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黄河水库调度运行信息平台研究与实现

丁斌 姚保顺 李勇 吴晖

    责任编辑:范江涛 来源:

  随着黄河流域经济社会的快速发展和水利水电开发的不断深入,河道防洪防凌安全、河流生态用水、沿黄工农业用水、发电用水等相互间的矛盾日益突出。黄河上游水库群运行存在多事权管理、电调与水调不统一、防洪防凌与水库调度信息采集体系不完善和信息不能共享、水库群运行调度中模型输入参量获取不及时等问题,严重影响了水库防洪防凌和供水调度决策的正常开展,也制约了水库综合效益的发挥和调度优化。

  黄委、黄河上中游水库枢纽管理单位和相关电网公司经过多年建设运行,积累了大量与水调、电调有关的数据。但缺乏综合应用和整合集成,条强块弱,数据资源碎片现象突出,黄河水库调度运行亟须整合黄委和黄河上中游大中型水库枢纽水调和电调信息资源。

三重共享和两级服务资源整合模型

  黄河水库调度运行信息平台(简称信息平台)建设整合集成了水库调度运行、水文气象、应急事件处理、综合信息服务和文件管理等信息,涉及信息集成、传输、存储、信息标准与管理、应用系统建设等多个业务方面。信息平台建设中,依据“数字黄河”工程建设的相关技术要求,提出了综合三重共享和两级服务的资源整合模型,实现了基础设施、数据和业务应用的共享,通过提供数据和业务功能的全局服务,解决了水库群运行调度中模型输入参量获取不及时和精度不高的难题,奠定了黄河防总、7个水库枢纽管理单位和相关电网公司的水量调度和电力协同调度的坚实基础,推动了水库调度由单库局部最优向群运行调度最优的转变。

  基础设施整合建设主要是完成各类数据信息从采集到传输处理和存储全过程的软硬件设备的有机组合,是信息平台数据资源整合和共享的基础。信息平台根据水库调度运行工作流程和业务需求,通过完善的数据采集体系,以自主、人工相结合的方式广泛采集所需的水库枢纽运行、水文气象、应急处理、水调和电调等信息资源,依托计算机网络,将采集的数据实时传输到数据存储与处理系统。

  应用支撑平台是信息平台的软件技术支撑平台,为信息平台提供统一标准的开发运行环境,并为各业务应用系统提供数据访问、流程控制、空间信息和公共信息等服务。信息平台建设的最终目的是提高流域内以防汛和水库发电为综合目标的水库联合调度水平,其建设以应用为牵引,在可视化的应用支撑平台基础上,开发以水库枢纽调度运行系统为主,包括水文气象、文件管理、水量调度、工程防洪等业务的应用系统,并通过综合信息服务为决策提供全方位技术支持。

  系统运行环境是系统建设完成后系统运行的实体部分(包括会商中心、网络中心和数据中心等),是整个项目建设完成后的外在体现,也是长期运行管理的实体对象。

  组织保障、技术标准、政策法规等是建设信息平台的保障。在项目建设前要做好项目设计、技术标准、操作规程制定等工作,在项目建设期要保障所需经费的投入,同时还要对工程建设管理从制度上和组织上给予落实,建立严密的工程建设组织管理体系、工程运行维护管理体系和人才培训与引进机制。

数据交换设计

  数据传输交换的技术路线

  信息平台研发了两种数据交换与共享技术方案,实现了跨地区、跨部门、跨平台的流域内水文气象、防汛防凌、水库调度、电力调度等数据资源的整合和共享交换。结构化数据主要采用数据交换方式,通过网关机自主交换获取;非结构化数据采用人工填报上传或下载方式获取。

  信息平台制定了黄河水库调度运行信息交换规则,基于交换规则建立了中间信息交换服务层。根据读取的交换策略、映射关系和站码组等交换规则进行了从源端到目标端的实时数据交换,实现了黄河防总(办)与7个水库枢纽管理单位、13个水库电力生产区的水量调度、电力调度信息的自主获取和过滤。

  数据传输交换模型

  黄委向水库枢纽管理单位主要传输流域实时雨水情、防汛指令、水调指令、水文气象预报结果等信息,以及向相关电网公司传输防汛指令、水调指令等信息。水库枢纽管理单位和相关电网公司接收黄委管理的水文站(包括相关水库站)雨水情、冰情及凌情等信息,并将数据传送至水调系统中。水库枢纽管理单位和相关电网公司通过水调自动化系统接收黄河防总(办)的调度指令、调度规则及防汛任务等信息。

  水库枢纽管理单位主要向黄委、相关电网公司报送有关水库枢纽运行、水库遥测数据、发电计划等信息,主要信息包括入库、出库、发电、库水位、泄洪流量和机组运行等水库运行信息。相关电网公司根据接收到的黄委水调指令,向水库枢纽管理单位下达发电调度方案。

