水资源数字化管理

治理黄河,历来是中华民族安民兴邦的大事。 进入二十一世纪,随着社会的发展, 治黄工作仍面临 着一些新的问题需要解决： • 洪水威胁依然是治黄事业的基本要求 • 水资源供需矛盾十分突出 • 生态环境恶化尚未得到有效遏制：突出表现在黄土 高原地区的水土流失和黄河干支流的水污染两方面。
为实现新世纪治黄目标,全面贯彻落实水利部 “从传统水利向现代水利可持续发展水利转变,以 水资源可持续利用支持流域经济社会可持续“原型黄河”“数字黄河”“模型黄 河”的战略措施。
黄河下游远程监控软件系统： 黄河下游引黄涵闸远程监控软件系统结构如图
远程监控软件运行简介 单个涵闸界面分三个部分:上标题栏、操作区、 下标题栏。 操作区变为单个涵闸信息，操作区分为左右两 部分，左面包括水位、启闭、告警、趋势、照片； 右边包括状态、监视、信息。
• 水位 点击水位按钮，左画面进入水位界面，示意图 表示闸前后水位高程，左面闸底高程较高的为前闸， 游标上数字表示水位高低，单位是米。
• 状态 动力环境:显示电压、电流的实时状况； 环境量:实时显示闸室的温度和湿度； 水文检测数据:实时显示涵闸的流量,总引水量, 闸前、闸后水位； 涵闸数据状态:实时显示涵闸各孔的状态、开 高、荷重。
• 监视 进入监视窗口,监视屏应是黑色无图像,点击闸 前、闸后、闸室按钮可分别选择相应摄影头的图像 信号。要想进行云台控制,请先用鼠标左健单击一 下图像,进行云台控制选择,然后再进行云台、光圈、 聚焦等控制。
系统各级硬件设备组成及其基本工作原理： 数据服务器:主要存储各级（省局、市局、县局） 管理范围内己建涵闸远程监控系统的历史数据、 实时数据等；存储各级内己建涵闸的基本情况 数据资料。并有权对本管理范围内的涵闸进行 数据管理。 视频服务器:主要存储、监视各级管理范围内的涵 闸的视频信息，并有权对涵闸的视频图像进行 控制管理,对用户进行管理。
系统主要性能特点 系统主要设备为标准的嵌入式系统设计 网络化、数字化 较高清晰度的图像 多权限访问管理 多画面显示、切换 系统可设臵直播厅,设臵方便、配臵简单 系统可实现移动视频接入 系统可实现委内其它用户(非水调部门)的视频共享 访问 远程维护和管理 系统兼容能力强
• 启闭 示意图表示闸门孔数及控制方法。显示栏表 示单个闸门开度、闸高、状态。
• 告警 告警窗口上面为事件操作记录,下面为告警记 录,通过最下面的选择框选择开始时间和结束时间, 按查询,既可查询开始到结束时间内的相应告警信 息。
• 趋势 按趋势按钮进入趋势窗口,趋势窗口上面为闸 前闸后水位、引水流量、总引水量四个值的实时趋 势,下面是四个值的历史趋势。
水资源数字化管理
L/O/G/O
重要内容
1
1 2 3
基本概念
3S技术
应用实例
1、基本概念
数字化管理： 指利用计算机、通信、网络、人工智能 等技术，量化管理对象与管理行为，实现计 划、组织、协调、服务、创新等职能的管理 活动和管理方法的总称。 随着信息技术和网络技术的不断发展和日 益完善，数字化管理已经成为现代管理基本 理念，并在国民经济各行各业得到充分的开 发和应用。
黄河下游引水用水调度中心主要是指黄河水量 总调中心、省局、市局、县局水调分中心以及现地涵 闸管理所，包含由黄委黄河水量总调中心、河南、山 东两省局分调中心，两局下属13个地市局分调心， 32个县局调度站和84个基层涵闸管理所监控室共五级 监控机构的132个远程监控系统调度中心、站和84座 涵闸现地监控系统组成,系统体系结构如图所示。
涵闸监控现地站系统主要有以下几部分功能:
环境引水监测功能:系统采集现地站闸门开启高度, 闸前、后水位情况,现地站温湿度、闸门荷重、 供电电压、线路电流等数据,经过PLC编码采 样,通过网络传送至现地站闸管所、市县级水 调分中心、省局水调中心及黄委总调中心,实 现5级对现地环境及引水情况的监测。
全球定位系统 (GPS)
及时准确地为水资源管理决 策支持系统提供详细的地面 环境信息,为水资源的时空分 析提供空间基础资料。
RS
对水资源管理所需的 空间数据库和属性数 据库进行存储、采集、 处理、空间分析、查 询、检索、预测、决 策和输出功能。
功能
GPS
用于地表径流和水 利工程测量、野外 调绘,拟补遥感时相 短缺的不足。
• PLC控制系统:首先由各级用户发给现场测控单元 (PLC)的指令,PLC经过内部程序的处理,在确定 了这些保护措施没有异常情况是再向其相应的 端口发送指令,经过继电器、中间继电器、交流 接触器、热过载继电器等回路接通电机回路;同 时,PLC也向上层软件和触摸屏传送实时信息, 以便于用户能够实时的观测到现场情况。
“数字水调”规划的建设总体目标就是利用3S 技术和水量调度模型等手段进行枯水期径流预报和 水库工程及河道的水量实时调度,实时采集水量调 度所需信息,实现大型水库联合调度和引水建筑物 远程自动化监控,取水许可网上审批,取水权网上自 动撮合交易,及时其他多种水量调度业务,以功能丰 富的系统软件和调度模型对不同来水频率的水量调 度方案和危机调度方案进行虚拟仿真,提供决策支 持的可视化表现。通过“数字水调”的建设,提高 黄河水量调度的现代化水平和科学决策水平。
