河道水情自动测报及信息管理研究与应用

储广耕，薛秋芳

（聊城市河道工程管理处，山东聊城 252000）

河道水情自动测报及信息管理研究与应用

储广耕，薛秋芳

（聊城市河道工程管理处，山东聊城 252000）

文章以聊城市徒骇河、马颊河11座拦河闸(坝)进行信息化改造为例，阐述了实施水情自动测报及信息管理的必要性，可提高数据采集、处理和传输的时效性、可靠度，为河道防汛抗旱提供科学依据，提升水资源的利用率和河道的经济、社会效益。

徒骇河；马颊河；水情自动测报；信息管理

本文所探讨的水情自动测报及信息管理系统工程，采用当前先进的监测传感器及仪表，以及先进的控制设备、通信技术和管理软件，可大大提高数据采集、处理和传输的时效性、可靠度，为河道防汛抗旱做出及时、准确的反馈和预测，为领导决策提供科学的依据，提升河道管理水平。同时，可有效提高水资源的利用率，提高河道的经济效益及社会效益。

1 主要内容

1.1 主要方法和技术路线

通过内容分析，同时考虑系统的技术先进性和可扩展性，采用层次化进行方案设计，即将整个系统分为设备层、数据传输层、信息层。各层之间既紧密联系又相互独立，最终实现整个系统的高内聚、低耦合特性，从而保证整个系统的灵活性和可扩展性。

在启闭机房内设置安装水闸自动监控系统，对闸门进行自动化控制和管理。在闸坝上下游设置水位自动测报设施，将水闸自动监控系统中的水闸开启数据及水位自动测报设施采集的水位信息输入PLC集中处理系统，生成水闸流量，并自动生成各种报表，通过以太网传输给指挥中心，实现了水文信息和水闸监测的实时性。

水情自动测报及信息管理系统工程是一个集管理信息系统（MIS）、科技计算、办公自动化（OA）于一体的庞大的综合系统。通过信息管理系统对水文及水闸的各种资料进行整理，再通过建立的数学模型计算系统对其进行计算、得出结论，为水利工程的决策提供详实的资料。

1.2 流量测算系统

以空间曲面基本理论及流体力学等为基础，建立闸、坝流量模型，结合闸上下游水位自动测量仪采集数据以及荷重开度仪采集的闸坝开启参数，通过编程实现模型的实际应用。该模型将支持定量参数整定、内部参数联动自动整定、人工直接整定等多种形式的参数整定方式，使系统能够在较短时间使流量输出结果与真实值之间的误差降到允许范围，达到流量测算的目的。

1.3 水情自动测报及信息管理系统

该系统主要服务于本信息化工程的数据采集、远程操控、数据分析、报警处理、报表系统、水汛协商决策、水情趋势分析、报警信息推送、视频查看等信息化管理功能。

1.4 总体实施方案

按地理位置，可以分为现地、桥头堡控制室、分控中心、指挥中心几处。

1）现地主要完成测控对象的各参数测量、对测控对象完成控制功能。参数测量是通过安装在相应位置的各类传感器来实现，控制功能则由PLC及配合相应的继电器实现。操作人员在现场控制柜上进行闸坝的测控操作，数据通过PLC内的以太网接口接入局域网，实现数据网内共享。

2）桥头堡控制室内，安装有网络设备及视频监控设备以及其他测控系统的网络转接设备，起到承上启下、视频监视的作用。

3）分控中心设置有视频监视设备及计算机闸门（水位）测控设备，可以完成视频监视的情况下，通过计算机设备监测水位、闸门状态，并可通过键盘鼠标来完成闸门的操控。分控中心安装操控计算机、UPS、网络设备等，操控计算机采用工业控制计算机，配备2台液晶显示器，可以分别显示闸门测控与视频情况。

4）指挥中心有后台网络服务器和会商测控两部分组成。后台网络服务器依托网络设备，静态绑定IP地址，根据规划的端口号实现新增的水利信息化网络服务，且每个分控中心可以对应1个或多个端口号，从而实现信息对外共享。会商测控部分的主体是一台高性能计算机，闸门测控数据及视频查看数据取自后台网络服务器，输出设备则采用显示器和电视墙双屏显示，用一套键盘鼠标来操控，电视墙内容对应于液晶显示器的内容，方便水情会商时对外查看。

系统通讯采用全数字化网络通讯。现地传感器输出4～20 mA或RS485现场总线与PLC连接，PLC则通过以太网接口，采用标准的Modbus协议对分控中心或桥头堡控制机提供服务。桥头堡或分控中心均采用网络形式直接上网提供数据共享，各分控中心均采用100M专线网络，既实现了数据传输，又能满足其他办公需要。

网络传输不受地理位置和终端数量的限制，只要有网络和授权，即可登录服务平台，进行信息、视频的查阅以及闸门等设施的测控，真正实现信息共享。网络传输配置标准化接口，采用XML等标准协议，也为以后物联网扩展、甚至是国家级的河道管理、汛情管理部门进行互联互通预留有足够的接入条件，扩展性极强。

1.5 视频远程监控系统

以公用网络为基础，建设拦河闸坝等重要设施的远程视频监视系统，及时掌握工程运行情况。在每座闸的机房内设置闸门集中控制系统，实现闸门开启高度、开启孔数动态控制与数据采集，闸门启闭机安全载荷数据实时测控。闸门测控及数据采集、传输，均由PLC处理。在每座闸坝的上下游分别设置水位自动测报系统，采集信息用有线或无线方式传输至现地测控设备。在每座闸坝的上下游设置高清视频监控系统，采集信息用有线传输至机房内视频硬盘录相机，以便实时通过监视画面监视各闸门运行状态。

2 预期效益

1）实施后，将实现闸坝水情信息自动化测报，显著提高闸坝现代化自动控制管理的进程，为防汛抗旱提供现代化的决策支撑。2）可实现信息对外共享。采用完全开放式服务标准，能够在保证安全的情况下，最大化实现信息的服务价值。3）实现的流量模型，完全可以以软代硬来实现流量测量，节省大量人力、物力，实现极高的社会效益。4）更加有效合理利用水资源，有效增加非汛期河道调蓄水次数，提供更多的工业用水与农业用水，促进工农业的发展。5）可减少洪涝灾害及次生灾害的发生，保障人民的生命财产安全，具有显著社会效益。

3 实际应用

2014年，利用上述技术和研究成果，对聊城市徒骇河、马颊河11座拦河闸(坝)进行了信息化改造，完成了徒骇河马颊河自动化控制、水情自动测报及视频监控工程，此项工程采用了当前先进的监测传感器及仪表，以及先进的控制设备、通信技术和管理软件，提高了数据采集、处理和传输的时效性。并通过与网络运营商合作，完成了信息中心与11个基层管理单位网络工程建设，建成了以聊城市河道处为中心，通往各基层管理单位的可承载数据、视频等各种通信业务的数据专线，初步形成了一套互联互通、资源共享的网络体系，大大提高了河道信息化管理水平。在两河拦河闸（坝）等重点防汛区域安装了40个高清网络摄像机，实现了对水情工情的实时监控。在聊城市河道处信息中心安装了电视墙，可实时观测和了解各闸（坝）运行情况和水情信息。在建立工程数据库的基础上做到全信息共享，为河道防汛抗旱做出及时、准确的反馈和预测，为领导决策提供科学依据，有效提高了河道的经济效益及社会效益。

（责任编辑 崔春梅）

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1009-6159（2017）-08-0040-02

2017-04-17

储广耕（1976—），男，工程师