城市水资源实时监控管理系统理论基础与案例.ppt
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1、城市水资源实时监控管理系统理论基础与案例分析,汇报人:谢新民 教授中国水利水电科学研究院二00五年十二月二十八日,汇报内容,理论基础现实需求基本概念基本原理基本技术要求案例分析,一、理论基础1.形势与挑战国务院“三定方案”明确由水行政主管部门统一负责管理水资源。建立权威、高效、协调的流域水资源管理体制。为涉水行政事务统一管理搭建一个统一的平台。治水方略的战略性调整:“工程水利”向“资源水利、可持续水利”转变。重点发展方向:通过应用先进的科技手段,搞好水资源优化配置和科学管理,实现水利现代化。,管理较粗放,管理思想和手段落后,管理体制不尽合理和工作效率较低等;解决“缺水”问题,仅依靠工程措施已不
2、行,须强化非工程措施作用,对水资源统一调度和管理;为了发挥水利工程的整体综合优势,迫切需要研制一套“水资源实时监控管理系统”作为技术支撑和工作平台;为确保水资源的可持续利用,则必须实现水资源管理的三个转变,即由过去“静态管理”、“经验管理”、“分散的条块管理”向“动态管理”、“科学管理”、“统一管理”转变。,“水利信息化是水利现代化的基础和重要标志,要把水利信息化作为一项战略性任务,抓紧抓好。通过国家防洪指挥系统、全国水质信息系统和水资源实时监控管理系统等一系列应用系统的建设,提高信息采集、传输的时效性和自动化水平,为实现水资源的优化配置提供手段,为防汛抗旱决策提供依据,为水利更好地服务于经济
3、社会发展创造条件。”,水利现代化与水利信息化,(摘自汪部长在2001年全国水利信息化工作座谈会上的讲话加快水利信息化建设步伐,实现水利现代化宏伟目标),汪部长多次强调“水利现代化首先是水资源调控现代化,实现水资源的优化配置是水利现代化的主要目标。通过应用先进的科技手段,搞好水资源的优化配置和科学管理是我们今后的发展方向”;“通过运用现代电子、信息、通信、网络、GIS、遥感等高新技术,建设国家水资源实时监控管理系统,提供对水资源的实时监测、动态评价、合理配置、科学管理和辅助决策等,对全面提高水资源管理工作的科技含量和现代化水平,寻求资源水利的物质实现,推动传统水利向现代水利、可持续发展水利转变具
4、有重要的现实意义”。,水资源管理现代化,2.基本概念水资源实时监控管理系统 是指以现代监测、计算机和网络通讯技术等为基础,利用信息工程、系统工程、软件工程等技术手段,基于数据库的实时信息管理、基于模型库的实时决策支持和基于网络体系的实时远程监控等功能的集软硬件于一体的分布式综合系统。该系统应具有水资源监测信息实时采集与传输、信息管理、决策支持和远程监控等功能,为提高水资源管理工作效率和质量提供实时信息查询、发布和决策支持与调度指挥等服务的平台。,3.基本原理系统采用“五库四机”(FLFS:Five Libraries&Four Systems)体系结构(见图1)。,系统采用“层叠双闭环”运行原
5、理(CDL:Cascade Dual Loop)(见图2),其运行流程是由左右两个闭环组成的一个双闭环体系,系统左环实现水资源实时监测功能,系统右环实现水资源业务处理功能。,系统信息流程,见图3。信息流向由信息源开始,依次经过信息收集、通讯与计算机网络平台、数据管理功能、数据库和GIS平台、决策支持功能等,最终以决策支持信息和远程监控指令的形式到达各类终端用户(或监控对象),同时进行决策(或监控)执行情况的实时情报反馈。,4.基本技术要求,(1)系统建设目标与任务利用遥测、通信及计算机网络、远程自动控制、数据库、地理信息系统、决策支持系统等技术手段,结合城市水资源特点,构建覆盖城市水资源、供水
6、、用水、排水、污水处理与回用等水资源利用循环过程,包括水量、水质、水压等要素的监测网络体系,建设和完善以水资源、供水、取用水、排水与水环境监测设施为基础,通信系统为保障,计算机网络系统为依托,决策支持系统为核心,远程控制为手段的城市水资源实时监控与管理系统,以逐步达到“信息采集自动化、传输网络化、管理数字化、决策科学化”的目标。,系统建设应以城市规划区为重点,适当考虑所辖县级行政区,主要围绕城市供水安全、节水型社会建设和水务管理能力的提高,结合当地实际和工作需要确定建设内容与重点。(2)系统建设原则总体规划,分步实施实用为主,兼顾先进 标准统一,结合当地 高效可靠,系统安全 整合资源,避免重复
