水资源监控与调度.doc

水资源监控与调度系统产品功能需求说明书文件状态草稿 正式 修改版 本0.1批 准 人生效时间版本历史记录版本制订者生效时间更改内容审核人审核意见变更申请单号第 33 页 共 33 页版本：0.1 目 录1.目的52.适用范围53.参考文档54.缩写55.名词定义56.产品介绍76.1.产品背景76.2.产品目标77.功能分解图77.1.系统组成77.2.功能分解图107.2.1.系统报修107.2.2.设备管理107.2.3.工单维护117.2.4.设备移交127.2.5.知识管理137.2.6.值班管理147.2.7.作业计划管理157.2.8.信息门户管理167.2.9.用户管理188.功能需求198.1.系统报修功能需求198.1.1.我的工作任务198.1.2.故障报修218.2.设备管理功能需求258.2.1.我的资产设备258.3.工单维护功能需求288.3.1.我的维修工单298.3.2.维修工单308.4.设备移交功能需求348.4.1.我接收的移交记录348.4.2.未确认移交记录348.4.3.所有移交记录358.5.知识管理功能需求358.5.1.经验库管理368.5.2.资料管理368.6.值班管理功能需求368.6.1.网络排班378.6.2.值班机房配置378.6.3.值班信息管理378.6.4.交接班管理378.6.5.值班日志管理388.7.作业计划管理功能需求398.7.1.大纲管理398.7.2.年度计划管理408.7.3.月度计划管理408.7.4.待执行作业计划提醒418.7.5.作业计划执行情况考核418.7.6.作业计划执行情况统计分析418.8.信息门户管理功能需求428.8.1.个人桌面管理428.8.2.待办事宜438.8.3.已处理事宜438.8.4.日程安排438.8.5.工作计划及总结438.8.6.个人收藏夹438.8.7.任务管理438.8.8.便笺管理438.9.用户管理功能需求448.9.1.管理员448.9.2.一般用户449.非功能需求459.1.总体技术需求459.2.性能需求451. 目的本文档的编写，面向产品经理/产品专员、程序经理、技术经理和开发人员，作为产品开发的根据，项目计划、需求分析、系统架构的基础和依据。2. 适用范围适用于厦门欧姆科技有限公司计算机运维系统项目，预期读者为产品经理、程序经理、技术经理、软件工程师、测试工程师、界面设计工程师、界面交互工程师等。3. 参考文档1任立良，刘新仁基于数字流域的水文过程模拟研究自然灾害学报，2000.112康玲，姜铁兵，张勇传数字流域在防洪减灾中的作用水电能源科学2001.93都江堰灌渠水资源监控及调度系统4建设水资源实时监控管理系统4. 缩写缩写英文全称中文全称GSMGlobal System for Mobile Communications全球移动通信系统GPRSGeneral Packet Radio Service通用分组无线业务5. 名词定义名词定 义实时监测以现代通信和计算机网络系统为手段，以水资源优化调度和地表水、地下水、污水处理回用、海水（微咸水）及外调水的联合高效利用为核心，追求节水、防污、提高水资源利用效率和最终实现水资源的可持续利用为目标，通过水资源信息的实时采集、传输、模型分析，及时提供水资源决策方案，并快速给出方案实施情况的后评估结果等，以确保实现水资源的统一、动态和科学管理，做到防洪与兴利、地表水与地下水、当地水与外调水、水质与水量、优质水与劣质水之间联合调度与管理，确保水资源与社会经济、生态环境之间的协调发展，以支撑社会经济的可持续发展。实时预报主要包括来水预报和需水预报两部分，来水预报又分为水量预报和水质预报。