数字水库灌区自动化监测调度系统研究

1、数字水库灌区自动化监测调度系统研究 马明文 亓卓坤 杨庆丰 ! 崔延云 李 伟 赵永亮雪野水库灌区为大型灌区 , 位于莱芜市西北部 , 跨 9个 乡 镇、 办 事 处 , 南 北 长 21 6km, 东 西 宽 20 8km, 设计灌溉面积 2 03万 hm 2, 有效灌溉面积 1 49万 hm 2。全 灌区 多 年平 均 浅层 地 下水 开 采量 3554万 m 3, 多年平均降雨量 733mm, 水库多年平均 来水量 9137万 m 3, 基本能够满足农业用水。但随着 全市工农业的迅速发展 , 水资源供需矛盾日趋突出。 尤其自 1993年以来 , 由于水库灌区农业种植结构的 调 整 , 每

2、年生 姜、大蒜种植 面积不断扩大 , 增加农 业灌溉用水量 , 加之向工业年供水 4800万 m 3的供 水因素 , 势 必加剧 工农 业用 水矛 盾。在 此情 况下 , 必须 结合自 身特点 , 加强 科学调 水、配 水、 用水 , 认真研究水库 灌区自动 化流量 测量、 自动化 控制、 计算机辅助统计与决策为一体的数字水库灌区自动 化监测调度系统尤为必要。1 系统组成 、 功能与特点1 1 系统组成该系统 以数 据库 为中 心 , 由信 息采 集、调 度、 数据库管理等子系统组成 , 分系 统交互界面层、功 能应用层和支持层三个层次。系 统交互界面层 , 通 过软件运行 , 输入控制参数和

3、数 据 , 显示输出运行 信息和结果 ; 系统功能应用层 , 提供供水调度过程 中所需要的各种业务分析 , 包括 数据采集、供水调 度、信息处理与查询、系统管理 ; 系统支 持层 , 包 括历史供水数据库、工程数据库等。1 2 系统功能系统从供 水流量 信息采 集开 始 , 一 直到 调度、 业务管理等不同工作阶段 , 均可以自动运行或以人 机交互方式进入任意阶段操作。系统主要功能包括 数据库管理、信息采 集、信息查询、自动 运作、成 果输出、信息接收与共享。1 3 系统特点1 3 1 标准化 :系统标准化 开发 模块 #, 具有标 准化的系统结构 , 有两次开发功 能 , 各子系统间容 易集

4、成、扩展、升级。1 3 2 规范性 :系统在总体与数据库结构、输入与 输出接口、技 术实现方 法等方面 实现 了规范 统一 , 既可以便于各子系统间的连接 , 又可以便于上、下 级纵向和同级横向的连接 , 为实 现网络化管理、信 息 共享、纳入 省、市水利信 息网、无纸 化办公奠定 了基础。1 3 3 先进性 :该系统把当前国内外该学科的前沿 理论和技术 , 进行全 面的归纳、总结、提 炼后 , 大 胆地用于本项目研究中 , 充分体现其先进性。1 3 4 实用性 :该系统坚持与实际密切联系 , 系统 标准化 开发模块 #的研究与数字水库灌区自动化 监测调度系统建设同步进行 , 并在具体实施中不

5、断 地完善与提高 , 其实用性达到预期目的。2 系统的软件设计系统软件 设计 , 主要由闸门控制管理、农业用 水 管理 , 工业 用水管理、泄 洪、发电等 六个模块组 成 , 软件模块通过与系统硬件模 块的接口 , 实现对 灌区内各个闸门和量水堰的流量测 量、控制 , 并对 采集的流量数 据进行分 析和 汇总 , 取 得科 学调度、 水费按方收取的预期效果。2 1 闸门控制管理闸门控制管理模块 , 由总闸控制 和闸门状态两 个子模块组成。总闸控 制 , 通过控制总闸的开启度 调节供水流量 , 并根据供水流量大小决定开启相应 发电机组的蝶阀 ; 闸门 状态 , 通过对灌区内所有闸 门的实时监控

