水資源數(shù)字化管理

1、L/O/G/O水資源數(shù)字化管理水資源數(shù)字化管理重要內(nèi)容基本概念基本概念3S3S技術(shù)技術(shù)應(yīng)用實例應(yīng)用實例11231 1、基本概念、基本概念數(shù)字化管理數(shù)字化管理： 指利用計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)，量化管理對象與管理行為，實現(xiàn)計劃、組織、協(xié)調(diào)、服務(wù)、創(chuàng)新等職能的管理活動和管理方法的總稱。 隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和日益完善，數(shù)字化管理已經(jīng)成為現(xiàn)代管理基本理念，并在國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)得到充分的開發(fā)和應(yīng)用。水資源數(shù)資源管理水資源數(shù)資源管理： 指將數(shù)字化管理的思想應(yīng)用于水資源管理中，借助于“3S”技術(shù)、計算機(jī)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代信息技術(shù)對各類水事活動進(jìn)行數(shù)字化管理。 水資源數(shù)字化管理包括水

2、資源（水量、水質(zhì)等）的監(jiān)測、傳輸、分析、處理，借助數(shù)學(xué)模型進(jìn)行的水資源的合理配置，以及運用自動化控制機(jī)制對水資源管理進(jìn)行實時的遠(yuǎn)程控制和管理等功能。 水資源數(shù)字化管理還包括各種水政管理的信息化和自動化，如實現(xiàn)水資源資費管理的數(shù)字化、工農(nóng)業(yè)用水管理的數(shù)字化、生活用水管理的數(shù)字化等。2、3S3S技術(shù)技術(shù)“3S”3S”技術(shù)：技術(shù)： 是以遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GlS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)為基礎(chǔ),將RS、GlS、GPS三種獨立技術(shù)領(lǐng)域中的有關(guān)部分與其他高技術(shù)領(lǐng)域(如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)等)有機(jī)地構(gòu)成一個整體而形成的一項新的綜合技術(shù)。 通過這些技術(shù)的綜合集成應(yīng)用,可以實現(xiàn)水資源信息的快速采集和

3、處理,為水資源管理決策提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)信息資料和決策支持。指從遠(yuǎn)距離高空及外層空間的各種平臺上利用電磁波探測儀器,通過攝影或掃描、信息響應(yīng)、傳輸和處理, 研究地面物體的形狀、大小、位置及其與環(huán)境的相關(guān)關(guān)系等宏觀規(guī)律的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。在計算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)?？梢远〞r與測距的空間交匯的導(dǎo)航系統(tǒng),通過接收衛(wèi)星信息來給出地球上任意地點的三維坐標(biāo),以及載體的運行速度,同時它還可給出準(zhǔn)確的時間信息,具有記錄地物屬性的功能。遙感技術(shù) (RS)地理信息系統(tǒng)(GlS)全球定位系統(tǒng)(GPS)及時準(zhǔn)確

4、地為水資源管理決策支持系統(tǒng)提供詳細(xì)的地面環(huán)境信息,為水資源的時空分析提供空間基礎(chǔ)資料。用于地表徑流和水利工程測量、野外調(diào)繪,擬補(bǔ)遙感時相短缺的不足。對水資源管理所需的空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲、采集、處理、空間分析、查詢、檢索、預(yù)測、決策和輸出功能。 RS GPS GIS3S技術(shù)在水資源管理中的主要作用技術(shù)在水資源管理中的主要作用水資源調(diào)查評價 主要用于流域水文模擬和水資源評價基于GIS的土地利用狀況分析、生態(tài)環(huán)境變遷分析、生態(tài)耗水分析、水資源評價等。水環(huán)境監(jiān)測 包括對污染河流的各種污染源的監(jiān)測,利用微波遙感和GIS技術(shù)對河流斷流、洪水泛濫等進(jìn)行監(jiān)測;對由水環(huán)境惡化引起的各種災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測。

5、利用GIS和RS技術(shù)對水土流失、地下水降落漏斗、海水入侵、黃河斷流等進(jìn)行監(jiān)測。利用GIS和GPS技術(shù)還可以對由于過量開采地下水導(dǎo)致的地面沉降進(jìn)行實時監(jiān)控。防洪 我國洪澇災(zāi)害幾乎是不斷的,夏季頻發(fā)于黃河、長江、淮河等流域,造成的損失不計其數(shù)。 基于GIS的防洪決策支持系統(tǒng)則應(yīng)運而生。它的主要功能有建立防洪區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫、動態(tài)采集和分析洪水演進(jìn)等等,與GPS、RS的結(jié)合,對于人們做出正確的決策有很大的作用。3 3、應(yīng)用實例、應(yīng)用實例 - -黃河水資源管理調(diào)度數(shù)字化黃河水資源管理調(diào)度數(shù)字化 治理黃河,歷來是中華民族安民興邦的大事。進(jìn)入二十一世紀(jì),隨著社會的發(fā)展, 治黃工作仍面臨著一些新的問題需要

