CN107622113A - 水库安全智能化管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水库安全智能化管理系统，包括水雨情监测模块、大坝安全监测模块、闸门监控模块、洪水预报调度模块、视频监控模块、数据自动报送模块。本管理系统的硬件架构分为三层，数据采集层设置在每个水库的库区相应的位置上，数据采集层通过移动通信设备将采集到的数据传输到云服务平台上；云服务平台提供数据处理、数据存储和GIS应用服务，各功能模块均运行于云服务平台上；用户通过各种终端设备访问云服务平台来使用本管理系统的各功能模块的服务。本管理系统的监控功能丰富，只需要在水库当地设置相应的数据采集设备，各水库的监控数据都传输至云服务平台上进行集中处理，系统维护简单，容易实现各水库安全的省级联控联防。

Description

水库安全智能化管理系统

技术领域

本发明涉及一种水库管理系统，具体是一种水库安全智能化管理系统，属于水利信息化技术领域。

背景技术

水库是防汛抗旱的基础设施之一，其在防洪、灌溉、供水、发电、养殖、旅游、生态等方面发挥着难以替代的作用。经调查发现，广西现有的4300多座各类水库中，大多建于“大跃进”和“农业学寨”时期，建设标准低，水库安全监测设施不全，监测手段落后，科学调度水平低。目前比较全面的开展水工建筑物观测的大中型水库只有47座，仅占大中型水库总数的24%，观测手段依然很落后，投入人员多，管理成本高；小型水库的水文观测站仅有220多个，大部分小型水库缺少监测设施，缺乏观测资料，导致很多水库没法编制调度计划，只能根据需要和凭经验临时调度，存在严重的安全隐患。而且由于大部分水库分布区域广，多位于偏远山区，水库的交通和通讯设施落后，汛期道路容易塌方，水库出现险情时车辆通行无法保证，如果缺少必要的测报及安全监测设施，容易贻误抢险时机，因此水库安全的信息化建设问题亟待解决。

过去虽然有部分水库在库区内实施了信息化建设项目，但这些项目往往需要自行修建网络数据中心机房，架设供电设施，铺设光纤网络，工程量大，实现难度高，造成项目建设和维护成本极高，给水库工程管理单位带来沉重的经济负担。同时此类信息管理系统在信息采集、水情测报、水文预报、大坝安全监测和群库调度决策方面仍主要依靠传统手段，整体协调性差，测报精度不高，预警能力不强，难以适应各水库安全的精细化管理和省级联防联控的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种水库安全智能化管理系统，以解决当前各水库库区水文监控功能单一、分散，本地网络数据中心建设投入大，维护难，库区水文监控信息需人工报数，难以实现省级联控的现状等问题。

本发明的具体技术方案如下：

一种水库安全智能化管理系统，包括以下功能模块：水雨情监测模块、大坝安全监测模块、闸门监控模块、洪水预报调度模块、视频监控模块、数据自动报送模块。

所述水雨情监测模块用于提供地图上各水库的水情实时数据表，数据表的上部列表显示当前坝首水位、昨日八时水位、坝道水位、库容、溢洪流量、尾水水位、发电流量、入库流量，数据表的中部列表显示水库各站点的降雨量，数据表的下部列表显示当日各个整点时段的库水位相关信息以及当日各个整点时段各站点的降雨量。

所述大坝安全监测模块包括大坝监测模块和变形监测模块两个子模块；大坝监测模块用于提供大坝各监测点的监测数据、断面监测数据和溢洪道监测数据；大坝各监测点的监测数据在地图上的各监测点处标出，包括监测点当前渗压水位、埋设高程、管口高程、频率模数、温度、MCU编号、MCU通道的数据；断面监测数据；断面监测数据和溢洪道监测数据通过表格列出断面和溢洪道各观测点的渗压水位、埋设高程、管口高程、频率模数、温度、MCU编号、MCU通道的数据，并画出断面和溢洪道的剖面图，标出水位和各观测点渗压水位的数据；变形监测模块用于提供大坝各监测点当前整点测出的位移数值，包括横向水平位移、纵向水平位移、竖向位移的数值。

