陶勇 王加敏 彭波 曾莉萍 孫傳勝

摘 要：根據(jù)平寨水庫水雨情業(yè)務(wù)實(shí)際需求，利用成熟的數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息化技術(shù)和大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，采用B/S架構(gòu)模式，建設(shè)基于Echarts的平寨水庫水雨情可視化監(jiān)控平臺，綜合展示遙測站設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、機(jī)組發(fā)電、歷史數(shù)據(jù)查詢、水雨情綜合分析，以及水文預(yù)報(bào)文檔等水雨情相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和水雨情重要運(yùn)行指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警，以及歷史數(shù)據(jù)查詢導(dǎo)出、水雨情過去實(shí)況綜合分析和水文預(yù)報(bào)文檔的自動(dòng)化制作。通過在汛期中的實(shí)際業(yè)務(wù)運(yùn)行檢驗(yàn)，平臺穩(wěn)定可靠，交互操作簡便，大大提高了水庫運(yùn)行管理的自動(dòng)化水平，為水庫防洪度汛提供了重要的信息技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：Echarts；水雨情；可視化；監(jiān)控

中圖分類號：TV697.1+1? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

貴州省黔中水利樞紐工程是一項(xiàng)以灌溉、城鄉(xiāng)供水為主，兼顧發(fā)電等的綜合利用，并為改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件的大型水利基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，由平寨水庫水源工程、灌區(qū)工程、貴陽市供水和安順市供水工程等組成。其中平寨水庫自2015年4月14日下閘蓄水，2016年6月24日并網(wǎng)發(fā)電，2018年1月28日正式向貴陽供水以來，工程的目標(biāo)逐漸由施工建設(shè)期轉(zhuǎn)為水庫運(yùn)行期，平寨水庫的水情預(yù)測報(bào)業(yè)務(wù)的重點(diǎn)也隨工程目標(biāo)的改變而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。2018年平寨水庫購買了一套南京南瑞水利水電科技有限公司的水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是為滿足平寨電站發(fā)電的業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)與貴州電網(wǎng)調(diào)度中心數(shù)據(jù)上傳而部署的，在水雨情監(jiān)測業(yè)務(wù)方面，該系統(tǒng)沒有進(jìn)行本地化配置，在實(shí)際業(yè)務(wù)使用過程中存在諸多問題。

本文通過搭建平寨水庫水雨情可視化監(jiān)控平臺，結(jié)合水庫運(yùn)行實(shí)際條件，以水雨情預(yù)測報(bào)業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)，靈活地利用GIS技術(shù)［1］、數(shù)據(jù)庫技術(shù)［2］、大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)［36］和信息網(wǎng)絡(luò)［78］等技術(shù)，構(gòu)造一系列水雨情業(yè)務(wù)各環(huán)節(jié)的管理模型，最終設(shè)計(jì)出水雨情預(yù)測報(bào)自動(dòng)化、智能化的整體解決方案，為水庫運(yùn)行管理部門及時(shí)掌握水雨情相關(guān)信息提供決策支撐，提高水庫調(diào)度效率。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

（1）可擴(kuò)展性。采用開放式的數(shù)據(jù)庫平臺和組件技術(shù)，確保隨著業(yè)務(wù)需求的變化，對已有資源利用的有效性?？梢愿鶕?jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，方便升級，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。

（2）可靠性。可靠性是衡量系統(tǒng)性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)［9］。設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，綜合考慮系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)手段、軟硬件平臺、技術(shù)服務(wù)和維護(hù)能力［10］，采用業(yè)界公認(rèn)成熟并被廣泛應(yīng)用的技術(shù)，保證平臺實(shí)施的進(jìn)度和質(zhì)量，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。

（3）先進(jìn)性。采用先進(jìn)的、開放的體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，如數(shù)據(jù)管理技術(shù)、編碼技術(shù)和容錯(cuò)技術(shù)等，同時(shí)，平臺的投資考慮到今后的發(fā)展，不僅在硬件架構(gòu)上具備超前性，而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，對不同結(jié)構(gòu)類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

