水資源遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)需求分析.doc

水資源遠程監(jiān)控管理系統(tǒng) 二零一六年十二月目 錄1. 概述12. 系統(tǒng)建設(shè)必要性12.1 現(xiàn)狀與問題12.2 系統(tǒng)建設(shè)意義33. 系統(tǒng)設(shè)計43.1水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)43.2 實時監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)要求63.3硬件設(shè)計和軟件配置74. 建設(shè)效果展望85. 項目建設(shè)概算8II太原理工大學 天地方圓公司1. 概述 屬于典型的資源型缺水區(qū)，水資源短缺、水污染形勢嚴峻、水生態(tài)環(huán)境安全面臨嚴重威脅3個方面的主要問題已成為制約該區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。建立覆蓋整個的水資源遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)，對水資源的開發(fā)、利用、節(jié)約、保護、管理、配置實施實時動態(tài)監(jiān)控管理，是解決該地區(qū)水資源問題的主要手段。近年來，將水資源遠程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)提上了工作計劃， 科學合理地管理與利用有限的水資源是有效解決水資源問題的重要途徑。加強水資源的科學管理，通過水資源的合理開發(fā)、高效利用、綜合治理、優(yōu)化配置、全面節(jié)約、有效保護，不斷提高水資源利用效率和效益等措施，建設(shè)節(jié)水型社會，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，為經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展提供支撐，是一項具有重大意義的工程。 的水資源計量設(shè)施的安裝工作一直處于落后的狀態(tài)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺乏使得水資源管理工作一直處于粗放被動的情形，不能滿足現(xiàn)階段水資源管理的要求，安裝水資源計量設(shè)施迫在眉睫。為了加強水資源統(tǒng)一管理，實現(xiàn)轄區(qū)內(nèi)地下水水井用水取水統(tǒng)一調(diào)度，保證供水安全，科學調(diào)配水量，從2006年開始研制開發(fā)水資源遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在各地下水取水井監(jiān)測點安裝水位、流量、電壓、電流等傳感器及安全視頻監(jiān)控設(shè)施，基于地理信息系統(tǒng)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)對地下水取水井監(jiān)測點水位、流量及安全視頻監(jiān)控。2. 系統(tǒng)建設(shè)必要性2.1 現(xiàn)狀與問題水資源的調(diào)度監(jiān)控在水資源管理過程中有著舉足輕重的作用,隨著社會的發(fā)展對水資源調(diào)度監(jiān)控提出了新的要求。水資源調(diào)度監(jiān)控的項目和內(nèi)容不斷增加,對調(diào)度監(jiān)控手段和方法以及水資源監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用也提出了越來越高的要求。對水資源實時、動態(tài)、優(yōu)化的配置是水資源管理的重點,進行這一切工作的基礎(chǔ)是實時獲取動態(tài)的水資源及相關(guān)信息。隨著網(wǎng)絡(luò)通信、移動通信技術(shù)的發(fā)展,特別是信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,實時對水資源進行監(jiān)控管理己經(jīng)成為可能。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。實時監(jiān)控和傳輸?shù)幕A(chǔ)就是信息技術(shù),利用通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化技術(shù)、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(shù)。對流域或地區(qū)的水資源及相關(guān)的大量信息進行實時釆集、傳輸及管理；以現(xiàn)代水資源管理理論為基礎(chǔ)，以計算機技術(shù)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(shù)為依托對流域或地區(qū)的工程設(shè)施進行控制操作。