所述闸门监控模块用于实时监控水库各工作闸门和检修闸门的启动/停止状态、上升/停止状态、下降/停止状态、闸位数据；闸门监控模块还设有报表统计和报警查询功能，报表统计提供水库各闸门在输入时段内的工作状态以及该工作状态的持续时间的数据，并绘制出相应的图表，报警查询提供水库各闸门在输入时段内的报警信息。

所述洪水预报调度模块用于提供洪水预报调度结果表、洪水预报调度结果统计表、洪水预报调度过程图；洪水预报调度表提供输入时间段内每个小时的平均雨量、预期雨量、入库流量、预计入库流量、库水位、预计库水位、库容、预计库容、出库流量、预计出库流量的数据；洪水预报调度结果统计表通过计算模拟出输入时间段内累计雨量、最大入库以及相应时间、最高水位以及相应时间、当前入库水量以及相应库容、未来雨量、预报最大入库以及相应时间、预报最高水位以及相应时间、预计入库水量以及相应库容的数据；洪水预报调度过程图绘制出洪水预报调度结果表中的数据。

所述视频监控模块用于提供各水库的现场实时视频监控，视频监控均设有视频回放以及实时预览功能。

所述数据自动报送模块用于提供数据对接服务功能，即按照指定格式、在指定的时间将实时监测数据发送到第三方信息系统中，实现监测数据的无缝对接，达到数据资源共享的目的。

本发明的优点为：本水库安全智能化管理系统通过设置一系列功能模块，利用信息化技术将一个省的水库库区的安全监测数据在云服务平台有机结合起来，从而实现全省各水库的水雨情监测、大坝安全监测、闸门监控、洪水预报调度、视频监控和数据自动报送等多种功能。本管理系统的监控功能丰富，只需要在水库当地设置相应的数据采集设备，各水库的监控数据都传输至云服务平台上进行集中处理，不需要在当地建立数据处理服务器，因此可以大幅降低建设成本，且系统维护简单，容易实现各水库安全的省级联控联防。省级水库管理部门能随时掌握各个基层终端监测点的实时动态，消除了管理死角；另外，海量现场信息集中传输至云服务器，不需中间数据中心中转，既彻底改变过去层层上报、信息传递滞后的管理困境，又能实现对各水库海量数据的综合分析，支持汛期调度决策，为防汛度汛提供有力的客观依据，实现在整个流域层面的合理调度与统筹管理。

附图说明

图1为本水库安全智能化管理系统的硬件架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本水库安全智能化管理系统的硬件架构分为三层，由下至上分别为数据采集层、云服务平台、终端设备层；所述数据采集层设置在每个水库的库区相应的位置上，数据采集层通过移动通信技术将采集到的数据传输到云服务平台上；所述云服务平台采用KVM＋Hadoop技术架构云主机系统，并提供数据处理、数据存储和GIS应用服务，本管理系统的各功能模块均运行于云服务平台上；用户在所述终端设备层通过各种终端设备经网络访问云服务平台来使用本管理系统的各功能模块的服务。

所述数据采集层采用雨量传感器、水位传感器、渗压计、量水堰计、水准仪、全站仪、白蚁电导体监测管、白蚁监测仪、摄像头、视频采集器作为现场数据采集设备，并通过一个数据采集终端RTU将采集到的数据通过3G网络或GPRS网络或DTU设备发送到云服务平台。

所述终端设备层的终端设备包括监管部门服务器、水库管理处服务器、工作站和各种移动终端。

所述云服务平台提供的数据处理和数据存储服务以数据库系统作为核心，数据库系统根据水库管理涉及的业务流程规划了六个数据库，包括：

水文数据库：主要存储包括雨量、水位、渠道流量、供水流量的实时动态和历史数据；

工情数据库：主要存储各数据库重要大坝、涵闸、蓄滞洪区水利工程的有关设计参数、现状、周边环境、病险情况和维修规划的管理信息；

洪水预报调度数据库：洪水预报调度数据库包括实时讯情数据库、历史水雨情库、工情库、图片库、洪水调度预案库；

大坝安全分析数据库包括：大坝安全文档数据库、水工管理信息数据库、检测系统信息数据库、安全监测信息数据；

水资源数据库：水资源数据库主要有水库蓄水量、进出库流量、取水口水位、流量、用户用水量的动态数据组成；

运行调度数据库：主要是存储运行和调度数据两部分；运行数据信息包括大坝、闸门、溢洪道的运行管理信息数据；调度数据信息包括正常期、洪水超讯限的调度规程信息、调度流程信息。