6、解決： 洪水威脅依然是治黃事業(yè)的基本要求 水資源供需矛盾十分突出 生態(tài)環(huán)境惡化尚未得到有效遏制：突出表現(xiàn)在黃土高原地區(qū)的水土流失和黃河干支流的水污染兩方面。 為實現(xiàn)新世紀(jì)治黃目標(biāo),全面貫徹落實水利部“從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變,以水資源可持續(xù)利用支持流域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展”這一新時期的治水思路,黃委黨組提出了建設(shè)“三條黃河”，即“原型黃河”“數(shù)字黃河”“模型黃河”的戰(zhàn)略措施。 “數(shù)字水調(diào)”規(guī)劃的建設(shè)總體目標(biāo)就是利用3S技術(shù)和水量調(diào)度模型等手段進(jìn)行枯水期徑流預(yù)報和水庫工程及河道的水量實時調(diào)度,實時采集水量調(diào)度所需信息,實現(xiàn)大型水庫聯(lián)合調(diào)度和引水建筑物遠(yuǎn)程自動化監(jiān)控,取水許可網(wǎng)上審批,

7、取水權(quán)網(wǎng)上自動撮合交易,及時其他多種水量調(diào)度業(yè)務(wù),以功能豐富的系統(tǒng)軟件和調(diào)度模型對不同來水頻率的水量調(diào)度方案和危機(jī)調(diào)度方案進(jìn)行虛擬仿真,提供決策支持的可視化表現(xiàn)。通過“數(shù)字水調(diào)”的建設(shè),提高黃河水量調(diào)度的現(xiàn)代化水平和科學(xué)決策水平。 黃河下游引黃涵閘遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)是“數(shù)字黃河”的基礎(chǔ)性工程,是黃河水量調(diào)度和工程管理信息化系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分和核心技術(shù)手段,利用計算機(jī)、自動控制、傳感器、數(shù)字及視頻傳輸、通信和網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)對黃河下游引黃涵閘實施遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制與科學(xué)管理,是監(jiān)控水量調(diào)度的執(zhí)行情況，實現(xiàn)黃河水資源優(yōu)化配置與涵閘工程安全監(jiān)測信息化管理的重要手段和保障措施。 作為“數(shù)字水調(diào)”工程一期

8、建設(shè)項目,自2006年建成驗收后,發(fā)揮了自身應(yīng)有的功能,使黃河水資源管理調(diào)度數(shù)字化革新初見成效。涵閘監(jiān)控現(xiàn)地站系統(tǒng)主要有以下幾部分功能:環(huán)境引水監(jiān)測功能:系統(tǒng)采集現(xiàn)地站閘門開啟高度, 閘前、后水位情況,現(xiàn)地站溫濕度、閘門荷重、 供電電壓、線路電流等數(shù)據(jù),經(jīng)過PLC編碼采 樣,通過網(wǎng)絡(luò)傳送至現(xiàn)地站閘管所、市縣級水 調(diào)分中心、省局水調(diào)中心及黃委總調(diào)中心,實 現(xiàn)5級對現(xiàn)地環(huán)境及引水情況的監(jiān)測。閘門控制功能:綜合電力供應(yīng)、5級權(quán)限賦予、現(xiàn)地 手自動設(shè)置等多種控制先決條件,根據(jù)控制信 號,設(shè)定啟閉高度,實現(xiàn)現(xiàn)地站閘門的自動化啟 閉。并且在不需要遠(yuǎn)程自動啟閉的情況下,現(xiàn) 地站工作人員可以手動控制閘門電機(jī)運

