惠州市白花河防洪排涝治理工程智慧水利系统设计

刘智超

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州 510635)

1 项目背景

白花河位于惠东县境内，从白花镇镇区穿过，现状河长33.6km，集雨面积183.8km2。近10a来白花镇呈现“一年一小涝，五年一大涝”的特点，是惠东县乃至整个西枝江流域洪涝灾害发生频率最高、受灾最严重的镇。

为有效解决白花河流域的洪涝灾害问题，促进沿海经济带发展及保护东江水源，开展白花河防洪排涝治理是十分必要和迫切的。

白花河防洪排涝治理工程主要包括新建及达标加固堤防、新开分洪河道及截洪渠道、新建排涝闸站2宗、新建排涝水闸4宗、河道综合治理等。

2 建设目标

建立白花河防洪排涝治理工程智能化、一体化平台的信息化系统，建设调度管理中心。在调度管理中心部署调度监控室，通过建设包括工程数字门户、移动应用门户、防洪排涝调度管理、生产管理辅助、工程数字档案、水情在线监测、水工安全监测等应用系统，实现工程管理的智能化。

3 系统结构设计

白花河防洪排涝治理工程“智慧水利”的建设需紧密结合项目建设的任务，使工程管理运行更加安全、科学、高效，更好的发挥工程效益。系统采用分层分布式设计，遵从开放系统原则，提供一个开放式环境，包括展现层、应用层、支撑层、信息资源层和基础设施层。

本项目“智慧水利”建设总体设计架构，见图1。系统网络结构图，见图2。

图1 总体设计架构示意图

图2 系统网络结构图

3.1 展现层设计

3.1.1 工程数字门户

为实现信息资源共享，推动白花河防洪排涝治理工程信息化进程，更好地为公众提供工程建设、管理、服务的信息，接受公众监督，吸纳公众意见，树立良好形象和开展网上业务处理，根据工程运行管理需要，建立白花河防洪排涝治理工程门户系统[1]。

3.1.2 移动应用门户

通过扫描二维码，可以方便使用户随时随地通过智能终端进入访问工程移动门户或关注微信公众号，了解相关资讯，提供全方位的网上公众咨询服务，帮助管理处建立有效的形象宣传、风采展示和意见收集等。

3.2 应用层设计

3.2.1 防洪排涝调度管理系统

防洪排涝调度管理需要在来水预测的基础上，针对流域水资源系统的实际状况，建立配置模型，计算不同防洪排涝策略下研究区域的水量供需平衡；组合不同供需方案和工程调度措施，通过防洪排涝调度模型的模拟计算，对总体布局的确定和完善提供建议性成果，使得模型成为防洪排涝调度的实用工具。

防洪排涝调度和调度模型平台在防洪排涝调度的基础上完善各类防洪排涝调度模型，提供建模工具，在与外部系统对接的基础上，为白花河防洪排涝治理工程的防洪排涝调度提供模型支撑与决策依据[2]。

3.2.2 生产管理辅助系统

生产管理辅助系统以资产模型、设备台帐为基础，强化成本核算的管理思想，以工单的创建、审批、执行、关闭为主线，合理、优化地安排相关的人、财、物资源，将传统的被动检修转变为积极主动的预防性维修，与实时的数据采集系统集成，可以实现预防性维护。通过跟踪记录全过程的维护历史活动，将维修人员的个人知识转化为企业范围的智力资本。

3.2.3 工程数字档案系统

电子档案管理系统作为完整档案业务流程管理的信息化平台，涵盖档案业务管理中“收集、管理、保存、利用”的业务需求。其功能主要包括档案收集、数据管理、档案保管、档案利用、档案统计、档案鉴定及销毁、账户功能、辅助功能、系统管理等。

3.2.4 水情在线监测系统

本工程设置水情在线监测系统，新建七渡河水文站、白花河水文站、黄沙塘雨量站、产业园雨量站，信息通过采用4G无线通信网络传输至工程调度监控中心。工程主要是实现对闸站、水闸及白花河流域的水文等信息的实时监测，通过分析监测数据，保证工程实现防洪排涝的作用。

3.2.5 水工安全监测系统

水工安全监测系统在安全自动化监测的基础上，进行二次开发，根据科学的分析对堤防、闸站、水闸的安全状态进行评价和预报，可以及早发现险情和维护安全。

3.3 支撑层设计

3.3.1 应用支撑平台设计

中间件软件管理着客户端程序和数据库或者早期应用软件之间的通讯。中间件在分布式的客户和服务之间扮演着承上启下的角色，如事务管理、负荷平衡以及基于Web的计算等。利用这些技术有助于减轻应用软件开发者的负担，使他们在利用现有的硬件设备、操作系统、网络、数据库管理系统以及对象模型创建分布式应用软件时更加得心应手。

3.3.2 数据支撑平台设计

通过数据库子系统、报表子系统、平台管理子系统等系统的建立，实现抽取数据、数据加工处理、任务调度、报表设计、报表服务、报表仪表盘、报表导出、数据导入、基础架构、报表权限管理、报表帮助管理等功能，充分满足数据服务需求。并借助于图形化手段，将美学形式与业务需求相结合，有效的传达数据集的思想概念，从不同维度深入观察并提炼数据集的关键特征[3]。

