邢台市水资源远程实时监控系统建设与实践

陈 娟

(邢台襄禹水利勘测设计有限公司，河北 邢台054000)

水资源管理是水利工作永恒的主题。随着最严格的水资源管理制度战略的实施，水资源管理的范畴越来越广，管理内容逐渐增加、管理范围和深度逐步拓展和深化，工作量成倍增加，复杂程度大幅度提高，传统的管理方式无论从精度还是效率上都无法满足现代水资源管理的要求。迫切需要提高水资源管理能力和技术含量。另一方面，由于水资源管理力量不足及人工监督的局限性，加上取水户计量装置不完善、计量设施损坏等问题，导致对用水户取水动态缺乏有效的监督、管理和监测，致使一系列的管理措施、管理手段难以落到实处。而且要真正实现水资源统一管理、防洪与兴利统一调度、地表水与地下水联合运用以及城市水安全防控等，需要利用现代高新技术，对水资源进行科学化、规范化管理。水资源远程实时监控系统建设就是针对这种情况提出来的，系统的建设对实施水资源优化配置和合理调度、经济社会的可持续发展起着十分重要的作用

1 邢台市水资源远程实时监控系统建设

1.1 邢台市水资源远程实时监控系统结构

水资源实时监控与管理系统主要由水资源信息采集与远程管理系统、水资源信息数据库管理系统、水资源业务应用系统、系统基础平台四部分组成。

水资源信息采集与远程管理系统主要完成水资源实时数据、水资源属性数据、水资源影像数据、基础数据等有关数据采集，以及原有数据的录入等。

水资源信息数据库管理系统为系统的核心，采用通用、标准的关系型数据库，包括实时监控数据库、基础资料数据库、图形数据库、模型库、知识库、动态管理数据库、多媒体数据库的建设与管理等。

水资源管理业务应用系统完成系统的应用管理，主要针对水资源业务政务流程制定，包括取水许可管理、水资源费征收管理、水资源论证管理、节水管理、水政系统管理、入河排污口管理、地下水管理、水资源公报、年报管理等等。

系统基础平台为系统提供基本功能和运行环境。由水资源信息的空间与属性数据采集、查询、分析、统计、汇总、制图、发布、输出、报告、预测预警、专题制作、辅助决策支持、权限配置、数据维护等等部分组成。系统功能框架结构示意图见图1。

图1 邢台市水资源实时监控与管理系统总体框架示意图

1.2 邢台市水资源监控管理中心系统组成

监控管理中心是整个实时监控系统的管理枢纽，是全市21县(区)446个用水计量站点和120个地下水位监测站点运行与数据管理的核心。监控管理中心系统组成示意图见图 2、图 3。

市级监控管理中心负责市(区)各用水监测站点(58个)、地下水位监测站点(21)和所辖县(区)年用水量10万m3各站点(59个)的远程实时监控(通过GPRS/CDMA)与数据管理;负责所辖市(区)年用水量在1～5万m3的用水站点(43个)IC卡计量监控的计量监控和数据管理;负责辖区内各县(区)站点实时数据的远程调用(通过VPN)与管理，完成数据的汇总统计、查询浏览、分析、预测，运用模型库各种模型、知识库知识，提出供需预测、变化预测、安全预警、解决方案等辅助决策支持。主要由应用系统与数据库系统服务器、远程监控管理与Web信息发布查询和外网业务受理服务器、市机关业务客户机、交换机、路由器、大屏幕演示器、投影仪、局域网、无线通讯终端(DTU)、不间断电源等硬件设备组成。配置实时监控系统、数据管理系统、政务应用系统、大屏幕演示系统、辅助决策支持系统等专业专用软件，实现系统功能。