9、轉(zhuǎn),實 現(xiàn)現(xiàn)地的人工閘門啟閉。視頻監(jiān)視功能:現(xiàn)地站對閘前、閘后、閘室內(nèi)部進(jìn) 行三路視頻監(jiān)視,視頻處理單元對視頻數(shù)據(jù)進(jìn) 行編碼,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至5級監(jiān)控部門。監(jiān)控中 心可以根據(jù)不同的監(jiān)視權(quán)限對現(xiàn)地視頻進(jìn)行觀 看,并調(diào)控攝像機(jī)云臺,實現(xiàn)上下左右控制及燈 光開關(guān)控制。 黃河下游引水用水調(diào)度中心主要是指黃河水量總調(diào)中心、省局、市局、縣局水調(diào)分中心以及現(xiàn)地涵閘管理所，包含由黃委黃河水量總調(diào)中心、河南、山東兩省局分調(diào)中心，兩局下屬13個地市局分調(diào)心，32個縣局調(diào)度站和84個基層涵閘管理所監(jiān)控室共五級監(jiān)控機(jī)構(gòu)的132個遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度中心、站和84座涵閘現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)組成,系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖所示。引黃涵閘遠(yuǎn)程監(jiān)控

10、系統(tǒng)的信息主要包括: 涵閘監(jiān)測信息：引黃涵閘的閘門開啟高度、供電環(huán) 境溫濕度環(huán)境、安全運行保護(hù)、閘前、閘后水 位等。 視頻監(jiān)視信息 閘門控制指令和權(quán)限賦予管理信息 數(shù)據(jù)流指涵閘現(xiàn)場各類傳感器采集的實時信息的流向,包括涵閘運行狀態(tài)、閘前水位、閘后水位、閘門開啟高度等涵閘監(jiān)測信息流。 視頻流指涵閘現(xiàn)場采集的視頻信息的流向。 控制流指各級對閘門、云臺、鏡頭、雨刷,及相關(guān)的照明設(shè)施的控制信息的流向。系統(tǒng)各級硬件設(shè)備組成及其基本工作原理：系統(tǒng)各級硬件設(shè)備組成及其基本工作原理：數(shù)據(jù)服務(wù)器:主要存儲各級（省局、市局、縣局） 管理范圍內(nèi)己建涵閘遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)、 實時數(shù)據(jù)等；存儲各級內(nèi)己建涵閘的基本情況

11、 數(shù)據(jù)資料。并有權(quán)對本管理范圍內(nèi)的涵閘進(jìn)行 數(shù)據(jù)管理。視頻服務(wù)器:主要存儲、監(jiān)視各級管理范圍內(nèi)的涵 閘的視頻信息，并有權(quán)對涵閘的視頻圖像進(jìn)行 控制管理,對用戶進(jìn)行管理。監(jiān)控機(jī):通過監(jiān)控機(jī)上的監(jiān)控軟件可以對各級管理 范圍內(nèi)己建涵閘遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的涵閘進(jìn)行遠(yuǎn) 程監(jiān)控,實時控制閘門起閉,控制視頻信息,監(jiān)測 閘門的工作狀態(tài)、閘前閘后水位、涵閘的環(huán)境、 動力環(huán)境量等等信息?，F(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)：由涵閘監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系 統(tǒng)組成,在閘管所配置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和現(xiàn)地監(jiān)控 計算機(jī)。涵閘現(xiàn)地站僅包括信息采集設(shè)備和發(fā) 送/接收設(shè)備。 PLC控制系統(tǒng):首先由各級用戶發(fā)給現(xiàn)場測控單元 (PLC)的指令,PLC經(jīng)過內(nèi)部程序的處理

12、,在確定 了這些保護(hù)措施沒有異常情況是再向其相應(yīng)的 端口發(fā)送指令,經(jīng)過繼電器、中間繼電器、交流 接觸器、熱過載繼電器等回路接通電機(jī)回路;同 時,PLC也向上層軟件和觸摸屏傳送實時信息, 以便于用戶能夠?qū)崟r的觀測到現(xiàn)場情況。 觸摸屏:觸摸屏是直接面向閘門工作人員的控制設(shè) 備,操作人員利用觸摸屏上的操作界面可以進(jìn) 行閘門的啟閉,監(jiān)測電源(電流、電壓)工作情況、 閘房的環(huán)境情況、上下游水位等等。 低壓電器元件:開關(guān)電源、中間繼電器、電鈴、斷 路器、交流接觸器、熱繼電器、電流互感器等。 動力及環(huán)境監(jiān)測設(shè)備:相序保護(hù)器、溫濕度變送器、 交流電流變送器、交流電壓變送器、汽油發(fā)電 機(jī)。 啟閉機(jī)自動化元件 限

