全套课件-水利工程管理信息技术

水利工程管理信息技术2014.09内容提要任务一概述任务二水情自动测报与洪水预报调度任务三水闸（闸群）自动监控任务四水库工程安全监测自动化任务五河道堤防信息化管理项目六水利工程管理信息技术概述

信息技术是利用科学方法对经营管理信息进行收集、存储、处理并辅助决策的技术总称。从20世纪70年代开始至今，信息技术在水利工程管理中的应用迅猛发展。使用信息技术进行水利工程管理，不仅可以快速、有效、自动而有系统地存储、修改、查找及处理大量信息，而且能够对管理过程中因受各种自然及人为因素影响而发生的各种突发情况进行跟踪管理，提高了施工管理的水平及效率。项目六水利工程管理信息技术一、水利信息化的概念

水利信息化就是在水利全行业普遍应用现代通信、计算机网络等先进的信息技术，充分开发应用与水有关的信息资源，实现水利信息采集、传输、存储、处理和服务的网络化与智能化，全面提升水利事业各项活动的效率和效能的历史过程，为防洪抗早减灾，水资源开发、利用、配置、节约、保护等综合管理，以及水环境保护、治理等决策服务，提高水及水工程的科学管理水平。

水利信息化是计算机技术、微电子技术、通信技术、光电技术、遥感技术等多项信息技术在水利上普遍而系统应用的过程。信息是继材料和能源之后的第三资源，是支撑社会发展的三大支柱之一。信息化是以丰富的信息资源、先进的信息技术、发达的信息技术产业和完善的信息咨询服务业为标志的。水利作为一个信息密集化行业，水利信息化已成为世界各国特别是发达国家水利现代化的基本标志和重要内容。任务一概述二、水利信息化的意义

（一）水利信息化是实现水利工作历史性转变的需要

在当今信息社会，水利这一传统行业期待着制度创新、技术创新、管理创新，要运用现代科技手段来武装水利行业，促进工程水利向资源水利转化，向现代水利迈进。信息化是水资源优化配置、统一管理和水利现代化的基础。水利信息化是实现工程水利向资源水利这一重大治水思路转变的技术基础。任务一概述二、水利信息化的意义

（二）水利信息化是实现水利现代化的需要

实现水利现代化的5大目标是：防洪安全问题得到保障；水污染防治要达到较高水平，能够有效控制和减少水污染，创造与经济发展和人民生活水平提高相适应的水环境；水资源利用必须是合理的、科学的；水资源的配置手段必须是现代化的；要实行水资源统一管理的水务管理体制。信息是决策的基础，是正确分析和判断形势、科学制订方案的依据，当然也是实现这5大目标的基础。任务一概述二、水利信息化的意义（三）信息化是政府部门转变职能的必然选择

政府充分开发和利用庞大的政府信息资源，是正确、高效行使国家行政职能的重要环节。政府机构改革和职能转变，客观上要求政府部门从开发利用、广泛获取信息资源来更好地管理复杂的政府事务，提高政府的决策水平、管理水平和工作效率，加强政府工作人员与广大公众之间的联系，使社会各界有效监督政府的工作。实践证明，网站就是实现政务公开、架构联系政府与公众的桥梁的最有效方法。水利信息化是各级政府水利部门实施现代化管理的一个重要工作方向。任务一概述二、水利信息化的意义

（四）信息化是实现行业之间资源共享，促进国民经济协调发展的需要

一方面，水利部门要向国家和相关行业提供大量的讯情旱情、水量水质、水环境和水工程等信息，从而为国家编制国民经济和社会发展规划服务，特别是为防洪抗早斗争和提供水资源保障服务。另一方面，水利建设本身也离不开相关行业的信息支持，包括流域区域社会经济信息、生态与环境信息、气候气象信息、地球物理信息、地质灾害信息等。推进水利信息化，实行水利信息资源的各行业共享，对于实现经济建设有重要意义。任务一概述三、现代信息技术在水利信息化中的应用

（一）地理信息系统

地理信息系统是计算机技术、三维技术和遥感技术等综合形成的一种信息化技术，这种技术在水利行业当中应用得最为广泛，在水利工程建设中发挥了重要作用。地理信息系统当中最重要的功能就是地理坐标，通过地理坐标可以准确地确定水利工程的具体位置，通过这一技术可以获得与水利工程建设相关的各类基础地理信息，比如地形地貌、水系河流、交通、行政区域等。系统当中的集成功能，使其能够成为水利信息的基础性管理平台，通过相关功能模块和相关专业模块实现水利信息化管理的基本目标。此外，利用地理信息技术配合使用空间三维技术，能够使水利信息管理的二维转变到立体化的三维展示，使信息浏览更加直观，更加准确和方便。任务一概述三、现代信息技术在水利信息化中的应用

（二）卫星定位系统

卫星定位系统实际上是在空间技术、计算机技术等基础上发展而来的一种技术，它的作用就是准确定位。目前国内使用的卫星定位技术主要有两种，也就是GPS和北斗卫星定位系统，后者是属于我国自主开发的一种卫星定位系统，目前能够应用的领域还非常少，因此从目前来看主要是GPS技术。而在水利行业当中也要用到卫星定位技术，主要是在一些抗洪抢险、防洪决策等工作当中，需要对险情的位置进行准确的定位，在这一工作当中卫星定位系统发挥了重要作用。任务一概述

我国从1998年抗洪抢险开始，就在水利行业当中在地理信息系统的基础上配合使用卫星定位系统，取得了不错的效果，一些险情得到及时的发现与排除，避免了灾害的继续扩大。而现在很多地方在防洪工作当中将GPS定位系统与RS影像、GIS平台等有效连接，实现了灾区与灾情的准确定位。通过将GPS与网络技术结合起来，能够提高对各类灾害的应急反应速度，使险情能够在最短的时间内排除。任务一概述三、现代信息技术在水利信息化中的应用三、现代信息技术在水利信息化中的应用

（三）遥感技术

遥感技术是指从地面到高空各种对地球、天体观测的遥感综合性技术的总称。遥感技术作为一项比较先进的信息处理技术现在也开始广泛地应用于水利行业当中，遥感技术的出现有效地提高了影响识别精度与数据处理能力，且这种技术的成本相对较低，是水利行业信息化的重要组成部分。遥感影像的来源一般有很多，美国、法国、日本、印度等遥感技术比较发达的国家都提供不错的遥感影像产品，而我国最近几年遥感技术发展十分迅速，也开始为国内外提供遥感影像产品、航片等等。在水利行业当中，一些地区也开始购买遥感技术或者影像接受设备，收集影像数据，通过数据分析，确定灾情、险情位置，分析具体的受灾情况、面积和影响等等，还可以分析流域的水土保持情况、河流污染情况等。任务一概述三、现代信息技术在水利信息化中的应用

（四）数据库技术

数据库技术作为水利信息化技术发展与应用的核心所在，是建设水利信息化的根本。可以说，水利信息系统的建设与应用，离不开数据库技术的支持。数据库技术的应用主要包括数据存储与数据管理两大部分。当前，我国国家级水情数据库基本建设完毕，国家加大对水情监测、降雨信息、历史水情信息等查询与管理力度，而各个省级水情数据库、流域水情数据库建设正在如火如荼地进行。任务一概述三、现代信息技术在水利信息化中的应用

