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(shí)例應(yīng)用實(shí)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(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)，量化管理對(duì)象與管理行為，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃、組織、協(xié)調(diào)、服務(wù)、創(chuàng)新等職能的管理活動(dòng)和管理方法的總稱(chēng)。 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(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)得到充分的開(kāi)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(jì)算機(jī)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)各類(lèi)水事活動(dòng)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(cè)、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(yùn)用自動(dòng)化控制機(jī)制對(duì)水資源管理進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)化，如實(shí)現(xiàn)水資源資費(fèi)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(dú)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(gè)整體而形成的一項(xiàng)新的綜合技術(shù)。 通過(guò)這些技術(shù)的綜合集成應(yīng)用,可以實(shí)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(tái)上利用電磁波探測(cè)儀器,通過(guò)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(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)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(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)?？梢远〞r(shí)與測(cè)距的空間交匯的導(dǎo)航系統(tǒng),通過(guò)接收衛(wèi)星信息來(lái)給出地球上任意地點(diǎn)的三維坐標(biāo),以及載體的運(yùn)行速度,同時(shí)它還可給出準(zhǔn)確的時(shí)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(shí)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(shí)空分析提供空間基礎(chǔ)資料。用于地表徑流和水利工程測(cè)量、野外調(diào)繪,擬補(bǔ)遙感時(shí)相短缺的不足。對(duì)水資源管理所需的空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)、采集、處理、空間分析、查詢(xún)、檢索、預(yù)測(cè)、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(píng)價(jià) 主要用于流域水文模擬和水資源評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)等。水環(huán)境監(jiān)測(cè) 包括對(duì)污染河流的各種污染源的監(jiān)測(cè),利用微波遙感和GIS技術(shù)對(duì)河流斷流、洪水泛濫等進(jìn)行監(jiān)測(cè);對(duì)由水環(huán)境惡化引起的各種災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5、利用GIS和RS技術(shù)對(duì)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(cè)。利用GIS和GPS技術(shù)還可以對(duì)由于過(guò)量開(kāi)采地下水導(dǎo)致的地面沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。防洪 我國(guó)洪澇災(zāi)害幾乎是不斷的,夏季頻發(fā)于黃河、長(zhǎng)江、淮河等流域,造成的損失不計(jì)其數(shù)。 基于GIS的防洪決策支持系統(tǒng)則應(yīng)運(yùn)而生。它的主要功能有建立防洪區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、動(dòng)態(tài)采集和分析洪水演進(jìn)等等,與GPS、RS的結(jié)合,對(duì)于人們做出正確的決策有很大的作用。3 3、應(yīng)用實(shí)例、應(yīng)用實(shí)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(lái)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(huì)的發(fā)展, 治黃工作仍面臨著一些新的問(wèn)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(shí)現(xiàn)新世紀(jì)治黃目標(biāo),全面貫徹落實(shí)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(huì)可持續(xù)發(fā)展”這一新時(shí)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(bào)和水庫(kù)工程及河道的水量實(shí)時(shí)調(diào)度,實(shí)時(shí)采集水量調(diào)度所需信息,實(shí)現(xiàn)大型水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度和引水建筑物遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控,取水許可網(wǎng)上審批,

7、取水權(quán)網(wǎng)上自動(dòng)撮合交易,及時(shí)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(duì)不同來(lái)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(guò)“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(jì)算機(jī)、自動(dòng)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(duì)黃河下游引黃涵閘實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制與科學(xué)管理,是監(jiān)控水量調(diào)度的執(zhí)行情況，實(shí)現(xiàn)黃河水資源優(yōu)化配置與涵閘工程安全監(jiān)測(cè)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(xiàng)目,自2006年建成驗(yàn)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(jiàn)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(cè)功能:系統(tǒng)采集現(xiàn)地站閘門(mén)開(kāi)啟高度, 閘前、后水位情況,現(xiàn)地站溫濕度、閘門(mén)荷重、 供電電壓、線路電流等數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)PLC編碼采 樣,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至現(xiàn)地站閘管所、市縣級(jí)水 調(diào)分中心、省局水調(diào)中心及黃委總調(diào)中心,實(shí) 現(xiàn)5級(jí)對(duì)現(xiàn)地環(huán)境及引水情況的監(jiān)測(cè)。閘門(mén)控制功能:綜合電力供應(yīng)、5級(jí)權(quán)限賦予、現(xiàn)地 手自動(dòng)設(shè)置等多種控制先決條件,根據(jù)控制信 號(hào),設(shè)定啟閉高度,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地站閘門(mén)的自動(dòng)化啟 閉。并且在不需要遠(yuǎn)程自動(dòng)啟閉的情況下,現(xiàn) 地站工作人員可以手動(dòng)控制閘門(mén)電機(jī)運(yùn)

