建設水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)

1、建設水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)    摘要：水資源優(yōu)化配置是水資源管理的重點，而水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)在水資源優(yōu)化配置中又具有舉足輕重的作用。水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫、在線數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、綜合信息管理子系統(tǒng)、綜合分析與決策支持子系統(tǒng)、實時控制管理子系統(tǒng)等組成。它是高技術的集成，體現(xiàn)了水資源可持續(xù)利用原則，并且代表了當前世界水資源管理的方向。我國應在“總體設計、分步實施、試點示范、全面推開”的原則下建設水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)。  關鍵詞：水利現(xiàn)代化 水資源實時監(jiān)控 數(shù)據(jù)庫 管理系統(tǒng)

2、0; 當前，我國水利建設面臨著從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)變的歷史任務。如何實現(xiàn)水利現(xiàn)代化?如何實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用?在水資源的開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約和保護的綜合管理任務中，如何改變過去粗放式的管理方式，而采用集約式的現(xiàn)代管理方式?面對這些問題，我們不能不去研究國際上對自然資源管理的新思潮，不能不去研究全球高科技突飛猛進的發(fā)展大潮流。水資源的優(yōu)化配置是水資源管理的重點。實施對水資源動態(tài)的、實時的、優(yōu)化的配置，基礎是獲取大量的、動態(tài)的水資源及相關信息。當代高技術的發(fā)展，特別是信息技術、數(shù)字化技術的發(fā)展，使得對水資源進行實時監(jiān)控管理已經(jīng)成為可能。這種系統(tǒng)的建設將使水資源的管理發(fā)生重大變

3、革，也將帶來巨大的經(jīng)濟社會效益。當前在國際上，水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)，代表了水資源管理的現(xiàn)代方向。 一、水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)的特點及技術要求 什么是“水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)”呢?這個系統(tǒng)是以信息技術為基礎，運用各種高新科技手段，對流域或地區(qū)的水資源及相關的大量信息進行實時采集、傳輸及管理；以現(xiàn)代水資源管理理論為基礎，以計算機技術為依托對流域或地區(qū)的水資源進行實時、優(yōu)化配置和調(diào)度；以遠程控制及自動化技術為依托對流域或地區(qū)的工程設施進行控制操作。 這種系統(tǒng)的主要特點是：對水資源進行實時監(jiān)測。監(jiān)測的內(nèi)容包括水量和水質(zhì)。實時監(jiān)測的意義在于：只有掌握瞬時變化的水量信息，才

4、能科學、準確地進行資源配置及調(diào)度；只有掌握瞬時變化的水質(zhì)信息，才能對環(huán)境質(zhì)量進行動態(tài)評價和有效監(jiān)督，也才有可能應對水污染突發(fā)事件，保證供水安全。這種系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)(GIS)為框架，除了采集水資源信息外，還廣泛采集流域或地區(qū)內(nèi)的氣象、墑情等自然信息，水利工程等基礎設施信息，經(jīng)濟與社會發(fā)展的基本信息以及需水部門的需水信息。它不同于以往的水資源監(jiān)測系統(tǒng)，僅僅具有監(jiān)測功能。這種系統(tǒng)更重要的功能是進行實時配置調(diào)度。它是在監(jiān)測的基礎上，以大量的綜合信息為基礎，采用現(xiàn)代水資源管理數(shù)學模型，為水資源的實時配置、調(diào)度提供決策支持。這種模型勢必突破“就水論水”局限，體現(xiàn)經(jīng)濟與社會發(fā)展資源環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，體現(xiàn)水

5、資源的可持續(xù)利用原則，體現(xiàn)“依法治水”的原則。這種系統(tǒng)應是高新技術的集成。系統(tǒng)的設置應充分吸收國際上最新技術，堅持高起點。它包括監(jiān)測技術、通信、網(wǎng)絡、數(shù)字化技術、遙感、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、計算機輔助決策支持系統(tǒng)、人工智能、遠程控制等先進技術。它的設置應是因地制宜的。針對不同流域、不同地區(qū)不同的經(jīng)濟發(fā)展水平及基礎設施狀況，水資源管理中不同的重點問題，水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)的設置也應具有不同的特點。系統(tǒng)的設置還應與防洪調(diào)度指揮系統(tǒng)的建設相結(jié)合。 這種系統(tǒng)的技術要求是：以現(xiàn)代電子、信息、網(wǎng)絡技術為基礎，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集、實時傳輸和在線分析，有效地提高監(jiān)測數(shù)

6、據(jù)的實時性和準確率，確保監(jiān)測信息的有效性。充分掌握所        在地區(qū)水資源供需狀況，建立相應的資料庫和水量、水質(zhì)模型、供需水模型及生態(tài)環(huán)境分析模型。供水方面包括：地表水、地下水、土壤水，主水、客水、污水回用等等，需水方面包括：生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境用水等。充分運用現(xiàn)代計算機和人工智能等技術進行高度技術集成，快速、高效、準確、客觀地分析處理大量監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)已建立的供需水模型和水環(huán)境分析模型等，動態(tài)生成水資源優(yōu)化配置、調(diào)配計劃等輔助決策方案。以綜合分析和輔助決策為基礎，實現(xiàn)對水資源的優(yōu)化配