水量预报包括地表水资源量预报和地下水资源量预报，地表水资源量预报既可细分为当地水和外来水（包括引调水）预报，又可分为汛期径流预报和枯季（非汛期）径流预报。需水预报分为工业、农业、生活和生态环境需水量预报。实时管理利用先进的系统分析、人工智能、计算机、多媒体及网络等技术，通过有关专业模型计算、分析和知识推理、判断等，为决策者提供流域水资源实时管理、调度方案，并允许决策者或专家根据自己的智慧、知识、经验、偏好和决策风格等进行定性分析与判断，直接干预方案生成及评价整个决策过程。实时调度针对水资源实时调度、管理方案的合理性、实施效果以及预报方案的准确性、控制情况等进行评估。6. 产品介绍6.1. 产品背景根据我国流域水文水资源特点和供用水特征，基于目前流域所面临的水资源短缺和污染问题，需要研究和开发流域水资源实时监控管理系统。其重点应放在现有监测站点的调整与完善，水库运行规则、技术参数的校核与调整，洪水资源调控与地下水人工回灌，污水处理回用与生态环境需水量，防洪与兴利统一调度，地表水与地下水资源联合运用管理等技术研究，以及水资源实时调度管理方案付诸实施后效益与风险分析、系统的标准化等方面。 由于我国独特的自然地理条件和复杂的水文水资源特点，决定了我国的水资源问题比较复杂，虽然各流域经过四、五十年大规模的水利工程建设，取得了巨大成就，但水资源短缺和污染问题，不仅没有得到根本性的解决，还有日益严峻的趋势。为了更有效地解决或缓解所面临的“水少、水脏”问题，需要深入地分析现状下垫面条件下的流域水循环规律和地表水与地下水之间的相互转化关系，通过研究流域水资源实时监控管理的基础理论和技术方法，开发和建设流域水资源实时监控管理系统，以充分利用和挖掘现有水利工程的内部潜力与整体综合优势，确保流域水资源的合理开发和高效利用，有力地支持社会经济的可持续发展。当前，我国水利建设面临着从传统水利向现代水利转变的历史任务。如何实现水利现代化?如何实现水资源的可持续利用?在水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护的综合管理任务中，如何改变过去粗放式的管理方式，而采用集约式的现代管理方式?面对这些问题，我们不能不去研究国际上对自然资源管理的新思潮，不能不去研究全球高科技突飞猛进的发展大潮流。水资源的优化配置是水资源管理的重点。实施对水资源动态的、实时的、优化的配置，基础是获取大量的、动态的水资源及相关信息。根据我国流域水文水资源特点和供用水特征，基于目前流域所面临的水资源短缺和污染问题，需要研究和开发流域水资源监控和调度管理系统。其重点应放在现有监测站点的调整与完善，水库运行规则、技术参数的校核与调整，洪水资源调控与地下水人工回灌，污水处理回用与生态环境需水量，防洪与兴利统一调度，地表水与地下水资源联合运用管理等技术研究，以及水资源实时调度管理方案付诸实施后效益与风险分析、系统的标准化等方面。当代高技术的发展，特别是信息技术、数字化技术的发展，使得对水资源进行实时监控和调度管理已经成为可能。这种系统的建设将使水资源的管理发生重大变革，也将带来巨大的经济社会效益。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。6.2. 产品目标本产品预期达到的目标为：水情自动监测子系统、墒情自动监测子系统、水质自动监测子系统、闸门监测子系统、视频监控子系统、计算机网络和信息管理组成等等 。使用本产品后做到对水资源监控与调度的管理。7. 系统的特点及技术要求7.1. 系统特点这个系统是以信息技术为基础，运用各种高新科技手段，对流域或地区的水资源及相关的大量信息进行实时采集、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。