浅析我国泵站信息化发展趋势

浅析我国泵站信息化发展趋势1、前言“堤防保命、泵站保收”。水利是国民经济的重要基础设施，泵站是水利工程的重要组成部分，是保护和发展粮食生产的关键，特别是大型泵站承担着区域性的调水、供水、灌溉、除涝的重任。据中国灌溉排水发展中心资料显示，截止2004年底，全国已拥有大、中、小型固定灌排泵站50余万座，配套机井418万眼，各种农用水泵593万台，机电灌排动力保有量近8000万kW，超过全国农用总动力的25%以上。全国泵站灌排总效益面积达5.3亿亩。其中灌溉面积：4.68亿亩，排涝面积0.62亿亩。全国大型泵站共383处，装机总功率达449万kW。其中，承担防洪排涝的泵站有269处，装机总功率222万kW。几十年来，国家投入巨资沿各大流域及其它主要河流、湖泊，修建了堤防、涵闸和泵站；在无自流条件的易涝和干旱地区，兴建泵站除涝抗旱；在经济发达但水资源短缺的地区，开展以提水泵站为主的水源工程。随着机电灌排事业的发展，特别是大型泵站的建设，在太湖、洞庭湖、东北平原、江汉平原、珠江三角洲等地区，形成了大面积旱涝保收、稳产高产的农业生产基地，多数地区已成为我国重要的商品粮棉基地。在西北等干旱缺水地区还建成了一批高扬程提灌工程，从根本上改变了荒滩旱塬地区的干旱、低产、贫困面貌，促进了当地经济发展和人民生活水平的提高。在华南和华东地区建成了一批跨流域调水工程，解决了经济发达地区水资源短缺以及如何合理分配问题，促进了整个流域的经济发展以及和谐社会的建设。在我国大型泵站比较集中的省份，已初步形成了以大型泵站为骨干，重点中型泵站为主体，小型泵站为补充的调水、供水、灌溉、排涝工程体系。但是，我国泵站建设事业的发展还很不均衡：大部分地区还处于传统手动方式向自动化方式转变的初级阶段；部分发达地区正逐步从自动化控制方式向信息化管理方式转变，但离最终的智能化管理方式还有很大的距离。2泵站信息化现状泵站信息化是水利信息化的重要组成部分，而水利信息又是我国行业信息化建设的典型代表。现阶段泵站信息化建设主要包括泵站计算机监控系统、视频监控系统和信息管理系统三大部分。每个部分的建设内容根据各个泵站的需求有所不同，单个泵站与梯级泵站和泵群的建设内容也有所不同。2.1行业信息化的进程我国的行业信息化始于1993年，其建设和发展以“金”字号工程为代表。时任总书记的江泽民同志当年提出在金融系统实施电子货币工程，即“金卡工程”开启了行业信息化的序幕，随即又启动了金桥（公共网络）、金关（海关）、金税（税务）等，合称为“四金工程”。2002年国务院第17号文件更是把信息化建设提到了前所未有的高度，明确提出“要加快十二个重要业务系统建设”，即：继续完善已取得初步成效的上述四金工程，启动和加快建设金宏（宏观经济信息）、金财（财政）、金盾（公安）、金审（审计）、金保（社会保障）、金农（农业）、金质（质检）和金水（水利）等八个重要业务系统，统称为“十二金”工程。另外以各部委为主导的行业信息化建设如金卫（卫生）、金交（交通）、金人（人事）、红盾（工商）等也都积极加快步伐，力争加入国家级“金字”工程的行列。国家对行业信息化的重视，尤其是“金水工程”列入12金工程之一，为水利行业信息化带来难得的发展契机。而泵站为主的机电排灌事业作为农田水利行业的重要组成部分，也积极的在信息化建设方面进行探索，大型泵站信息和灌区信息化则是农田水利信息化迈出的重要一步。2.2泵站信息化的定义“什么是泵站信息化”？也许我们很难给泵站信息化下一个非常准确的定义，因为“信息化”本身就是基于中国语言思维的高度概括性的词汇，既有丰富内涵，也有广泛的外延。我们参照《全国水利信息化规划纲要》对水利信息化的定义来概括泵站信息化的定义：泵站信息化就是充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用泵站信息资源，大大提高信息采集和加工的准确性以及传输的时效性，做出及时、准确的反馈和预测，为泵站管理部门提供科学的决策依据，全面提升泵站经营管理的效率和效能。