对于一些有条件、有技术水平的省市，已经开始尝试建设水情数据库，规范国家级防汛工作数据发展，逐步实行数据入库管理工作。

当前，很多省市也开始涉足国家规范性数据库建设，个别地区应以实际情况为出发点，构建水利灾情的信息管理数据库、防汛指挥系统、防汛决策系统等，实现专业性数据库。数据库技术的应用与推广，进一步促进信息管理的规范化、标准化，提高信息存储、查询、更新的方便性，为挖掘数据、利用数据奠定基础。任务一概述三、现代信息技术在水利信息化中的应用

（五）网络应用技术

在信息化时代，计算机网络技术已成为支持我国水利工作发展的基础，在信息采集、处理、传输及共享方面发挥作用。以当前网络应用的范围来看，应着重建设局域网及广域网。以网络通讯安全保障来看，又可划分为水利专网及公共网络；以信息传输的要求来看，又可划分为有线网及无线网。随着计算机网络技术的发展，为水利信息的交换与共享提供优质条件，发挥重要作用，具有良好的效果。但是由于逐渐增加了信息量，再加上网络容量的限制，信息传输及交换的速度，往往难以符合实际应用需要。任务一概述三、现代信息技术在水利信息化中的应用

另外，由于互联网的系统性、稳定性有所不足，再加上可靠性问题，应引起足够重视，任一环节发生故障，都会对整个网络系统的运行产生影响。因此，今后应进一步完善网络故障的应急解决方案，确保水利信息化技术的顺利实现。任务一概述三、现代信息技术在水利信息化中的应用

将新兴的信息技术应用到水利工程管理中来，不仅可以大幅提升工程管理水平，对传统的水利工程管理模式也有积极的影响。水利工程管理模式已向自动化、系统化的方向大幅买进，通过建立GPS数据系统来快速、自动监测收集数据，将采集的数据通过网络导入数据库系统，实现存储、查询、共享，再根据管理需要选择CAD进行数据处理、绘制或者使用GIS进行空间分析，为最后的管理决策提供快速可靠地支持。这种全新的管理模式实现了管理和服务的科学化、现代化，且还可以利用这些技术实现三维全景虚拟显示工程布置，直观反映组成部分在空间上和时间上的相互关系，并实现各种信息可视化查询、分析、统计计算，实现水利工程动态仿真演示，使得水利工程管理更加灵活全面。任务一概述本节小结

一、主要内容

1、信息技术、水利信息化的概念；2、水利信息化的重要性；3、现代信息技术在水利信息化中的应用；4、地理信息系统、卫星定位系统、遥感技术、数据库技术和网络应用技术等。

二、学习要求

1、掌握信息技术、水利信息化的概念；2、深入认识水利信息化的重要性；3、了解现代信息技术在水利信息化中的应用情况。任务一概述TheEnd，ThankYou!任务一概述任务二水情自动测报与洪水预报调度一、概述

水情自动测报系统是应用传感、遥测、通信、计算机技术进行水情数据采集、报送和处理的系统。水情数据包括雨量、水位、流量、地下水位、含沙量、水质、土壤墒情等。水情信息是洪水预报调度工作中数量大、实时性强，并且国家有严格报送制度的基础信息，是预报调度工程运行管理等决策的主要依据。随着现代通信技术、微电子技术、现代传感技术、计算机及其网络技术、卫星技术等的迅速发展，我国水情自动测报系统已走向成熟。我国现有的水情自动测报系统基本上都是超短波系统，本讲内容主要介绍超短波系统。任务二水情自动测报与洪水预报调度二、水情自动测报系统的任务

建立水情自动测报系统的目的是防洪、兴利和水利调度，其任务是实时收集流域内(或者说目标区域内)的各类水情信息，经过处理后适时作出水情预报(如洪水预报、早情预报、洪灾预报)，争取预见期，最大限度地减少以至避免洪水、早灾造成的损失。最大限度地发挥工程效益，如优化输配水方案，确保水利工程安全，提高水的利用率，在一定条件下，可多蓄水、多发电等。水情自动测报系统按功能可以分为三大部分:即数据采集、数据传输和数据处理，如图6-1所示。图6-1水情自动测报系统的组成任务二水情自动测报与洪水预报调度

1.数据采集装置通常为一具有A/D转换接口的传感器，有时装置还具有显示、存储、打印等功能，这些采集装置往往称之为非电量电测仪。此外还应包括传感器或电测仪的工作环境，如浮子或水位计的测井等。

2.数据传输包括信道和传输控制装置。信道包括传输介质和信道机，如有线或无线信道及相应的收发信机。传输控制装置负责遥测信号的采集控制，传输控制、发送控制以及可接受遥控指令执行命令等。

3.数据处理在中心站由计算机完成。通常有两台计算机工作，一台为前置机，一台为主机，完成数据收集，预处理，并根据收集数据的目的作出相应的处理。如作实时洪水预报，水库防洪发电调度，灌区输配水优化调度等。此外，完成数据存储、显示、分类、建立数据库等工作。任务二水情自动测报与洪水预报调度二、水情自动测报系统的任务三、水情自动测报系统的组成结构

水情自动测报系统一般由一个中心站，若干个中继站、数个或数十个，甚至上百个各类遥测站组成。中心站主要负责数据的收集和处理，测站则主要是收集信息并编码发送。根据系统的规模、作用和要求的不同，中心站和测站的结构也不尽相同。

1.中心站中心站主要由前置处理机、主机、收发信设备、外围设备及电源等组成。一个典型中心站的结构如图6-2所示，值得注意的几点是:(1)一般采用可靠性高、功耗低的工业控制机(或单片机、单板机)作为前置处理机，专管数据的接收、暂存和预处理，以利于提高系统的可靠性和减轻主机负担。主机一般选用高档微机，除完成本系统数据处理外亦可承担其他任务。任务二水情自动测报与洪水预报调度三、水情自动测报系统的组成结构

(2)若当地有几个单位共同使用遥测信息并向上级部门报送信息时，则应组建计算机局域网或设置连机终端，实现数据共享。

(3)中心站的电源应配有蓄电池组，按逆变方式工作的不间断电源(UPS)，条件允许还应配有备用发电机，以使前置处理机正常运行，主机能间断工作完成提取和处理数据。任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-2典型水情遥测中心站结构框图任务二水情自动测报与洪水预报调度三、水情自动测报系统的组成结构

2.测站

测站主要由传感器、收发信设备、无线水情遥测仪、电源等组成。典型测站的结构如图6-3所示。根据测站的重要性和要求的不同及所选用的体制不同，其设备配置是不同的。

(1)遥测站若设在某一管理单位或原水文站，此时要检测的水情参数较多，一般要求就地能显示打印存储。在这种情况下应采用应答式体制，这时设备配置较多，耗电量较大，对电源要求较高，见图6-3。

(2)若是单一水情参数遥测站(如雨量站或水位站)，此时可采用无人值守的自报式测站，这类测站耗电量少，可用太阳能电池供电，这时整个测站设备配置比较简单，如图6-4所示。

(3)测站的收发信装置，接口、调制解调器(modem)、微电脑芯片等可以组装在一起，称为无线水情遥测仪。任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-3典型测站结构框图任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-32安徽省遥测系统雨水情监视任务二水情自动测报与洪水预报调度三、水情自动测报系统的组成结构