系统具有以下特点：布控区域广阔、可组成非常复杂监控网络、系统扩展能力强、性能稳定可靠、完善图像录像、检索和回放功能、完善分级权限控制。系统的主要特点是：对水资源进行实时监测。监测的内容包括水量和水质。实时监测的意义在于：只有掌握瞬时变化的水量信息，才能科学、准确地进行资源配置及调度；只有掌握瞬时变化的水质信息，才能对环境质量进行动态评价和有效监督，也才有可能应对水污染突发事件，保证供水安全。这种系统以地理信息系统(GIS)为框架，除了采集水资源信息外，还广泛采集流域或地区内的气象、墒情等自然信息，水利工程等基础设施信息，经济与社会发展的基本信息以及需水部门的需水信息。它不同于以往的水资源监测系统，仅仅具有监测功能。这种系统更重要的功能是进行实时配置调度。它是在监测的基础上，以大量的综合信息为基础，采用现代水资源管理数学模型，为水资源的实时配置、调度提供决策支持。这种模型势必突破“就水论水”局限，体现经济与社会发展资源环境的协调统一，体现水资源的可持续利用原则，体现“依法治水”的原则。这种系统应是高新技术的集成。系统的设置应充分吸收国际上最新技术，坚持高起点。它包括监测技术、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。它的设置应是因地制宜的。针对不同流域、不同地区不同的经济发展水平及基础设施状况，水资源管理中不同的重点问题，水资源实时监控管理系统的设置也应具有不同的特点。系统的设置还应与防洪调度指挥系统的建设相结合。系统的技术要求是：以现代电子、信息、网络技术为基础，实现监测数据的自动采集、实时传输和在线分析，有效地提高监测数据的实时性和准确率，确保监测信息的有效性。充分掌握所在地区水资源供需状况，建立相应的资料库和水量、水质模型、供需水模型及生态环境分析模型。供水方面包括：地表水、地下水、土壤水，主水、客水、污水回用等等，需水方面包括：生活用水、工业用水、农业用水、生态环境用水等。充分运用现代计算机和人工智能等技术进行高度技术集成，快速、高效、准确、客观地分析处理大量监测数据信息，并根据已建立的供需水模型和水环境分析模型等，动态生成水资源优化配置、调配计划等辅助决策方案。以综合分析和辅助决策为基础，实现对水资源的优化配置、远程控制和科学管理等，即实现水资源调控的现代化。系统应具有很强的实用性和动态可扩展性，以满足不同用户的需求。7.2. 系统技术要求水资源实时监控管理系统应具备水资源实时测、水资源实时预报、水资源实时调度和水资源实时管理等功能。系统的总体结构又可分解为：数据库(包含图形库、图像库和CIS系统)，模型库(包括方法库)，知识库，在线数据采集子系统，综合信息管理子系统，综合分析与决策支持子系统，实时控制管理子系统。其核心是综合分析与决策支持子系统以及数据库、模型库、知识库。其他各部分则为系统核心的补充、延展和支持。系统总控目的是建立系统各部分之间的联系、控制各库和各子系统的协调运行。在线数据采集子系统提供相关水资源与水环境监测数据的自动化采集和数据可靠性在线分析功能。其重点是对地表水和地下水(水量、水位、水质及水温等)的实时动态监测和监测数据的自动化采集、监测数据预处理，以及监测数据可靠性的实时在线分析处理等。该子系统还应提供与各类监测仪器衔接的数据采集接口，通过接口模块动态收集监测数据资料，确保存入数据库中的监测资料的有效性、完整性和可靠性。综合信息管理子系统管理各种水资源水环境监控项目的数据资料，具有监测数据资料的输入、存储、整编、查询与传输等功能，对水资源监控数据资料进行综合管理和处理。该子系统还应提供对综合分析与决策支持子系统以及实时控制子系统的数据传输接口。