6、, 并通过软件可发送闸门的启闭指令。 2 2 农业用水管理农业用水管理模块由用水管理、流量测量、流 量控制、流 量统 计、水 费收 取等 五个子 模块 组成。 用水管理模块 , 对各个年度农业灌溉用水的次数及 每次放水开始与结束的时间进行动态管理 ; 流量测 量模块 , 对灌区各个灌溉管理站的上游和下游量水 堰当时水位和流量进行测量 , 并统计各个灌溉管理 站负责区域内的耗用水量 ; 流量控制模块 , 通过对 东、西干渠各个分水闸 流量控制 , 调节灌区内各个 灌溉管理站当前流量 ; 流量统计模块 , 对灌区内总 接送水量和耗用水量、各个灌溉管理站接送水量和 耗用水量、灌区内各个灌溉管理站水位

7、和流量进行 统计和图形分析 ; 水费 收取模块 , 通过对年度内每 水次各个灌溉管理站耗用水量统计 , 结合上级水方 调整政策 , 对灌区内各个灌溉管理站的水费进行结 算和收取。2 3 工业用水管理工业用水管理模块 , 主要由莱城 电厂、莱芜发 电总厂、莱钢等工业用水单位的用水流量统计的子 模块来实现。工业用水流量统计模块通过自动记录 的耗用水量 , 统计工业用水日供水数量和累计供水 数量。2 4 生活用水管理生活用水管理模块 , 主要由城市 生活用水流量 统计子模块实现。生活 用水流量统计模块 , 通过自 动记录的耗用水量 , 统计城市生活用水日供水数量 和累计供水数量。2 5 泄洪泄洪模块

8、 , 主要由泄洪流量控制的子模块实现。 泄洪流量控制模块 , 根 据总闸泄洪总量 , 合理调节 各个泄洪闸高度 , 确保泄洪工作的顺利完成。2 6 发电发电模块 , 主要由电量、功率查询的子模块实 现。它可以对灌区内各个发电机组发电量进行记录 , 用户可以按时段对各个发电机组发电量及时进行查 询和统计。3 系统的硬件设计系统硬件 , 主要 由安装在总调度 中心的信息控 制处理中心的前置机和安装在渠道上的闸门启闭遥 测器、闸门启闭度遥控器、水量水位 遥测器、发电 量 遥测器、工业 供水 遥测 器、视 频监控 器等 组成 , 信息控制处理中心与各遥测遥控器 , 通过无线信号 进行数据传递。3 1

9、前置机 (下转第 46页 44 山东水利 /2004年第 10期4 省中心信息处理省水情 中心安 装有雨 水情信 息接 收转发 软件 , 负责接收各市水情分中心通过网络传输的雨水情信 息 , 并将收集到的信息随时向相关收报单位进行转 发和存储 ; 通过实时雨水情处理 系统 , 将收集到的 雨水情信息进行翻译 , 按照不同的类别和格式存储 于 SQLServer 雨水情信息数据库中。以雨水情信息数据库为基础 , 开发了雨水情信 息查询管理、雨情图制作、洪水预报等一系列应用 软件。雨水情信息查询管理软件可以对各类雨水情 信息进行检索、修改、统计、打印 ; 雨情图制作软 件可以自动实现雨情图的绘制、

10、打印和上网 ; 洪水 预报软件可根据实时雨水情信息及未来雨情预测进 行洪水预报。另外建立的水情信息网站通过网页技 术实现了雨水情信息数据库的检索 , 在水利信息网 络内部使用浏览器上网的方式就可以迅速了解实时 雨水情信 息 , 同 时通 过网上 交流 , 实现 了雨 水情、 预报的会商。经过几年的应用 , 山东省的报汛质量显著提高 , 职工的劳动强度大大降低 , 水情工作现代化进程稳 步前进 , 数传仪及网络系统应用成功的经验也得到 了推广 , 受到了部、各相 关流域机构、省厅等各级 领导的高度评价。(作者单位 :烟台水文水资源勘测局 (上接第 44页 前置机是 PC 机与各遥测遥控站之间传递