在我國隨著數(shù)據(jù)釆集技術(shù)、傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,也促進了國內(nèi)水資源調(diào)度監(jiān)控技術(shù)自動化的發(fā)展,監(jiān)控技術(shù)要適應(yīng)新情況新變化,實現(xiàn)從傳統(tǒng)水文向現(xiàn)代水文轉(zhuǎn)變,從而為我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。在水資源調(diào)度監(jiān)控過程中,常常需要對眾多的水資源數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測,大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心進行處理。傳統(tǒng)的水資源信息(如水位、流量、降雨量、泥沙含量等)的傳輸,多釆用有線或無線電臺等方式進行。目前，水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)仍存在很多問題，主要表現(xiàn)為：一、供水系統(tǒng)監(jiān)管水平低下目前，大多數(shù)農(nóng)村供水系統(tǒng)是否能夠正常運轉(zhuǎn)，主要依賴于村管水員專業(yè)知識水平與素質(zhì)的高低。水泵的不及時啟停使得居民的用水得不到滿足、設(shè)備故障后無法第一時間掌握與維修等問題是現(xiàn)階段面臨的供水、用水難題。二、水資源污染嚴重城市中大部分飲用水安全受到威脅。據(jù)統(tǒng)計，在46個重點城市中，僅有28.3%的城市飲用水源地水質(zhì)良好，26.1%的城市水質(zhì)較好，45.6%的城市水質(zhì)較差。飲用水源地水質(zhì)差不但增加了自來水處理成本，而且有一些難以處理的有毒有害污染物將直接危及人體健康。農(nóng)村飲用水安全更令人擔憂，其衛(wèi)生合格率僅為62.1%。水污染問題不僅是杏花嶺區(qū)的一大難題，其已經(jīng)成為國家水資源領(lǐng)域內(nèi)迫切需要解決的重要問題。三、洪澇災(zāi)害嚴重水資源分布不均，水旱災(zāi)害頻繁，這是水資源開發(fā)利用的最大弱點，也是經(jīng)濟發(fā)展的一個制約因素。水資源分布不勻，造成不少地方嚴重缺水，影響這些地方的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生話。而水資源時空分布的過分集中，造成汛期大量棄水，非汛期缺水，有限的水量不能充分利用。集中程度越高，棄水越多，可用水量占水資源總量的比例越小，并使水旱災(zāi)害頻繁發(fā)生。四、信息孤島嚴重，缺乏統(tǒng)一管理手段相關(guān)水利部門在供水工程建設(shè)后，無法掌控工程后續(xù)使用、問題反饋情況。無法為新工程的規(guī)劃、設(shè)計提供經(jīng)驗參考。此外，各供水系統(tǒng)獨立建設(shè)、管理“自成體系”、信息孤島嚴重。無法從全局宏觀角度進行供水、用水統(tǒng)一監(jiān)管。五、缺失有效的設(shè)備巡檢機制農(nóng)村供水站對工作思想不重視，只注重供水工程的建設(shè)，不講究社會效益。同時由于自身條件的限制，缺少相應(yīng)的巡檢人員，不能滿足對廣大農(nóng)村供水站進行日常設(shè)備巡檢工作的基本要求。2.2 系統(tǒng)建設(shè)意義水資源遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)適用于水務(wù)部門對地下水、地表水的水量、水位和水質(zhì)進行監(jiān)測，有助于水務(wù)局掌握本區(qū)域水資源現(xiàn)狀、水資源使用情況、加強水資源費回收力度、實現(xiàn)對水資源正確評價、合理調(diào)度及有效控制的目的。通過對區(qū)域經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查，特別是對水利發(fā)展狀況、水資源開發(fā)利用狀況、水環(huán)境狀況的分析研究，診斷目前存在的主要問題及其對經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護的影響。以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基礎(chǔ)進一步細分水資源分區(qū)，建立相應(yīng)的基本資料數(shù)據(jù)庫。 建設(shè)完善水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)，并運用遙感（RS）、網(wǎng)絡(luò) GIS、全球定位系統(tǒng)（GPS）、虛擬仿真及信息集成技術(shù)，以 SPOT5 遙感數(shù)據(jù)、1：50000 DEM 及 GIS 基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建設(shè)數(shù)字流域平臺。 