3.中继站

中继站是遥测站到中心站的中转站。由于水情自动测报系统一般建在丘陵或高山区，当遥测站到中心站的距离过远或由于高山、树木及高大建筑物的阻挡，通信线路损耗过大，不能满足通信最低要求时，就需要设中继站。中继站主要由太阳能电池板、蓄电池、天馈线、中继机、双工电台等单元组成。主要负责信号的接收与转发。图6-4自报式测站结构框图任务二水情自动测报与洪水预报调度四、水情自动测报系统的组建及运行管理

组建水情自动测报系统应严格按照水文自动测报系统规范(SL61-94)执行，这里仅强调以下几点：任务二水情自动测报与洪水预报调度（一）资料收集

1.本系统范围内的水情资料(如雨量、水位、土壤湿度、渠道、河流、建筑物等)既要全，又要有代表性。

2.本系统范围内及周围地区的无线电通信资料，这是选择无线通信的频段，频点及工作方式的需要。（二）站网论证

站网论证对确定系统规模至关重要，站网论证主要是选择最佳的站网分布密度及其位置。图6-32雨水情自动监视任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-32蒸发量自动监视任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-32地下水位自动监视任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-32土壤墒情自动监视任务二水情自动测报与洪水预报调度四、水情自动测报系统的组建及运行管理

（三）通信网的设计

水情自动测报系统是一个自动采集水情数据、自动处理及预报的自动化系统，工作条件地理环境都比较差，因此对通信电路的设计有很高的要求。其信道技术指标必须满足:1.信道传输误码率，超短波信道;2.系统畅通率大于90%两个条件。同时，电路设计要根据国家无线电管理委员会有关规定及用户调研结果，选用合适的工作频率及工作方式，并根据现场查勘图进行设计、现场电测和电路设计来确定整个系统最佳组网方案。任务二水情自动测报与洪水预报调度四、水情自动测报系统的组建及运行管理

（四）体制选择

如前所述，国内外水情自动测报系统的工作体制有自报式、应答式、自报与应答兼容式和混合式等4种。对于不同的规模系统和使用要求，应选择与之相适应的工作体制，不应只追求功能多，要充分考虑系统供电、维护及可靠性等多种因素。任务二水情自动测报与洪水预报调度（五）土建

土建的设计和施工质量如何也直接影响到系统的可靠性。土建工程包括中心站机房、中继站、测站、铁塔、避雷针、接地网、电源等，其中最值得注意的是接地网施工和电源安装。（六）运行管理

为使系统长期稳定运行，必须要加强管理。其中主要是健全管理制度，加强技术培训和工作责任心教育等。

五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

(一)概述

该水库位于淮河支流淠河东源上，与上游水库构成梯级水库，流域面积1840km2，流域内地形为山区，形状呈扇形，地势南高北低。流域平均高程为715m。多年平均降雨量1540mm，年来水16亿m3。系统规模为2：2：13，即系统由2个中心站，2个中继站和13个遥测站组成。支持水情自动测报系统的自联网，并通过本地区四水库联网系统，将本系统采集的数据传输到安徽省防办。系统采用超短波无线通信方式组网，预留有线信道接口，可连接有线信道。任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

(二)水文组网

该水库水情自动测报系统由2个分中心站(位于两梯级水库的水库管理处),2个互为备份的中继站、13个遥测站构成。其中，7个测站为单雨量站、2个测站为水位雨量站、4个测站为单水位站。组网示意图如图6-1所示。在本系统组网设计中，每个测站的RTU均可以兼作中继站，每个遥测站信息可以通过两个不同的路由传送到中心站。任务二水情自动测报与洪水预报调度

(三)设备选型

遥测站数据终端机(RTU)、中心控制终端(即前置机FIU)、通信电台选用Motorola公司产品，水位、雨量传感器选用南京水利水文自动化研究所等知名厂商的产品，太阳能电源选用宁波太阳能光板，免维护蓄电池选用合资企业产品。

(四)通信设计

系统采用超短波频点227.95MHz进行通讯组网。图6-1佛子岭、磨子潭水库水文自动测报系统组网图任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

本系统的通信组网有两个特点:两个分中心，两个中继站互为冗余热备份。两个分中心接收的是相同遥测站且是相同中继站转发的数据。解决双中继热备份，避免同频干扰和数据传输碰撞，是本系统通信设计关键。本系统采用在遥测站发送的数据中包含通信路由和发送目的地，中心站接收到数据后给予确认，这样有效地保证了遥测站的数据通过指定的中继站发送到指定的分中心。由于有了确认信号，遥测站就能知道数据是否正确地发送到指定目的地，因此也就知道何时需要启用备用中继站。中继站即使不需要转发数据，每天也向中心站报送平安报以表示设备工作正常。任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

系统通信流向如下：佛库坝上、佛库坝下、佛子岭、白莲崖、上土寺、太阳遥测站的数据只发送到佛子岭水库中心站，其他各遥测站均分别发送到佛子岭水库中心站和磨子潭水库中心站。为了避免碰撞，应尽量减少数据发送频度。具体做法是：雨量采用0.5mm采集存储，达到1mm时发送0.5mm增量过程数据。通常情况下，备用中继站不转发数据；只有在主中继站出现故障的情况下，备用中继站才开始转发数据，这样可以有效地减少数据量，避免碰撞。任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

(五)系统联网

为了充分利用已建和在建水情自动测报系统资源，本系统的水文数据接入六安水情分中心，并同时传输到安徽省水情中心(省防)。①通过坝址中继站将信息传至六安水情分中心，六安可实时监控、检索、处理、转发信息；②进入水情传输网，省水情中心、淮委及国家防办能实时获取水库水雨情信息，达到信息共享；③实现水库实时联机预报调度；④实时信息15min内到省水情中心。系统联网示意图如图6-2所示，图中虚线所示为备用通信路由。任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-2佛梅响磨水文自动测报系统联组网图任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

(六)遥测站

本系统中遥测站有水位雨量站、单雨量站和单水位站三种类型，测量参数有水位、雨量。遥测站的主设备为RTU和收发信机，遥测站实例图如下，组成框图如图6-3。遥测站主要功能有:①当水位在规定时间间隔(6min)内变化1cm或雨量变化1mm时自动发送信息给中心站及分中心站。本次发送失败，下次发送的同时补发上次未发送成功的数据。不管采用何种量级发送都发送采集的所有增量(水位1cm、雨量0.5mm)过程数据。②定时自报:无雨或水位不变时，每日必须采集报告5次(8时、14时、20时、0时、2时)数据和本站电池电压，以报告设备工作状况和收集资料。任务二水情自动测报与洪水预报调度终端机（RTU）MOSCAD-M通信电台避雷器、天馈线雨量计太阳能板充电控制器蓄电池串行水位计1串行水位计1并行水位计Motorola产品图6-3遥测站组成框图任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

③具有定时掉电功能。④具有数据在站存储功能，配备后备电池保证数据不丢失，用于水文数据整编。⑤具有通讯路由自动选择功能。具有数据向多个目的地传送功能。⑥具有主用、备用信道自动切换功能。⑦通讯信道侦听功能，当信道忙时，自动延时发送。⑧具有现场设置站号和数据发送量级功能。⑨具有人工置数功能。⑩可以根据需要随时设置为中继站。任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

