汪振松

(深圳市深圳河灣流域管理中心，廣東 深圳 518020)

對流域水文要素包括相關工程、下游影響區(qū)的氣象、水情、工情以及自然環(huán)境因素等信息進行自動化采集，構建一體化信息管理平臺，并嵌入優(yōu)化調度模型和算法，實現防洪調度信息采集、數據處理、調度方案的自動化、科學化、實時化是實現流域防洪優(yōu)化調度的重要手段，專家學者已開展了一些有益的探索，取得了一定的成果[1-3]。但隨著人工智能和信息技術的進一步成熟與發(fā)展，數據采集、數據處理等的智能化，實現智慧調度已成為河流及流域工程管理的必然需求[4-5]。如流域洪水存在潮位頂托影響時，需考慮洪潮相互作用，通過潮位監(jiān)測和預報，合理調度以減小洪潮疊加影響，實現防洪最優(yōu)調度和智慧調度[6]。因此，本文以深圳河流域防洪、防潮聯合調度為研究對象，結合智慧水務建設需求，從宏觀層面研究分析防洪潮調度信息化目標，提出并建立管理平臺框架，實現平臺建設及應用，對未來沿海地區(qū)重點區(qū)域防洪潮調度與管理起到了一定的探索作用。

1 研究背景

為適應深圳水務智慧化管理要求，實現深圳河流域的科學調度管理，針對深圳河流域內重要防洪設施，包括筍崗滯洪區(qū)和深圳水庫等，構建一體化調度管理平臺。

深圳市智慧水務方案中提出要建設深圳河流域智慧管理系統，本平臺研究可為其提供前期基礎性成果，作為深圳市智慧水務中的一部分接入智慧水務系統。深圳河流域防洪潮調度管理平臺利用智能感知和數據融合兩大體系，對深圳河雨情、水情、視頻監(jiān)控等信息進行實時采集與處理，結合氣象預報和水文預報模型，整合城市分布式水文、城市水動力學等基礎模型，納入工程安全、水質模擬、防洪調度等專業(yè)模型，實現提前預估預判、科學合理調度。

2 平臺總體框架

深圳河流域防洪潮調度管理平臺包括采集層、數據層、支撐層、應用層、優(yōu)化層5個層次，平臺總體框架見圖1。

圖1 深圳河流域防洪潮調度管理平臺總體框架

a.采集層：通過測站(包括在線或遙測等)配置的傳感設備、遙測終端機、通信模塊、供電系統、防雷系統采集各重要河段干流及支流水位、雨量、流量及視頻等信息并進行存儲、加密。通過有線或無線的方式，實時或定時地發(fā)送到服務器。

b.數據層：實時接收遙測終端機發(fā)送的數據并入庫。要求能快速、穩(wěn)定、準確地處理、解析實時水雨情、圖像等數據，且在宏量終端(大于3000個)并發(fā)傳輸時仍能保證性能不明顯下降。數據庫是系統核心，除圖像外的所有數據，包括水利工程基礎數據、實時水雨情數據、歷史水雨情數據、地理信息數據、歷史調度數據等均存儲在數據層。

c.支撐層：提供系統運行必需的應用服務，包括Web服務器、模型服務(產匯流模型和水動力模型等)、數據訪問等。其中，Web應用系統(業(yè)務管理系統)可以監(jiān)測、查詢、分析、統計水利工程運行狀況。

d.應用層：主要包括信息共享系統、實時監(jiān)控系統、洪水預報系統(洪水預報系統和洪水演進預報系統)和洪水調度系統(防洪潮調度、泥沙沖淤調度和應急指揮調度)。

e.用戶層：為三防辦、河灣中心和粵港供水公司提供深圳水庫、深圳河實時水雨情信息，供其進行實時查看或調度決策。

平臺監(jiān)測內容包括水雨情、潮流量、視頻圖像等。該平臺聯合深圳市三防辦的三防決策支持平臺、河灣中心的筍崗滯洪區(qū)水閘監(jiān)控平臺以及粵港供水公司的深圳水庫洪水預報調度系統，實現各平臺之間數據共享和互聯合作，實現水情調度、搶險調度、命令發(fā)布等自動化，從而為深圳河流域防洪潮調度提供科學、準確的決策依據。平臺共享機制見圖2。

圖2 平臺共享機制

3 平臺系統結構

目前，我國防洪潮調度體系中，廣泛采用客戶端/服務器(C/S)模式，該模式具有較優(yōu)的數據處理能力和操作能力、數據安全性和完整性，能夠較好地進行防洪調度集成，很大程度上提高了防洪調度的科學性，實現了局域網范圍內的多用戶操作。但隨著系統升級和應用程序復雜程度提高，C/S模式出現了如可移植性差、后臺維護工作難等弊端，而通過以Web技術為支撐的B/S模式則可以較好地解決這些問題。B/S模式防洪調度系統基于瀏覽器通過客戶端顯示Web頁面，進行降雨預報和洪水調度，以及水域數據庫的管理，同時保證數據的完整性、唯一性和準確性，保證系統實用性和一致性，具有系統集成和數據共享等優(yōu)勢。因此，本管理平臺擬采用B/S模式，建立深圳河流域防洪潮調度體系，為該流域調度提供有力的技術支持。該防洪潮調度系統以水資源優(yōu)化配置、洪水預報、洪水調度、洪水風險分析研究為核心，利用計算機通信技術、地理信息系統、數據庫、數值計算等現代信息技術，進行洪水預測預報與風險評估，為深圳河流域洪水調度提供及時、準確的決策依據，提升深圳河流域的防洪能力。