7、建设,(3)系统总体框架,图4 系统的结构体系框架图,总体结构体系:在政策法规、组织领导、标准体系、技术支持以及系统安全保障环境等支撑下,系统建设内容包括信息采集传输系统、计算机网络系统、软件应用系统以及监控中心等重要组成部分。其总体结构体系,见图4。,功能结构体系,城市水资源实时监控与管理系统具有实时监测(采集与传输)、信息管理、决策支持和远程监控等四大功能组成。系统的功能结构体系,包括五个主要层次(如图5所示),自上向下依次为:用户界面层,即人机交互界面;应用系统层,即系统应用种类;应用集成层,即系统应用集成平台;数据存储层,即支持系统运行的基础数据库;信息采集传输层,即支持系统运行的数据
8、的采集传输系统。其功能结构体系,见图5。,图2 系统总体框架结构体系示意图,图5 系统的功能结构体系框图,值得注意的是系统的需求分析,在系统总体结构设计时,要明确用户对象,在充分了解和掌握业务需求与业务流程的基础上,整理和归纳、提炼系统的功能需求、信息需求、性能需求以及接口需求等,分析业务流程与信息流程之间的关系,最后提出构建城市水资源实时监控与管理系统总体框架。,(4)信息采集传输系统,信息采集内容:水资源信息、供水信息、取用水信息、排水与水环境信息等。,信息采集方式:采用人工监测、自动监测、移动存贮监测以及人工巡测等方式。,信息采集频次:应根据城市水资源管理的需要,参照水文自动测报系统规范
9、SL61-2003、水环境监测规范SL21998等规范的要求。信息传输方式:选择采用短波、超短波、微波、GSM、GPRS、PSTN、ADSL、卫星信道等一种或几种通信方式。(5)计算机网络系统广域网建设局域网建设,(5)监控中心,基本功能:监控中心是城市水资源实时监控与管理系统建设的重要组成部分,是监测信息的最终汇集中心和决策中枢,为实现信息采集与传输、信息管理、决策支持与远程监控等基本功能提供软硬件环境和操作平台。监控中心布局:构造在计算机和通信基础上,包括信息管理平台、决策支持平台与远程监视和控制平台、大屏幕以及会商室等。会商室一般包括信息发布、决策会商与调度、网络管理等功能,各地可以根据
10、实际情况进行监控中心建设。,监视平台:监视平台主要通过大屏幕监视平台、软件监视平台和浏览器监视平台等对城市水资源、供水、取用水、排水和水环境等各类信息进行监视与控制。运行环境:1)系统硬件环境包括各类服务器及微机作为客户端应用系统开发和运行的平台,还可配备大屏幕投影系统以及其它输入、输出外部设备;2)系统软件环境应考虑系统开发对软件环境的具体要求,包括服务器端及客户端操作系统、数据库管理系统、地理信息系统开发平台以及Intranet系统环境等;3)系统运行环境还包括:空调系统、供电控制系统、综合布线系统、消防系统。,(6)软件系统,软件系统的主要业务模块包括:信息管理、决策支持、远程监控、综合
11、数据库等。信息管理:在综合数据库和GIS的支持下,为水务管理部门和相关单位提供各类相关信息查询服务,定期向社会公开发布水资源相关信息,提供及时准确的在线信息查询等信息服务。决策支持:为水资源实时监控与管理系统的核心,由供水调度、排水调度、决策会商等部分组成。,(6)软件系统,供水调度:供水调度是指根据水资源实时评价和实时预报成果,根据调度规则,通过供水调度模型,确定各类水源工程、输水工程和净水工程以及污水处理回用工程等非传统水源工程的联合调度方案,包括年度调度方案和月、旬、周等调度方案。1)水资源实时评价,主要是指对上一年度、上一时段(汛期、非汛期、季度等)的水资源数量、质量及其时空分布规律,