(七)中继站

中继站中的中继机与遥测站RTU完全相同，与遥测站可以互换。如果相邻遥测站之间可以通讯，则其中任何一个遥测站设备可以直接改为中继站兼遥测站，实现通讯路由的自动选择。中继站的组成框图见图6-4。双中继(多云尖中继、多云寺中继)冗余热备份的实现:

在MOSCAD一M中配置一个网络通信配置文件(networkconfig)，对主中继站和备份中继站进行定义，将两条通信路由(可以很多)写入该文件，在系统调试时，将此文件下载到RTU内，双中继冗余热备份即告成功。本系统各站(遥测站和中继站)每天都向中心站传输5次电源电压，这样可随时知道遥测站设备及电源是否运行正常，同时也了解了两个中继站的运行状态。任务二水情自动测报与洪水预报调度终端机（RTU）MOSCAD-M通信电台避雷器、天馈线太阳能板充电控制器蓄电池串行水位计1串行水位计1并行水位计Motorola产品雨量计图6-4中继站组成框图任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

中继站主要功能有:①数据转发:既可以集合转发，又可以通信链路方式转发命令和有关遥测站数据。②状态报告:每日必须采集报告5次(8时、14时、20时、0时、2时)本站电池电压。③具有遥测站功能，可以接入水位、雨量、流量等传感器，测量相应水文参数。④可以实现信道自动切换，当主信道故障时，自动启用备用信道向中心站传输数据。⑤遥测站具有限时通话功能，限于系统维护或汛期通话需要时使用，设置成通话功能后，可以自动返回数据通信功能。任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

(八)中心站

中心站设在佛子岭和磨子潭水库管理处，硬件设备主要为前置通信控制机FIU(中心控制终端CTU(也是RTU,与遥测站RTU相同)、值班机、调度计算机(主机)、收发信机、避雷器、天馈线以及电源等。中心站的组成框图见图6-5。中心站采用双机冗余工作方式，即中心站值班机处于长期值守状态，主机通常用于数据处理、报表图形显示、打印和联机洪水预报。值班机既可单独运行，也可以和主机并行联机运行。中心站按照《国家防汛指挥系统设计大纲》要求建立标准水情数据库(MSSQLserver数据库)，通过计算机局域网或计算机广域网方便快捷地进行数据的近远程查询、传输，实现数据资源共享。任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-5中心站组成框图前置机（FIU）MOSCAD-M通信电台避雷器、天馈线交流充电控制器蓄电池值班机（服务器）主机Motorola产品UPS电源2级避雷器稳压电源数据库220VAC任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

中心站主要功能有:①随时或定时召测各遥测站雨水情数据，实现全区时钟同步。②把遥测信息形成原始数据文件存储，报文分解、检错、分类处理以及向本地和远地定时装载数据库(或数据文件)。③完成一次所属全部遥测站所有水文参数的收集、数据处理、传输、入库时间不超过8min,数据转发不超过15min.④可以随意增减测站的数量以及修改测站特征参数，修改工作将通过密码控制由有关管理人员进行操作，实现系统数据管理功能。⑤具有水文资料整编数据提取功能，满足资料整编需求。任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

⑥通过计算机处理，显示打印各类报表及过程线，图形显示各类水情信息等。⑦具有人工置数功能。可以按照水情拍报段次并且匹配人工置数生成五位码水情报文，以自动或手动方式通过分中心局域网向上级防汛部门传送。⑧可以将实时遥测数据通过计算机广域网传送给省水情中心和其他防汛部门。⑨计算机洪水预报调度功能。任务二水情自动测报与洪水预报调度

中心站主要功能有:五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

(九)电源及防雷

1.中心站电源

中心站是系统数据收集传输的核心，由于其在系统中的重要性，设计交流电源的抗干扰和电源防雷，在交流电源输入端加二级避雷器和交流净化稳压滤波电源设备；中心站配置1台在线式3样KVAUPS，后备时间为8h。电源防雷采用两级不同泄放电流的单相避雷器，对中心站总电源进行防雷。为保证连续接收遥测数据，中心站FIU除了通过UPS供电外，另外再配置150AH/12V后备蓄电池，采用交流充电控制器浮充，设计过充、过放电保护。任务二水情自动测报与洪水预报调度五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

2.中继站电源

中继站是系统数据传输的枢纽，设计中着重考虑其可靠性，主要是防雷和电源两方面。采用太阳能浮充蓄电池供电，使用10年寿命150AH/12V胶体蓄电池，设计过充、过放电保护，保证设备供电。最保守的情况下，蓄电池可以在无任何充电的状态下保证20d(佛子岭地区连续阴雨天最多为15d)的设备运行供电，而太阳能电池板在多云天气条件下就能对蓄电池充电。任务二水情自动测报与洪水预报调度

3.遥测站电源

测站电源配置如下:选用10年寿命26AH/12V的优质胶体蓄电池，24W太阳能板及充电控制器，设计过充、过放电、过流保护。最保守的情况下，蓄电池至少可以在无任何充电的状态下保证60d的设备运行供电。五、安徽省某大型水库水情自动测报系统简介

4.系统防雷设计

一是从设备配置上采用电源防雷、信号防雷、天馈线防雷；二是从土建上设计避雷针防雷接地系统(系统接地电阻小于10Ω)和等电位接地方式等。对于交流供电的中心站电源防雷采用两级不同泄放电流的单相避雷器，对中心站总电源进行防雷；避雷器之后配置交流净化稳压电源，滤除电源干扰。对于太阳能供电的中继站、遥测站主要是天馈线防雷；对于远传电缆则采用金属管保护埋地式安装。任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-32长江流域安徽段水情监视任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-32淮河流域安徽段水情监视任务二水情自动测报与洪水预报调度六、洪水预报与调度

（一）洪水预报模型

洪水预报模型分为物理模型、概念性模型和系统模型三大类。在实时预报中，概念性和系统性模型应用较多。

概念性模型主要有美国气象局提出的API模型、我国的新安江三水源模型、爱尔兰国立大学研制的SMAR模型、日本营原正已教授提出的水箱模型等。本环节主要介绍新安江三水源模型。任务二水情自动测报与洪水预报调度

1.新安江三水源模型结构

该模型由河海大学赵人俊教授等在20世纪70年代提出，并在实践中不断完善，在湿润、半湿润地区行之有效，已在国内外被广泛应用。新安江三水源模型的结构见图6-13。 图6-13新安江三水源模型结构图任务二水情自动测报与洪水预报调度六、洪水预报与调度

图6-13中:输入为实测降水(P)和实测蒸发(E0)，输出为流域出口断面流量(Q)和流域蒸散发里(E)；WM为张力水容；EM为上层张力水蒸发能；UM、LM、DM分别为流域上层、下层、深层张力水容量；C为深层张力水固定蒸发比例；K为蒸发折算系数；R为用蓄满产流模型计算的流域产流量；W为初始流域蓄水量；RS为地表径流；RG为地下径流；RI为壤中流；S为自由水库蓄量；CG为地下水调蓄系数。任务二水情自动测报与洪水预报调度

2.模型参数分析

模型共有15个参数，可分为4类，第一类为蒸散发计算，K、UM、LM、C；第二类为产流量计算，WM、B、IM；第三类为分水源计算SM、EX、KG、KI；第四类为汇流计算，CI、CG、UH、KE、XE。其中有些参数很敏感，参数值稍有改变对输出的影响就较大，有些参数则反应迟钝。因此，在确定模型参数时要根据具体情况来分别处理。六、洪水预报与调度