9、轉(zhuǎn),實(shí) 現(xiàn)現(xiàn)地的人工閘門(mén)啟閉。視頻監(jiān)視功能:現(xiàn)地站對(duì)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(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn) 行編碼,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至5級(jí)監(jiān)控部門(mén)。監(jiān)控中 心可以根據(jù)不同的監(jiān)視權(quán)限對(duì)現(xiàn)地視頻進(jìn)行觀 看,并調(diào)控?cái)z像機(jī)云臺(tái),實(shí)現(xiàn)上下左右控制及燈 光開(kāi)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(gè)地市局分調(diào)心，32個(gè)縣局調(diào)度站和84個(gè)基層涵閘管理所監(jiān)控室共五級(jí)監(jiān)控機(jī)構(gòu)的132個(gè)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(cè)信息：引黃涵閘的閘門(mén)開(kāi)啟高度、供電環(huán) 境溫濕度環(huán)境、安全運(yùn)行保護(hù)、閘前、閘后水 位等。 視頻監(jiān)視信息 閘門(mén)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(chǎng)各類(lèi)傳感器采集的實(shí)時(shí)信息的流向,包括涵閘運(yùn)行狀態(tài)、閘前水位、閘后水位、閘門(mén)開(kāi)啟高度等涵閘監(jiān)測(cè)信息流。 視頻流指涵閘現(xiàn)場(chǎng)采集的視頻信息的流向。 控制流指各級(jí)對(duì)閘門(mén)、云臺(tái)、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(jí)硬件設(shè)備組成及其基本工作原理：系統(tǒng)各級(jí)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(chǔ)各級(jí)（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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等；存儲(chǔ)各級(jí)內(nèi)己建涵閘的基本情況

11、 數(shù)據(jù)資料。并有權(quán)對(duì)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(chǔ)、監(jiān)視各級(jí)管理范圍內(nèi)的涵 閘的視頻信息，并有權(quán)對(duì)涵閘的視頻圖像進(jìn)行 控制管理,對(duì)用戶(hù)進(jìn)行管理。監(jiān)控機(jī):通過(guò)監(jiān)控機(jī)上的監(jiān)控軟件可以對(duì)各級(jí)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(shí)時(shí)控制閘門(mén)起閉,控制視頻信息,監(jiān)測(cè) 閘門(mén)的工作狀態(tài)、閘前閘后水位、涵閘的環(huán)境、 動(dòng)力環(huán)境量等等信息。現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)：由涵閘監(jiān)測(cè)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(jì)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(jí)用戶(hù)發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元 (PLC)的指令,PLC經(jīng)過(guò)內(nèi)部程序的處理

12、,在確定 了這些保護(hù)措施沒(méi)有異常情況是再向其相應(yīng)的 端口發(fā)送指令,經(jīng)過(guò)繼電器、中間繼電器、交流 接觸器、熱過(guò)載繼電器等回路接通電機(jī)回路;同 時(shí),PLC也向上層軟件和觸摸屏傳送實(shí)時(shí)信息, 以便于用戶(hù)能夠?qū)崟r(shí)的觀測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)情況。 觸摸屏:觸摸屏是直接面向閘門(mén)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(mén)的啟閉,監(jiān)測(cè)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(kāi)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(dòng)力及環(huán)境監(jiān)測(cè)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(dòng)化元件 限

13、位開(kāi)關(guān):是一種開(kāi)關(guān)量采集設(shè)備,它采集的只 是兩個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù):1和0,分別代表開(kāi)和關(guān), 可以直 接傳輸?shù)缴蠈榆浖┯脩?hù)識(shí)別,以便于了解當(dāng) 前啟閉機(jī)當(dāng)前相序是否正確。 閘門(mén)開(kāi)度傳感器，拉力傳感器，荷重傳感器。 水位監(jiān)測(cè)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(guò)PLC內(nèi)部程序進(jìn) 行計(jì)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(hù)識(shí)別,了解當(dāng)前的水位實(shí)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(jì)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(tái)、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(yùn)行簡(jiǎn)介遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件運(yùn)行簡(jiǎn)介 單個(gè)涵閘界面分三個(gè)部分:上標(biāo)題欄、操作區(qū)、下標(biāo)題欄。 操作區(qū)變?yōu)閱蝹€(gè)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(shì)、照片；右邊包括狀態(tài)、監(jiān)視、信息。 水位 點(diǎn)擊水位按鈕，左畫(huà)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(mén)孔數(shù)及控制方法。顯示欄表示單個(gè)閘門(mén)開(kāi)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(guò)最下面的選擇框

15、選擇開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間,按查詢(xún),既可查詢(xún)開(kāi)始到結(jié)束時(shí)間內(nèi)的相應(yīng)告警信息。 趨勢(shì) 按趨勢(shì)按鈕進(jìn)入趨勢(shì)窗口,趨勢(shì)窗口上面為閘前閘后水位、引水流量、總引水量四個(gè)值的實(shí)時(shí)趨勢(shì),下面是四個(gè)值的歷史趨勢(shì)。 狀態(tài) 動(dòng)力環(huán)境:顯示電壓、電流的實(shí)時(shí)狀況； 環(huán)境量:實(shí)時(shí)顯示閘室的溫度和濕度； 水文檢測(cè)數(shù)據(jù):實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)顯示涵閘各孔的狀態(tài)、開(kāi)高、荷重。 監(jiān)視 進(jìn)入監(jiān)視窗口,監(jiān)視屏應(yīng)是黑色無(wú)圖像,點(diǎn)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(hào)。要想進(jìn)行云臺(tái)控制,請(qǐng)先用鼠標(biāo)左健單擊一下圖像,進(jìn)行云臺(tái)控制選擇,然后再進(jìn)行云臺(tái)、光圈、聚焦等控制。 信息 點(diǎn)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(guò)輸入時(shí)間查詢(xún)涵閘的引水信息;下面是涵閘操作信息,通過(guò)它可以查詢(xún)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(guò)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(diǎn)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(shí)施視頻接入的控制與管理,并調(diào)度管理各級(jí)用戶(hù)的訪問(wèn)請(qǐng)求。各級(jí)視頻監(jiān)控用戶(hù)終端只需通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接到本級(jí)視頻調(diào)配服務(wù)器,即可通過(guò)本級(jí)視頻調(diào)配服