水资源远程监控管理系统需求分析_远程控制系统需求分析

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太原市杏花岭区水资源远程监控管理系统

水资源远程监控管理系统

二零一六年十二月

I 太原理工大学 天地方圆公司 太原市杏花岭区水资源远程监控管理系统

目 录

1.概述.............................................................................................................................................1 2.系统建设必要性.........................................................................................................................1 2.1 现状与问题.......................................................................................................................1 2.2 系统建设意义...................................................................................................................3 3.系统设计.....................................................................................................................................4 3.1水资源实时监控系统结构.................................................................................................4 3.2 实时监控系统主要技术要求............................................................................................6 3.3硬件设计和软件配置........................................................................................................7 4.建设效果展望.............................................................................................................................8 5.项目建设概算.............................................................................................................................8

太原理工大学 天地方圆公司

II 太原市杏花岭区水资源远程监控管理系统

1.概述

属于典型的资源型缺水区，水资源短缺、水污染形势严峻、水生态环境安全面临严重威胁3个方面的主要问题已成为制约该区社会经济发展的重要因素。建立覆盖整个的水资源远程监控管理系统，对水资源的开发、利用、节约、保护、管理、配置实施实时动态监控管理，是解决该地区水资源问题的主要手段。

近年来，将水资源远程监控系统建设提上了工作计划，科学合理地管理与利用有限的水资源是有效解决水资源问题的重要途径。加强水资源的科学管理，通过水资源的合理开发、高效利用、综合治理、优化配置、全面节约、有效保护，不断提高水资源利用效率和效益等措施，建设节水型社会，实现水资源的可持续利用，为经济社会的可持续发展提供支撑，是一项具有重大意义的工程。的水资源计量设施的安装工作一直处于落后的状态，基础数据的缺乏使得水资源管理工作一直处于粗放被动的情形，不能满足现阶段水资源管理的要求，安装水资源计量设施迫在眉睫。

为了加强水资源统一管理，实现辖区内地下水水井用水取水统一调度，保证供水安全，科学调配水量，从2006年开始研制开发水资源远程监控管理系统，该系统通过在各地下水取水井监测点安装水位、流量、电压、电流等传感器及安全视频监控设施，基于地理信息系统，结合物联网应用技术，实现对地下水取水井监测点水位、流量及安全视频监控。

2.系统建设必要性

2.1 现状与问题

水资源的调度监控在水资源管理过程中有着举足轻重的作用,随着社会的发展对水资源调度监控提出了新的要求。水资源调度监控的项目和内容不断增加,对调度监控手段和方法以及水资源监测技术的研发和应用也提出了越来越高的要求。对水资源实时、动态、优化的配置是水资源管理的重点,进行这一切工作的基础是实时获取动态的水资源及相关信息。随着网络通信、移动通信技术的发太原理工大学 天地方圆公司太原市杏花岭区水资源远程监控管理系统

展,特别是信息技术、数字化技术的发展,实时对水资源进行监控管理己经成为可能。

当前在国际上,水资源实时监控管理系统,代表了水资源管理的现代方向。实时监控和传输的基础就是信息技术,利用通信、网络、数字化技术、遥感、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、计算机辅助决策支持系统、人工智能、远程控制等先进技术。对流域或地区的水资源及相关的大量信息进行实时釆集、传输及管理；以现代水资源管理理论为基础，以计算机技术为依托对流域或地区的水资源进行实时、优化配置和调度；以远程控制及自动化技术为依托对流域或地区的工程设施进行控制操作。

在我国随着数据釆集技术、传感技术、无线通信技术和计算机技术的迅速发展,也促进了国内水资源调度监控技术自动化的发展,监控技术要适应新情况新变化,实现从传统水文向现代水文转变,从而为我国社会主义现代化建设服务。在水资源调度监控过程中,常常需要对众多的水资源数据进行实时监测,大部分监测数据需要实时发送到管理中心进行处理。传统的水资源信息(如水位、流量、降雨量、泥沙含量等)的传输,多釆用有线或无线电台等方式进行。

目前，水资源监控管理系统仍存在很多问题，主要表现为：

一、供水系统监管水平低下

目前，大多数农村供水系统是否能够正常运转，主要依赖于村管水员专业知识水平与素质的高低。水泵的不及时启停使得居民的用水得不到满足、设备故障后无法第一时间掌握与维修等问题是现阶段面临的供水、用水难题。