3.模型参数的率定

在上述模型的基础上，从建库以来的近期资料中选择具有代表性的资料来编制方案，用若干年的逐日资料和汛期洪水时空分布状况的若干次（30次左右）洪水资料，分别率定日模型和次洪模型的参数。率定参数的准则就是使计算的流量过程与实测流量过程最佳拟合。先用逐日资料和日模型率定蒸发和产流参数，然后用次洪水资料和次洪模型率定分水源和忙流参敬，最后再修正和协调日模型和次洪模型结果，最后需使得预报方案的洪峰合格率、洪量合格率以及洪峰出现时间的合格率达到部颁规范甲级预报标准。任务二水情自动测报与洪水预报调度六、洪水预报与调度

（二）实时校正技术

水文现象及其要求(降水、流量、水位)等遵循其内在的运动规律，每时每刻都处在运动和变化之中，当人们认识和掌握这些水文变化规律时，就以此为基础来建立各种水文模型和预报方法，来预测未来的水文现象及其运动规律。然而，水文现象受到自然界中众多因素的影响，这些又大多具有不确定性的时变特征、因而会使得模型模拟值与实测值之间存在一定的误差，需要采用实时校正技术予以校正。所谓实时校正技术，就是利用现代自动化技术迅速获得反馈的实测信息，在实时地、不断地计算出预报值与实测值的误差信息后，运用现代系统理论方法及时地校正、改普预报估计值或预报模型中的参数，使以后阶段的预报误差尽可能减小，预报结果更接近实测值。任务二水情自动测报与洪水预报调度六、洪水预报与调度

实时预报校正模型很多，分“显式”结构水文模型和隐式.结构水文模型两类。实时修正方法也分三种，即对模型参数实时校正;对模型预报误差进行预测;对状态变量进行估计。每一种方法又可能有不同的算法。例如，对模型参数进行实时校正的方法有最小二乘估计算法等。所谓最小二乘估计算法就是利用预报值与实测值的误差信息，用时间序列分析法探讨误差时序的规律性，建立二阶线性自回归模型，用最小二乘法原理计算回归系数，并用此模型对洪水预报模型中有关预报值进行逐时段实时校正。任务二水情自动测报与洪水预报调度

（二）实时校正技术六、洪水预报与调度

（三）洪水预报与调度结构

一个可供参考的水库洪水预报调度系统的结构框图见图6-14所示，其主要功能应包括：①水情信息的输入、修改、查询；②预报模型、调度模式参数率定与修改；③洪水预报及预报结果的修正；④调度方案制定与仿真；⑤数据库的建立与管理。关于洪水预报与调度的进一步论述请参考有关文献。任务二水情自动测报与洪水预报调度图6-14洪水预报调度系统结构框图任务二水情自动测报与洪水预报调度本节小结

一、主要内容1、水情自动测报系统的设计原则、功能要求、系统组成等；2、洪水预报与调度系统；3、洪水预报模型、实时校正技术、洪水预报与调度结构等；

二、学习要求1、掌握水情自动测报系统的设计原则、功能要求、系统组成等；2、了解洪水预报与调度系统。任务二水情自动测报与洪水预报调度TheEnd，ThankYou!任务二水情自动测报与洪水预报调度任务三水闸（闸群）自动监控一、概述

（一）水闸（闸群)自动监控系统

我国所建的水工建筑物当中，水闸占有很大的比例，这些水闸在防洪、抢险、排涝、抗旱以及水资源的分配中起着重要的作用。但是，长期以来水闸的运行管理一直是靠人工的方法，费时费力，严重制约着其效益的发挥。随着国民经济的发展，科学技术的进步，对水闸实行自动控制(或对闸群实现集中监控)是农业现代化水利工程管理科学化的必然。闸门自动监控系统是先进的实时数据采集与控制系统。系统是建立在现代通信技术、自动控制技术、计算机技术、自动远动设备及现代量测技术基础之上的，同时涉及到信息论、继电线路理论和自动调节理论等来共同完成对目标系统的监测与控制，实现由中心控制站对被控各子站闸门的运行管理，主要用于灌区、水库、水电厂、河道、供水渠等的闸门控制。被控制的闸门可以是平板门、弧型门或快速门，运动方式可以是卷扬机方式、液压方式或螺杆方式。任务三水闸（闸群）自动监控

（二）水闸(闸群)自动监控的特点

1.水闸一般均建在野外，暴露在空气中，对水闸实现自动化的控制运用多需要采用远动技术，尤其是在水资源分配系统中，这时需要对多座闸门联合调度，当采用自动化技术时，则应采用中央集中监控系统，或称“远距离综合自动化系统”，通常我们称之为闸群远方监控系统。

2.水闸自动化设备工作条件十分恶劣，很多设备装置常需要安装在野外，运行的气象条件复杂、环境差。此外有些对象所在地点交流电源供电不稳定，这样在研制和选择设备时必须特别注意在设备的稳定性、可靠性上下功夫，使设备在恶劣的条件下能安全运行，同时要考虑到设备有较灵活的供电方式，如耗电量少的弱电设备可以采用太阳能电池板充电的蓄电池组。任务三水闸（闸群）自动监控

3.由于河、渠中的水流往往是非恒定流，而水流又具有时滞性，这两点会严重地影响水闸自动化装置的稳定性，对此要有充分的估计。例如，利用水闸来控制渠道中水位为一恒定值时，可能此刻因下游水位低而自动装置指令执行机构使闸门开度加大，刚开大后，下游水位又超过给定值，于是自动装置又指令执行机构关小闸门，再过一刻水位又低于给定值，于是闸门开度又得加大，如此反复，系统就呈现一个振动的、不稳定状态。这对自动化系统是极为不利的，设计时一定要避免这种情况发生。

4.水闸自动控制系统中对可靠性和稳定性的要求高，抗干扰能力要强，而对动作时间的要求相对工业控制系统要宽。在系统结构上，一般均系控制点与被控制点之间的联系，而各被控制点之间相互联系较少。任务三水闸（闸群）自动监控

（三）闸群自动监控系统结构

闸群自动监控系统一般分为两个层次，第一层为中央控制室，常设在水利工程管理机构所在地。第二层为测控站，设在被控闸门所在地或附近。对于大型水利工程系统、其闸群自动监控系统一般要分为三个层次，如江苏省大运河监测调度系统，控制中心设在江苏省水利厅内，而控制分中心则设在闸群相对集中的管理单位内，如江都、淮阴等。分中心下辖有数座乃至数十座大中型水闸，各闸的运行调度由分中心负责，并向控制中心报告和接收有关指令等信息。任务三水闸（闸群）自动监控

1.中央控制室组成结构

中央控制室也称测控调度中心。一般为与行政管理机构相适应而设在管理局(处、站)内，其组成结构和水情测报中心大体相同，可参见图4-2。事实上，在水利工程管理现代化过程中，如建设多个自动化系统，则往往共一个中央控制室，使得资源共享。各有关设备也可互为利用，互为备用。

2.监控终端站

监控终端站是闸群监控系统的主要信息源及命令执行者，其主要任务是根据中央控制室的遥测查询指令自动采集本站点的水情或工情数据，并发送给控制中心，或根据控制中心调度指令控制闸门运行。监控终端站一般由各类传感器、通信设备、RTU、中间继电器矩阵、电源等构成，典型闸群自动监控终端站结构框图如图5-1所示。

