卧虎山至锦绣川水库调水工程调度系统关键技术研究及应用

燕永存 姜 涛 杨元军 王振兴 赵相涛

（1.济南和一汇盛科技发展有限责任公司，山东济南 250000；2.中建八局发展建设有限公司，山东青岛 266011）

0 引言

卧虎山至锦绣川水库调水工程项目为近年来新建水利工程项目，承担着周边区域的工农业生产和生活用水等多方面的重要任务。从实际范围来看，该项目主要由3 个泵站组成，从1 号泵站取水口开始，直至3 号泵站下游管线末端的调蓄池（该调蓄池设置于输水干渠与管道交叉口处），共计包含三级泵站，各级泵站之间的有15.81km 输水主管道以及0.45km 的支管道。鉴于该项目的综合性与复杂性，研究人员决定，为该项目设计调度系统，以确保该调水工程的长期、稳定、高效运行。

1 系统整体设计

结合实际情况，在本次设计的调度系统中，主要通过接收上级部门下发的调度指令，并依据实时监控系统的监控数据，分析各个泵站、分水口阀门的水量情况，以此判定调度指令的可行性，如可行则自动执行方案，否则将结果反馈给调度人员，同时手动修正方案，生成此情况下最优的调度执行方案[1]。结合上述需要，系统的整体架构设计图如图1 所示。

图1 系统整体架构设计图

系统架构采用前后端分离的方式进行设计，其中前端提供页面展示和页面的处理逻辑（包括静态资源、HTML和图片等），后端为整体架构搭建，所有业务功能和监控管理均在后端实现。在实际应用时，用户通过浏览器打开页面，并进一步通过网关得到动态请求，由网关控制访问所有的功能模块[2]。同时，为提高稳定性与可用性，本次架构融入了“冗余设计”的理念，网关和每个功能模块部署时，均使用两台服务器提供相应服务。

舒曼和那个女孩儿，是在一个周末下雨的黄昏偶然相遇的。舒曼没带伞，那个女孩邀他伞下一块儿走。舒曼本来想一直沉默，他没有想到自己竟会那么伤感地对女孩说：“我一生都没跟女孩子上过街，我很感动。”说完，还流泪了。

2 系统主要功能模块设计

2.1 智能监测模块

在卧虎山水库至锦绣川水库连通输水工程中，共有3个泵站，其中包含15 台水泵机组，整体设计相对较为复杂，部分节点的问题可能对整体系统造成明显影响。为有效规避此类问题，设计人员基于传感器设备对相关数据进行采集。其中，振动传感器速度精度控制为1.5%；转速传感器精度则设置为0.5%等级。

在数据表设计完成后，为进一步提升数据库安全性，在本次设计中，采用AES 加密算法进行数据加密设计。

根据此方案流程，在本环节的设计中，设计人员将工作重点放在特征量信息的提取方面。采用基于欠定盲源分离矩阵奇异值的特征信息提取方法（简称为IMF-BSSMSV），进行特征量信息的提取[3]。该算法的具体流程如下：（1）对信号进行采集，并使用FastICA 算法，对信号进行降噪处理，得到观测信号；（2）利用IMF-SVD 算法对独立振动源信号数量进行确定；（3）基于EEMD 算法，将观测信号分解为若干个IMF 分量；（4）将信号与IMF 分量予以重构，得到虚拟的观测信号；（5）将虚拟的观测信号进行中心化和白化处理；（6）使用FastICA 算法对信号做进一步处理，得到盲源分离矩阵，并对矩阵进行奇异值分解，获取奇异值向量；（7）将奇异值向量作为故障特征信息向量。在应用以上步骤后，将该算法与支持向量机（SVM）结合，即可实现故障信息的有效识别。

社会实践是高校人才培养过程中不可或缺的一个环节,实践基地为学生将来顺利适应社会提供了重要平台。高校应该与用人单位建立长期的联系，通过与城市街道、企事业单位、社会机构等的联系，探索有利于帮助学生提高社会竞争力的合作方式，建立一批有法律保障的、稳定地、可持续的社会实践基地。另外,还可以聘请一些优秀教师共同参与,为社会实践基地的建设提供技术服务和智力支持。