（4）實(shí)用性。平臺應(yīng)充分考慮用戶當(dāng)前各業(yè)務(wù)層次、各環(huán)節(jié)管理中數(shù)據(jù)處理的便利性和可行性，使用圖形化交互式人機(jī)界面，使操作簡便實(shí)用、界面美觀大方。

（5）安全性。平臺提供有效的安全保密機(jī)制，保證信息能夠安全發(fā)送與接收。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，使所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不被盜竊、更改，應(yīng)用系統(tǒng)所采集的重要原始數(shù)據(jù)采用網(wǎng)絡(luò)加密傳輸、數(shù)據(jù)庫加密傳輸或應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密相結(jié)合的技術(shù)，并對進(jìn)入平臺的用戶的操作情況按照時(shí)間、用戶、單位、權(quán)限組等進(jìn)行記錄。

1.2 總體框架設(shè)計(jì)

平寨水庫水雨情可視化監(jiān)控平臺總體框架自下而上包括信息網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)資源層、技術(shù)支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和用戶層，采用B/S結(jié)構(gòu)?？傮w架構(gòu)如圖1所示。

信息網(wǎng)絡(luò)層是整個(gè)平臺運(yùn)行的基礎(chǔ)，為平臺提供網(wǎng)絡(luò)訪問環(huán)境和各類數(shù)據(jù)采集的接入。

數(shù)據(jù)資源層是本平臺的核心內(nèi)容之一，主要作用是解決平臺所需各類數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理、質(zhì)控和分析問題，主要包括數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)組織是對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，建立一個(gè)可靠、穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺；數(shù)據(jù)處理是對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換、關(guān)聯(lián)、標(biāo)識的過程，構(gòu)建信息索引，建立信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

技術(shù)支撐層是連接數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用之間的橋梁，通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)、Web service技術(shù)、可視化技術(shù)和API接口服務(wù)［1112］等，將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一封裝，向應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是用戶與平臺各功能模塊之間相互交流的前端。

用戶層是該平臺使用的主要用戶對象，包括水庫調(diào)度員、電站值班員和系統(tǒng)管理員。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 Echarts可視化技術(shù)

引入Echarts開源可視化庫，通過增量渲染技術(shù)支持Canvas或SVG的形式渲染圖表，可以流暢地在PC端運(yùn)行，兼容當(dāng)前絕大部分瀏覽器。Echarts的底層依賴矢量圖形庫ZRender，能夠提供直觀、交互豐富、高度個(gè)性化定制的數(shù)據(jù)可視化［13］，實(shí)現(xiàn)提供平寨水庫各類數(shù)據(jù)不同形式的數(shù)據(jù)展示。

2.2 基于Ajax的異步開發(fā)技術(shù)

Ajax是采用客戶端腳本與Web服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一組技術(shù)，它提供了與服務(wù)器進(jìn)行異步通信的能力［14］。Ajax通過基于XML的Web Services接口僅向服務(wù)器發(fā)送并取回必要的數(shù)據(jù)，并在客戶端采用JavaScript的函數(shù)處理來自服務(wù)器的響應(yīng)。只有當(dāng)數(shù)據(jù)必須從服務(wù)器上獲得的時(shí)候才調(diào)用它，這樣就解決了操作響應(yīng)速度、不重復(fù)加載頁面，以及避免向服務(wù)器頻繁發(fā)送請求的問題，降低平臺對硬件設(shè)施的資源占有率。

3 功能模塊

3.1 運(yùn)行監(jiān)控模塊

該模塊包括三個(gè)方面的監(jiān)控，分別是遙測站設(shè)備、水雨情網(wǎng)絡(luò)和機(jī)組發(fā)電的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。遙測站設(shè)備包含水庫流域范圍內(nèi)的水位站、雨量站和流量站，正常運(yùn)行情況下，遙測站每小時(shí)整點(diǎn)發(fā)送一次實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)、雨量數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)到采集平臺，若采集平臺能接收到數(shù)據(jù)，則表示遙測站設(shè)備運(yùn)行正常，反之，則表示遙測站設(shè)備運(yùn)行異常（見圖2）。水雨情網(wǎng)絡(luò)包含數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器和數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器之間網(wǎng)絡(luò)通信，以及與之相配套的防火墻、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的訪問情況。正常情況下，后臺網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視機(jī)器人每分鐘反饋一次網(wǎng)絡(luò)通信情況。若出現(xiàn)某條網(wǎng)絡(luò)訪問受限，則以“紅色”進(jìn)行告警提示（見圖3）。機(jī)組發(fā)電監(jiān)控是每分鐘獲取5臺機(jī)組每臺的實(shí)際出力值，若機(jī)組沒有發(fā)電，出力值為0（見圖4）。