12、以及水资源开发利用状况进行分析和评价,确定水资源及其开发利用形势等。,(6)软件系统,2)水资源实时预报,主要是指水资源数量与质量预报两部分,利用实时获得的有关水资源信息等,通过所建立的水量和水质实时预报模型,实时预报水资源丰枯形势和污染态势,为水资源合理开发利用和有效治理、保护等提供依据。3)供水年度调度方案,为制定年度用水计划和计划用水、节约用水等提供决策依据。4)供水月、旬、周等调度方案,为制定水资源实时调度计划和应急调水计划等提供决策依据。,(6)软件系统,排水调度:排水调度是指根据降水量、市区产水量和废污水量等实时信息,利用排水调度模型,给出排水调度方案。1)排水调度包括废污水水量预
13、测、排水系统运行分析、调度方案制定、调度指令生成等。2)调度方案制定包括各类排水泵站以及分水、排水设施的运行方案。3)调度指令则是根据调度方案,按照相关设施操作运行规程,生成调度指令。,(6)软件系统,决策会商:根据水资源调度模型(供、排水调度模型)提供的若干调度方案,以及提供的每一种方案的综合效益分析结果,通过分析对比和协商、讨论后,若认为其中一个方案合适则付诸实施;若认为必须进一步修改方案,则通过水资源调度模型计算,提出新的调度预案,进行对比和选择。远程监控:由实时远程监视、实时预警、实时远程控制、监控指令下达及反馈等部分组成。综合数据库:包括实时(动态)数据库、基础数据库、专用数据库三类
14、。,(6)软件系统,1)实时数据库包括实时水雨情数据库、实时工情数据库、实时水资源与环境数据库、实时供水数据库、实时排水数据库等。2)基础数据库包括水文数据库、水环境数据库、工情数据库、供排水数据库、地理信息数据库、社会经济数据库、多媒体和影像数据库等。3)专用数据库包括水资源评价专用数据库、水资源预报专用数据库、供水调度专用数据库、排水调度专用数据库以及信息维护专用数据库、信息发布专用数据库等。,(7)系统安全,实体安全。主要是系统的物理环境、网络设备、数据媒体及其它相关物理实体的安全。网络安全:在网络边界处应设置相应采用防火墙和入侵检测等设备进行网络边界的防护。系统安全:是指信息内容在采集
15、、存取、处理、使用和传输中的机密性、完整性、可用性,以及确保信息在信息系统主体的可控性等特征的系统辨别、控制、策略和过程。信息安全:综合衡量不同用户的特点和安全需求,科学、合理划定信息安全域,实施不同安全级别的安全保护,确保不同信息安全域之间的信息安全交换。管理安全:包括与安全技术措施相配套的风险分析与安全评估、管理制度和管理人员等多个方面,以确保系统安全、稳定运行。,二、案例分析,(一)英国和法国考察及案例分析(二)澳大利亚考察及案例分析,(一)英国和法国考察及案例分析,水资源实时监控管理系统二000年十月二十九日十一月十一日,考察的由来与考察计划,为贯彻和落实部领导关于水利现代化建设的讲话
16、精神,选择两省(江苏、辽宁)、两流域(海河、太湖)作为水利现代化建设的试点。部长批示,重点考察访问国外有关水资源管理机构及已运行的水资源实时监控系统,了解系统的运行情况,以及在水资源优化配置中的作用。如流域防洪调度系统、供水调度系统,污水处理调度系统、办公自动化系统等。分三批到国外去考察,这次英法考察是第一批。,考察目的及内容,目的:系统地了解国外水利现代化建设的现状及其发展趋势,包括水资源的管理模式和实时监控、优化调度和管理等方面的技术手段,以及有关的政策、法规等。,内容:水资源管理体制和有关政策、法规;水资源实时监控管理系统;关键技术,包括数据采集、传输、分析和决策等方面。,考 察 日 程
17、,2000年10月30日11月4日:在英国考察比利公 司、伦敦市区防洪工程、伦敦第二大污水处理厂、伦敦北部的调水工程、泰晤士河供水系统控制中心和Halcrow咨询公司,以及牛津大学等。11月5日11月11日在法国考察塞纳河防洪工程、塞纳河流域管理局、法国国际水源局、法国设备部、法国索格利公司等。11月12日顺利返回北京。,城市水资源实时监控管理系统,1.关于监测系统数据采集自动和手工并存,数据传输已实现远距离自动传输;报汛站基本实现了自动监测;水位、雨量监测,大部分实现自动监测;水质监测,主要是在实验室的条件下完成;地下水动态监测数据是先自动存储到固定存储器中,由专业人员定期到监测点用计算机将
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