2.2 故障诊断模块

4.1 病态行为 病态行为是一组症状群，这组症状群主要是由中枢或外周给予微生物、LPS、疫苗、促炎性细胞因子所诱导[38]。这些行为主要包括食欲与体重改变，社交、主动行为、性行为下降，快感缺乏以及睡眠结构的改变。这些行为和临床干扰素诱导的抑郁症状类似[39]。

1.2.2 乳酸菌菌株16S rDNA测定 按照Ezup柱式细菌基因组DNA抽提试剂盒(上海生工)产品使用说明提取乳酸菌全基因组DNA。基因片段扩增引物为27F(5′-AGAGTTTGATCCTG-3′)，1492R(5′-TACCTTGTTACGACT-3′)；PCR扩增及反应按常规方法进行[14]，扩增产物送生工生物工程(上海)股份有限公司测序。

图2 故障诊断整体方案流程图

在此基础上，设计人员为泵站设备设定温度、振动和电流3 个方面的阈值，当相关指标超过此阈值后，系统即发出声光报警信号，并在终端出现弹窗，提醒值班工作人员进行处理，同时，如值班人员在10 分钟内未对此予以响应，则自动进行停机处理。

另一方面，利用结果分析功能，将存储的历史数据按照一定的格式要求进行分类和汇总，结合项目需求，制定出符合需求的报表。以趋势曲线等形式显示水位、流量等数据的查询结果，并支持多个数据量以不同颜色曲线显示在同一界面上。对此，设计人员仍采用类似于上述数据分布功能的实现方式，输入数据中的关键字，由系统调用JFree Char，在用户操作界面上显示查询结果。

2.3 数据库设计

结合实际需要，本次数据库设计采用MySQL2019 进行设计。在设计过程中，共设计以下几方面的数据表：机组运行日报表，机组温度日报表，变电所运行日报表，泵站运行日、月、年报表，泵站设备动作统计月、年报表，阀门开关动作统计月、年报表。其中，机组运行日报表主要包含电机状态、止回阀、电流、电压压力、电机定子温度、电机轴承、水位等数据；机组温度报表主要包含电机状态、电机温度、电机定子温度3 个方面的数据；变电所运行报表主要包含电机状态、电机温度、电机定子温度和累计发电量4 个方面的数据；泵站运行报表主要包含泵状态、电机状态、电机温度、电机定子温度。在确定数据表的以上项目后，按照项目的具体特点，设置数据格式及长度，以完成各个数据表的设计[4-5]。

1.4 影像学检查及治疗 PET-CT：右侧腋下术后改变；两肺慢性炎症，双侧胸腔少量积液伴两下肺膨胀不全；甲状腺密度欠均匀，提示右侧腮腺混合瘤可能；血吸虫肝硬化，肝脏多发囊肿，胆囊结石，前列腺增生。治疗：患者入院后首先拟诊“免疫性血小板减少症”，以甲强龙80 mg/d静脉滴注治疗1周后效果不满意，PLT上升不明显(24×109/L)；确诊IgD型MM后，用含硼替佐米的方案进行化疗，2017年12月16日PLT上升至59×109/L，12月19日升为117×109/L。

采用SPSS 19.0统计软件进行统计分析，计数资料采用率表示，进行卡方分析，计量资料采用均数±标准差表示，进行t检验，多组间计量资料比较采用单因素方差分析，P＜0.05为差异具有统计学意义。

在确定上述传感器设备型号后，设计人员对数据采集测点进行布置。电机非驱动端布置3 个振动测点，径向(X/Y 互为90°)、轴向Z；电机驱动端布置 3 个振动测点，径向(X/Y 互为90°)、轴向Z；水泵驱动端布置3 个振动测点，径向(X/Y 互为90°)、轴向Z；水泵非驱动端布置3 个振动测点，径向(X/Y 互为90°)、轴向Z；电机输出轴侧（水泵输入 轴侧）布置 2 个转速测点，用于机泵转速测量。同时，为实现对传感器采集信号的有效处理，所有传感器信号全部接入SDC-800 智能采集器，实现信号的统一。