以水資源 B 級區(qū)套鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)為單元，按照嚴重不安全、不安全和基本安全 3 種安全類型，進行水資源安全評價，并做出相應(yīng)的水資源安全風險評估與預(yù)警，編制應(yīng)急預(yù)案。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)區(qū)域未來經(jīng)濟社會發(fā)展目標，結(jié)合節(jié)水型社會建設(shè)要求，設(shè)計水權(quán)制度與入河排污許可制度，擬定水量水質(zhì)雙總量控制方案，建立水資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，擬訂生態(tài)與環(huán)境保護戰(zhàn)略，提出未來水利建設(shè)總體布局方案和水資源動態(tài)管理模式。 系統(tǒng)功能包括 4 個主要層次，即水資源數(shù)據(jù)庫及管理平臺、應(yīng)用支撐平臺、應(yīng)用系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)。水資源數(shù)據(jù)庫及管理平臺：包括在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫布置及現(xiàn)有數(shù)據(jù)集成整合； 應(yīng)用支撐平臺：包括系統(tǒng)資源服務(wù)層（統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換）、公共數(shù)據(jù)服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層（GIS 服務(wù)、報表工具、圖表工具、流量控制）、平臺接口； 應(yīng)用系統(tǒng)：包括水資源實時信息服務(wù)系統(tǒng)、水資源動態(tài)管理系統(tǒng)，預(yù)留水資源業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)（取水許可管理、地下水管理、節(jié)水管理、水資源費征收管理、入河排污口管理、水源地管理、水功能區(qū)管理、水務(wù)管理）、水資源動態(tài)評價系統(tǒng)、水資源系統(tǒng)運行調(diào)度系統(tǒng)、水資源安全風險評估與預(yù)警系統(tǒng)、水資源綜合統(tǒng)計系統(tǒng)、水資源輔助決策支持系統(tǒng)（包括預(yù)警與應(yīng)急服務(wù)、水資源評價、水資源配置）、水資源信息發(fā)布平臺等功能模塊的接口。計算機網(wǎng)絡(luò)：通過 GPRS 專線，實現(xiàn)水利專網(wǎng)與移動通信 APN 網(wǎng)絡(luò)的連接；通過路由器，實時透明轉(zhuǎn)發(fā)各相關(guān)業(yè)務(wù)部門所轄測站實時采集信息；提供完善的內(nèi)外網(wǎng)隔離方案，確保內(nèi)部數(shù)據(jù)安全；為市級用戶通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)虛擬專線連接，可以通過 VPN 接入訪問內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)；實現(xiàn)對調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用支撐平臺、業(yè)務(wù)系統(tǒng)及版本控制系統(tǒng)等軟件的硬件及網(wǎng)絡(luò)支撐。 3. 系統(tǒng)設(shè)計3.1水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)覆蓋整個杏花嶺區(qū)，采用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，由3級構(gòu)成，包括,區(qū)（縣）級監(jiān)控分中心和大量的監(jiān)測點，實時監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。圖1 水資源監(jiān)控管理信息系統(tǒng)拓撲圖區(qū)（縣）級監(jiān)控分中心負責該轄區(qū)各監(jiān)測站點的實時監(jiān)控與信息管理，設(shè)置在縣水資辦。包括建立通訊聯(lián)系、站點呼叫、站點身份驗證、指令發(fā)布、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)校驗、數(shù)據(jù)存儲，以及在線監(jiān)測、掉線掛接等運行管理。