其中传感器部分应根据实际情况设置，如一座水闸有若干个(孔)闸门，原则上每个闸门上都要安装闸门传感器。上、下游均应有水位计。有关工情的传感器，如电源电压、工作电流，闸门运行在开、关、停的状态，以及限位开关(防止控制系统失灵而引起破坏性后果)的工作状况等。

水闸一般地处郊野，电源保障率不高，有条件的地方应自备发电机。同时应有直流备用电源，以防停电时仍能保持弱电部分工作，使得检测数据不丢失并与中央控制室保持联系。任务三水闸（闸群）自动监控图5-1典型闸群自动监控终端站结构框图任务三水闸（闸群）自动监控二、闸门自动监控系统总体设计

（一）系统总体设计的一般原则

闸门自动监控系统要求信息收集及时，闸门调度稳定可靠，闸控保护与配电保护设施完善。根据以上特点，结合设计运行的要求，自动化系统的设计应遵循如下的设计原则:(1)在具备基本功能的前提下，将设备的实用性和可靠性放在首位，并强调安全检测措施与安全控制措施，避免设备失误和设备故障运行。

(2)针对在闸门和配电室周围均存在着多种不利于系统的各种电磁干扰源，特点是雷电和强电干扰，系统应具有抗恶劣环境的工作能力。

(3)采用参数应答式工作体制。

(4)力求操作简单，维护方便。

(5)对于闸群控制组网结构要简明、灵活.，便于扩充。

(6)闸群自动监控如有水情自动测报系统相配合，其水情自动测报应按规范SL61一94执行，并符合用户的实际需要。任务三水闸（闸群）自动监控

（二）系统工作体制的选择

早期的闸门自动控制系统多采用集中控制方式，即由中央控制室统一直接监测与调度控制。这种工作体制由于功能过于集中，命令信息传输量大等而导致系统运行可靠性降低，已逐步被淘汰。目前有3种工作体制，可根据系统规模和要求来选择。任务三水闸（闸群）自动监控

1.编程控制器(即PLC系统)

PLC系统适用于现场的测量控制。其现场测控功能强、性能稳定、可靠性高、技术成熟、使用比较广泛，价格合理，但它只局限于通信场合，在闸门自动化中可用于单闸就地自动控制。

2.分布式数据采集和监控系统(即SCADA系统)

SCADA系统属中小规模的测控系统。系统主要由远程控制单元RTU、通信网络及控制中心三部分组成。它既具有现场测控功能强的特点，又具有信息资源系统共享的组网通信能力。其中一些系统既可配有线通信系统，又可配无线通信系统，而无线通信系统尤为适合地域广阔的应用环境。

SCADA系统主要应用于水利、石油、供电等行业中，用于地理环境恶劣或无人值守的情况进行远程控制，该系统性能价格比高，在中小规模闸群自动控制和水利枢纽自动控制中，已有许多的应用及广泛应用的推广前景。任务三水闸（闸群）自动监控

3．集散型分布式计算机控制系统(DCS系统)

DCS系统是当今国际上流行的大规模控制系统，标准总线结构。该系统分为两个层次，上层为中心管理级(称中心站)，下层为现场控制级(称闸控站)。全系统由中心站主计算机统一进行管理，主要是对闸控站(包括水位站)进行自动监视、数据记录保存、状态报告、下达调控指令以及人机界面操作等。而闸控站则采用分布式控制结构，各站在本站主计算机管理下，分别由各自独立的CPU终端管理，独立完成本号闸门的监视、控制以及与主机的通信等。

DCS系统适用于测控点较多、测控精度高、测控速度快的场合，其特点是分散控制和集中监视，具有组网通信能力、测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、操作维护简便，但系统成本较高。在我国20世纪90年代已有一些研究院所(如南京水利水文自动化研究所)研制了一些DCS系统，并成功地运用。任务三水闸（闸群）自动监控

（三）系统总体功能设计

1.中心站主要功能

(1)中心站对闸门进行实时的监视和控制，通过显示屏或监视器观察闸门运行状态。

(2)中心站对接收的闸门实时数据进行处理后，依用户所提供的模型或要求进行存储、显示或打印。能实现操作命令记录，操作结果记录，具有资料存储、检索、查阅的能力。

(3)中心站根据水位数据与供电监测的数据，决定可否调度并按照闸门调度运行方案进行群闸实时调度，由计算机发出调度指令，自动控制相关闸门的运行。任务三水闸（闸群）自动监控

(4)控闸过程中，中心站计算机实时对被控闸门及供电质量进行监视和管理，若现场出现控制故障能实时报警，并提示相关的故障现象，存储、打印。

(5)自动实时接收水情遥测系统所需测站的水位、雨量数据，实时自动接收闸前、后水位站发来的水位信息并转发给闸控站。

(6)通过有线或无线通信，中心站可将所需的闸门信息、水位信息或电参量信息发送至上一级监控中心。中心站根据需要可选择配备同步闭路电视监视系统，实时观察远方闸门的动作，作为闸门计算机控制系统的辅助监视手段。任务三水闸（闸群）自动监控

2.闸控站(1)自动采集闸门开度(闸位)和有关配电开关状态、电压、电流、压力等工况参数，误差与精度满足规范要求，并将参数自报给中心站，同时能响应中心站计算机发来的召测命令。

(2)自动监测系统参数，判别电动机能否具备启动运行条件。

(3)根据闸门调度运行方案，随时接收中心站计算机发出的闸门遥控指令，确认正确无误后，启动控制电路，控制相应闸门的升、降、停的运行，并实时反馈控制终端所监测闸门的各项参数及现场工况，控制精度满足用户要求。任务三水闸（闸群）自动监控

(4)在闸门运行过程中如出现倾斜、卡孔、越限、过速、反向运行以及供电不正常(如电压、电流越限、过流、断相)等故障，应立即停机并告警，同时向中心站发送有关信息、标识出可能的故障类别。

(5)具备本地/远方切换侧控的功能。进行本地的操作控制，主要是方便现场的功能调试与故障检测和维护。此外应留有人工操作方式，装备应急开关等。任务三水闸（闸群）自动监控三、水闸自动监控的主要功能部件

任何一个自动化系统都需要各种各样的部件相互配合才能完成自动化任务，但对于一个具体的自动化系统，它既有与其他自动化系统相同的部件，如放大部件、执行部件，也一定会有与其他系统不同的部件。现就水闸自动监控系统的一些共性部件作重点介绍。任务三水闸（闸群）自动监控（一）测量传感部件

在水闸自动监测系统中常用的侧量传感器件有闸位传感器、水位传感器以及对现场工况的测量，如供电情况、闸门运行工况、系统非正常工作状态和一些开关量的检测。测量传感部件的基本概念，我们已经在第四章作了介绍，这里重点介绍一下闸位传感器。闸位传感器又称闸门开度传感器(其原理很大程度上与水位传感器相似)，根据输出信号的类型不同可分为模拟式和数字式闸门开度传感器。