11、信息中 间数据的处理机 , 它将各遥测遥控站发送来的无线 数据信号识别判断、整理运算后发送给 PC 机 , 又将 PC 机输送来的遥测遥控信号 , 经预处理后 , 通过无 线电台再发送给各遥测遥控站。 PC 机采用 IBM 公司 P 4系列计算机 , 具有数据存贮、查询、水量自动调 度等功能。3 2 闸门启闭遥测器闸门启闭 遥测器 , 由闸门开启传感器、闸门关 闭传感器、抗干扰电路、数据处理电路、存贮电路、 时 钟电路、无 线电台等组成。当闸门启闭 时 , 被相 应传感器检测后 , 又经过抗干扰 电路整形 , 转换为 数字信号 , 传递给数据电路 , 再按相关性原理运算 后 , 将数据存贮 ,

12、 并通 过无线电台将启闭度信号传 递给信息控制处理中心。3 3 闸门启闭度遥控器闸门启闭 度遥控器 , 由无线数传电路、数据分 析处理电路、闸门提升与下降电路、换向延时电路、 过载过流保护电路等组成 , 接收信息控制处理中心 发来的闸门控制信号 , 经抗干扰 处理后 , 对闸门进 行开启或关闭操作。3 4 水量水位遥测器水量水位 遥测器 , 由超声波传感器、抗干扰电 路、数据处理电路、存贮电路、时钟电路、无线电 台等组成。利用超声波传感器测 量渠道的水位 , 并 按预设的 水位流量 关系曲线 统计某一 时段的 流量 , 自动累加水量。每 6s 测量一次 , 连测 10次后 , 对每 组数值判断

13、其准确性 , 从中取其平均值。发电量、工业供水 遥测器与水量水位遥测器结 构基本相同 , 只是传感器结构不同。3 5 视频监控器为增加系统的可靠性、直观性 , 在东、西放水 洞、总干、东、西干渠分 水闸等重要位 置增设视频 监控器。当对几处闸门进行遥控 操作时 , 摄像头记 录现场操作信号 , 传输至信息控制处理中心的操作 台监控器上 , 起到自控、直观作用。4 系统的关键技术4 1 多目标方案评价方法多目标方案评价方 法的主要特点是采用模糊理 论技术 , 确定目标权重 , 从而使决策模型理论性更 强 , 使用效果更好。多目 标方案调度决 策模型 , 主 要考虑数字水库灌区自动化监测调度不同水

14、情、不 同阶段供水目标的复杂性 , 通过全面分析水库灌区 自动化监测调度中的各个阶段的供水目标。确定各 阶段的目标权重值 , 进而把各个阶段的供水目标合 成为综合目标 , 经优选后取得最理想的调度方案。 4 2 系统的自动生成与交互生成方案系统研究了自动生 成与交互生成 二种方案。自 动生成方案 , 根据实时 的供水过程 , 自动生成供水 调度方案 ; 交互生成方 案 , 可按时段的供水量和交 互启闭供水设备的任意组合进行及时调度。方案的 生 成非常 直观、方便 , 每生 成一 个新的 调度 方案 , 调度人员只需在屏幕上填一张表即可 ; 每修改一个 调度方案 , 也可重填一张表即可。4 3

15、数据库技术与模块化管理功能该系统是以数据库 为基础的 , 鉴 于网络下的多 用户系统 , 应具备适应各种复杂环境下的工作条件 , 有效地解决了复杂多变的供水调度问题。在系统数 据库设计时 , 充分考虑了 其先进、实 用、耐久的技 术要求 , 挖掘其功能潜力。4 4 面向对象程序设计 、 实现功能扩展由于该系统直接面向调度人员和决策者的人机 交互 , 在系统程序设计 中 , 选择了面向对象的开发 工具 , 利用面向对象的 思想 , 将水库灌区自动化监 测调度系统的各个部分按对象进行划分 , 通过对象 对系统进行建模 , 使系 统较易实现软件的重组、移 植、扩展。能够满足不同水库灌区的自动化监测调 度工作要求。5 结 语采用科技手段 , 实现水库灌区自 动化监测调度 的数字化 , 是新形势下推进传统水利向现代水利转 变的需要 , 是水库灌区优