图2 市级监控管理中心结构示意图

图3 县级监控管理中心结构示意图

县(区)级监控管理中心负责所辖县(区)年用水量5万m3以上(共175个)所有站点和地下水位监测站点(共99个)的远程实时监控(通过GPRS/CDMA)与数据管理;负责所辖县(区)年用水量在1～5万m3IC卡取水监控个站点(共170个)数据管理(包括用户管理、预售水量、预收水费、监控管理等)，完成全县(区)用水数据的汇总统计、查询浏览、分析、预测，运用模型库各种模型、知识库知识，提出供需预测、变化预测、安全预警、解决方案等辅助决策支持。主要由综合服务器(应用系统、远程监控、数据库、Web信息发布与外网业务受理等)、县局业务客户机、路由器、局域网、ADSL专线、无线通讯终端(DTU)、不间断电源等硬件设备组成。配置实时监控系统、数据管理系统、辅助决策支持系统等专业专用软件，实现系统功能。

1.3 水资源远程实时监控系统硬件组成

1.3.1 自报及遥测设备

由于监测系统站点数量多，分布广、散，数据实时性、安全性和可靠性要求高，且测点到中心接受端距离长，不具备有线传输形式。系统通讯体制采用GPRS通讯;结合现场实际情况，系统以自报与遥测相结合，对于某些重要测站的某些参量可设定为自报－确认工作体制。其设备包括插入式超声波流量计、机械远传冷水表、电磁流量计等。

自报及遥测设备可及时、准确掌握水资源动态、供需分析、辅助决策、政策制定、优化配置的依据，主要有:用水量、地下水位、水质、降水、排污量等数据，以及水文气象实时监测数据。在远程实时监控管理业务系统的控制下，通过GPRS/CDMA(市区站点和年取水量10万m3以上站点、地下水位站点)与VPN(各县站点及基础数据等有关数据)相结合的数据交换方式，完成各站点的数据采集，建立实时数据查询、存储、统计、分析、报表、图形制作、数据维护等，根据模型库、知识库等模型，提供辅助决策支持，大屏幕演示系统实施将各种信息显示。

1.3.2 信息传输网络(信道)

信道是指传输信号的媒质，是构成通信网的基本部分。科学地选择信道，使信号有效、可靠地传输，是通信设计的一个基本问题。远程数据通讯信道选择直接影响系统的数据通讯速度和传输可靠性。当前数据通讯方式多种多样，各有优、缺点。根据目前辖区内可利用的通信资源和现有的实际情况，考虑充分利用现有资源和当今通信及网络技术的发展趋势，同时考虑到系统建成后便于运行管理，保证本系统信息流畅、有效和实用，节省投资，确保系统的可靠性，建设中，系统数据有两种通讯信道，实时监控数据通过GPRS/CDMA进行远程传输;另一种非实时数据通过互联网(Internet)的VPN传输。

1)GPRS/CDMA远程传输的特点

由于通讯网络主要用于监测站点与计量监控中心建的实时数据远程通讯。其选择直接影响系统的数据通讯速度和传输可靠性。当前数据通讯方式多种多样，各有优、缺点。目前远程遥测可选择的通信方式主要有4种:电话线、卫星通信、GSM/GPRS(CDMA)、短波。

公用数据通讯网的GSM/GPRS(或CDMA)为中国移动(联通)通信公司的“通用分组数据业务”，充分利用共享无线信息通道，采用IP Over PPP实现数据终端的高速、远程接入，具有接入迅速、永远在线、流量计费、稳定可靠、覆盖面积广、使用简单等特点，在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势，特别适合于频发小数据量的实时传输，尤其是远程遥测、遥感、遥控和移动性数据查询、发布等方面，如远程数据监测系统、远程控制系统、自动售货系统、无线定位系统、门禁保安系统、物质管理系统等。因而GPRS/CDMA业务在许多行业得到快速、广泛应用。中国移动的GPRS、GSM网络和中国联通的CDMA网络成熟完善，具有覆盖面广、技术先进、服务良好、基站抗灾能力高、通讯稳定可靠、通讯费用低等优点，是实时纯数据实时传输的理想手段。

2)VPN的优势和特点

该通讯网络完成市、县(区)两级间的水资源信息数据传输和水资源政务数据传输。根据市、县(区)两级间数据通讯特点和公用数据通讯网络情况，从数据传输速度、可靠性、安全性、先进性、运行成本、组网造价等多方面考虑，利用当今较为发达、先进的Internet网络，构建虚拟专用网络(VPN)。是在公共的网络环境中建立专用通道进行数据传输，通过对数据的封装及加密，拥有相对较高的安全性。在公共网络环境中虚拟通道，因此降低了成本。具备更高的安全性，所以适合用于在与各分支及部门之间传输敏感数据。

