智慧流域综合管控平台设计

智慧流域综合管控平台设计

古晓雪

中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 430010

摘要：智慧流域综合管控平台将基于4G/5G、IPV6、物联网（IoT）等技术，建设天地河库一体、上下协同、信息共享的智能环境监测泛在物联网络，实现对水文、水质、气象、管网、设施、污染源等多种环境要素及各种污染源的全面感知；在全方位、智能化的生态环境感知体系上按大系统建立水环境水生态水资源水安全水景观管理与运营应用系统；在大应用系统上按水生态水环境、水资源水安全、海绵城市和生态基流等不同管理场景整合各系统进行门户一张图展现与应用。

关键词：智慧流域综合管控平台；物联网；一张图

1设计原则

智慧流域综合管控平台设计遵循全面性、功能性、先进性、可行性、兼容性、经济性的原则，满足河道整治各工艺处理工程段的生产管理和工艺过程对自动化的要求。采用“集散型”控制方式，集中监控管理、分散控制、数据共享。

以实现智慧管控的要求为准则，做到“生产自动化，管理信息化”。按照智慧管控的要求采集水库、河道监测信号；泵站、净化站、水利循环系统、水循环系统监测信号；变配电监测信号，分别存入所属数据库，并与流域管理控制站整合接入，管理控制站与政府、水利环保气象等部门进行数据共享，数据互通，形成“流域物联网”。构建流域的大数据平台，建立智慧管控平台，通过“智能感知、智能仿真、智能诊断、智能预警、智能调度、智能处置、智能控制、智能服务”功能体系，实现水安全智能保障，提高水资源调控能力，以支撑日常和应急状态下的防洪、水资源、水环境和水生态等管理业务工作，保证流域的长效久清。

2总体构架

整个智慧流域综合管控平台的架构包括：感知层、通信层、数据层、应用层及展示层。

感知层：主要由现场各种监测设备、仪表探头组成，实现流域重点区域水位、水质、流量、气象、土壤墒情、视频安防等信息的采集。为业务的应用、信息化水平的提高打下扎实的基础。

通信层：主要通过自建、租用光纤或租用商用无线网络方式，连接感知层各个数据采集前段设备，将采集到的数据传输至数据中心。

数据层：汇聚基础性、全局性、专业性的水务数据资源，建成集接收处理、存储管理、共享交换、应用服务于一体的大数据平台，形成以基础水务大数据平台为核心的集中服务窗口，为业务系统信息应用提供统一的数据资源和应用服务平台。

应用层：对不同用户进行访问控制、权限管理、在不同平台实现不同的业务功能模块，分角色提供专业及便捷的业务服务。主要业务功能包括：流域总览、规划管控、建设管理、运维管理、应急管理、考核反馈、公众服务以及系统管理。

展示层：应用各种先进技术进行业务成果的发布展示。具体展示方式包括客户端、浏览器、大屏应用、手机应用等。

2.1感知层设计

感知体系由：水质监测设备、水文监测设备、流量监测设备、气象及雨量监测设备、视频监控设备、智能交互河长牌及智能移动监测采样设备构成。

水文监测站主要采集水库的水位、流量、气象信息，流量监测站主要采集河道、明渠暗涵交接处流量，水质监测站主要采集水库、河道的水质情况，视频站主要采集水库及流域河道重要部位的视频图像数据，智能移动监测采样设备主要采集水质数据。

2.2通信层设计

整个网络通道的需求为4大类，分别为互联网、前端物联感知网络、电子政务外网、水利设施的工控网络。

互联网：利用服务器承载门户网站、移动交互应用，为企业、河道巡查工作人员、设备设施运维人员提供基于互联网的应用服务。

电子政务外网：为市政园林水利管护中心、城管局、管委会以及其他职能部门用户提供业务系统访问通道。

前端物联感知网络：为前端监测感知设备提供数据传输的通道，并且提供各个流域运营运维工作站与智慧流域综合管控平台数据中心的数据共享交换的数据传输通道，采用租用运营商的网络资源进行建设。

水利设施的工控网络：为前端水利治理设施（如泵站、闸阀、调蓄池）的自动化控制系统提供数据传输通道，实现流域控制站对前端治理设施的远程集中自动控制。

2.3数据层设计

利用数据库管理软件的载体，按照业务领域以及管理要求，建设水生态环境数据库、水资源安全数据库、运营运维库、应急管理库、系统管理库、数据分析库，从而构建流域环境数据中心。