二、水资源污染严重

城市中大部分饮用水安全受到威胁。据统计，在46个重点城市中，仅有28.3%的城市饮用水源地水质良好，26.1%的城市水质较好，45.6%的城市水质较差。饮用水源地水质差不但增加了自来水处理成本，而且有一些难以处理的有毒有害污染物将直接危及人体健康。农村饮用水安全更令人担忧，其卫生合格率仅为62.1%。水污染问题不仅是杏花岭区的一大难题，其已经成为国家水资源领域内迫切需要解决的重要问题。

三、洪涝灾害严重

水资源分布不均，水旱灾害频繁，这是水资源开发利用的最大弱点，也是经太原理工大学 天地方圆公司 太原市杏花岭区水资源远程监控管理系统

济发展的一个制约因素。水资源分布不匀，造成不少地方严重缺水，影响这些地方的工农业生产和人民生话。而水资源时空分布的过分集中，造成汛期大量弃水，非汛期缺水，有限的水量不能充分利用。集中程度越高，弃水越多，可用水量占水资源总量的比例越小，并使水旱灾害频繁发生。

四、信息孤岛严重，缺乏统一管理手段

相关水利部门在供水工程建设后，无法掌控工程后续使用、问题反馈情况。无法为新工程的规划、设计提供经验参考。此外，各供水系统独立建设、管理“自成体系”、信息孤岛严重。无法从全局宏观角度进行供水、用水统一监管。

五、缺失有效的设备巡检机制

农村供水站对工作思想不重视，只注重供水工程的建设，不讲究社会效益。同时由于自身条件的限制，缺少相应的巡检人员，不能满足对广大农村供水站进行日常设备巡检工作的基本要求。

2.2 系统建设意义

水资源远程监控管理系统适用于水务部门对地下水、地表水的水量、水位和水质进行监测，有助于水务局掌握本区域水资源现状、水资源使用情况、加强水资源费回收力度、实现对水资源正确评价、合理调度及有效控制的目的。

通过对区域经济、社会、资源、环境现状调查，特别是对水利发展状况、水资源开发利用状况、水环境状况的分析研究，诊断目前存在的主要问题及其对经济社会发展和生态环境保护的影响。以乡镇为基础进一步细分水资源分区，建立相应的基本资料数据库。建设完善水资源实时监控系统，并运用遥感（RS）、网络 GIS、全球定位系统（GPS）、虚拟仿真及信息集成技术，以 SPOT5 遥感数据、1：50000 DEM 及 GIS 基础空间数据为基础，建设数字流域平台。

以水资源 B 级区套乡镇级行政区为单元，按照严重不安全、不安全和基本安全 3 种安全类型，进行水资源安全评价，并做出相应的水资源安全风险评估与预警，编制应急预案。在此基础上，依据区域未来经济社会发展目标，结合节水型社会建设要求，设计水权制度与入河排污许可制度，拟定水量水质双总量控制方案，建立水资源优化调度系统，拟订生态与环境保护战略，提出未来水利建设总体布局方案和水资源动态管理模式。

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系统功能包括 4 个主要层次，即水资源数据库及管理平台、应用支撑平台、应用系统、计算机网络。

水资源数据库及管理平台：包括在线监测数据库、业务数据库、基础信息数据库、空间数据库、多媒体数据库、数据库布置及现有数据集成整合；

应用支撑平台：包括系统资源服务层（统一数据访问接口、数据转换）、公共数据服务层、应用服务层（GIS 服务、报表工具、图表工具、流量控制）、平台接口；

应用系统：包括水资源实时信息服务系统、水资源动态管理系统，预留水资源业务管理系统（取水许可管理、地下水管理、节水管理、水资源费征收管理、入河排污口管理、水源地管理、水功能区管理、水务管理）、水资源动态评价系统、水资源系统运行调度系统、水资源安全风险评估与预警系统、水资源综合统计系统、水资源辅助决策支持系统（包括预警与应急服务、水资源评价、水资源配置）、水资源信息发布平台等功能模块的接口。

计算机网络：通过 GPRS 专线，实现水利专网与移动通信 APN 网络的连接；通过路由器，实时透明转发各相关业务部门所辖测站实时采集信息；提供完善的内外网隔离方案，确保内部数据安全；为市级用户通过互联网实现虚拟专线连接，可以通过 VPN 接入访问内部业务系统；实现对调度中心数据库系统、应用支撑平台、业务系统及版本控制系统等软件的硬件及网络支撑。

3.系统设计

3.1水资源实时监控系统结构

本系统覆盖整个杏花岭区，采用GPRS无线网络进行数据传输，由3级构成，包括,区（县）级监控分中心和大量的监测点，实时监控系统结构如图1。

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图1 水资源监控管理信息系统拓扑图

区（县）级监控分中心负责该辖区各监测站点的实时监控与信息管理，设置在县水资办。包括建立通讯联系、站点呼叫、站点身份验证、指令发布、数据接收、数据校验、数据存储，以及在线监测、掉线挂接等运行管理。