13、位開關(guān):是一種開關(guān)量采集設(shè)備,它采集的只 是兩個狀態(tài)數(shù)據(jù):1和0,分別代表開和關(guān), 可以直 接傳輸?shù)缴蠈榆浖┯脩糇R別,以便于了解當(dāng) 前啟閉機(jī)當(dāng)前相序是否正確。 閘門開度傳感器，拉力傳感器，荷重傳感器。 水位監(jiān)測設(shè)備 超聲波水位傳感器:一種模擬量采集設(shè)備它采 集的是一種電流值,電流首先傳到PLC,由PLC根據(jù) 相應(yīng)的電流值得出一組數(shù)字, 經(jīng)過PLC內(nèi)部程序進(jìn) 行計算后得出的水位值比較直觀的數(shù)值,然后再傳 到上層軟件供用戶識別,了解當(dāng)前的水位實際數(shù)值。 網(wǎng)絡(luò)及通信設(shè)備:以太網(wǎng)交換機(jī) 閘管所控制室設(shè)備:工業(yè)計算機(jī)、顯示器 視頻監(jiān)視設(shè)備:網(wǎng)絡(luò)視頻接入終端、彩色攝像機(jī)、 變焦鏡頭、控制解碼器、云臺、攝

14、像機(jī)照明燈、 網(wǎng)絡(luò)電話機(jī)。黃河下游遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件系統(tǒng)：黃河下游遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件系統(tǒng)： 黃河下游引黃涵閘遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件運行簡介遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件運行簡介 單個涵閘界面分三個部分:上標(biāo)題欄、操作區(qū)、下標(biāo)題欄。 操作區(qū)變?yōu)閱蝹€涵閘信息，操作區(qū)分為左右兩部分，左面包括水位、啟閉、告警、趨勢、照片；右邊包括狀態(tài)、監(jiān)視、信息。 水位 點擊水位按鈕，左畫面進(jìn)入水位界面，示意圖表示閘前后水位高程，左面閘底高程較高的為前閘，游標(biāo)上數(shù)字表示水位高低，單位是米。 啟閉 示意圖表示閘門孔數(shù)及控制方法。顯示欄表示單個閘門開度、閘高、狀態(tài)。 告警 告警窗口上面為事件操作記錄,下面為告警記錄,通過最下面的選擇框

15、選擇開始時間和結(jié)束時間,按查詢,既可查詢開始到結(jié)束時間內(nèi)的相應(yīng)告警信息。 趨勢 按趨勢按鈕進(jìn)入趨勢窗口,趨勢窗口上面為閘前閘后水位、引水流量、總引水量四個值的實時趨勢,下面是四個值的歷史趨勢。 狀態(tài) 動力環(huán)境:顯示電壓、電流的實時狀況； 環(huán)境量:實時顯示閘室的溫度和濕度； 水文檢測數(shù)據(jù):實時顯示涵閘的流量,總引水量, 閘前、閘后水位； 涵閘數(shù)據(jù)狀態(tài):實時顯示涵閘各孔的狀態(tài)、開高、荷重。 監(jiān)視 進(jìn)入監(jiān)視窗口,監(jiān)視屏應(yīng)是黑色無圖像,點擊閘前、閘后、閘室按鈕可分別選擇相應(yīng)攝影頭的圖像信號。要想進(jìn)行云臺控制,請先用鼠標(biāo)左健單擊一下圖像,進(jìn)行云臺控制選擇,然后再進(jìn)行云臺、光圈、聚焦等控制。 信息 點擊信息按鈕進(jìn)入右邊信息窗口,信息窗口主要包括三部分,上面是涵閘信息,顯示涵閘基本信息;中間是涵閘引水信息,通過輸入時間查詢涵閘的引水信息;下面是涵閘操作信息,通過它可以查詢涵閘的啟閉情況?，F(xiàn)地視頻系統(tǒng)：現(xiàn)地視頻系統(tǒng)： 系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化分布式視頻接入,通過網(wǎng)絡(luò)視頻接入設(shè)備(網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器)就近將各監(jiān)控點視頻接入網(wǎng)絡(luò),并根據(jù)它們所屬的區(qū)域,由本區(qū)域網(wǎng)絡(luò)視頻調(diào)配服務(wù)器實施視頻接入的控制與管理,并調(diào)度管理各級用戶的訪問請求。各級視頻監(jiān)控用戶終端只需通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接到本級視頻調(diào)配服務(wù)器,即可通過本級視頻調(diào)配服