东江水资源水量水质监控系统数据集成

陈志坤

【摘 要】东江水资源水量水质监控系统采集对象的水量、水质数据, 涉及数据源头多、接口程序种类复杂.按采集端与汇聚端有无公用网连接, 分为数据监测平台和数据交换平台两种采集方式, 实现对采集对象的数据集成, 为实现东江流域涉水要素全面感知提供支撑保障.%With the characteristics of multiple data sources and complex interface, the water quantity and quality data from collection objects is transmitted to Dongjiang Water Resources Water Quantity and Quality Supervising System.According to whether there is public network connection between collection terminal and aggregation terminal or not, the Supervising System contains two collection modes, which are data monitoring platform and data exchange platform, to realize the data integration of collection objects, and provide the support for the

realization of the comprehensive perception of the water-related elements in the Dongjiang River Basin. 【期刊名称】《广东水利水电》 【年(卷),期】2018(000)012 【总页数】6页(P26-30,40)

【关键词】数据集成;水资源;监控系统;东江流域 【作 者】陈志坤

【作者单位】广东省东江流域管理局, 广东 惠州 516003

【正文语种】中 文

【中图分类】TV213;TP277.2

东江流域位于广东省中东部，是珠江流域三大水系之一，发源于江西省桠髻钵山，干流河道全长为562 km，流域总面积为35 340 km2，其中广东省占90%。东江是广州、深圳、东莞、惠州、河源等地的主要供水水源，同时担负着对香港供水的重要任务，总供水人口3 000多万人，人均年水资源量约1 100 m3，是全国人均的1/2，水资源供需矛盾突出[1-3]。为此，广东省人民政府于2008 年 8 月颁布实施《广东省东江流域水资源分配方案》[2](简称“分水方案”)，由广东省东江流域管理局负责具体组织实施，实行全流域水量统一调度管理，并要求建设东江流域水资源水量水质监控系统。 1 系统总体构成

东江流域水资源水量水质监控系统项目(简称“监控系统”)建设信息采集系统，监测采集控制性断面、大型水库、干流梯级电站、取水口、入河排污口共55个监控对象的水量、水质、工程运行工况及视频信息[4]；建设省东江流域管理局与55个监控对象之间、与省水利厅及流域内各有关单位之间互联互通的通信传输与计算机网络系统[5-7]；研制开发水量水质监控管理软件系统等。系统总体构成如图1所示。

2 数据集成要求

监控系统采集8个控制性断面实时水量数据，其中3个控制性断面实时监测水质数据；3个大型水库(枫树坝、新丰江、白盆珠水库)水雨情数据；干流12个梯级电站水量数据；19个重要取水口水量、水质数据，以及共享整合广东省水利数据中心、省三防指挥系统工程决策支持系统综合数据库、省水文局实时水情中心综合

数据库、省水文局水质实验室系统、粤电集团(新丰江、枫树坝控制性水库)水雨情数据、东莞市三防水质数据库自动监测站数据等相关单位数据。数据集成涉及单位均不属省东江流域管理局直管单位，且各单位的水量(水质)监测系统数据接口千差万别，数据集成难度大。

图1 系统总体构成示意

根据采集对象网络连接方式[8]分类，通过两种方式进行数据集成：一是无公用网络连接的对象，需建立专用通信网络，通过数据监测平台，采集和接入现地数据；二是通过公用网络和数据交换平台，从上层系统进行数据共享交换。数据集成总体结构如图2所示。

图2 数据集成示意 3 监测数据采集 3.1 现场数据采集 3.1.1 控制性断面

8个在线测流断面站点，采用RTU将H-ADCP采集水位和流量数据通过GPRS无线网络上传。水量监测如图3所示。 图3 控制性断面水量监测系统结构示意

3个在线水质监测站点通过在线全自动监测系统，采集PH、溶解氧、电导率、浊度、CODMn、氨氮、重金属等水质数据，通过GPRS上传。 3.1.2 白盆珠水库

工控机接入该水库的水文监测服务器，接入实时坝上、坝下水位，入库流量、出库流量、流域平均雨量和库容量等水雨情数据，通过GPRS上传。接入方式如图4所示。

图4 白盆珠接入方式示意 3.1.3 干流梯级电站

工控机通过梯级电站内部业务网络，访问梯级电站的监控服务器数据库，读取发电流量，发电机组和泄洪闸等工况信息，并通过计算、校验得出实时流量信息。工控机串行口RS-232单向通信，把梯级电站的业务内网和本系统所建网络隔离，保证双方系统安全。接入方式如图5所示。 图5 梯级电站接入方式示意 3.1.4 取水口

