淺析我國(guó)泵站信息化發(fā)展趨勢(shì)

1、淺析我國(guó)泵站信息化發(fā)展趨勢(shì)1、 前言“堤防保命、泵站保收 ”。水利是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，泵站是水利工程的 重要組成部分，是保護(hù)和發(fā)展糧食生產(chǎn)的關(guān)鍵，特別是大型泵站承擔(dān)著區(qū)域性的調(diào) 水、供水、灌溉、除澇的重任。據(jù)中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心資料顯示，截止 2004 年底，全國(guó)已擁有大、 中、小型 固定灌排泵站 50余萬(wàn)座，配套機(jī)井 418萬(wàn)眼，各種農(nóng)用水 泵 593萬(wàn)臺(tái)，機(jī)電灌排動(dòng) 力保有量近8000萬(wàn)kW，超過全國(guó)農(nóng)用總動(dòng)力的25%以上。全國(guó)泵站灌排總效益面 積達(dá) 5.3億畝。其中灌溉面積： 4.68億畝，排澇面積 0.62億畝。全國(guó)大型泵站共 383 處，裝機(jī)總功率達(dá)449萬(wàn)kW。其中，承擔(dān)防洪

2、排澇的泵站有 269處，裝機(jī)總功率 222 萬(wàn) kW。幾十年來(lái)，國(guó)家投入巨資沿各大流域及其它主要河流、湖泊，修建了堤防、涵 閘和泵站；在無(wú)自流條件的易澇和干旱地區(qū)，興建泵站除澇抗旱；在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)但水 資源短缺的地區(qū)，開展以提水泵站為主的水源工程。隨著機(jī)電灌排事業(yè)的發(fā)展，特 別是大型泵站的建設(shè)，在太湖、洞庭湖、東北平原、江漢平原、珠江三角洲等地區(qū)， 形成了大面積旱澇保收、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，多數(shù)地區(qū)已成為我國(guó)重要的商 品糧棉基地。在西北等干旱缺水地區(qū)還建成了一批高揚(yáng)程提灌工程，從根本上改變 了荒灘旱塬地區(qū)的干旱、低產(chǎn)、貧困面貌，促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的 提高。在華南和華東地區(qū)建成了一

3、批跨流域調(diào)水工程，解決了經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)水資源 短缺以及如何合理分配問題，促進(jìn)了整個(gè)流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及和諧社會(huì)的建設(shè)。在我國(guó)大型泵站比較集中的省份， 已初步形成了以大型泵站為骨干， 重點(diǎn)中 型泵站為主體，小型泵站為補(bǔ)充的調(diào)水、供水、灌溉、排澇工程體系。但是，我 國(guó)泵站建設(shè)事業(yè)的發(fā)展還很不均衡： 大部分地區(qū)還處于傳統(tǒng)手動(dòng)方式向自動(dòng)化方 式轉(zhuǎn)變的初級(jí)階段； 部分發(fā)達(dá)地區(qū)正逐步從自動(dòng)化控制方式向信息化管理方式轉(zhuǎn) 變，但離最終的智能化管理方式還有很大的距離。2 泵站信息化現(xiàn)狀泵站信息化是水利信息化的重要組成部分，而水利信息又是我國(guó)行業(yè)信息化建 設(shè)的典型代表?，F(xiàn)階段泵站信息化建設(shè)主要包括泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、

4、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和信息管 理系統(tǒng)三大部分。每個(gè)部分的建設(shè)內(nèi)容根據(jù)各個(gè)泵站的需求有所不同，單個(gè)泵站與 梯級(jí)泵站和泵群的建設(shè)內(nèi)容也有所不同。2.1 行業(yè)信息化的進(jìn)程我國(guó)的行業(yè)信息化始于 1993 年，其建設(shè)和發(fā)展以 “金”字號(hào)工程為代表。 時(shí)任總 書記的江澤民同志當(dāng)年提出在金融系統(tǒng)實(shí)施電子貨幣工程，即“金卡工程”開啟了 行業(yè)信息化的序幕，隨即又啟動(dòng)了金橋（公共網(wǎng)絡(luò)） 、金關(guān)（海關(guān)）、金稅（稅務(wù)） 等，合稱為“四金工程” 。2002 年國(guó)務(wù)院第 17 號(hào)文件更是把信息化建設(shè)提到了前所未有的高度，明確提 出“要加快十二個(gè)重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)” ，即：繼續(xù)完善已取得初步成效的上述四金工 程，啟動(dòng)和加快建設(shè)金宏（