所述云服务平台提供的GIS应用服务用于构建基于WebGIS的数据查询，即把电子地图和监测信息查询结合在一起，在电子地图上以数据标签方式显示出所有水库监测点的地理位置及核心监测数据，通过点击水库监测点标签查看当前站点的相关信息。

所述云服务平台还提供了信息推送服务，本系统通过对比实时监测值和预警设定值，自动生成水库险情、水库异常或者其他重要监控事件的预警信息，并将信息及时推送到运行移动客户端，保证预警信息及时、准确地发送，让相关管理人员及早发现险情，及时处理。

本发明的水库安全智能化管理系统包括以下功能模块：水雨情监测模块、大坝安全监测模块、闸门监控模块、洪水预报调度模块、视频监控模块、数据自动报送模块。

所述水雨情监测模块用于提供地图上各水库的水情实时数据表，数据表的上部列表显示当前坝首水位、昨日八时水位、坝道水位、库容、溢洪流量、尾水水位、发电流量、入库流量，数据表的中部列表显示水库各站点的降雨量，数据表的下部列表显示当日各个整点时段的库水位相关信息以及当日各个整点时段各站点的降雨量。

所述水雨情监测模块还设有数据统计和查询功能，包括库水位报表统计、库水位过程线查询、降雨量报表统计、降雨量过程线查询、报警查询，其中：库水位报表统计用于提供各水库库水位的时段报表统计、月报表统计、单点年报表统计；库水位过程线用于提供各水库库水位的时段过程线、月过程线、单点年过程线；降雨量报表统计用于提供各水库各站点的降雨量时段报表统计、月报表统计、单点年报表统计；降雨量过程线用于提供各水库各站点的降雨量时段过程线、月过程线、单点年过程线；报警查询用于查询相应时间段内各水库水雨情的报警信息。

所述大坝安全监测模块包括大坝监测模块和变形监测模块两个子模块；大坝监测模块用于提供大坝各监测点的监测数据、断面监测数据和溢洪道监测数据；大坝各监测点的监测数据在地图上的各监测点处标出，包括监测点当前渗压水位、埋设高程、管口高程、频率模数、温度、MCU编号、MCU通道的数据；断面监测数据；断面监测数据和溢洪道监测数据通过表格列出断面和溢洪道各观测点的渗压水位、埋设高程、管口高程、频率模数、温度、MCU编号、MCU通道的数据，并画出断面和溢洪道的剖面图，标出水位和各观测点渗压水位的数据；变形监测模块用于提供大坝各监测点当前整点测出的位移数值，包括横向水平位移、纵向水平位移、竖向位移的数值。

大坝监测模块还设有报表统计、过程线查询、数据整编功能，其中：报表统计包括渗压水位-时段报表统计、渗压水位-月报表统计、渗压水位-单点年报表统计、渗流量-时段报表统计、渗流量-月报表统计、渗流量-单点年报表统计；过程线包括渗压水位-时段过程线、渗压水位-月过程线、渗压水位-单点年过程线、渗流量-时段过程线、渗流量-月过程线、渗流量-单点年过程线；数据整编包括特定库水位下渗压水位过程线及渗压水位与上下游水位差关系图、坝体横剖面渗流压力分布图、特定库水位下渗流量过程线图、渗流量与上下游水位差关系图、渗流压力平面等势线分布图。