取水口水量、水质数据已接入所属单位的监测系统，采用上层接入方式，其余采用现地计量数据接入方式[9]。

上层接入是从工控机接入取水口所属管理单位的内部业务网络，访问取水量和水质信息数据库，读出所需实时流量、累计流量和水质数据，通过GPRS上传。接入方式如图6所示。

图6 取水口上层接入方式示意

现地接入是在取水口流量计和水质监测设备接入。取水口量水间(流量计和水质监测设备安装处)安装RTU接入实时流量、累计流量和水质数据的实时采集，通过GPRS上传。接入方式如图7所示。 图7 取水口现地接入方式示意 3.2 数据监测平台

数据监测平台总体结构如图8所示，分为表示层、应用层和系统支撑层。表示层是应用的用户接口部分，是用户与系统间交互信息的窗口。它包括用户图形界面和与应用服务层之间通信的消息中间件的逻辑部件，主要功能是检查用户输入的数据，显示系统输出的数据。应用层是整个系统的核心，包括应用系统功能上的逻辑方法、业务逻辑规则、以及应用系统的核心功能、应用层和表现层之间的通信通过发送消

息的接口实现。表示层还管理应用层业务逻辑组件。系统服务层是为系统的运行提供基本的服务，包括数据库、文件体系、硬件服务器以及通信网络和数据采集系统等。

图8 数据监测平台总体结构示意 3.3 数据整合入库

数据监测平台依据规则对数据解码后，经数据率定校验，整理存入数据库。数据采集全过程均记录日志。数据采集流程如图9所示。

图9 数据采集流程示意

如取水口现地采集数据整合入库，根据现地实时数据和人工记录表头读数(作为初始数据)，采集瞬时流量、时长的时段取水量、总累计取水量(如自动采集数据包括总累计取水量则不需要计算，如人工读数则作为基准值，则累加采集时长的时段取水量计算总累计取水量)，再根据瞬时流量、采集时长的时段取水量、总累计取水量计算出取水口小时平均取水流量、小时累计取水量、日平均取水流量、日累计取水量、月累计取水量、年累计取水量，并将计算后的数据推送到业务数据库，供监控系统应用软件调用。具体流程如图10所示。 图10 取水口现地数据整合入库流程示意 4 数据交换 4.1 数据交换关系

监控系统将东江流域水雨情、水质和基础工程信息，通过数据交换方式与相关单位进行共享整合。其中水雨情数据(除新丰江、枫树坝水库实时出、入库流量和库区雨量外)共享省水利数据中心[10]、省水文局实时水情中心综合数据库数据；新丰江、枫树坝两大水库实时出、入库流量和库区雨量数据共享粤电集团数据；水质数据共享省水文局水质实验室系统和东莞市三防水质数据库自动监测站数据；基础工

程信息共享省三防指挥系统工程决策支持系统综合数据库信息。 4.2 数据交换平台

数据交换平台[11]是为本系统与省水利厅、省水文局、粤电集团和相关地市水务局之间数据双向交换开辟的服务，在不同网络间的数据传递、异构数据库间数据整合及传递实现监控系统与外部单位实时数据，在保证数据信息的安全性、可用性、实时性的同时，达到数据交换的可监控、可管理、可统计的要求。 4.3 数据交换 4.3.1 数据库交换数据

监控系统数据库结构严格遵守《SL 323—2010实时水雨情数据库表结构与标识符标准》、《SL 324—2005基础水文数据库表结构与标识符标准》、《SL 325—2014 水质数据库表结构及标识符》、《SL 380—2007水资源监控管理数据库表结构及标识符标准》、《SL 478—2010水利信息数据库表结构及标识符编制规范》等国家水利信息化技术标准，建立数据库。根据数据类型和功能需求，通过数据库中间件，与上述数据交换关系进行数据交换，具体交换数据如表1所示。 表1 数据交换分类统计数据类型功能需求分类涉及数据表 基本信息类表测站基本属性表、测站报送任务表、库(湖)站汛限水位表、水位流量关系曲线表、库(湖)容曲线表、单位名称编码表等实时信息类表降水量表、河道水情表、水库水情表、堰闸水情表、潮汐水情表、暴雨加报表、各类时段均值表、各类多日均值表、各类统计表、各类极值表、咸潮表等实时雨水情数据预报信息类表水情预报成果注释表、各类预报成果表等统计信息类表日降水量多年统计表、旬月降水量系列表、旬月降水量多年统计表、水位流量多年日平均统计表、水位流量旬月均值系列表、水位流量多年旬月平均统计表、水位流量旬月极值系列表、水位流量年极值系列表、库(湖)蓄水量多年日平均统计表交换信息类表交换单位信息表、交换测站信息表、交换表单信息表。字典信息类表表属性信息表、字段属性信息表等。 基本信息类表