1.4 软件系统

1.4.1 软件构成

市级中心软件系统包括WINDOWS server2003视窗操作系统、系统监测软件、通讯软件。市级中心和县级分中心计算机软件系统建设原则是:安全、可靠、实用、先进、开放性、可扩充性和高度的统一，其结构采用B/S(Browser/Server)结构。工作方式浏览器/服务器的工作方式，文件传输、打印可共享，在拥有授权后在网络上任意一台计算机上可查询数据和对测站进行控制和设置。

1.4.2 系统的主要特点

该系统主要有如下特点:①对水资源进行实时监测。监测的内容包括用水量、地下水位等;②系统以地理信息系统(GIS)为框架，除了采集水资源信息外，还广泛采集流域或地区内的地理、气象、墒情等自然信息，工程属性等基础设施信息，经济与社会发展的基本信息以及需水部门的供、需水有关信息等等;③进行决策支持。它是在监测的基础上，以大量的综合信息为基础，采用现代水资源管理数学模型，为水资源的实时配置、调度提供辅助决策支持。这种模型势必突破“就水论水”局限，体现经济与社会发展——资源——环境—－安全的协调统一，体现水资源的可持续利用原则，体现“依法治水”的原则;④系统是高新技术的集成。系统的设置充分吸收国际上最新技术，坚持高起点。它包括数据采集、通信、网络、数字化技术、地理信息系统(GIS)、计算机辅助决策支持系统、远程政务网络等先进技术;⑤系统的设置因地制宜。针对不同流域、不同地区不同的经济发展水平及基础设施状况，水资源管理中不同的重点问题，水资源实时监控管理系统的设置也应具有不同的特点。

2 系统效益分析

水资源远程实时监控系统的建设，大大加强邢台市水利现代化建设的步伐，节省大量的人员经费、办公经费等各种费用，增加水资源费的征收深度，取得了直接的经济效益，而间接经济效益更多，例如工作效率的提高、信息质量的优化、管理职能的强化等，有效地提高水资源管理的能力和科学化、现代化水平，对邢台市水资源的可持续利用，对改善水资源环境和经济发展有着重要意义，为地方水资源规划、管理和决策提供及时、准确的信息服务和先进有效的技术支持，实现了信息共享，消除了信息孤岛，为“依法治水、科学管水”提供了新一代的管理手段，并便于有效地利用宝贵的水资源信息，从而为保障城市供水安全做出积极的贡献，具有明显的经济、社会效益和生态效益。

水资源实时监控和管理系统的建设，不仅及时完成水资源信息的采集、处理、存储、分析和预测，而且提高了预报精度、改善了调度手段，提高了决策的及时性和准确性，科学、优化配置水资源，使有限的水资源创造更大的经济价值和社会、生态效益，做到可持续发展。减灾防灾，保证城市水安全。本系统的建成，把水利信息化应用提升到了一个高层次，真正切实地成为领导决策的辅助工具，实现水利科学化、现代化的最终目标。

建成的水资源政务网络系统，密切了水利行业与全社会的联系，可以随时提供水资源信息咨询服务，让社会了解水利行业的工作现状及发展前景，加强水利行业的宣传，同时听取全社会对水利行业的建议和意见，使我们获得最佳决策方案;实现网上信息发布和资源共享等。大大减少了日常工作经费，并能大幅度的提高我们的工作效率，优化政务办公流程，提高工作效率，政务公开、透明，真正做到公开、公平、公正。使水资源管理职能得到强化、优化信息质量，有效地提高水资源管理的能力和科学化、现代化水平，为我省水利信息化建设奠定基础。

3 结论

本监控系统的运用有效提升了邢台市水资源管理的科学化、现代化水平，对邢台市水资源的可持续利用和全市经济社会可持续发展有着重大意义;对建设节水型社会、缓解水资源供需矛盾、促进水资源有效利用、实现水资源优化配置具有重要意义;系统的运用使全市水资源管理水平和管理手段达到全国领先水平，并对全省水资源信息化建设具有示范带动作用。