一、項目概述

1.1項目背景

西河水庫信息化工作已開(kāi)展多年，但是由于西河水庫監測設備都已經(jīng)老化或者損壞，現有設備已漸漸不能滿(mǎn)足新時(shí)期西河水庫信息化和現代化發(fā)展需求。因此，灌區管理局擬在運用現代信息和通信技術(shù)手段感測、分析、整合水庫運行核心系統的各項關(guān)鍵信息，構建西河水庫綜合信息管理平臺，從而對包括工程安全、水資源綜合利用等在內的各項業(yè)務(wù)需求提供智能響應，實(shí)現西河水庫智慧式管理和運行。

1.2建設目標

本項目旨在借助信息化技術(shù)，建立全面的水庫運行管理系統，以滿(mǎn)足水庫管理單位的需求。通過(guò)轉變傳統工程管理模式，實(shí)現由建設向管理服務(wù)的轉變，集中資源優(yōu)化水利服務(wù)，提高水庫工程效益，保障工程安全及下游人民生命財產(chǎn)安全。系統將整合計算機網(wǎng)絡(luò )、視頻監控、地理信息等技術(shù)，建立自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化的信息化平臺，實(shí)時(shí)監測水情、雨情、滲壓、滲流、大壩位移、閘門(mén)工情等信息，為決策提供支持。

1.3建設任務(wù)

項目主要分為六大部分：大壩安全監測、水雨情自動(dòng)測報、閘門(mén)監控、視頻監測、業(yè)務(wù)應用和基礎運行環(huán)境。具體建設內容如下：

1.3.1大壩安全監測系統

-滲壓監測：安裝弦式滲壓計，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸數據以滿(mǎn)足人工和自動(dòng)監測需求。

-變形監測：使用GNSS監測一體機實(shí)現實(shí)時(shí)位移監測，數據通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )傳輸。

-滲流量監測：在背水坡腳設置監測設施，采用滲流量監測設備，數據傳輸至管理用房。

1.3.2水雨情自動(dòng)測報系統

-建設監測點(diǎn)、氣象站等設施，實(shí)現水情數據管理。

-在流域內建設雨量監測站，形成全面實(shí)時(shí)數據體系。

1.3.3閘門(mén)監控系統

-在關(guān)鍵位置建設閘門(mén)監控系統，實(shí)現現地和遠程控制。

1.3.4視頻監測系統

-在關(guān)鍵區域建設視頻監測系統，包括主壩、溢洪道等。

1.3.5數據庫

-建設水庫綜合數據庫，管理基礎、實(shí)時(shí)和臺賬信息。

1.3.6應用支撐平臺

-在庫區管理站和灌區管理中心搭建管理軟件，實(shí)現數據查看和遠程監管。

1.3.7業(yè)務(wù)應用系統

-建設水庫綜合業(yè)務(wù)應用系統，包括綜合數據庫、應用支撐平臺、運行管理系統、移動(dòng)應用系統和后臺管理系統。

1.3.8基礎運行環(huán)境

-包括防火墻、交換機、服務(wù)器等設備，以及系統通信建設，確保平臺正常運行。

1.4建設原則

-實(shí)用為先：需根據實(shí)際需求開(kāi)展需求分析，充分利用現有資源，促進(jìn)信息共享和平穩過(guò)渡。

-分步實(shí)施：按步驟進(jìn)行內外部、上下部分的建設，統一規劃，滿(mǎn)足各方應用需求。

-技術(shù)領(lǐng)先、安全可靠：利用現代技術(shù)，確保系統安全、可靠運行。

-統一標準、開(kāi)放擴展：統一規劃和整合，促進(jìn)資源互聯(lián)互通和共享。

-平臺共用、資源共享：利用公共基礎設施，建設統一的信息資源管理基礎設施。

-建管并重、加強維護：注重項目建設和后續管理維護，保證系統安全、穩定運行。

二、系統總體設計

2.1設計依據

為確保水庫信息化方案設計質(zhì)量，本項目嚴格遵循國家建設標準和行業(yè)相關(guān)標準，以及各級部門(mén)制定的規范、規程和技術(shù)標準。設計依據主要包括以下方面：

2.1.1行業(yè)相關(guān)標準

2.1.2軟件開(kāi)發(fā)及網(wǎng)絡(luò )安全相關(guān)標準

2.2設計思路

系統設計采用分層原則，將信息化綜合管理系統劃分為多個(gè)子系統，實(shí)現信息采集、傳輸、存儲、分析和業(yè)務(wù)管理的一體化。分層結構有助于任務(wù)分解，減少建設周期。系統設計思路包括：

（1）集成架構模型

-使用集成架構模型，整合不同應用系統，解決不同部門(mén)間的信息共享和流程整合問(wèn)題，實(shí)現應用系統之間的協(xié)同工作。

（2）分層思想

-系統通過(guò)分層將子系統進(jìn)行劃分，保持功能獨立性，實(shí)現系統的模塊化和易維護性，促進(jìn)業(yè)務(wù)功能的局部變更。

（3）構架思想

-構建公共構件，將系統的功能分成基礎、通用和領(lǐng)域構件，保證不同功能的模塊可以靈活替換，提高系統的可重用性。

（4）統一的數據交換標準

-建立統一的數據交換標準，確保不同應用系統之間的數據轉換，實(shí)現系統間的信息流暢交互。

2.3總體架構

-系統總體架構如圖2-1所示，包括以下層次：

2.3.1標準規范體系與安全保障體系

-根據國家、部門(mén)標準，建立安全保障體系，保障系統的兼容性和信息安全。

2.3.2信息采集層

-通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)手段，自動(dòng)采集水庫相關(guān)信息，包括水位、降雨、視頻監控等，為業(yè)務(wù)應用提供數據支持。