3.4 信息资源层设计

根据业务需要，设计了信息资源层，对工程所产生的数据进行了归类汇总。根据本工程的数据情况，可分为基础数据、业务数据、动态数据、工程影像数据。

3.5 基础设施层设计

3.5.1 服务器配置设计

CPU：4路10核 2.0GHz以上CPU；

内存：256GB以上内存；

硬盘：600GB 15Krpm 2.5英寸SAS热插拔HDD。

3.5.2 存储系统设计

本工程中存储系统的建设，由6台物理服务器组成存储节点集群和1台磁盘阵列来实现。

3.5.3 数据备份系统设计

据备份系统需要配置备份一体机设备，通过定义备份策略，如全备份、增量备份、差异备份等，定时将云平台数据备份到本地备份介质。

3.5.4 网络系统及通信通道设计

网络采用星形结构，设调度管理中心为中控层；新建及达标加固堤防、2座闸站和4座水闸等测点为现地层。

系统对白花河流域现地层测点的流量、水位、视频、闸门运行情况、闸站运行情况等信息进行实时监控。通过沿堤防敷设光缆的方式将水位、流量、现场视频、闸门开度、电机运行状况等信息数据传送到调度管理中心。

3.5.5 信息安全设计

本项目按照信息等级保护二级标准建设，在工程的调度管理中心(信息化系统所在网络)布设相关的安全设备，以满足信息安全等保二级要求。安全设备主要包括：防火墙、上网行为管理(审计)、堡垒机、认证服务、防病毒等。

3.6 前端信息感知和采集设计

3.6.1 水工安全监测系统

为了监测白花河防洪排涝治理工程主要建筑物的工作性态，按规范要求和工程实际需要对堤防及新开分洪河建筑物、新建水闸、新建排涝闸站等进行变形、渗流、水位、巡视检查等监测。

3.6.2 计算机监控系统

本工程设置计算机监控系统，由调度中心调度层、闸站/水闸集控层、现地控制层设备构成，形成开放式、分层分布式的计算机监控系统。

闸站/水闸控制采用远方集中控制为主、现地控制为辅的控制方式。在调度管理中心实现远程监控，对沿途排涝闸站、水闸的统一调度管理。

3.6.3 机电设备在线监测系统

本工程对各闸站、水闸大部分机电设备如泵组、闸门、主变压器、开关柜、直流系统等设置在线监测系统，实时采集监测对象的状态信息，监测量超出限制时发出报警。

3.6.4 水情在线监测系统

建立水情在线监测系统，对水文数据实行在线监测，充分利用系统的实时性和可靠性优势，通过快速可靠的传输方式和实时自动的处理手段，能很好地完成白花河防洪排涝治理工程对水位监测、雨量监测、流量监测和洪水预报等信息的要求，为本工程的运行调度提供水文数据保障。

3.6.5 视频监控系统

本工程设1套视频监控系统，由调度中心主系统及2个闸站、4个水闸及新建及达标加固堤防子系统组成。

视频监控系统采用数字式系统，主要由视频平台(含视频服务器)、视频工作站、NVR视频录像机、网络一体化彩色高清球型摄像机、网络遥控控制键盘(带摇杆)等图像设备组成。

3.6.6 门禁管理系统

本工程设置实名制门禁管理系统，对调度中心和2个闸站的进出人员及车辆情况进行管理和记录，并防止非法入侵和各种破坏活动。

调度中心和闸站出入口安装车辆出入电动道闸管理系统，车辆出入通过道闸控制器发出的控制信号来控制道闸的起落，配套使用地感线圈和车辆检测器实现车辆通过自动落杆和防砸车功能，对调度中心和闸站主要通道区域的出入车辆进行安全管理。

调度中心大楼和闸站出入口设人员出入翼闸，通过IC卡识别限制人员出入。车辆道闸及人员翼闸系统与门禁管理系统共享数据库软件平台，实现一卡通用。

3.6.7 周界防护系统

在2个闸站布设周界防护设备，防止非法入侵和各种破坏活动。周界防护设备利用可移动式红外对射装置，当有人进去防区遮射之间的红外光束时，探测器即会发出报警信号，同时发出声光报警、显示报警位置。

3.7 调度管理中心设计

3.7.1 调度监控室

调度监控室为调度管理中心核心功能房，一方面将工程所涉及的相关的数据信息进行接入、汇总，工作人员通过防洪排涝调度管理系统、生产管理辅助系统、水情在线监测系统等应用系统，实现对工程的智能化管理，另一方面将本工程涉及的闸站、水闸、水工安全监测、视频监控等信息进行集中管控，实现闸站、水闸等的远程监视与控制。

调度监控室建筑面积约100 m2。

3.7.2 视频会商室

为充分实现工程防洪排涝、改善水环境等功效，设立视频会商室，提供会商环境，为决策参谋人员和高层决策者会商提供各种支持和服务。

视频会商室建筑面积约80 m2。

3.7.3 机房

机房主要布置相关系统的服务器、存储设备、网络设备及UPS电源设备。

机房面积约50 m2，最低净高≥2.5m。

3.7.4 视频会商系统

根据工程建设需求，在视频会商室布设MCU和会商服务器，另外在会商室和重要部门办公室布设会议终端，以及移动会议终端，以满足实时沟通的需求。

3.7.5 大屏显示系统

在管理楼调度管理中心调度监控室设1套大屏显示系统，与视频会商系统、管理信息系统连接，为工程运行管理、闸站及水闸调度、防洪会商、视频监控等提供实时可视化设备。

4 总 结

白花河流域智慧水利系统的建立，以提高水利现代化管理水平为目标，着力解决白花河流域信息化管理能力薄弱、缺乏信息感知、缺乏数据整合共享等现存问题，落实“全面感知、高速互联、充分共享、智能应用、周到服务”的“互联网+现代水利”体系，围绕“水安全、水生态、水管理、水服务”的现代水利新格局。