实时控制子系统主要完成两个功能：一是将系统综合分析与辅助决策的成果以实时报告(如水资源预报、水质分析公报、企业排污超标警报、水资源调配建议方案等)和多媒体报警信号(如大屏幕指示、声光警报等)的形式进行动态输出，以供决策部门进行水资源配置和管理参考；二是将输出指令直接作用于可控自动化水资源调配和控制设备(如给、排水闸门等)，通过有线/无线/远程控制技术对系统所涉区域内的重点给、排水设备及重点控制工程进行远距离的调节控制。综合分析与决策支持子系统对实时监测获得的数据信息进行综合分析处理。其主要功能就是运用模型库中的相应模型对监测数据资料进行智能化的综合分析，参照知识库中的专家知识和有关法律、法规、规程规范，形成水资源(包括水量、水质、水情和水环境等)动态状况的分析成果；并根据分析成果，产生辅助决策报告或直接发布控制指令。系统还应专门设计有多库协同器，进行各库之间的协调。多库协同器提供系统各库的协同规划、综合调度、人机交互、资源共享、冲突仲裁和通信联络等处理功能。综合分析与决策支持子系统是本系统的技术核心，它将以国内外近年在水源、水环境和农田水利等方面的科研成果为基础，结合现代高新技术进行综合开发，形成技术先进、功能完善、实用性强、又便于扩展和更新的具有决策支持能力的智能化综合分析系统。数据库是整个系统运转的基础，准确高效地收集和及时处理大量复杂的监测数据资料是整个系统设计和开发的重点。数据库及综合信息管理子系统是面向数据信息存储和信息查询的计算机软件系统。本系统的数据库内容包括：水利工程档案库，监测仪器特征库，原始监测数据库，整编监测数据库，监测网站资料库，人工巡视检查资料库，数据自动采集参数库，模型输入输出数据库，成果数据库，实时控制日志数据库等。图形库和图像库是数据库的延展和补充。模型库及其管理子系统提供相应分析处理使用的处理模型和计算方法的例程库。包括各种时态和空间模型、在线数据可靠性分析算法等。包括水情预报模型、水量评价模型、水量预测模型、水质评价模型、水质预测模型、水污染模型、需水模型、生态环境分析模型、洪水演进及仿真模型、决策支持模型等等。知识库及其管理子系统是用于知识信息的存储及其使用管理的计算机软件系统。本系统的知识库内容包括：各监控项目的监控指标，日常巡视检查的评判标准，监测数据误差限值，专业规律指标，专家知识经验，水利法律、法规，行业规程、规范的有关条款等。8. 功能分解图8.1. 系统组成监控中心：主要硬件：服务器、数据专线、路由器等。主要软件：操作系统软件、数据库软件、水资源实时监控与管理系统软件、防火墙软件。 通信网络：中国移动公司GPRS无线网络。 终端设备：水资源测控终端、无线抄表器。 测量设备：水表、流量计、水位计、雨量计、水质计等。水资源监控与调度系统具有水情自动监测子系统、墒情自动监测子系统、水质自动监测子系统、闸门监测子系统、视频监控子系统、计算机网络和信息管理等功能，各子系统既能各自组成独立系统，实现界面和数据流统一，具有很强灵活性和可靠性。该系统适用于对地下水、地表水的水量、水位和水质进行监测，有助于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。l 水情遥测系统水情遥测系统主要完成雨量、水位数据实时自动采集、接收、处理和存储。l 墒情监测系统农田土壤墒情是灌渠水量合理调度和分配重要依据，墒情监测系统实时监测单位体积（容积）土壤含水量。l 水质自动监测系统系统主要监测水质参数有水质五参数(温度、pH、溶解氧、电导率、浊度)、氨氮、高锰酸盐指数、总磷、总氮、酚等。l 闸门监控系统闸门监控系统采用可编程控制器为控制站，以现场总线网及工业以态网为通讯网络，利用光电编码器进行行程测量，采用软启动、无触点控制技术，实现对弧型闸门、平板闸门和快速闸门等闸门现控制、集中控制和远方控制集散式控制系统。