2.4 数据统计分析模块

在本次设计中，数据分析模块主要用于实现水库调水工程调度系统中各个数据集的数据分布、数据对比和数据报表生成等功能。具体来看，针对该模块中的数据统计功能，该模块主要应用C4.5 算法进行设计。在本环节的设计中，C4.5 算法主要包括以下两方面的内容：一是决策树算法部分，主要基于原始数据划分数据集，并选出最优特征索引；二是进行决策树的绘制，此环节主要是确定“树”的“叶子节点”和“层数”等信息，而后进行相应的绘制；此环节完成后使用样本数据进行测试，以完成C4.5 算法的最终应用。这种算法可以判别数据属性，主要基于信息增益率的实现，使得这种算法在数据处理效率和数据准确性上更具优势。

而在数据分布功能中，其主要是依据系统中预先设置的分类条件，将相关数据分解为具体化的数据信息，并将这些信息直观展示在用户界面。在实际操作时，用户输入数据中的关键字后，系统即可自动生成相应的数据分布图，而后进一步调用JFree Char，在用户操作界面上显示查询结果。

另一方面，为实现对具体故障节点的准确定位，设计人员主要通过CAN 总线，对故障类型、故障位置和故障具体数据信息进行上传，上位机接收到数据后，根据故障实际情况输出对应的控制信号。

在本次故障诊断模块设计中，考虑到实际需要，该模块的主要流程按照图2 进行设计。

2.5 系统用户权限管理

为确保系统有条不紊运行，设计人员对系统用户权限管理部分进行了重点设计，采取分层的理念，明确不同类型用户的不同权限。概括而言，调度中心具备调度权限和权限管理功能，调度中心和现地泵站拥有控制权限。根据用户的业务管理需求以及“集中控制、分散部署”的原则，拥有调度权限以及权限管理功能的调度中心级别最高。对于控制权限，依据就近原则以及安全控制要求，现地控制的优先级最高，远程次之，即现地泵站级别最高，调度中心最低。当不同级别的用户控制同一泵站机组时，级别高的用户优先获得控制权。高级别用户进行操作时，若级别低的用户进行控制操作，系统自动向监控中心发送权限请求，由监控中心确定是否移交权限。当处于远程控制状态时，系统控制权限默认设置为调度中心，现地人员进行控制时，进行权限切换并在对应监控画面显示当前控制单位，一定时间（2 分钟）无操作后，控制权限自动转移回调度中心。同时，为了保证控制的安全，分清各控制层的责任，同一时间只允许唯一的对象进行控制。所有的控制及控制权限切换均记录到日志中，以便日后的分析追踪[6-7]。

另一方面，为实现对相关用户账户行为的管理，基于监控模块，通过调用get_user_monitor_data(self)函数进行监控，以实时查看用户的操作行为，避免用户出现非法操作等问题。

2.6 监控模块

监控模块是整个系统数据信息的交汇点，对水库调水工程整体的运行质量影响最为突出。在本次设计中，研究人员主要对监控模块配置各类服务器，以完成通信、数据存储等任务，同时配备监控大屏设备，以确保数据实时显示。为提高通信效率和质量，监控模块运用“冗余设计”的理念，同时配置有线和无线网络进行数据传输。

2.7 数据信息显示模块

一方面，在数据显示功能上，设计人员应用RealTime Page_Load()函数，控制系统内数据的显示和隐藏，并使用send 函数进行数据的分流处理与显示；另一方面，考虑到该系统涉及海量数据的传输和更新，因此应用UpdateQueueValue 函数，对数据进行排列与更新。

3 系统实际测试与讨论

在本次系统各个功能模块设计全部完成后，测试人员对本次设计的系统实际运行情况进行初步测试，以检验其性能，测试环节主要分为以下几方面：一是基本功能方面的测试，由测试人员在登录界面输入正确的账号密码后登录系统平台，该平台整合了所有子系统的实时数据，且能够实时显示数据；二是针对工程运行情况实时监测功能的测试，在该测试步骤中，测试人员分别选择系统中的多项功能进行测试，测试结果显示各项功能均运行正常。据此分析可知，就既有的调度指令而言，其实际执行反馈情况均与调度执行情况高度契合，证明本次设计的系统能够高质量完成调度指令目标。

4 结语

结合卧虎山至锦绣川水库调水工程建设的实际需要，以信息技术为依托，初步建立了水利工程调度信息系统，对该系统中的软硬件模块均进行了有效配置和部署。从实际测试效果来看，该系统预期目标完成情况较好，证明本次系统设计取得了初步的成功。当然，在今后的工作中，仍需要进一步提升系统的智能化应用水平，以进一步提升其应用价值。