同时结合标准规范管理体系完成信息资源规划，对流域数据进行资源目录梳理、资源元数据整理、资源数据编码、数据采集存储管理、数据监控管理、数据共享管理。对需要集成到环境数据中心的数据提出标准的数据要求，为各类数据在系统中集成管理和共享交换提供基础支撑。

2.4应用层设计

主要包括目标管理应用、水环境水生态管理应用、水资源水安全管理应用、管网监测应用、应急管理应用、运维管理应用、综合场景管理应用等功能模块。

图2.4－1流域管控系统功能架构图

目标管理应用主要实现对流域水质目标和相关设备设施运行管理维护目标的考核管理。

水环境水生态管理应用：实时显示水生态数据，并利用颜色对水生态数据进行区别表示，实时掌握目标区域内的水环境状况，实现水环境、水生态状况的评估，包括水质、水文、生态等信息的在线监测、处理分析及综合管理等功能。

水资源水安全管理应用：针对流域内河道普遍狭窄，明渠段河道内水位过低，枯水期水库出水河道出现断流、河库水缺乏连通，水资源循环不畅等现象，通过水动力、水资源调度算法模型分析决策，形成受污染影响河库改善水环境的调度策略、受水量影响保障水生态安全调度策略。

管网监测应用：依托应用支撑地理信息平台，可以在地图上直观的看到排水设施的分布情况及设备信息，点击图上的设施可查看设施的相关信息，实现管径、埋深和标高等管道属性的“可视化”查阅。

应急管理系统主要包含水环境管理和防汛管理。水环境管理系统以水质-水量调度为核心，实时监控水质水量变化，发现异常及时预警，开展溯源分析并提出解决方案，统筹各单元运行，提高系统运行有效性和针对性，保障水环境质量安全。应急管理应用主要功能包括：1）具有水系水质监控管理功能，针对河道水质进行实时监控，并以GIS地图的方式实时展现水质在线监测数据；2）具有水系水质预警预报功能，基于水质-水量耦合模型，针对水质变化进行预测评估，动态设定水质风险阈值，甄别检测水质异常并发布报警信息；3）具有水质污染应急管理功能，提供水质应急预案管理、水质污染溯源分析以及应急调度方案制定、派发、反馈、记录等流程化管理功能。

运维管理应用：包含设备设施基础资料库管理、设备设施运维管理、运行维护考核管理、河长制管理、系统管理等。

综合场景管理应用门户：通过“一张图”的形式整合共享各个业务处理的数据，形成水环境、水生态、水资源等各种业务场景的综合管理应用门户。

2.5展示层设计

展示层由大屏端、PC端和移动端三部分组成。大屏端由“一张图”整合时空大数据。现场检查系统可与PC端系统数据互通，包括问题清单、照片、路线图、巡河方案、及其他文档等附件可以互通共享，可通过PC端将共享的数据发送给指定人员手机端。可根据实际情况，提前确定巡查路线，巡查地点，巡查人员，巡查重点问题等，在APP端录入，并在地图上展现，根据模板生成方案文本，并可导出。现场还可在APP端对方案进行调整。

3结语

智慧流域综合管控平台利用先进的物联网技术、通信技术、传感技术、专业模型、大数据、云计算、移动互联等现代化的信息技术，对流域内水环境、水资源、水生态、水安全等多源信息进行采集和存储，其功能范围涵盖数据采集、信息查询、预警预报、调度管理、辅助决策、应急处理等多个方面，使整个流域维持良好的生态环境，提高管理单位自身的信息化水平，实现大数据分析与智慧决策，方便社会公众接收信息和参与管理工作。

参考文献

[1]朱记伟，解建仓，马斌.流域治理项目建设管理体制研究.《科技进步与对策》2010年 第9期.

[2]苏东旭，徐刚，林健，张宇峰，行航.城市智慧流域管控系统研究——以梧桐山河流域为例.《三峡大学学报:自然科学版》2021年 第6期.

[3] 王锐，冯麒宇，卢毓伟. 流域综合治理一体化管控平台系统解决方案.《水力发电》2021年 第3期