监测站点为系统的最原始点分为4类：

（1）地下水位观测站点。采用投入式液位传感器进行计量，及时掌握地下水的变化动态。

（2）用水量监测站点。通过安装在用水输水管线关键点上的仪表对用水量进行不间断计量监测，准确、及时计量用水户的用水量。

（3）降雨量观测站点。采用翻斗式自记雨量计计量，可从市防办共享。（4）污水排放量监测点。采用多普勒超声波流量仪测量，为正确评价水资源利用率提供依据。（二期实现）

其中，测控终端原理示意图如图2所示。

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3.2 实时监控系统主要技术要求

（1）对用水量、水位、降雨量、污水排放量（二期实现）等指标的实时自动检测；自动定时记录（固态存储）；通讯自动保持在线，断线自动挂接；自动对呼叫应答，自动接收中心控制指令；自动完成数据检索与数据传送；自动时钟走时；自动上电复位；出错自动报警和预警功能。

图2 测控终端原理示意图

（2）设备环境温度适应性。监测站设备工作环境温度为-20℃～-40℃,相对湿度RH≤90％，采取防盗防破坏措施。

（3）采样间隔。水位、流量的采样间隔不大于1h（可根据用户需要设定）； 雨量，在雨季的采样间隔不大于5min。各种传感器的精度：水量测量精度：±1%～2%m³；地下水位测量精度±0.05%； 雨量监测精度：0.1mm； 排污量测量精度±4%。

（4）远程通讯仪采用GPRS无线通讯方式。网络系统要确保安全、高效、稳定运行，并具备备用电源供电。

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3.3硬件设计和软件配置

3.3.1 主要设备

（1）服务器： 区（县）级服务器CPU：PⅣ 3.0G以上，双CPU；内存10G以上；硬盘，500G以上；千兆网卡。

（2）电源设备： 山特UPS。

（3）磁盘阵列： 每个控制器 1GB缓存；每个控制器有2个4GB Fibre Channel端口；最大支持64个主机。

（4）机械远传水表、超声波流量计、电磁流量计：用于自备井用水量计量，满足不同用户需求，测量精度±2%-±1%。

（5）水位压力传感器：用于测量地下水位，选用进口的（德鲁克水位压力传感器）测量精度≤±0.05%。

（6）多普勒超声波流量计：用于测量污水排放量，选AVFM型，精度等级2.5 级。（7）数据远程监测仪：用于水资源的监测并通过GPRS数传模块进行数据传输。3.3.2 软件环境

（1）采用地理信息系统（GIS,包括WEBGIS)为表现平台,以电子地图为基本图形,根据需要,实现以电子地图为基础的查询、检索、分析功能。如图4所示。

图4 电子地图

（2）网络操作系统选用Windows Server2005中文版。客户端 操 作 系 统 选 用 Windows XP Profeional、Windows7等版本。

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（3）数据库建议采用SQL Server2005。

（4）网络安全主要包括安全防护工具（防火墙、防病毒、加密系统等）和检测手段（身份认证、入侵检测、漏洞扫描等系统）。

（5）选用 Microsoft 公司的system Management Server和Cisco Works2000进行网络管理。配备数据备份软件使数据备份到存储设备。

4.建设效果展望

水资源监控管理系统建成后，水利部门的工作人员通过互联网或移动APP登录指定网站，即可远程监控泵房的整体运行状况，如监测液位、压力、电压、电流、水量等数据以及现场红外照相机定时抓拍并回传的实时照片，远程控制水泵启停、闸阀开闭以及随时获取监控点现场实时照片等。

系统自动对采集到的数据存储、加工、分析、形成曲线、报表等，这样，水利工作人员就可以纵观全局、统筹规划、合理安排、科学决策。

如果监测到数据异常，监控中心会发出声光报警、同时向管理人员的手机发送报警短信，从而保证问题能够“强预防、早发现、明原因、快解决”，将损失降低到最小，有效保护国家财产的安全。

水资源监控终端配有红外传感器和红外照相机，当有人非法闯入监控现场时会触发红外照相机，及时抓拍入侵照片并回传到监控中心，让恶意破坏的人无所遁形，承担相应的法律责任。

5.项目建设概算

在传统的信息化方案里，监控中心的建设任务主要是私有数据平台的搭建，并加以定期维护，从而才能够保证系统稳定有序地运行，成本较高，一次性投资较大，专业性强、维护费用高

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