早期的模拟式闸门开度传感器一般以精密线绕多圈电位器作为传感器件，将闸门启闭机滚筒的转动通过传动装置引至电位器的旋转轴，在闸门启闭的过程中电位器旋转轴跟着转动，使得电位器的动稗与某一固定臂之间的阻值随着闸门的升降而变化。当在电位器的两固定臂施加一电压时，即可从动臂取走一电位值。这种传感器的优点是结构简单、成本低廉且信号传输只需要三芯电缆，传愉费用低，系统停电不会丢失闸门开度信号。其不足是电信号有一定的温漂，但基本能满足水利工程中测量闸门开度的要求。数字式闸门开度传感器又分为计数式和直接编码式两种。计数式传感器的工作原理是对闸门启闭机某一转动轴的角位移通过计数脉冲进行计数。记录脉冲可由光电器件、干簧管或霍尔器件产生。这种传感器数据的记录过程和保存都需要有电源支持，一般备有可以浮充电的电池，其输出的数据格式可以是二进制、BCD码或格雷码。这种传感器的使用可靠性主要取决于充电电池，一旦电池失效则该传感器中的数据将全部丢失。故这种计数式闸门开度传感器应用较少。任务三水闸（闸群）自动监控

直接编码式闸门开度传感器是将启闭机某一转动轴的角位移通过码盘、微动开关、光电器件或黑白条码直接按某一码制进行编码输出，它的数据不需要借助于电源来记录和保存，它的可靠性取决于码盘及其触针的可靠接触寿命、微动开关的机械和电气寿命、阅读黑白条码的光电器件的寿命。事实上，半导体光电器件的寿命最长，是直接编码式闸门开度传感器的首选。但这种传感器易出现较大的回旋差，即码盘从一个转动方向改变为相反方向转动时，在开度的一定变化范围内传感器的输出数据无变化。近年来，为消除回旋差，提高精度，进行了许多改进，如使传感器在全量程范围内其码盘转数增加(最多已达128圈)，每一圈分辨数据增多等。任务三水闸（闸群）自动监控

（二）通信道

在闸群自动监控系统中，通信道是一个极其重要的部分，这不仅由于通信道的可靠性、稳定性直接影响到整个系统的工作，而且有时是系统里价格最为昂贵的一部分。这里再介绍一下闸群自动监控系统通信网络的工作方式。系统通信网络主要用于闸控站与中心站的通信，也包括闸控站之间或与水位站之间的通信。通信链路种类可以是有线或无线的，常用的有超短波、微波、光纤和电缆辱。通信方式一般采用全双工应答方式，即可由中心站触发通信和闸控站触发通信。中心站触发通信方式包括巡检轮询方式、广播方式和控制命令下发方式。闸控站触发的通信方式包括事件触发方式和突发传输方式等。任务三水闸（闸群）自动监控

（三）远程控制单元（RTU)

远程控制终端可以由各种各样的元器件或部件组成。为了适应远程控制的需要，国内外一些研究部门和生产厂家，将远程终端站的主要控制部件组装在一起，称为远程控制单元，即RTU。RTU具有工作可靠、性能稳定、功能齐全(并可选择)、抗干扰能力强等一系列优点。经过多年的改进提高，现在已有许多定型的、性能优越的RTU面市。

RTU主要作用是进行数据采集及本地控制，进行本地控制时作为系统中份个独立的工作站，RTU可以独立地完成连锁控制，包括前债控制、反镇控制以及控制调赞等，进行数据采集时作为一远程数据通信单元，完成或响应本站与中心站或其他站的通信和遥控任务。

RTU的主要配置有CPU模板、含存储器的I/O模板、通信接口单元以及通:信机、天线、电源、机箱等辅助设备。RTU能执行的任务流程取决于下载到CPU中的程序，CPU的程序可用工程中常用的编程语言编写。如C语言、汇编语言等。任务三水闸（闸群）自动监控

在闸群自动监控系统中，RTU起着比较、放大变换、计算和控制、信号的接收与发送等作用。R'PU能定期或随机采集测t传感部件的输出数据并赴行处理，经编码后发送到控制中心，同时也可在现场进行打印、显示、存盘等，RTU接收控制中心指令，提供数字量输出，实现对闸门的自动控制。

RTU允许进行闸门控制的编程。同时，RTU有一个为警告和事件的时间标记而设计的实时时钟;RTU能被定期查询报告特殊情况，数据超过了上下限将由RTU自动传送直到被中心计算机获知，RTU软件包括诊断和判断RTU本身与传感器是否正常等。任务三水闸（闸群）自动监控四、某省洪湖闸测控自动化系统简介

1.系统主要功能

(1)自动收集各遥测站的实时雨t、水位数据以及闸门开启状态和实时值，并对所采集到的数据进行处理和存储。

(2)当洪水位达到预定值时，人库站超声波测流仪自动投人运行，监测人库的水位和流量。

(3)根据洪水调度方案，中心下达闸门运行控制命令。使洪湖闸三孔闸门自动启闭，并在闸门自动运行过程中实时自动监测闸门及电压、电流变化，在闸门运行过程中发生倾斜、卡孔、越限、逆向运行时，以及电机过压、过流、断相运行时，立即发出声、光报警信号并立即停止闸门运行。任务三水闸（闸群）自动监控

(4)随时显示各遥测站的工作状态、雨量直方图、水位过程线以及闸控站闸门工作状态，并实时发出水位、闸位越限信号。

(5)打印输出各种水情及闸门运行状态图表、数据，并建立数据库。

(6)运用洪水预报模型进行实时洪水预报，并显示、打印预报结果。任务三水闸（闸群）自动监控

2.系统主要结构洪湖闸测控自动化系统由布吉河水情自动测报分系，统、洪湖闸门自动监控子系统以及草铺超声波流量测量子系统等组成。共含3个雨量遥测站、1个水位/雨量遥测站、1个三孔闸门的自动监控站，1个超声波流量检测站及洪湖闸测控中心站。其硬件结构框图见图5-2。其中，由于布吉河水位变幅大，根据超声波测流的技术特点，为精确测量洪水流量，设置了高度不同的三组超声波换能器探头。图5-2系统结构框图任务三水闸（闸群）自动监控

3.系统主要的技术特点

(1)提高闸控站可靠性措施闸控站的主要作用是:①对现场三孔闸门自动进行周期性、实时性现场信息采集，并对数据进行处理。②自动控制三孔闸门的启、闭运行。③对各闸运行数据、现场工况及电源变化进行检查和报警处理。④与中心站进行数据交换，接受中心站调控命令，并反馈本站执行命令后的状态信息。由于闸控站机房临近高压线及配电间，因此闸控站必须将可靠性、安全性、实用性放在十分重要的位位置，具体措施如下:①选用高可靠性防强干扰的工业级一体化现场工控机(AWS-822)。这比目前国内通常采用的分布式系统，每个闸门采用一个PLC或单片机为主组成的RTU进行测控的系统抗干扰性更优越。任务三水闸（闸群）自动监控

②洪湖闸每孔净宽7in，为确保对何门平衡状态的监视和使闸门平衡运行，在每孔闸门两端各安装了1台闸位计，并直接与闸门线性连接，不会发生线性误差，保证了闸位监测精度。③采用自动控制水池搅拌机运行以及自动控制各闸门的润滑液的电磁阀启闭的方法，给启动前及运行中的闸门喷洒润滑液，以减少闸门启动和运行中的四周阻力，保持闸门运行平衡。④多重保护措施。如闸位越限拒收拒动功能;运行中阿门发生倾斜、卡孔、越限、过速、反向运行以及供电电压、电流越限、过流、断相时立即报警并停机。备有紧急停机按键，并保留原手动开、关机功能，使自动与手动互不影响，互为备份。任务三水闸（闸群）自动监控

