水资源数字化管理

L/O/G/O水资源数字化管理重要内容基本概念3S技术应用实例11231、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。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置，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。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。指从远距离高空及外层空间的各种平台上利用电磁波探测仪器,通过摄影或扫描、信息响应、传输和处理,研究地面物体的形状、大小、位置及其与环境的相关关系等宏观规律的现代科学技术。在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。可以定时与测距的空间交汇的导航系统,通过接收卫星信息来给出地球上任意地点的三维坐标,以及载体的运行速度,同时它还可给出准确的时间信息,具有记录地物属性的功能。遥感技术(RS)地理信息系统(GlS)全球定位系统(GPS)功能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。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。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。RSGPSGIS3S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。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发展”这一新时期的治水思路,黄委党组提出了建设“三条黄河”，即“原型黄河”“数字黄河”“模型黄河”的战略措施。“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。黄河下游引黄涵闸远程监控系统的建设是“数字黄河”的基础性工程,是黄河水量调度和工程管理信息化系统建设的重要组成部分和核心技术手段,利用计算机、自动控制、传感器、数字及视频传输、通信和网络等高新技术对黄河下游引黄涵闸实施远程监测、控制与科学管理,是监控水量调度的执行情况，实现黄河水资源优化配置与涵闸工程安全监测信息化管理的重要手段和保障措施。作为“数字水调”工程一期建设项目,自2006年建成验收后,发挥了自身应有的功能,使黄河水资源管理调度数字化革新初见成效。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。闸门控制功能:综合电力供应、5级权限赋予、现地手自动设置等多种控制先决条件,根据控制信号,设定启闭高度,实现现地站闸门的自动化启闭。并且在不需要远程自动启闭的情况下,现地站工作人员可以手动控制闸门电机运转,实现现地的人工闸门启闭。视频监视功能:现地站对闸前、闸后、闸室内部进行三路视频监视,视频处理单元对视频数据进行编码,通过网络传输至5级监控部门。监控中心可以根据不同的监视权限对现地视频进行观看,并调控摄像机云台,实现上下左右控制及灯光开关控制。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。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。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。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,在闸管所配置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。•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。•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。•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。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。•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。•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。•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。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系统可设置直播厅,设置方便、配置简单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系统兼容能力强引黄涵闸远程监控系统作为黄委“数字水调”一期工程建设至今,已在黄河水资源管理调度工作中起到重要作用，并且为其他流域实现数字化监测提供了大量经验。L/O/G/OThankYou!