l 视频监控系统视频监控系统采用最新嵌入式web视频监控技术，视频编码格式可用户需求和网络带宽情况选用Mpeg、Mpeg2、Mpeg4编码方式。视频软件采用B-S架构，客户端无需安装软件，可浏览器进行图像浏览。l 计算机网络管理视频监控系统采用最新嵌入式web视频监控技术，视频编码格式可用户需求和网络带宽情况选用Mpeg、Mpeg2、Mpeg4编码方式。视频软件采用B-S架构，客户端无需安装软件，可浏览器进行图像浏览。l 信息管理8.2. 功能分解图8.2.1. 水情遥测8.2.2. 墒情监测8.2.3. 水质自动监测8.2.4. 闸门监测8.2.5. 视频监控8.2.6. 计算机网络管理8.2.7. 信息管理系统9. 功能需求9.1. 水情遥测功能需求通过组建水情测站，实时采集水量、工业用水水量、灌区土壤墒情及雨量。该系统由数据采集(VHF、GSM无线信道)和中心站组成，各遥测站与中心站构成星状网络，中心站为中心节点。测站采取自报为主、应答为辅的方式发送数据，并且具有固态存储数据功能。中心站具有数据处理、统计分析、查询等功能，并能向上级部门提供信息服务。子系统中的核心设备ACS300是国内唯一基于数据采集平台(DCP)概念设计的高可靠和高智能化微功耗数据采集器的最新产品，也是国内第一台完全满足工业级标准的水情数据采集器，与在水利系统中广泛使用的ACS系列产品相比，ACS300体积减小50%，静态功耗降低50%，工作功耗降低75%，启动时间减少90%。该采集器特别适合于电能供应有限、环境条件恶劣的现场。它的另一个突出点是抗误操作性强，简单易学易操作，系统运行维护费用低廉。9.1.1. 数据采集能及时、准确、自动地采集系统范围内各遥测站点的水雨情信息，并实现水雨情数据固定存贮。能确保水情信息钮的及时、准确、安全传输。能将遥测站采集到的水情数据及时地传输到中心站，为各级防汛部门与洪水预报调度提供实时、准确、可靠的水情信息。9.1.2. 中心站中心站能自动接收遥测站通过GSM/PSTN等通信信道传输的水位、雨量和人工输入的数据信息，可随时招测遥测站的水情信息，并具有对遥测站终端进行通信参数远程设置的动能。可建立水雨情实时和历史数据库，已满足流域洪水预报对数据的需求。可提供实时、历史水情信息和预报信息的检索、查询，实时监视重点区域的水位过程和预告信息，自动或人工交互生成水情报表。9.2. 墒情监测功能需求9.2.1. 监测土壤含水量9.2.2. 强大的数据处理能力9.3. 水质自动监测功能需求水质自动监测系统由外部采水系统、内部配水系统、清洗系统、水质分析子系统和通信及控制系统组成。现场采用MODBUS总线结构，可实现多个控制单元和多种仪器的总线连接，并通过光纤以太网与中心站相连，构成监视控制和数据采集SCAD系统。中心站采用组态软件Web Access，通过WEB方式远程控制系统的运行，如切换水泵、管路系统清洗、设备的启停等，还具有水质参数过程线查询、报表生成、水污染指数计算、远程故障诊断等功能。当水质分析数据异常时，监测站可声光报警。通过引进地表水水质模型(QUAL2E水质模型)软件包，预测污染物的时空分布和运移情况，为都江堰灌区各闸门的运行状态提供依据。水质自动监测系统具有如下基本功能：自动监测：自动实现水样采集、分析和数据处理、传输、存储等功能；连续监测：检测水样前对标准溶液进行测定和自动校准定期自动清洗、自动校正、自动过滤等功能、灵活可靠取水方式，满足现场长期稳定运行要求；具有信息提取扫描功能，并把提取收集来数据以统一格式自动存入数据库；自动数据传输功能，支持PSTN和GSM/GPRS/CDMA，可扩展超短波与卫星等)信道；直观显示，可以实时显示仪器运行状态和监测数据及分析结果；自动报警；具备本控制和远程控制两种控制方式；远程召测功能；强大报表功能，对监测数据进行合理性检查和实时处理，按规定格式存入数据库；设备运转状态管理。