用SQL Server2005。（4） 網(wǎng)絡(luò)安全主要包括安全防護(hù)工具 （防火墻 、防病毒 、加密系統(tǒng)等）和檢測(cè)手段（身份認(rèn)證、入侵檢測(cè)、漏洞掃描等系統(tǒng)）。（5）選用 Microsoft 公司的system Management Server和Cisco Works2000進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。配備數(shù)據(jù)備份軟件使數(shù)據(jù)備份到存儲(chǔ)設(shè)備。4. 建設(shè)效果展望水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)建成后，水利部門(mén)的工作人員通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)APP登錄指定網(wǎng)站，即可遠(yuǎn)程監(jiān)控泵房的整體運(yùn)行狀況，如監(jiān)測(cè)液位、壓力、電壓、電流、水量等數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)紅外照相機(jī)定時(shí)抓拍并回傳的實(shí)時(shí)照片，遠(yuǎn)程控制水泵啟停、閘閥開(kāi)閉以及隨時(shí)獲取監(jiān)控點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)照片等。系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、加工、分析、形成曲線(xiàn)、報(bào)表等，這樣，水利工作人員就可以縱觀全局、統(tǒng)籌規(guī)劃、合理安排、科學(xué)決策。如果監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)異常，監(jiān)控中心會(huì)發(fā)