(2)自动控制的超声波测流。为解决枯水期不工作，而汛期能自动施测的问题，该侧流系统采取平时超声波测流仪不断监测水位，当水深达到lm时，超声波测流仪立即进行流速监测，并将结果存储和打印。

(3)系统的水情遥测站采用自报式工作方式，并采用多项节能措施使整个无人遥测站耗电极低，选用了小功率太阳能电池和蓄电池供电。

(4)中心站软件采用汉化的Windows用户界面。具有多窗口显示功能以及快捷方便的人机对话功能，并能在不同的窗口中实时显示系统运行的最新状态，系统菜单随时动态变化，显示软件提供在线帮助功能，方便用户掌握。闸门监测站一体化工控机采用VISUALBASIC控制软件，使其实时采集数据速度快，能定时触发A/D转换数据，且速度快。采用中断方式传翰数据，并且有清新的易于操作的图标人机界面，操作使用简便。任务三水闸（闸群）自动监控TheEnd，ThankYou!任务三水闸（闸群）自动监控任务四水库工程安全监测自动化一、大坝安全监测自动化系统

(一)监测自动化系统的主要构成

一个完整的大坝安全监测自动化系统包括三大部分，分别为监测仪器(主要为各类传感器)系统、数据采集系统和数据处理分析监控管理系统。任务四水库工程安全监测自动化

1.监测仪器系统我国从20世纪50年代开始研制和生产大坝安全监测仪器。经过几十年的不断努力，在仪器的种类、性能和自动化程度上均有较大的发展。目前已有差动电阻式、钢弦式、电容式、电感式、步进电机式、电磁差动式、差动变压式等10余种。在实际工程应用中效果较好，具代表性的主要有：

①电容式和步进电机式垂线坐标仪、引张线仪；②钢弦式、差动变压式多点变位计；③伺服加速度计式钻孔测斜仪；④电感式、钢弦式、差动电阻式、压阻式渗压计；⑤电容式、差动变压器式液体静力水准遥测装置；⑥采用密封式激光点光源、光电藕合器件CCD作传感器的新型波带板、真空泵自动循环冷却水装置等新技术的真空激光准直系统；⑦采用液压平衡原理新研制的差动电阻式应变计和测缝计；⑧适应高土石坝，特别是高混凝土面板堆石坝要求的大量程位移计和测缝计等。任务四水库工程安全监测自动化

近几年，随着科技的发展，已有不少应用光纤技术和CCD技术研制的新型传感器在工程试验中应用。该类产品具有较好的抵抗高低温、防潮及防雷击性能。其他，如UPS技术在国内也已有应用于大坝变形观测的实例；“渗流热监测”技术用于坝体和坝基渗流的监测方面的研究也已取得了一定的成果。任务四水库工程安全监测自动化

2.数据采集系统

我国对大坝安全监测数据自动采集系统的研究，始于20世纪70年代末，80年代有了长足的进步，进入90年代中期后，随着电子技术、计算机技术、通讯技术等的发展和国外先进设备的引进，有多种型号的大坝安全监测数据自动采集系统先后研制成功，显著提高了我国大坝安全监测的实时性、可靠性和适用性。国内大坝安全监测数据自动采集系统按采集方式分为集中式、分布式和混合式三类，具代表性的有DAMS型、IX型、I_N1018型等系统。任务四水库工程安全监测自动化大坝监测遥测水位计系统图任务四水库工程安全监测自动化大坝浸润线观测示意图任务四水库工程安全监测自动化

3.数据处理分析与监控管理系统

我国对大坝安全监测资料的定量分析，主要是针对单个测点的测值建立统计模型、确定性模型和混合模型等常规数学模型，并得到了广泛应用。在此基础上又研究和发展了多测点模型和多维模型，在应用神经网络技术进行大坝安全监测资料的分析方面也进行了大量探索。监控指标方面，大坝应力和扬压力一般以设计值为监控指标；大坝变形监控指标的确定主要有置信区间法、仿真计算法和力学计算法。较普遍采用的是置信区间法，以数学模型置信区间的边界为监控线。任务四水库工程安全监测自动化

目前已初步开发的具有决策支持和网络功能的大坝安全监控管理系统主要包括总控部分、输入系统、输出系统、综合分析和推理系统、数据库及其管理系统、方法库及其管理系统、模型库及其管理系统、知识库及其管理系统、图形库及其管理系统、图象库及其管理系统等。一般建立在网络平台上，以实时多任务方式运行，能对各监测项目进行实时监控，具有图文声像数据管理、安全评估、分级报警及网络通信等功能。任务四水库工程安全监测自动化

(二)监测自动化采集系统的结构形式

水库工程的监测自动化采集系统一般由观测点的遥测传感器、遥控集线箱、数据自动巡检采集装置及监控中心中央控制单元(计算机)等组成。从国际上看，监测自动化系统的布置形式根据不同工程情况朝多元化方向发展。系统的结构形式按照数据的采集方式大体可分为三类，即集中式、分布式和混合式。任务四水库工程安全监测自动化

1.集中式

所谓集中式，通常在大坝内设一专门的监测室，置放数据采集仪，分布于坝内各测点处的传感器通过电缆直接与数据采集仪相连，传感器信号通过数据采集仪传输到坝外监控中心的数据处理计算机上进行存储管理。这种系统适用于测点数量在200个以内，布置相对集中，传输距离不远的工程，如图6-22所示。图6-22集中式采集系统示意图任务四水库工程安全监测自动化

2.分布式

分布式采集系统是将数据采集仪分散布置在靠近仪器的地方，俗称测量控制单元(MCU)。系统对MCU的要求较高，MCU除执行数据采集把模拟量转换为数字量(A/D)的功能外，还要具备一定的存储和数据处理功能、网络通信功能。MCU一般就近置于坝内，要求其防潮性能要好，能适应坝内的恶劣环境。这种系统布置方式比较灵活，可靠性高、适应能力强，适用于测点众多的大型水库工程。系统的典型布置如图6-23所示。任务四水库工程安全监测自动化

3.混合式

混合式是上述两种采集方式的混合形态，它具有分布式的外形布置，同时采用集中式进行数据采集。在同一个工程中，一部分类型仪器布置较集中则实施集中采集，如集中布置在一起的温度计、钢筋计、测缝计、应力应变计等卡尔逊式仪器。另一部分类型仪器可以用MCU进行分散采集。所有仪器最终都用数字信号与中央控制单元的计算机连接。图6-23分布式采集系统示意图任务四水库工程安全监测自动化二、监测自动化系统的设计与实施

(一)技术规范要求

1.大坝安全监测自动化系统基本功能要求

系统应具备以下功能:①数据自动采集功能:能自动采集各类传感器的输出信一号，能把模拟量转换为数字量；数据采集能适应应答式和自报式两种方式，能按设定的方式自动进行定时测量，能接收命令进行选点、巡回检测及定时检测。②掉电保护功能:在断电情况下确保持续工作3d以上。③自检、自诊断功能:能通过系统自身的巡检逐级查找，并找到故障点。④现场网络数据通信和远程通信功能。⑤防雷及抗干扰功能。⑥数据异常报警及故障显