5、宏觀經(jīng)濟(jì)信息） 、金財(cái)（財(cái)政）、金盾（公安）、金審（審 計(jì)）、金保（社會(huì)保障） 、金農(nóng)（農(nóng)業(yè)）、金質(zhì)（質(zhì)檢）和金水（水利）等八個(gè)重要業(yè) 務(wù)系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“十二金” 工程。另外以各部委為主導(dǎo)的行業(yè)信息化建設(shè)如金衛(wèi) （衛(wèi) 生）、金交（交通）、金人（人事）、紅盾（工商）等也都積極加快步伐，力爭(zhēng)加入國(guó) 家級(jí)“金字”工程的行列。國(guó)家對(duì)行業(yè)信息化的重視， 尤其是“金水工程”列入 12金工程之一，為水利行業(yè) 信息化帶來(lái)難得的發(fā)展契機(jī)。而泵站為主的機(jī)電排灌事業(yè)作為農(nóng)田水利行業(yè)的重要 組成部分，也積極的在信息化建設(shè)方面進(jìn)行探索，大型泵站信息和灌區(qū)信息化則是 農(nóng)田水利信息化邁出的重要一步。2.2 泵站信息化的定義“

6、什么是泵站信息化”？也許我們很難給泵站信息化下一個(gè)非常準(zhǔn)確的定義， 因?yàn)椤靶畔⒒北旧砭褪腔谥袊?guó)語(yǔ)言思維的高度概括性的詞匯，既有豐富內(nèi)涵， 也有廣泛的外延。我們參照全國(guó)水利信息化規(guī)劃綱要對(duì)水利信息化的定義來(lái)概括泵站信息化 的定義：泵站信息化就是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，深入開發(fā)和廣泛利用泵站信息資 源，大大提高信息采集和加工的準(zhǔn)確性以及傳輸?shù)臅r(shí)效性，做出及時(shí)、準(zhǔn)確的反饋 和預(yù)測(cè)，為泵站管理部門提供科學(xué)的決策依據(jù)，全面提升泵站經(jīng)營(yíng)管理的效率和效 能。泵站信息化不是信息設(shè)備和軟件的簡(jiǎn)單堆砌，而是以自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)、以信 息技術(shù)為手段、以管理科學(xué)為方法、以工程效益和社會(huì)效益為目標(biāo)、幾乎涵蓋了泵 站業(yè)務(wù)

7、所有方面系統(tǒng)工程，具體來(lái)說應(yīng)該從以下 4 個(gè)方面分別描述。泵站信息化是一種全新的管理理念。無(wú)論是工程建設(shè)還是生產(chǎn)管理，決策者要 充分利用各種信息資源，通過采集、整理、分析和量化各種指標(biāo)作為決策依據(jù)，避 免“經(jīng)驗(yàn)論”和盲目決策。泵站信息化是一種高效的管理手段。通過將歷史信息和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息作為生產(chǎn) 調(diào)度和績(jī)效考核的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合機(jī)構(gòu)改革實(shí)現(xiàn)各部門之間的信息共享，使管理目標(biāo)更 加具體明確，部門之間協(xié)調(diào)配合，最大程度完善管理體制和提高管理水平。泵站信息化有一套科學(xué)的理論基礎(chǔ)。無(wú)論是單泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、泵站群的流量分配 還是梯級(jí)泵站流量平衡以及全系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，都需要科學(xué)的理論基礎(chǔ)。這既是工 程建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益的體現(xiàn)