3.2 監(jiān)測報(bào)警模塊

平臺提供對平寨水庫水雨情的重要運(yùn)行指標(biāo)（見表1）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)不同運(yùn)行指標(biāo)設(shè)定的閾值，自動(dòng)判斷是否報(bào)警。當(dāng)其中任意一個(gè)運(yùn)行指標(biāo)超過相應(yīng)規(guī)定的閾值，就自動(dòng)將對應(yīng)的指標(biāo)值以“紅色”標(biāo)注（見圖5），同時(shí)啟動(dòng)聲音報(bào)警。針對水位站和雨量站的運(yùn)行情況，平臺也提供在流域GIS底圖上進(jìn)行展示，若運(yùn)行正常，則以“綠色”圈表示，反之，則以“紅色”圈表示。

3.3 水情預(yù)測模塊

平臺把洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)布的水位和入庫流量預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行接入，將過去的實(shí)際水位和預(yù)測水位、過去的實(shí)際入庫流量和預(yù)測入庫量進(jìn)行綜合展示（見圖6）。另外，在汛期每日08時(shí)和20時(shí)定時(shí)自動(dòng)生成水文預(yù)報(bào)文檔，水情值班員經(jīng)過主觀訂正后自動(dòng)向各部門發(fā)布（見圖7）。

3.4 水雨情分析模塊

每日8時(shí)自動(dòng)繪制過去一周的壩上水位、入庫流量和降雨量綜合分析圖（見圖8），便于水情值班員及時(shí)掌握過去一周水雨情的情況。

3.5 數(shù)據(jù)查詢模塊

數(shù)據(jù)查詢主要包括對歷史壩上水位、壩下水位、生態(tài)流量、入庫流量、發(fā)電量、面雨量、來水量和泄洪量等數(shù)據(jù)按選擇的時(shí)間段進(jìn)行查看，并且通過導(dǎo)出功能可以將查詢結(jié)果保存為Excel文檔（見圖9）。

4 應(yīng)用效果

平寨水庫水雨情可視化監(jiān)控平臺建成后（見圖10），在2022年整個(gè)汛期期間進(jìn)行了實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用，該平臺各項(xiàng)功能運(yùn)行穩(wěn)定，使水雨情預(yù)測報(bào)業(yè)務(wù)工作標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，減輕了水情值班員的工作強(qiáng)度和工作壓力，提高了水雨情預(yù)測報(bào)業(yè)務(wù)的工作效率，實(shí)現(xiàn)了平寨水庫水雨情信息自動(dòng)監(jiān)控。

結(jié)語

平寨水庫水雨情可視化監(jiān)控平臺通過信息化、可視化、自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了集遙測站設(shè)備、信息網(wǎng)絡(luò)、發(fā)電機(jī)組、水情預(yù)測、數(shù)據(jù)查詢等水雨情相關(guān)信息為一體的綜合展示，大大提高了水庫運(yùn)行管理的自動(dòng)化水平；在防洪度汛期間，也為水庫運(yùn)行調(diào)度提供了重要的信息技術(shù)支撐。

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作者簡介：陶勇（1988— ），男，漢族，四川遂寧人，研究生，工程師，從事水電氣象服務(wù)；王加敏（1990— ），男，漢族，廣西桂林人，本科，工程師，從事水電氣象服務(wù)；彭波（1990— ），男，漢族，重慶合川人，本科，工程師，從事軟件開發(fā)；曾莉萍（1986— ），女，漢族，貴州貴陽人，研究生，高級工程師，從事短期天氣預(yù)報(bào)；孫傳勝（1987— ），男，漢族，貴州遵義人，本科，高級工程師，從事水庫調(diào)度運(yùn)行管理。