深圳河流域防洪潮調度管理平臺系統結構分為兩個層次：上層是位于河灣中心的監(jiān)測中心站，下層是信息采集的遙測采集站，見圖3。在深圳河各個匯流入口、典型河段等汛情易發(fā)處建設遙測采集站，通過有線通信將水雨情、流量、視頻圖像等信息傳送到監(jiān)測中心站。監(jiān)測中心站通過建立局域網絡，將各信息采集站得到的水雨情、流量、視頻圖像等原始數據進行分類，通過數據庫進行保存并提供給相關應用單位。平臺可實現數據采集、整合、分析、預警預報等功能，通過強大的人機交互支持，實現多部門異地多媒體會商，為深圳市三防辦、河灣中心、粵港供水等單位提供實時信息查詢、統計和分析，為深圳河防洪潮調度提供科學、準確的決策依據。

圖3 平臺系統結構

4 平臺建設

4.1 監(jiān)測中心站

監(jiān)測中心站配置數據庫服務器、應用服務器、視頻服務器、工作站、網絡設備等硬件設備，建立計算機局域網絡，將各遙測采集站得到的水雨情、流量、視頻圖像等原始數據進行分類(劃分為視頻監(jiān)控系統、水雨情及流量監(jiān)測系統)及保存，并提供相關應用。

4.1.1 視頻監(jiān)控系統功能

a.遠程圖像監(jiān)視：三防辦、河灣中心和粵港供水公司可實時查看深圳河流域的監(jiān)控畫面及圖像。

b.多點監(jiān)視一點：多個監(jiān)控終端可同時監(jiān)視同一前端。采用組播方式，該路視頻碼流在網絡中只占用1路視頻帶寬。

c.一點監(jiān)控多點：一個監(jiān)控終端可同時監(jiān)控多個前端，即在監(jiān)測站監(jiān)視器屏幕上進行多畫面分割顯示，且每個畫面實時活動。

d.攝像機預置：可采用帶預置功能的攝像機，預先將監(jiān)視目標的方位、聚焦、變焦等參數存入，從而方便監(jiān)視，也可利用這些預置點進行自動掃描巡視。

e.圖像抓拍：對活動圖像進行自動抓拍。

f.自動巡視：在監(jiān)控終端上，可選擇加入自動巡視的前端、前端攝像機、攝像機預置點，設定間隔時間，進行自動巡視。可選擇單畫面、四畫面、九畫面等進行遠程圖像監(jiān)控或安防監(jiān)控，可實現上下翻頁，可針對每個畫面選擇不同端站或同一端站的不同攝像機進行查看。

g.滿屏和正常顯示兩種方式切換，實現一用戶同時多點遙視、多用戶同時一點遙視、多用戶同時多點遙視。用戶可進行滿足自己工作需要的多攝像機輪巡(可為多個端站)，也可設定切換時間。

h.可對攝像機進行通道鎖定。自動輪巡中，若需關注某個畫面，可對指定攝像機進行鎖定不參與輪巡，便于用戶監(jiān)視和控制，也可以進行畫面鎖定，實現圖像定格。

4.1.2 水雨情及流量監(jiān)測系統功能

監(jiān)測中心站通過軟硬件平臺提供水情預報和信息服務，負責信息接收處理和數據庫管理。主要由水情信息接收處理系統、數據庫、計算機網絡3部分組成，可實現以下功能：

a.數據接收處理：實時接收遙測站的水位、雨量、流量等信息。

b.應答、查詢：定時或人工查詢下屬站點水位、雨量數據及工作狀態(tài)?？砂粗付〞r段指定通信方式批量傳送遙測站記錄信息，可對遙測站進行時鐘校正、開關機等。

c.數據庫管理：包括對原始、歷史、預報或成果數據庫的形成、檢索、查詢等。

d.聯網通信：可接入局域網或廣域網實現數據共享。

e.接收、分析、處理、存儲有關氣象部門、水文部門、應急管理部門發(fā)布的信息。

f.狀態(tài)警告：在雨量或水位、流量等超過規(guī)定限值時進行報警；當設備供電不足、電壓下降，遙測站電源能力低于設定值時進行報警。除屏幕顯示外，還可采用聲、光等方式報警。

g.數據維護功能：提供安全、保密的數據備份，確保數據安全。

4.2 遙測采集站

4.2.1 視頻監(jiān)控站

結合工程實際需要，在深圳河沿線關鍵斷面、已建測站斷面和典型河段布設視頻監(jiān)控點，為深圳河防洪潮調度提供實時監(jiān)控畫面，作為工程運行管理的輔助手段。深圳河沿河共設置9個視頻監(jiān)控站點，分別為深圳河口、皇崗河口、福田河口、上步碼頭、鹿丹村、梧桐河口、羅湖、三叉河口、平原河口，具體布置情況見圖4。視頻監(jiān)控系統包括攝像機、供電系統、防雷系統、網絡傳輸系統、控制系統、顯示系統。