8、，也是響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗的號(hào)召。泵站信息化是一個(gè)全面的管理系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技 術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息管理技術(shù)的，以采集傳輸網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)行調(diào)度自動(dòng)化、遠(yuǎn)程監(jiān)視 可視化、 政務(wù)管理電子化、 指揮決策智能化為目標(biāo)的一站式集成化的綜合信息系統(tǒng)。2.3 泵站信息化的現(xiàn)狀由于我國(guó)地大物博、幅員遼闊，因此造成了泵站分布廣，地域差別較大，其 建設(shè)內(nèi)容也有很大不同，也決定其信息化工作呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。長(zhǎng)江中下游及珠江三角洲以低揚(yáng)程排澇泵站為主的地區(qū) 主要包括長(zhǎng)江中下游地區(qū)的湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、浙江和珠江三 角洲地區(qū)的廣東等 7 省。該區(qū)泵站的特點(diǎn)是以低揚(yáng)程軸流泵排澇泵站為主。 已建 成的

9、大面積泵站灌排地區(qū)有長(zhǎng)江三角洲、 洞庭湖地區(qū)、江漢平原、 江淮平原及珠 江三角洲等。由于其以低揚(yáng)程排澇泵站為主， 年運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)， 經(jīng)濟(jì)效益需求不明顯不迫 切，因此，泵站信息化建設(shè)處于傳統(tǒng)手動(dòng)方式向自動(dòng)化方式轉(zhuǎn)變的初級(jí)階段。 大 部分泵站信息化建設(shè)以泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、泵站視頻監(jiān)視系統(tǒng)為主要建設(shè)內(nèi) 容，泵站綜合信息系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容以僅包括泵站監(jiān)控系統(tǒng)、 水閘監(jiān)控系統(tǒng)、 視頻 監(jiān)視系統(tǒng)、 水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)等基本業(yè)務(wù)系統(tǒng)， 有的包括辦公自動(dòng)化系統(tǒng)和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì) 分析系統(tǒng)。典型代表有江都抽水站、樊口泵站、皂河站、淮安二站和臨洪東站。 黃河中上游以高揚(yáng)程多級(jí)提灌泵站為主的地區(qū)主要包括黃河中上游地區(qū)的陜西、甘肅、

10、寧夏、山西、內(nèi)蒙古 5 個(gè)省（區(qū)）。 該區(qū)泵站的特點(diǎn)是以高揚(yáng)程雙吸式離心泵多級(jí)提灌泵站為主； 發(fā)展速度快、 類型 較單一，單座泵站規(guī)模大；揚(yáng)程一般在 100m 以上，最高可達(dá) 800 多米。由于建站時(shí)泵型選擇和地形的限制，泵站都建成若干級(jí)，每級(jí)泵站揚(yáng)程在30m80m左右。一處泵站群多為五級(jí)以上，最多的高達(dá) 38級(jí)。而且，年運(yùn)行時(shí)間 較長(zhǎng)，涉及水費(fèi)征收問題，信息化建設(shè)需求迫切， 因此，這一地區(qū)的泵站信息化 建設(shè)有一定的基礎(chǔ)。 大部分泵站信息化建設(shè)在泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、泵站視頻監(jiān) 視系統(tǒng)為主要建設(shè)內(nèi)容的基礎(chǔ)上， 增加了作物需水預(yù)報(bào)、 灌溉預(yù)報(bào)及用水調(diào)配方 法等內(nèi)容進(jìn)行了分析， 建立了灌區(qū)水源預(yù)報(bào)、

11、 作物需水量預(yù)報(bào)等數(shù)學(xué)模型， 提出 了灌區(qū)水資源優(yōu)化配置的相應(yīng)方法和體系，開發(fā)了 供水計(jì)費(fèi)征收管理系統(tǒng)、辦公 自動(dòng)化系統(tǒng)和其它生產(chǎn)管理系統(tǒng)等 。但缺乏對(duì)泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和泵站群的流量分配 以及梯級(jí)泵站流量平衡和優(yōu)化調(diào)度的研究。典型代表有景電灌區(qū)、興電灌區(qū)、夾馬口灌區(qū)、尊村灌區(qū)。 高揚(yáng)程、長(zhǎng)距離以提水供水梯級(jí)泵站為主的跨流域調(diào)水工程在華南和華東地區(qū)建成了一批跨流域調(diào)水工程，解決了經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)水資源短 缺以及如何合理分配問題， 主要包括廣東、江蘇、山東、內(nèi)蒙古等地區(qū)。該類泵 站的特點(diǎn)是以高揚(yáng)程混流泵多級(jí)提水供水泵站為主； 今年來(lái)發(fā)展速度快、 類型較 單一，單座泵站規(guī)模大；揚(yáng)程一般在 30m 以上，傳輸

