水利工程管理信息技術(shù)-河道堤防信息化管理

安徽數(shù)字長江信息系統(tǒng)安徽數(shù)字長江信息系統(tǒng)安徽數(shù)字長江信息系統(tǒng)安徽數(shù)字長江信息系統(tǒng)是一套基于Windows平臺(tái)的長江河道(安徽段)綜合管理、河床演變分析及防洪工程安全監(jiān)測(cè)的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)的運(yùn)用為安徽省長江河道管理部門對(duì)堤防、涵閘、泵站、護(hù)坡護(hù)岸及險(xiǎn)工險(xiǎn)段等工程的管理提供了現(xiàn)代化的手段，也為沿江經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了更為有效的服務(wù)。安徽數(shù)字長江信息系統(tǒng)(一)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)GIS采用ESRI公司的產(chǎn)品，數(shù)據(jù)采集采用AutoCAD、ArcGIS，虛擬現(xiàn)實(shí)采用Varmap，開發(fā)軟件主要為Delphi、VC++，數(shù)據(jù)庫管理以O(shè)ralce+ArcSDE對(duì)空間與屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程主要是以基礎(chǔ)數(shù)字化測(cè)量為數(shù)據(jù)源，以DEM、專題圖制作為主要加工方式；生產(chǎn)成果統(tǒng)一存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中；上層基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和各種計(jì)算模型，采用可視化界面進(jìn)行分析計(jì)算.并能輸出計(jì)算結(jié)果。安徽數(shù)字長江信息系統(tǒng)系統(tǒng)采用B/S與C/S兩種方式，B/S主要表現(xiàn)各種以文字、多媒體等形式出現(xiàn)的管理、工情、水情等一般性資料；C/S主要側(cè)重三維圖形的采集、制作、分析與表現(xiàn)。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-29所示。圖6-29軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)堤防工程是我國重要的工程性防洪措施，其安危關(guān)乎我國的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此，加強(qiáng)堤防經(jīng)常性的監(jiān)測(cè)，確保其安全具有重要意義。由于堤線漫長，地層條件沿程變化大，采用一般的人工監(jiān)測(cè)方式不僅工作條件非常惡劣，工作量巨大，而且在汛期江水位猛漲的情況下，適時(shí)的監(jiān)測(cè)與分析計(jì)算很難做到。所以，實(shí)現(xiàn)堤防監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化是必然的要求和趨勢(shì)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按數(shù)據(jù)采集方式可分為集中式、分布式和混合式三種。早期的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多為集中式，其特點(diǎn)是測(cè)量裝置只有一臺(tái)(如自動(dòng)巡回檢測(cè)儀)安裝在遠(yuǎn)離測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)室(機(jī)房)內(nèi)，通過現(xiàn)場(chǎng)安裝的切換裝置，與被檢測(cè)的監(jiān)測(cè)儀器相連通，按順序逐一檢測(cè)或點(diǎn)測(cè)監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)，設(shè)備之間傳輸?shù)氖请娔M量。

20世紀(jì)80年代后期發(fā)展的分布式系統(tǒng)，其特點(diǎn)是將測(cè)量多臺(tái)裝置小型化，并和切換裝置一起放在測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)，稱之為測(cè)量控制裝置，測(cè)量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)多變?yōu)閿?shù)字量，由“數(shù)據(jù)總線”直接傳送到監(jiān)控室的微機(jī)上，它比集中式系統(tǒng)可靠性更高，抗干擾能力更強(qiáng)，測(cè)量速度更快，且便于擴(kuò)展。隨后就有將兩者結(jié)合的混合式系統(tǒng)。堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)可以及早發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情并進(jìn)行處理，以維護(hù)堤防安全。這種將堤防的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、安全評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)組成一個(gè)整體的系統(tǒng)，就是堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。下面在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)的分析，對(duì)堤防的安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)，以安裝在武漢市湛家磯堤防的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)為例，說明系統(tǒng)的組成和功能。堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)(一)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的組成諶家磯監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是一個(gè)利用現(xiàn)代科技手段建立的國內(nèi)第一個(gè)堤防安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，如圖6-28所示。系統(tǒng)分為采集站、監(jiān)控主站和遠(yuǎn)程信息管理中心3級(jí)，如圖6-28所示。以堤防監(jiān)測(cè)斷面(或堤段)為測(cè)控單元設(shè)立采集站，多個(gè)采集站分別用微波將信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控主站，監(jiān)控主站同時(shí)控制多個(gè)采集站，向各采集站發(fā)送傳感器設(shè)置、采集參數(shù)、報(bào)警參數(shù)等指令，主站的數(shù)據(jù)通過電話公用網(wǎng)傳輸?shù)轿錆h市內(nèi)或其他任何地方。堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)圖6-28諶家磯監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)的量測(cè)傳感器，主要選用了孔隙水壓力傳感器和自動(dòng)傾斜計(jì)兩種傳感器，分別監(jiān)測(cè)堤身堤基的孔隙水壓力和堤坡的滑動(dòng)位移。采集站執(zhí)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、通信等功能，主要由自動(dòng)采集控制器、電源、微波天線(也可采用總線)及通信模塊、防雷裝置組成，該系統(tǒng)暫設(shè)2個(gè)采集站，一個(gè)采集站以監(jiān)測(cè)堤防滲透為主，另一個(gè)采集站以監(jiān)測(cè)崩岸(滑坡)為主，各個(gè)采集站之間以及采集站和主站之間具有獨(dú)立性，可以在主站停機(jī)的情況下自行采集和處理數(shù)據(jù)。堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)控主站的作用是對(duì)各個(gè)采集站進(jìn)行管理和控制、發(fā)送和接收采集的信號(hào)、評(píng)價(jià)安全狀況、報(bào)警、向遠(yuǎn)程信息管理中心(遠(yuǎn)程辦公室或防汛指揮中心)發(fā)送數(shù)據(jù)。其設(shè)備主要由監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)軟件、工控微機(jī)(包括掃描、打印機(jī)等輸入輸出設(shè)備)、微波(或總線電纜)及通信模塊、Modem(調(diào)制解調(diào)器)、電話線路、報(bào)警指示燈、防雷裝置等組成。信息傳輸方式有3種:傳感器與采集器之間用電纜線連接(電纜線以埋在地下較為恰當(dāng)，要注意防水和防破壞)；采集站與監(jiān)控主站之間用微波(無線)方式；主站信息可以通過電話網(wǎng)絡(luò)傳至任何一個(gè)地方。堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)該系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)模型包括以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的滲流安全評(píng)價(jià)模型和滑坡預(yù)測(cè)模型。前者系以土層實(shí)際承受的滲透水力坡降與土的臨界水力坡降進(jìn)行比較，分為安全、輕度危險(xiǎn)、嚴(yán)重危險(xiǎn)和即將破壞4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；后者采用灰色和突變理論對(duì)堤坡位移和滑坡與否進(jìn)行預(yù)測(cè)。此外，為考慮各種土層厚度不均勻和土的抗?jié)B強(qiáng)度的不均勻性，建立了滲流安全評(píng)價(jià)的概率模型。為了對(duì)下一時(shí)刻的滲流安全進(jìn)行預(yù)測(cè)，建立了滲流安全灰色預(yù)測(cè)模型。堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)該系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件選用目前普遍使用Windows9x的32位操作系統(tǒng)的PC電腦平臺(tái)作為開發(fā)平臺(tái)，采用MS公司的VC++的VB6.0作為開發(fā)環(huán)境，能實(shí)現(xiàn)采集、檢測(cè)、控制、存儲(chǔ)、計(jì)算處理、安全評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)、通信等功能。(二)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的功能該系統(tǒng)能自動(dòng)巡檢和手動(dòng)定點(diǎn)顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，可通過設(shè)立采集控制器報(bào)警限值，在測(cè)值超過報(bào)警限值時(shí)，自動(dòng)報(bào)警提示，并能進(jìn)行安全評(píng)價(jià)和遠(yuǎn)程信息管理。堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)(三)研制監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的注意問題監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研制要注意的問題簡(jiǎn)介如下。①監(jiān)測(cè)布置要合理。監(jiān)測(cè)斷面的選擇以及斷面上測(cè)點(diǎn)的布設(shè)對(duì)于堤防安全狀態(tài)的監(jiān)控是至關(guān)重要的，需要根據(jù)土質(zhì)、水文、環(huán)境條件和往年險(xiǎn)情情況綜合確定。②選擇儀器要合理。要使監(jiān)測(cè)有效可靠，應(yīng)從先進(jìn)性、環(huán)境適應(yīng)性、長期運(yùn)行、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集等方面，選擇最為合理的儀器。③安全評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)的理論模型要合理。安全評(píng)價(jià)模型是監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中至關(guān)重要的部分，其設(shè)計(jì)的合理性直接影響安全評(píng)價(jià)的可靠性，因此，一定要建立針對(duì)堤防具體條件和運(yùn)行環(huán)境的合理的安全評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)模型。堤防監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)④信息傳輸方式選擇要合理。此外，還應(yīng)注意安裝前的率定、系統(tǒng)沒備的檢查、儀器埋設(shè)、安裝調(diào)試工作，并加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)規(guī)程制定、人員培訓(xùn)及系統(tǒng)驗(yàn)收工作。國家防汛指揮系統(tǒng)國家防汛指揮系統(tǒng)國家防汛指揮系統(tǒng)國家防汛指揮系統(tǒng)，是在全國防洪調(diào)度系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國防汛工作的迫切需要，正在建設(shè)的一項(xiàng)多學(xué)科、高技術(shù)、跨地區(qū)、跨部門、投資大、建設(shè)周期長的決策指揮系統(tǒng)工程。該系統(tǒng)覆蓋7個(gè)流域機(jī)構(gòu)、24個(gè)重點(diǎn)防洪省(市),224個(gè)地級(jí)水情分中心、228個(gè)地級(jí)工情分中心、與水情分中心相連的3002個(gè)中央報(bào)汛站、與工情分中心相連的927個(gè)重點(diǎn)防洪縣的工情采集點(diǎn)以及中央直管的7個(gè)工程單位、9個(gè)大型水庫、12個(gè)蓄滯洪區(qū)。此外，還包括黃河、淮河流域設(shè)立的6