• 信息 点击信息按钮进入右边信息窗口,信息窗口主要 包括三部分,上面是涵闸信息,显示涵闸基本信息;中 间是涵闸引水信息,通过输入时间查询涵闸的引水 信息;下面是涵闸操作信息,通过它可以查询涵闸的 启闭情况。
现地视频系统：
系统采用网络化分布式视频接入,通过网络视 频接入设备(网络视频编码器)就近将各监控点视频 接入网络,并根据它们所属的区域,由本区域网络视 频调配服务器实施视频接入的控制与管理,并调度 管理各级用户的访问请求。各级视频监控用户终端 只需通过TCP/IP网络连接到本级视频调配服务器, 即可通过本级视频调配服务器在全网范围内获得所 需的视频流,并可实现对监控点的控制。
防洪 我国洪涝灾害几乎是不断的,夏季频发于黄河、 长江、淮河等流域,造成的损失不计其数。 基于GIS的防洪决策支持系统则应运而生。它 的主要功能有建立防洪区域社会经济数据库、动态 采集和分析洪水演进等等,与GPS、RS的结合,对于 人们做出正确的决策有很大的作用。
3、应用实例 --黄河水资源管理调度数字化
引黄涵闸远程监控系统的信息主要包括: • 涵闸监测信息：引黄涵闸的闸门开启高度、供电环 境温湿度环境、安全运行保护、闸前、闸后水 位等。 • 视频监视信息 • 闸门控制指令和权限赋予管理信息
数据流指涵闸现场各类传感器采集的实时信息 的流向,包括涵闸运行状态、闸前水位、闸后水位、 闸门开启高度等涵闸监测信息流。 视频流指涵闸现场采集的视频信息的流向。 控制流指各级对闸门、云台、镜头、雨刷,及相 关的照明设施的控制信息的流向。
GIS
3S技术在水资源管理中的主要作用 水资源调查评价 主要用于流域水文模拟和水资源评价基于GIS 的土地利用状况分析、生态环境变迁分析、生态耗 水分析、水资源评价等。 水环境监测 包括对污染河流的各种污染源的监测,利用微 波遥感和GIS技术对河流断流、洪水泛滥等进行监 测;对由水环境恶化引起的各种灾害进行监测。利 用GIS和RS技术对水土流失、地下水降落漏斗、海 水入侵、黄河断流等进行监测。利用GIS和GPS技 术还可以对由于过量开采地下水导致的地面沉降进 行实时监控。
水资源数资源管理： 指将数字化管理的思想应用于水资源管理 中，借助于“3S”技术、计算机、多媒体、网 络等现代信息技术对各类水事活动进行数字化 管理。 水资源数字化管理包括水资源（水量、水 质等）的监测、传输、分析、处理，借助数学 模型进行的水资源的合理配臵，以及运用自动 化控制机制对水资源管理进行实时的远程控制 和管理等功能。
监控机:通过监控机上的监控软件可以对各级管理 范围内己建涵闸远程监控系统的涵闸进行远 程监控,实时控制闸门起闭,控制视频信息,监测 闸门的工作状态、闸前闸后水位、涵闸的环境、 动力环境量等等信息。
现地监控系统：由涵闸监测监控系统和视频监视系 统组成,在闸管所配臵网络交换机和现地监控 计算机。涵闸现地站仅包括信息采集设备和发 送/接收设备。
水资源数字化管理还包括各种水政管理的 信息化和自动化，如实现水资源资费管理的数 字化、工农业用水管理的数字化、生活用水管 理的数字化等。
2、3S技术
“3S”技术：
是以遥感技术(RS)、地理信息系统(GlS)、全球 定位系统(GPS)为基础,将RS、GlS、GPS三种独立 技术领域中的有关部分与其他高技术领域(如网络 技术、通讯技术等)有机地构成一个整体而形成的 一项新的综合技术。 通过这些技术的综合集成应用,可以实现水资 源信息的快速采集和处理,为水资源管理决策提供 强有力的基础信息资料和决策支持。
• 启闭机自动化元件 限位开关:是一种开关量采集设备,它采集的只 是两个状态数据:1和0,分别代表开和关, 可以直 接传输到上层软件供用户识别,以便于了解当 前启闭机当前相序是否正确。 闸门开度传感器，拉力传感器，荷重传感器。
• 水位监测设备 超声波水位传感器:一种模拟量采集设备它采 集的是一种电流值,电流首先传到PLC,由PLC根据 相应的电流值得出一组数字, 经过PLC内部程序进 行计算后得出的水位值比较直观的数值,然后再传 到上层软件供用户识别,了解当前的水位实际数值。 • 网络及通信设备:以太网交换机 • 闸管所控制室设备:工业计算机、显示器 • 视频监视设备:网络视频接入终端、彩色摄像机、 变焦镜头、控制解码器、云台、摄像机照明灯、 网络电话机。
• 触摸屏:触摸屏是直接面向闸门工作人员的控制设 备,操作人员利用触摸屏上的操作界面可以进 行闸门的启闭,监测电源(电流、电压)工作情况、 闸房的环境情况、上下游水位等等。 • 低压电器元件:开关电源、中间继电器、电铃、断 路器、交流接触器、热继电器、电流互感器等。 • 动力及环境监测设备:相序保护器、温湿度变送器、 交流电流变送器、交流电压变送器、汽油发电 机。