12、距離長(zhǎng)。由于這類泵站長(zhǎng)期運(yùn)行， 自動(dòng)化水平高、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求明確而迫切， 因此， 其泵站的設(shè)計(jì)水平、 管理水平和信息化水平較高。 在信息化建設(shè)方面不僅 包括泵 站監(jiān)控系統(tǒng)、水閘監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)等基本業(yè)務(wù)系統(tǒng)；有條 件的泵站還包括工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、工程建設(shè)管理系統(tǒng)、泵站運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)、供水 計(jì)費(fèi)征收管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)和其它生產(chǎn)管理系統(tǒng)等；有的泵站建立了運(yùn)行 仿真系統(tǒng)、優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)等高級(jí)管理系統(tǒng)。典型代表有東深供水改造工程、深圳東部水源工程、膠東調(diào)水工程、引黃濟(jì)青3 泵站信息化發(fā)展趨勢(shì)分析從泵站信息化發(fā)展趨勢(shì)分析，一般大型綜合性泵站信息化建設(shè)都會(huì)經(jīng)過三個(gè)階 段：即自動(dòng)化控

13、制、信息化管理和智能化服務(wù)三個(gè)階段。當(dāng)然有時(shí)候，個(gè)別泵站規(guī) 劃設(shè)計(jì)做得好，可能直接進(jìn)入自動(dòng)化控制和信息化管理并舉，會(huì)取得很好的效果。 但從信息化管理到智能化服務(wù)不可能一步到位，這需要一個(gè)發(fā)展過程。近年來(lái)，隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)概念的日益普及，在行業(yè)應(yīng)用方面也 得到了工程應(yīng)用。作為泵站信息化基礎(chǔ)的自動(dòng)化控制前端 信息采集的源端將會(huì)發(fā) 生巨大變化，信息采集范圍將從點(diǎn)到面的發(fā)生深刻變革；而作為信息管理的后臺(tái) 信息管理將從信息管理逐漸向信息服務(wù)轉(zhuǎn)變，并由此帶來(lái)深刻運(yùn)營(yíng)模式的改變。3.1 信息采集向網(wǎng)格化發(fā)展從信息采集的原理分析， 當(dāng)對(duì)一點(diǎn)的信息采集應(yīng)， 滿足一定的采樣頻次才能 真實(shí)地反應(yīng)其本質(zhì)；

14、 當(dāng)對(duì)一個(gè)區(qū)域的信息采集， 一定要采集多個(gè)點(diǎn)才能滿足其具 有代表性，反應(yīng)其整個(gè)區(qū)域的特征。但是由于早前一個(gè)采集點(diǎn)的建設(shè)和運(yùn)行成本較高， 往往是通過幾個(gè)點(diǎn)綜合分 析，計(jì)算或估算其代表范圍的整體，因此，準(zhǔn)確度不高。隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用普及，長(zhǎng)距離無(wú)線通信( GPRS/CDMA/3G )和 近距離無(wú)線通信(ZigBee/BlueTooth/)相結(jié)合，使信息采集呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)，采 集的范圍更廣； 而電子產(chǎn)品和工藝的提升以及物聯(lián)網(wǎng)的普及， 使單個(gè)采集點(diǎn)的成 本急劇下降， 這使得信息采集的網(wǎng)格化成為可能。 二者的結(jié)合將促使信息采集從 點(diǎn)的采集向基于網(wǎng)格的面的采集發(fā)展， 其采集信息的精度大大增加， 采集