各类测站基本信息表、各类分区基本信息表、库湖基本信息表、湖库与测站关系表、行政区划与湖库关系表等水质数据监测信息类表水质各类指标项目监测数据表、入河排污口排污量统计表、水文要素数据表、污染事件数据表等评价信息类表项目评价标准表、评价对象基本情况表、评价对象与水质监测站关系表、各类评价结果表等 通用信息类表通用信息类表河流信息类表河流一般信息表、流域(水系)基本情况表、洪水传播时间表等水库信息类表水库一般信息表、水库水文特征值表、洪水计算成果表、入库河流表、出库河流表、水库特征值表、水库水位面积、库容、泄量关系表等水利工程数据控制站信息类表控制站一般信息表、控制站水文特征表、水位流量关系表水闸信息类表水闸一般信息表、水闸工程特性表等跨河工程信息类表跨河工程一般信息表、跨河工程基本情况表等 4.3.2 粤电数据交换

因粤电集团属电力行业，跨行业的数据表结构标准不一，粤电数据接收后需经数据交换平台处理后，再存入数据库。 4.3.2.1 站点编码转换

粤电集团测站编码采用独立编码，与省水文测站编码不同，本系统需建立测站编码的对应关系表，进行编码转换。 4.3.2.2 文件接收处理规则

粤电集团将新丰江、枫树坝水库相关数据以TXT文本方式记录，上传至省水利厅接收外部数据的FTP服务器，数据交换平台从FTP服务器获取最新文件。省水利厅和监控系统读完文件后，增加文件名后缀，标示为完全读取，FTP服务器对完全读取后的文件迁移至备份目录以供备查，保留未被完全读取的文件，数据文件名格式如图11所示。

图11 TXT文件名格式解析示意 4.3.2.3 数据格式

TXT文件名：YDYYYYMMDDHHMMSS.TXT(YD后面跟数据文件上传时间，精度到秒)；

时间格式：YYYY/MM/DD_HH/MM/SS(年年年年/月月/日日_时时/分分/秒秒)； 数据类型标识和水文要素标识：如表2“数据类型”和“水文要素”所罗列的数据类型标识；

各种水文要素之间用逗号分隔，如水文要素无数据值，就不需报送该水文要素。每条数据占据一行。

表2 数据类型与水文要素对应数据类型水文要素降水量实时类数据测站编码、时间、时段降水量、时段长、降水历时、日降水量、天气状况、日降水量可靠情况、降水量类型、数据说明、采集方式河道水情实时类数据测站编码、时间、水位、流量、断面过水面积、断面平均流速、断面最大流速、河水特征码、水势、测流方法、测积方法、测速方法、数据说明、采集方式水库水情实时类数据测站编码、时间、库上水位、入库流量、蓄水量、库下水位、出库流量、库水特征码、库水水势、入流时段长、测流方法、数据说明、采集方式 4.3.2.4 粤电集团与省水文局数据取舍规则

因水文部门亦监测新丰江、枫树坝水库水情，为此监控系统的数据取舍规则是：① 同一测站、同一时间，粤电集团和水文部门均有数据的数据项，以水文数据为准；② 同一测站、同一时间相同数据项，水文部门无数据，粤电集团有数据，取用其数据。 5 结语

数据是信息化系统的基础，东江水资源水量水质监控系统通过采集、接入、共享等方式集成东江流域各类水量、水质数据，为东江流域水资源管理和调度提供了科学的、高效的信息化保障。虽然监控系统已上线运行，但数据集成仍有许多问题。受网络传输、设备故障和软件挂死等客观原因影响，数据正常入库率有待提高。监控

系统数据监测点多，采集端涉及大量的RTU、工控机、GPRS模块、工业交换机等硬件设备和不同类型的接口程序和采集软件等，任何一个环节故障，都导致该监测点数据无法正常传输和入库。这些客观原因只有通过加强技术保障力量，加大运维力度，完善系统故障应急响应机制，增加日常巡检维护频次，才能提高数据正常入库率，保障监控系统正常运行。

【相关文献】

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