变形监测模块还设有报表统计、过程线查询、数据整编、报警查询功能，其中：报表统计包括大坝各监测点位移量的时段报表统计、月报表统计、年报表统计、单点年报表统计；过程线包括大坝各监测点位移量的时段过程线、月过程线、年过程线、单点年过程线；数据整编包括纵断面竖向位移分布图、纵断面水平位移分布图、横断面竖向位移分布图、竖向位移量平面等值线图、竖向位移量平面等值线图；报警查询用于查询相应时间段内大坝各监测点位移量的报警信息。

所述闸门监控模块用于实时监控水库各工作闸门和检修闸门的启动/停止状态、上升/停止状态、下降/停止状态、闸位数据；闸门监控模块还设有报表统计和报警查询功能，报表统计提供水库各闸门在输入时段内的工作状态以及该工作状态的持续时间的数据，并绘制出相应的图表，报警查询提供水库各闸门在输入时段内的报警信息。

所述洪水预报调度模块用于提供洪水预报调度结果表、洪水预报调度结果统计表、洪水预报调度过程图；洪水预报调度表提供输入时间段内每个小时的平均雨量、预期雨量、入库流量、预计入库流量、库水位、预计库水位、库容、预计库容、出库流量、预计出库流量的数据；洪水预报调度结果统计表通过计算模拟出输入时间段内累计雨量、最大入库以及相应时间、最高水位以及相应时间、当前入库水量以及相应库容、未来雨量、预报最大入库以及相应时间、预报最高水位以及相应时间、预计入库水量以及相应库容的数据；洪水预报调度过程图绘制出洪水预报调度结果表中的数据。

所述洪水预报调度模块还提供有洪水风险图，洪水风险图上设有20年一遇洪水线、50年一遇洪水线、100年一遇洪水线、5000年一遇洪水线、溃坝洪水线、洪水风险总图以及相应的疏散图和计算表。

所述洪水预报调度模块建立预报方案时以实时雨水情数据库、历史洪水数据库、气象数据库信息资源为基础，其工作流程包括以下步骤：

定制预报方案：建立模型组合和流程关系，对于同一预报断面提供多种预报方案；

模型参数率定：由系统应用人员设定一组模型初始参数，对历史洪水进行模拟计算，对模拟的径流过程与实测的径流过程作目估对比分析而后调整参数重新计算，直至模拟结果满意为止；系统开发人员对各种模型设计出合适的目标函数和优化方案，系统应用人员设定模型参数的取值范围，由最优化技术确定预报模型的参数；

建立预报方案：将流域特征参数、属性和率定后的模型参数配置到定制的预报方案中，构成方案实现类库；

实时预报：即从实时数据库中提取实时和预报雨水情和调度结果的数据，将数据处理成预报模型需要的格式而后进行预报；

预报结果查询：根据条件查询以往的预报结果，对比分析预报处理流程和效果，积累预报经验。

所述视频监控模块用于提供各水库的现场实时视频监控，视频监控均设有视频回放以及实时预览功能。

所述数据自动报送模块用于提供数据对接服务功能，即按照指定格式、在指定的时间将实时监测数据发送到第三方信息系统中，实现监测数据的无缝对接，达到数据资源共享的目的。

Claims (10)

1.一种水库安全智能化管理系统，其特征是：包括以下功能模块：水雨情监测模块、大坝安全监测模块、闸门监控模块、洪水预报调度模块、视频监控模块、数据自动报送模块；

所述水雨情监测模块用于提供地图上各水库的水情实时数据表，数据表的上部列表显示当前坝首水位、昨日八时水位、坝道水位、库容、溢洪流量、尾水水位、发电流量、入库流量，数据表的中部列表显示水库各站点的降雨量，数据表的下部列表显示当日各个整点时段的库水位相关信息以及当日各个整点时段各站点的降雨量；