7、置、遠程控制和科學管理等，即實現(xiàn)水資源調(diào)控的現(xiàn)代化。系統(tǒng)應具有很強的實用性和動態(tài)可擴展性，以滿足不同用戶的需求。  二、水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)應具備水資源實時測、水資源實時預報、水資源實時調(diào)度和水資源實時管理等功能。其功能概要詳見圖1。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)又可分解為以下主要部分(參見圖2)：數(shù)據(jù)庫(包含圖形庫、圖像庫和CIS系統(tǒng))，模型庫(包括方法庫)，知識庫，在線數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，綜合信息管理子系統(tǒng)，綜合分析與決策支持子系統(tǒng)，實時控制管理子系統(tǒng)。其核心是綜合分析與決策支持子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫。其他各部分則為系統(tǒng)核心的補充、延展和支持。系

8、統(tǒng)總控目的是建立系統(tǒng)各部分之間的聯(lián)系、控制各庫和各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行。在線數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)提供相關水資源與水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化采集和數(shù)據(jù)可靠性在線分析功能。其重點是對地表水和地下水(水量、水位、水質(zhì)及水溫等)的實時動態(tài)監(jiān)測和監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化采集、監(jiān)測數(shù)據(jù)預處理，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性的實時在線分析處理等。該子系統(tǒng)還應提供與各類監(jiān)測儀器銜接的數(shù)據(jù)采集接口，通過接口模塊動態(tài)收集監(jiān)測數(shù)據(jù)資料，確保存入數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測資料的有效性、完整性和可靠性。綜合信息管理子系統(tǒng)管理各種水資源水環(huán)境監(jiān)控項目的數(shù)據(jù)資料，具有監(jiān)測數(shù)據(jù)資料的輸入、存儲、整編、查詢與傳輸?shù)裙δ埽瑢λY源監(jiān)控數(shù)據(jù)資料進行綜合管理和處理。該子系統(tǒng)還應

9、提供對綜合分析與決策支持子系統(tǒng)以及實時控制子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸接口。實時控制子系統(tǒng)主要完成兩個功能：一是將系統(tǒng)綜合分析與輔助決策的成果以實時報告(如水資源預報、水質(zhì)分析公報、企業(yè)排污超標警報、水資源調(diào)配建議方案等)和多媒體報警信號(如大屏幕指示、聲光警報等)的形式進行動態(tài)輸出，以供決策部門進行水資源配置和管理參考；二是將輸出指令直接作用于可控自動化水資源調(diào)配和控制設備(如給、排水閘門等)，通過有線/無線/遠程控制技術對系統(tǒng)所涉區(qū)域內(nèi)的重點給、排水設備及重點控制工程進行遠距離的調(diào)節(jié)控制。綜合分析與決策支持子系統(tǒng)對實時監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)信息進行綜合分析處理。其主要功能就是運用模型庫中的相應模型對監(jiān)測數(shù)據(jù)資

10、料進行智能化的綜合分析，參照知識庫中的專家知識和有關法律、法規(guī)、規(guī)程規(guī)范，形成水資源(包括水量、水質(zhì)、水情和水環(huán)境等)動態(tài)狀況的分析成果；并根據(jù)分析成果，產(chǎn)生輔助決策報告或直接發(fā)布控制指令。系統(tǒng)還應專門設計有多庫協(xié)同器，進行各庫之間的協(xié)調(diào)。多庫協(xié)同器提供系統(tǒng)各庫的協(xié)同規(guī)劃、綜合調(diào)度、人機交互、資源共享、沖突仲裁和通信聯(lián)絡等處理功能。綜合分析與決策支持子系統(tǒng)是本系統(tǒng)的技術核心，它將以國內(nèi)外近年在水源、水環(huán)境和農(nóng)田水利等方面的科研成果為基礎，結(jié)合現(xiàn)代高新技術進行綜合開發(fā)，形成技術先進、功能完善、實用性強、又便于擴展和更新的具有決策支持能力的智能化綜綜合信息管理子系統(tǒng)是面向數(shù)據(jù)信息存儲和信息查詢的計

11、算機軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容包括：水利工程檔案庫，監(jiān)測儀器特征庫，原始監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，整編監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，監(jiān)測網(wǎng)站資料庫，人工巡視檢查資料庫，數(shù)據(jù)自動采集參數(shù)庫，模型輸入輸出數(shù)據(jù)庫，成果數(shù)據(jù)庫，實時控制日志數(shù)據(jù)庫等。圖形庫和圖像庫是數(shù)據(jù)庫的延展和補充。模型庫及其管理子系統(tǒng)提供相應分析處理使用的處理模型和計算方法的例程庫。包括各種時態(tài)和空間模型、在線數(shù)據(jù)可靠性分析算法等。包括水情預報模型、水量評價模型、水量預測模型、水質(zhì)評價模型、水質(zhì)預測模型、水污染模型、需水模型、生態(tài)環(huán)境分析模型、洪水演進及仿真模型、決策支持模型等等。知識庫及其管理子系統(tǒng)是用于知識信息的存儲及其使用管理的計算機軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)的知識庫內(nèi)容包括：各監(jiān)控項目的監(jiān)控指標，日常巡視檢查的評判標準，監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差限值，專業(yè)規(guī)律指標，專家知識經(jīng)驗，水利法律、法規(guī)，行業(yè)規(guī)程、規(guī)范的有關條款等。三、水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)的實施水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)是一個十分龐大又十分復雜的系統(tǒng)，具體實施過程中要堅持“總體設計，分步實施，試點示范，全面推開”的原則，并充分利用現(xiàn)有的防汛指揮系統(tǒng)、水文站網(wǎng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，形成新的網(wǎng)絡。首先，組織好項目的前期工作。組織系統(tǒng)內(nèi)外的專家在國內(nèi)外廣泛調(diào)研的基礎上，進行系統(tǒng)的研究開發(fā)和設計工作