圖4 深圳河流域視頻監(jiān)控點布置

4.2.2 水雨情遙測站

深圳河現有5個水雨情遙測站點，擬在深圳河干流新建4個水雨情遙測站，分別為皇崗河口站、福田河口站、上步碼頭站和平原河口站?；蕧徍涌?、福田河口、平原河口均位于支流與干流的匯入口處。上步碼頭段是深圳河堤防(深圳側)防洪能力較低段，故在此處增設水雨情遙測站點，各監(jiān)測點布置情況見圖5。

圖5 深圳河水雨情監(jiān)測點布置

水雨情遙測站由水位、雨量傳感設備，遙測采集終端，供電系統，網絡傳輸系統，防雷系統等組成。通過傳感設備將現場采集的水位、雨量數據信息接入數據采集遙測終端(RTU)進行接收并保存，終端按系統預先設置的發(fā)送時間，通過有線網絡將信息發(fā)送到監(jiān)測中心站，并保存在數據庫服務器上。

4.2.3 潮流量遙測站

深圳河現有5個潮流量遙測站點(平原河口站于2015年撤站)，擬在深圳河干流新建3個潮流量遙測站，分別為皇崗河口站、福田河口站、平原河口站，站址均位于支流與干流的匯入口處，有利于監(jiān)測匯流后潮流量，各站點布置情況見圖6。

圖6 深圳河潮流量監(jiān)測點布置

潮流量遙測站由流量傳感設備、遙測采集終端設備、供電系統、網絡傳輸系統、防雷系統等組成。與水雨情遙測站類似，潮流量遙測站通過遙測終端(RTU)接收并保存現場采集的流量數據信息，按照設置時間將監(jiān)測的信息數據通過有線網絡傳輸到監(jiān)測中心站，同時保存在數據庫服務器上。

5 平臺應用

以深圳河流域防洪潮調度管理平臺為抓手，可實現以下5個重要場景的應用：

a.信息共享：該平臺通過定制接口，實現了與市三防決策支持平臺、筍崗滯洪區(qū)水閘監(jiān)控平臺和深圳水庫洪水預報調度系統的信息共享?？山Y合水情、雨情及流域內其他控制性工程邊界參數實現互聯合作下的智慧化調度，大大提升了深圳河防洪潮調度的科學性和合理性。

b.實時監(jiān)控：通過實時數據采集及傳輸，較好地實現了流域內重點河段、重要節(jié)點的監(jiān)測和自動化管理。降雨、水位、流量等環(huán)境量的采集與處理，為防洪潮提供了及時準確的數據支持?，F場狀態(tài)如圖像、視頻等可實時傳輸到監(jiān)控大屏和分析模型中，為更直觀地進行河道管理及執(zhí)法行動、發(fā)布預警等提供了最準確、最直接的參考依據。

c.洪水預報：內置的洪水預報系統可結合降雨、潮汐、臺風等預報信息，及時準確地開展洪水分析和計算，模擬預報洪水災害范圍，大大減輕了技術管理人員的工作強度。

d.洪水調度：結合上述洪水預報，根據深圳河流域水動力模型、產匯流模型，可計算分析不同泄流條件下的河道水位、河道沖淤條件，提供合理、安全的調度方案，削減其對于河道及周邊居民生產生活的不利影響。

e.應急指揮調度：可模擬極端氣象條件下(如極端暴雨或超強臺風等)深圳河流域產匯流情況，計算分析對于深圳水庫的影響，并模擬各種泄洪方案對流域內各節(jié)點的影響，以便采取相應的管理措施。

6 結 語

隨著城市化進程，深圳市已基本建成一個生態(tài)型、現代化、園林化的“巨型”城市，但城市發(fā)展與地域狹小的矛盾仍比較突出，而深圳河流域位于深圳市城區(qū)中心，進一步通過大型防洪工程建設提升防洪潮標準的難度較大，必須通過合理的工程調度，挖掘流域內現有水利工程的潛力，實現削峰錯峰錯潮，削減洪澇的不利影響。而實施深圳河流域防洪工程的統一合理優(yōu)化調度是現有條件下降低洪、澇、潮風險的有效手段，通過建立深圳河流域防洪潮調度管理平臺，實現調度的信息化、智慧化，可提升調度決策的科學性和合理性。

本文充分考慮深圳河與周邊條件及各方關系，從總體框架、平臺結構、數據共享與互聯機制、測站設置、功能體系等方面對防洪潮調度管理平臺進行了較為全面的總結和分析。該平臺在深圳河防洪潮調度管理工作中得到了有效實施，工程運行效果良好，極大地提升了深圳河流域調度管理水平，有利于后續(xù)進一步優(yōu)化工程調度，為深圳市建設社會主義先行示范區(qū)奠定基礎。