所述大坝安全监测模块包括大坝监测模块和变形监测模块两个子模块；大坝监测模块用于提供大坝各监测点的监测数据、断面监测数据和溢洪道监测数据；大坝各监测点的监测数据在地图上的各监测点处标出，包括监测点当前渗压水位、埋设高程、管口高程、频率模数、温度、MCU编号、MCU通道的数据；断面监测数据；断面监测数据和溢洪道监测数据通过表格列出断面和溢洪道各观测点的渗压水位、埋设高程、管口高程、频率模数、温度、MCU编号、MCU通道的数据，并画出断面和溢洪道的剖面图，标出水位和各观测点渗压水位的数据；变形监测模块用于提供大坝各监测点当前整点测出的位移数值，包括横向水平位移、纵向水平位移、竖向位移的数值；

所述闸门监控模块用于实时监控水库各工作闸门和检修闸门的启动/停止状态、上升/停止状态、下降/停止状态、闸位数据；闸门监控模块还设有报表统计和报警查询功能，报表统计提供水库各闸门在输入时段内的工作状态以及该工作状态的持续时间的数据，并绘制出相应的图表，报警查询提供水库各闸门在输入时段内的报警信息；

所述洪水预报调度模块用于提供洪水预报调度结果表、洪水预报调度结果统计表、洪水预报调度过程图；洪水预报调度表提供输入时间段内每个小时的平均雨量、预期雨量、入库流量、预计入库流量、库水位、预计库水位、库容、预计库容、出库流量、预计出库流量的数据；洪水预报调度结果统计表通过计算模拟出输入时间段内累计雨量、最大入库以及相应时间、最高水位以及相应时间、当前入库水量以及相应库容、未来雨量、预报最大入库以及相应时间、预报最高水位以及相应时间、预计入库水量以及相应库容的数据；洪水预报调度过程图绘制出洪水预报调度结果表中的数据；

所述视频监控模块用于提供各水库的现场实时视频监控，视频监控均设有视频回放以及实时预览功能；

所述数据自动报送模块用于提供数据对接服务功能，即按照指定格式、在指定的时间将实时监测数据发送到第三方信息系统中，实现监测数据的无缝对接，达到数据资源共享的目的。

2.根据权利要求1所述的管理系统，其特征是：所述水雨情监测模块还设有数据统计和查询功能，包括库水位报表统计、库水位过程线查询、降雨量报表统计、降雨量过程线查询、报警查询，其中：库水位报表统计用于提供各水库库水位的时段报表统计、月报表统计、单点年报表统计；库水位过程线用于提供各水库库水位的时段过程线、月过程线、单点年过程线；降雨量报表统计用于提供各水库各站点的降雨量时段报表统计、月报表统计、单点年报表统计；降雨量过程线用于提供各水库各站点的降雨量时段过程线、月过程线、单点年过程线；报警查询用于查询相应时间段内各水库水雨情的报警信息。

3.根据权利要求1所述的管理系统，其特征是：所述大坝监测模块还设有报表统计、过程线查询、数据整编功能，其中：报表统计包括渗压水位-时段报表统计、渗压水位-月报表统计、渗压水位-单点年报表统计、渗流量-时段报表统计、渗流量-月报表统计、渗流量-单点年报表统计；过程线包括渗压水位-时段过程线、渗压水位-月过程线、渗压水位-单点年过程线、渗流量-时段过程线、渗流量-月过程线、渗流量-单点年过程线；数据整编包括特定库水位下渗压水位过程线及渗压水位与上下游水位差关系图、坝体横剖面渗流压力分布图、特定库水位下渗流量过程线图、渗流量与上下游水位差关系图、渗流压力平面等势线分布图。

4.根据权利要求1所述的管理系统，其特征是：所述变形监测模块还设有报表统计、过程线查询、数据整编、报警查询功能，其中：报表统计包括大坝各监测点位移量的时段报表统计、月报表统计、年报表统计、单点年报表统计；过程线包括大坝各监测点位移量的时段过程线、月过程线、年过程线、单点年过程线；数据整编包括纵断面竖向位移分布图、纵断面水平位移分布图、横断面竖向位移分布图、竖向位移量平面等值线图、竖向位移量平面等值线图；报警查询用于查询相应时间段内大坝各监测点位移量的报警信息。