15、信息的 內(nèi)容更加豐富、信息的管理更加精細(xì)化。3.2信息管理向智能化發(fā)展從信息米集的目的分析，信息米集的目的不是為了米集而米集， 一定是為了 服務(wù)于業(yè)務(wù)，而業(yè)務(wù)一定是服務(wù)于用戶。泵站自動(dòng)化控制使操作人員從暴風(fēng)驟雨中解放出來(lái)； 泵站信息化管理使管理 人員從繁雜的文件書卷中解放出來(lái)； 但是如果控制的操作不方便、信息管理的使 用不便捷，仍然不能產(chǎn)生最大效益，很可能走向另一個(gè)誤區(qū)。因此，在基礎(chǔ)信息采集和歷史信息管理的基礎(chǔ)上， 應(yīng)不斷通過數(shù)據(jù)挖掘，進(jìn) 行信息的綜合利用，使信息發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)信息化向智能化的轉(zhuǎn)變。譬如對(duì)單個(gè)泵站大量的揚(yáng)程、流量等歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，尋找最優(yōu)工 況，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

16、；對(duì)梯級(jí)泵站進(jìn)行流量平衡計(jì)算和優(yōu)化調(diào)度計(jì)算，對(duì)泵站群進(jìn)行流量分配計(jì)算，實(shí)現(xiàn)調(diào)度計(jì)劃的編制等，所有這些都不是簡(jiǎn)單信息管理所能實(shí) 現(xiàn)的，一定是專業(yè)化的數(shù)學(xué)模型和大量的實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合的過程。因此說，從信息管理向智能化發(fā)展一個(gè)長(zhǎng)期的過程，但作為發(fā)展趨勢(shì)是必然的。4泵站信息化建設(shè)模式初探根據(jù)大型灌溉排水泵站信息化建設(shè)試點(diǎn)實(shí)施方案參考提綱以及近期參編的泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控與信息系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則 的要求，結(jié)合灌區(qū)信息化建設(shè)的實(shí)際， 對(duì)今后覆蓋范圍廣的泵站信息化建設(shè)模式進(jìn)行初步探討。4.1基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)格化信息采集無(wú)錫的感知水利”水環(huán)境治理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一期工程已經(jīng)建成，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布控在 湖面以及水岸上，可以對(duì)周邊水域藍(lán)藻、湖

17、泛等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)藍(lán) 藻湖泛監(jiān)控預(yù)警、太湖水文水質(zhì)的智能感知、調(diào)度和管理，提升太湖藍(lán)藻治理的 信息化、科技化水平。而在泵站信息采集方面采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也是大有可為的。以大型灌區(qū)為例， 可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化信息采集土壤墑情， 土壤監(jiān)測(cè)的布點(diǎn)數(shù)量可以區(qū) 域土壤環(huán)境調(diào)查按調(diào)查的精度不同可從 2.5km、5km、10km、20km、40km中選 擇網(wǎng)距網(wǎng)格布點(diǎn)，區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)數(shù)即為土壤采樣點(diǎn)數(shù)量。每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)設(shè)一個(gè)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間通過物聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)大范 圍、精細(xì)化的信息采集。根據(jù)土壤墑情指導(dǎo)灌區(qū)的生產(chǎn)調(diào)度， 這樣既可以避免農(nóng) 民憑簡(jiǎn)單經(jīng)驗(yàn)而引起的減產(chǎn)，也可以提升水的利用率。4.2基于云計(jì)算的智能化信息服務(wù)可以說：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入了水利人的視野。 但是物聯(lián)網(wǎng)也僅僅解決 了信息采集的范圍和精度問題，沒有根本解決長(zhǎng)期制約水利信息化發(fā)展的建設(shè)模 式問題、管理模式溫和經(jīng)營(yíng)模式的問題。如果采用與計(jì)算方式，建立一個(gè)基于云計(jì)算架構(gòu)的一體化的集中式管控平 臺(tái)，并提供面向所轄范圍內(nèi)的各級(jí)用戶和相關(guān)單位的基礎(chǔ)信息、專業(yè)信息、綜合信息和決