水质自动监测系统具有良好开放性和拓展性，可用户要求无缝接入各种型号水质传感器或分析仪器。9.3.1. 外部采水系统9.3.2. 内部配水系统9.3.3. 清洗系统9.3.4. 水质分析子系统9.3.5. 通道9.3.6. 监控9.4. 闸门监测功能需求该子系统由远方遥控中心、分控制中心、现地控制柜及闸门行程传感器等自动化元件构成。闸群采用西门子可编程控制器和操作员站组成现地控制中心，在每个闸门上设一个现地控制柜(三个闸群共21个控制柜)，以现场总线PROFIBUS-DP作为核心控制通信网络，与各闸门现地柜进行通信。现地控制柜可将闸位信息、电机电流信息、故障信号等实时上传至分控中心和中心站，并接受控制命令，对闸门进行控制。把监控数据上传至中心站，同时也接收中心站的监控指令。分控中心和中心站可对闸门的开度、启停状态进行巡检及远程操作；对收集到的各种数据进行过滤、分类存储、统计分析；对闸位越限、系统故障进行声光报警等。 闸门监控系统具有以下技术特点： 硬件配备多级保护设备，系统可靠性高， 现控制优先，远程控制辅助，自动采集闸门开度及设备运行状态，并向集控台发送信息，远程控制时完善用户认证体系和详尽操作记录，保证系统安全，具备闸门运行卡滞故障、失速故障保护功能，支持PSTN、GPRS、CDMA、TCP/IP等信道。 具备闸门下滑提升功能， 下滑点参数可选；备电机过流、过载、断相、欠压、短路、堵转保护等功能；具备闸门极限行程保护功能；具备故障报警功能；提供闸门操作、开度报表。9.4.1. 远方遥控中心9.4.2. 分控制中心9.4.3. 现地控制柜9.4.4. 闸门行程传感器9.5. 视频监控功能需求该子系统可监视闸房内的工况和闸门的启闭情况。系统采用最新的嵌入式WEB视频监控技术，通过设立视频分中心，将PELCO摄像头的视频信号经AXIS视频服务器压缩后由光纤传送到中心站，局中心配置一套守望者2600视频监控软件，统一管理并在局域网内发布。该系统能实现多路图像的接收、显示、传输，摄像机的遥控；提供计划录像、手动录像和报警录像等多种录像方式，检索、回放、删除和备份录像等功能。子系统中最为实用之处是多路图像接收、处理和显示。它能同时接收所有前端系统的图像，按照摄像机的分组配置组合成单幅或4分割、9分割活动画面，同时在图像上叠加时间、地点名称。在接到用户的申请后，根据权限裁定是否转发图像；可根据监控地点内的镜头数量，调节图像显示尺寸，选择任意一路图像可扩大到全屏显示，显示实时的画面，最高可到30帧每秒。系统采用的图像压缩标准为JPEG/M-JPEG，图像存储的格式为JPEG，图像清晰度高，完全符合国际标准。9.5.1. 闸房内工况9.5.2. 闸门启闭9.6. 计算机网络管理功能需求该系统通过局域网连接中心站计算机。考虑到水情、水质、图像、控制等大量的数字信息，以及方便系统以后的拓展，在渠首建立光纤广域网，连接本系统其他计算机网络。另外以VPN方式组建灌区广域网，方便灌区各管理处的查询。通过路由网络设备可与外系统连接，如都管局MIS系统、省防汛系统、省环境监测站系统等等。通过MODEM经电话网络提供远程查询和远程诊断。9.6.1. 通过局域网连接中心站计算机9.6.2. 以VPN方式组建灌区广域网9.7. 信息管理功能需求该子系统采用NARI WDS水资源调度管理系统，调度员可以使用专业工作站或以WEB浏览器方式监视、调度和管理整个系统。NARI WDS采用了多阶层和全组态式软件设计，从测点、计算量、高级应用数据定义，BTU的规约、通