5.根据权利要求1所述的管理系统，其特征是：所述洪水预报调度模块还提供有洪水风险图，洪水风险图上设有20年一遇洪水线、50年一遇洪水线、100年一遇洪水线、5000年一遇洪水线、溃坝洪水线、洪水风险总图以及相应的疏散图和计算表。

6.根据权利要求1所述的管理系统，其特征是：所述洪水预报调度模块建立预报方案时以实时雨水情数据库、历史洪水数据库、气象数据库信息资源为基础，其工作流程包括以下步骤：

定制预报方案：建立模型组合和流程关系，对于同一预报断面提供多种预报方案；

模型参数率定：由系统应用人员设定一组模型初始参数，对历史洪水进行模拟计算，对模拟的径流过程与实测的径流过程作目估对比分析而后调整参数重新计算，直至模拟结果满意为止；系统开发人员对各种模型设计出合适的目标函数和优化方案，系统应用人员设定模型参数的取值范围，由最优化技术确定预报模型的参数；

建立预报方案：将流域特征参数、属性和率定后的模型参数配置到定制的预报方案中，构成方案实现类库；

实时预报：即从实时数据库中提取实时和预报雨水情和调度结果的数据，将数据处理成预报模型需要的格式而后进行预报；

预报结果查询：根据条件查询以往的预报结果，对比分析预报处理流程和效果，积累预报经验。

7.根据权利要求1所述的管理系统，其特征是：本管理系统的硬件架构分为三层，由下至上分别为数据采集层、云服务平台、终端设备层；所述数据采集层设置在每个水库的库区相应的位置上，数据采集层通过移动通信技术将采集到的数据传输到云服务平台上；所述云服务平台采用KVM＋Hadoop技术架构云主机系统，并提供数据处理、数据存储和GIS应用服务，本管理系统的各功能模块均运行于云服务平台上；用户在所述终端设备层通过各种终端设备经网络访问云服务平台来使用本管理系统的各功能模块的服务。

8.根据权利要求7所述的管理系统，其特征是：所述数据采集层采用雨量传感器、水位传感器、渗压计、量水堰计、水准仪、全站仪、白蚁电导体监测管、白蚁监测仪、摄像头、视频采集器作为现场数据采集设备，并通过一个数据采集终端RTU将采集到的数据通过3G网络或GPRS网络或DTU设备发送到云服务平台；

所述终端设备层的终端设备包括监管部门服务器、水库管理处服务器、工作站和各种移动终端。

9.根据权利要求7所述的管理系统，其特征是：所述云服务平台提供的数据处理和数据存储服务以数据库系统作为核心，数据库系统根据水库管理涉及的业务流程规划了六个数据库，包括：

水文数据库：主要存储包括雨量、水位、渠道流量、供水流量的实时动态和历史数据；

工情数据库：主要存储各数据库重要大坝、涵闸、蓄滞洪区水利工程的有关设计参数、现状、周边环境、病险情况和维修规划的管理信息；

洪水预报调度数据库：洪水预报调度数据库包括实时讯情数据库、历史水雨情库、工情库、图片库、洪水调度预案库；

大坝安全分析数据库包括：大坝安全文档数据库、水工管理信息数据库、检测系统信息数据库、安全监测信息数据；

水资源数据库：水资源数据库主要有水库蓄水量、进出库流量、取水口水位、流量、用户用水量的动态数据组成；

运行调度数据库：主要是存储运行和调度数据两部分；运行数据信息包括大坝、闸门、溢洪道的运行管理信息数据；调度数据信息包括正常期、洪水超讯限的调度规程信息、调度流程信息；

所述云服务平台提供的GIS应用服务用于构建基于WebGIS的数据查询，即把电子地图和监测信息查询结合在一起，在电子地图上以数据标签方式显示出所有水库监测点的地理位置及核心监测数据，通过点击水库监测点标签查看当前站点的相关信息。

10.根据权利要求7所述的管理系统，其特征是：所述云服务平台还提供了信息推送服务，本系统通过对比实时监测值和预警设定值，自动生成水库险情、水库异常或者其他重要监控事件的预警信息，并将信息及时推送到运行移动客户端。