泵站信息化不是信息设备和软件的简单堆砌，而是以自动化技术为基础、以信息技术为手段、以管理科学为方法、以工程效益和社会效益为目标、几乎涵盖了泵站业务所有方面系统工程，具体来说应该从以下4个方面分别描述。泵站信息化是一种全新的管理理念。无论是工程建设还是生产管理，决策者要充分利用各种信息资源，通过采集、整理、分析和量化各种指标作为决策依据，避免“经验论”和盲目决策。泵站信息化是一种高效的管理手段。通过将历史信息和动态实时信息作为生产调度和绩效考核的标准，结合机构改革实现各部门之间的信息共享，使管理目标更加具体明确，部门之间协调配合，最大程度完善管理体制和提高管理水平。泵站信息化有一套科学的理论基础。无论是单泵经济运行、泵站群的流量分配还是梯级泵站流量平衡以及全系统的优化调度，都需要科学的理论基础。这既是工程建设经济效益的体现，也是响应国家节能降耗的号召。泵站信息化是一个全面的管理系统。这个系统是基于计算机技术、自动控制技术、网络技术和信息管理技术的，以采集传输网络化、运行调度自动化、远程监视可视化、政务管理电子化、指挥决策智能化为目标的一站式集成化的综合信息系统。2.3泵站信息化的现状由于我国地大物博、幅员辽阔，因此造成了泵站分布广，地域差别较大，其建设内容也有很大不同，也决定其信息化工作呈现不同的特点。长江中下游及珠江三角洲以低扬程排涝泵站为主的地区主要包括长江中下游地区的湖北、湖南、江西、安徽、江苏、浙江和珠江三角洲地区的广东等7省。该区泵站的特点是以低扬程轴流泵排涝泵站为主。已建成的大面积泵站灌排地区有长江三角洲、洞庭湖地区、江汉平原、江淮平原及珠江三角洲等。由于其以低扬程排涝泵站为主，年运行时间不长，经济效益需求不明显不迫切，因此，泵站信息化建设处于传统手动方式向自动化方式转变的初级阶段。大部分泵站信息化建设以泵站计算机监控系统、泵站视频监视系统为主要建设内容，泵站综合信息系统的建设内容以仅包括泵站监控系统、水闸监控系统、视频监视系统、水情测报系统等基本业务系统，有的包括办公自动化系统和生产统计分析系统。典型代表有江都抽水站、樊口泵站、皂河站、淮安二站和临洪东站。黄河中上游以高扬程多级提灌泵站为主的地区主要包括黄河中上游地区的陕西、甘肃、宁夏、山西、内蒙古5个省（区）。该区泵站的特点是以高扬程双吸式离心泵多级提灌泵站为主；发展速度快、类型较单一，单座泵站规模大；扬程一般在100m以上，最高可达800多米。由于建站时泵型选择和地形的限制，泵站都建成若干级，每级泵站扬程在30m~80m左右。一处泵站群多为五级以上，最多的高达38级。而且，年运行时间较长，涉及水费征收问题，信息化建设需求迫切，因此，这一地区的泵站信息化建设有一定的基础。大部分泵站信息化建设在泵站计算机监控系统、泵站视频监视系统为主要建设内容的基础上，增加了作物需水预报、灌溉预报及用水调配方法等内容进行了分析，建立了灌区水源预报、作物需水量预报等数学模型，提出了灌区水资源优化配置的相应方法和体系，开发了供水计费征收管理系统、办公自动化系统和其它生产管理系统等。但缺乏对泵站经济运行和泵站群的流量分配以及梯级泵站流量平衡和优化调度的研究。典型代表有景电灌区、兴电灌区、夹马口灌区、尊村灌区。高扬程、长距离以提水供水梯级泵站为主的跨流域调水工程在华南和华东地区建成了一批跨流域调水工程，解决了经济发达地区水资源短缺以及如何合理分配问题，主要包括广东、江苏、山东、内蒙古等地区。该类泵站的特点是以高扬程混流泵多级提水供水泵站为主；今年来发展速度快、类型较单一，单座泵站规模大；扬程一般在30m以上，传输距离长。由于这类泵站长期运行，自动化水平高、经济运行的要求明确而迫切，因此，其泵站的设计水平、管理水平和信息化水平较高。在信息化建设方面不仅包括泵站监控系统、水闸监控系统、视频监视系统、水情测报系统等基本业务系统；有条件的泵站还包括工程安全监测系统、工程建设管理系统、泵站运行调度系统、供水计费征收管理系统、办公自动化系统和其它生产管理系统等；有的泵站建立了运行仿真系统、优化调度系统等高级管理系统。