2.3.3基礎運行層

-提供信息化系統運行的基礎環(huán)境支持，包括機房、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )等設施。

2.3.4數據中心層

-構建水庫綜合數據庫，存儲采集到的信息資源，為業(yè)務(wù)應用和決策提供數據服務(wù)。

2.3.5支撐層

-搭建應用支撐平臺，包括GIS平臺、水庫地圖服務(wù)和報表管理組件，為業(yè)務(wù)應用提供統一的支持。

2.3.6業(yè)務(wù)應用層

-依據水庫職能，構建多個(gè)業(yè)務(wù)應用系統，涵蓋水庫總覽、綜合信息、大壩安監、調度運行等領(lǐng)域。

2.4安全體系

-建立系統安全體系，通過(guò)預防、檢測、響應和恢復等措施，保障系統的安全性和穩定性，形成綜合的安全防護系統。

三、系統分項設計

3.1大壩安全監測系統

-水庫大壩受降雨、水壓力、溫度等影響，可能存在安全隱患。為驗證設計和施工質(zhì)量，保障大壩運行安全，需要全面的安全監測。系統包括變形監測、滲流監測和滲流量監測。

3.1.1設計依據

3.1.2設計原則

-1.有針對性和代表性：根據技術(shù)規范重點(diǎn)監測變量，合理布置監測點(diǎn)。

-2.儀器穩定可靠：選用穩定的儀器設備，在實(shí)際環(huán)境下長(cháng)期工作。

-3.先進(jìn)技術(shù)：采用先進(jìn)的監測儀器和方法，實(shí)現實(shí)時(shí)監測。

-4.人工測量接口：保證數據連續性，維護和校測。

-5.可維護性和擴展性：儀器設備具備維護和擴展性。

3.1.3監測方案

-變形監測：使用GNSS監測一體機，通過(guò)Lora/4G等通信方式實(shí)現小型水庫大壩表面變形全覆蓋自動(dòng)化監測。

-滲壓監測：在主壩內部安裝弦式滲壓計，通過(guò)無(wú)線(xiàn)4G傳輸數據，實(shí)現滲壓監測。

-滲流量監測：在主壩背水坡腳設置滲流量監測設施，采用流量計和水位計，通過(guò)無(wú)線(xiàn)4G傳輸數據。

3.1.4站點(diǎn)布置

-1.變形監測：設置基準點(diǎn)和位移監測點(diǎn)，避免建筑物遮擋。

-2.滲壓監測：在主壩內部設置滲壓監測設施，通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)傳輸數據。

-3.滲流監測：在壩腳附近安裝監測設備，采集滲流數據。

3.1.5系統結構

-變形監測系統由GNSS基準點(diǎn)和監測點(diǎn)組成，數據傳入系統平臺進(jìn)行分析。

-滲壓監測系統包括滲壓計、MCU、遙測終端等設備。

3.2水雨情自動(dòng)測報系統

-該系統通過(guò)監測設備和傳感器實(shí)現對水位、降雨量和流量的遠程監測，是信息采集、傳輸、存儲和分發(fā)的基礎。

3.2.1站點(diǎn)布設

-布設雨量站和水位站，滿(mǎn)足監測要求，考慮流域特征和通訊暢通等。

3.2.2雨量監測

-采用翻斗式雨量計監測雨量數據，通過(guò)脈沖信號記錄降雨量。

3.2.3系統結構

-自動(dòng)監測站由雨量傳感器、水位傳感器、遙測終端、太陽(yáng)能供電等構成，數據存儲于服務(wù)器中。

3.3閘閥監控系統

-該系統利用傳感、電子、計算機和通信技術(shù)，實(shí)現對閘門(mén)和閥門(mén)的自動(dòng)監視與控制，以保障工程安全和防汛排澇。

3.3.1系統布置

-在隧洞工作閥門(mén)房和溢洪道閘門(mén)房部署現地控制系統，通過(guò)光纖自組網(wǎng)連接管理中心的遠程控制系統平臺。

3.3.2系統結構

-系統包括管理中心、閘門(mén)啟閉室，通過(guò)分布式結構實(shí)現遠程監視和控制。

3.4視頻監控系統

-該系統在重要部位部署視頻監控點(diǎn)，實(shí)時(shí)監控大壩安全和人員安全，以保障工程安全和管理。

3.4.1設計原則

-系統采用多媒體、自動(dòng)控制、數據庫管理和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，具備高性?xún)r(jià)比和智能化特點(diǎn)。

3.4.2系統布置

-在主壩、閥門(mén)房等地點(diǎn)設置視頻監控點(diǎn)，實(shí)現實(shí)時(shí)監控和錄像查詢(xún)。

3.4.3系統結構

-系統結構包括管理中心、現場(chǎng)監控點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)或光纖將視頻傳輸至管理中心進(jìn)行集中存儲和管理。

四、管理平臺軟件截圖