監(jiān)測站點為系統(tǒng)的最原始點分為4類：（1） 地下水位觀測站點。 采用投入式液位傳感器進行計量，及時掌握地下水的變化動態(tài)。（2） 用水量監(jiān)測站點。通過安裝在用水輸水管線關(guān)鍵點上的儀表對用水量進行不間斷計量監(jiān)測，準確、及時計量用水戶的用水量。（3）降雨量觀測站點。 采用翻斗式自記雨量計計量，可從市防辦共享。（4）污水排放量監(jiān)測點。采用多普勒超聲波流量儀測量，為正確評價水資源利用率提供依據(jù)。（二期實現(xiàn)）其中，測控終端原理示意圖如圖2所示。3.2 實時監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)要求（1）對用水量、水位、降雨量、污水排放量（二期實現(xiàn)）等指標的實時自動檢測；自動定時記錄（固態(tài)存儲）；通訊自動保持在線，斷線自動掛接；自動對呼叫應(yīng)答，自動接收中心控制指令；自動完成數(shù)據(jù)檢索與數(shù)據(jù)傳送；自動時鐘走時；自動上電復(fù)位；出錯自動報警和預(yù)警功能。圖2 測控終端原理示意圖（2）設(shè)備環(huán)境溫度適應(yīng)性。監(jiān)測站設(shè)備工作環(huán)境溫度為-20-40,相對濕度RH90，采取防盜防破壞措施。（3）采樣間隔。 水位、流量的采樣間隔不大于1h（可根據(jù)用戶需要設(shè)定）； 雨量，在雨季的采樣間隔不大于5min。各種傳感器的精度：水量測量精度：1%2%m；地下水位測量精度0.05%； 雨量監(jiān)測精度：0.1mm； 排污量測量精度4%。（4）遠程通訊儀采用GPRS無線通訊方式。 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要確保安全、高效、穩(wěn)定運行，并具備備用電源供電。3.3硬件設(shè)計和軟件配置3.3.1 主要設(shè)備（1）服務(wù)器： 區(qū)（縣）級服務(wù)器CPU：P 3.0G以上，雙CPU；內(nèi)存10G以上；硬盤，500G以上；千兆網(wǎng)卡。（2）電源設(shè)備： 山特UPS。（3）磁盤陣列： 每個控制器 1GB緩存；每個控制器有2個4GB Fibre Channel端口；最大支持64個主機。（4）機械遠傳水表、超聲波流量計、電磁流量計：用于自備井用水量計量，滿足不同用戶需求，測量精度2%-1%。（5）水位壓力傳感器：用于測量地下水位，選用進口的（德魯克水位壓力傳感器）測量精度0.05%。 （6）多普勒超聲波流量計：用于測量污水排放量，選AVFM型，精度等級2.5 級。（7）數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測儀：用于水資源的監(jiān)測并通過GPRS數(shù)傳模塊進行數(shù)據(jù)傳輸。3.3.2 軟件環(huán)境（1） 采用地理信息系統(tǒng)（GIS,包括WEBGIS)為表現(xiàn)平臺,以電子地圖為基本圖形,根據(jù)需要,實現(xiàn)以電子地圖為基礎(chǔ)的查詢、檢索、分析功能。如圖4所示。圖4 電子地圖（2）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)選用Windows Server2005中文版 。 客戶端 操 作 系 統(tǒng) 選 用 Windows XP Professional、Windows7等版本。（3）數(shù)據(jù)庫建議采用SQL Server2005。（4） 網(wǎng)絡(luò)安全主要包括安全防護工具 （防火墻 、防病毒 、加密系統(tǒng)等）和檢測手段（身份認證、入侵檢測、漏洞掃描等系統(tǒng)）。（5）選用 Microsoft 公司的system Management Server和Cisco Works2000進行網(wǎng)絡(luò)管理。配備數(shù)據(jù)備份軟件使數(shù)據(jù)備份到存儲設(shè)備。4. 建設(shè)效果展望水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)建成后，水利部門的工作人員通過互聯(lián)網(wǎng)或移動APP登錄指定網(wǎng)站，即可遠程監(jiān)控泵房的整體運行狀況，如監(jiān)測液位、壓力、電壓、電流、水量等數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場紅外照相機定時抓拍并回傳的實時照片，遠程控制水泵啟停、閘閥開閉以及隨時獲取監(jiān)控點現(xiàn)場實時照片等。系統(tǒng)自動對采集到的數(shù)據(jù)存儲、加工、分析、形成曲線、報表等，這樣，水利工作人員就可以縱觀全局、統(tǒng)籌規(guī)劃、合理安排、科學決策。如果監(jiān)測到數(shù)據(jù)異常，監(jiān)控中心會發(fā)