典型代表有东深供水改造工程、深圳东部水源工程、胶东调水工程、引黄济青工程等。3泵站信息化发展趋势分析从泵站信息化发展趋势分析，一般大型综合性泵站信息化建设都会经过三个阶段：即自动化控制、信息化管理和智能化服务三个阶段。当然有时候，个别泵站规划设计做得好，可能直接进入自动化控制和信息化管理并举，会取得很好的效果。但从信息化管理到智能化服务不可能一步到位，这需要一个发展过程。近年来，随着无线技术的发展以及物联网概念的日益普及，在行业应用方面也得到了工程应用。作为泵站信息化基础的自动化控制前端—信息采集的源端将会发生巨大变化，信息采集范围将从点到面的发生深刻变革；而作为信息管理的后台—信息管理将从信息管理逐渐向信息服务转变，并由此带来深刻运营模式的改变。3.1信息采集向网格化发展从信息采集的原理分析，当对一点的信息采集应，满足一定的采样频次才能真实地反应其本质；当对一个区域的信息采集，一定要采集多个点才能满足其具有代表性，反应其整个区域的特征。但是由于早前一个采集点的建设和运行成本较高，往往是通过几个点综合分析，计算或估算其代表范围的整体，因此，准确度不高。随着无线技术的发展和应用普及，长距离无线通信（GPRS/CDMA/3G）和近距离无线通信（ZigBee/BlueTooth/）相结合，使信息采集呈现网络化趋势，采集的范围更广；而电子产品和工艺的提升以及物联网的普及，使单个采集点的成本急剧下降，这使得信息采集的网格化成为可能。二者的结合将促使信息采集从点的采集向基于网格的面的采集发展，其采集信息的精度大大增加，采集信息的内容更加丰富、信息的管理更加精细化。3.2信息管理向智能化发展从信息采集的目的分析，信息采集的目的不是为了采集而采集，一定是为了服务于业务，而业务一定是服务于用户。泵站自动化控制使操作人员从暴风骤雨中解放出来；泵站信息化管理使管理人员从繁杂的文件书卷中解放出来；但是如果控制的操作不方便、信息管理的使用不便捷，仍然不能产生最大效益，很可能走向另一个误区。因此，在基础信息采集和历史信息管理的基础上，应不断通过数据挖掘，进行信息的综合利用，使信息发挥其应有的价值，从而实现信息化向智能化的转变。譬如对单个泵站大量的扬程、流量等历史数据进行相关性分析，寻找最优工况，实现经济运行；对梯级泵站进行流量平衡计算和优化调度计算，对泵站群进行流量分配计算，实现调度计划的编制等，所有这些都不是简单信息管理所能实现的，一定是专业化的数学模型和大量的实践活动相结合的过程。因此说，从信息管理向智能化发展一个长期的过程，但作为发展趋势是必然的。4泵站信息化建设模式初探根据《大型灌溉排水泵站信息化建设试点实施方案参考提纲》以及近期参编的《泵站计算机监控与信息系统技术导则》的要求，结合灌区信息化建设的实际，对今后覆盖范围广的泵站信息化建设模式进行初步探讨。4.1基于物联网的网格化信息采集无锡的“感知水利”水环境治理物联网系统一期工程已经建成，监测点布控在湖面以及水岸上，可以对周边水域蓝藻、湖泛等情况进行实时监测预警，实现蓝藻湖泛监控预警、太湖水文水质的智能感知、调度和管理，提升太湖蓝藻治理的信息化、科技化水平。而在泵站信息采集方面采用物联网技术也是大有可为的。以大型灌区为例，可以采用物联网技术实现网格化信息采集土壤墒情，土壤监测的布点数量可以区域土壤环境调查按调查的精度不同可从2.5km、5km、10km、20km、40km中选择网距网格布点，区域内的网格结点数即为土壤采样点数量。每个网格点设一个采集监测点，采集监测点之间通过物联网相联，实现大范围、精细化的信息采集。根据土壤墒情指导灌区的生产调度，这样既可以避免农民凭简单经验而引起的减产，也可以提升水的利用率。4.2基于云计算的智能化信息服务可以说：物联网技术已经逐渐进入了水利人的视野。但是物联网也仅仅解决了信息采集的范围和精度问题，没有根本解决长期制约水利信息化发展的建设模式问题、管理模式温和经营模式的