  结构化数据转换方案

  结构化数据转换通过网关机自主获取。信息平台研发的网关机数据交换功能主要包括交换数据源管理、交换站码组管理、映射管理、交换策略管理、数据交换、交换监控等。交换数据源管理主要是管理黄委、水库枢纽管理单位、相关电网公司之间需进行数据交换的数据源;交换站码组管理主要是实现对各单位需要的实时雨水情测站的过滤;映射管理是数据交换字段映射,主要用来定义不同数据源、不同数据结构之间的数据映射和转换;交换策略管理可以为每一个数据表定义一个交换任务,交换策略定义的内容包括交换的数据表、交换频率、采用的映射关系以及交换时的读取数据策略等;数据交换是根据数据源、映射信息以及数据交换策略信息,实现数据从源端交换至目标端,交换完成后还需修改数据的交换标识位,用来标识该数据已成功交换至目标数据库;交换监控内容包括每一个数据表最后一次运行时间、交换数据量及每次耗费时间等情况。

  非结构化数据交换

  对于非结构化数据(如调度指令、发电计划、调度方案等)采用人工录入方式采集,即建立按用户、级别进行管理的信息系统,各水库枢纽管理单位通过人机交互界面录入自己的数据。信息管理系统具有录入、删除、修改、用户管理、系统维护、统计查询、综合分析等功能。各水库枢纽管理单位不需要另外添加网络设备,在黄委建立Web服务器以及防火墙,通过Web服务器进行访问,其安全性由黄委网络中心、数据中心提供保障。

  水库调度运行信息交换规则

  在数据转换过程中,信息平台依据相关标准规范,制定了适宜计算机读取和互操作的信息交换规则,开发了中间信息交换服务层(网关机),并将信息交换数据接口和方法封装为标准服务,实现了黄河防总与7个水库枢纽管理单位、13个水库电力生产区的水量调度、电力调度信息安全传输、交换和过滤,实现了交换信息的自主获取。

资源整合方案

  网络资源整合

  在信息平台部署中,网络连接方式至关重要。为提高黄河水库调度运行信息传输的快速性,缩短黄河水库调度的响应时间,加强黄河水库流量调节手段,依托公网和专网通信资源建立了安全可靠、先进实用的覆盖黄河上中游各水库管理机构(西北电网有限公司、黄河上游水电开发有限责任公司、黄河上游水调办、甘肃小三峡水电开发有限责任公司、黄河万家寨水利枢纽有限公司、三门峡水利枢纽管理局、小浪底水利枢纽管理中心),连接黄委防汛办公室的计算机广域网络系统,以满足黄河水库调度运行和管理的需要。

  数据资源整合

  数据资源整合的主要策略是采取足够的信息安全措施,遵循统一的技术标准,整合利用黄委、相关电网公司和水库枢纽管理单位信息资源,重点整合数据资源、相关应用系统,实现信息共享服务。

  数据资源整合体现“一数一源,一源多用”的原则,根据数据的内容,从数据源来对数据进行分析、归类。按照业务需要确定数据采集的范围和内容,并具有写入黄委数据中心数据库以及校验和同步等功能,同时注重以最简单的方法进行,避免对各单位的系统作任何改动。对静态数据采用导出、迁移利用方案,对实时数据按照数据交换机制进行交换传送。

  业务系统功能整合

  业务系统功能整合主要是对各单位提供共享的业务系统进行最简单的远程调用和界面整合。该系统紧密结合分布式用户对信息共享的需求特点,整合集成了水库枢纽调度运行、水文气象、文件管理、应急处理、综合信息系统5大类、60余个子类的信息,研发了108类水库调度业务功能模块,构建广域条件下分布式部署的可扩展系统架构,整合黄河干流13座大型水库水调和电调运行的信息资源,为优化水库调度提供了信息支持。

数据库建设与中间件组件

  数据库建设以分级用户授权体系为基础,构建了水库调度运行数据库系统,实现了跨地区跨部门不同用户对于不同类型信息的获取和操作权限的管理。项目研究了涉及多类型、多主题的水库调度运行数据库的集中化存储、分布式管理、网络化共享利用的技术和方法,开发建立了水库枢纽调度运行、水文气象、文件管理、应急处理、综合信息等数据库。以黄委数据中心集中存储为主,实行分布式管理,将数据以统一、规范、标准的信息格式向各业务应用部门提供。数据库包括水库运行数据库、电网运行数据库、水量调度数据库、工程防洪数据库、水文气象数据库、水库枢纽基本信息数据库、防洪文件数据库、历史资料数据库和基础地理信息数据库等。

  应用支撑平台是信息平台的核心,是支撑应用系统开发与运行的重要基础设施,也是信息及资源共享的平台。信息平台研发的水库调度业务服务功能可随时注册到支撑平台,形成了可以复用的软件资源,最大限度地减少了软件的重复开发。利用支撑平台提供的动态服务组合机制与技术手段,形成的信息资源可按需自适应组合,达到在黄委、水库枢纽管理单位和相关电网公司范围内的信息共享,满足黄河防洪、防凌、水资源管理和水库发电调度管理的跨平台需求。按照“数字黄河”工程架构体系研发的水库调度运行中间件组件,为系统的统一开发和稳定运行提供了先进可靠的技术基础。平台共研发了32个中间件组件,并部署到相应的业务应用服务器中。

  黄河水库调度运行信息平台涉及防洪减灾、水文水资源和高新技术应用等领域。该平台紧密结合防洪防凌和水库枢纽调度运行生产实践,采用“数字黄河”三层框架、分布式管理、中间件和系统分析等多种技术手段,提出了综合三重共享和两级服务的资源整合服务模型,实施了试点先行、稳妥推广、共建共享共用、统一平台的策略,对流域管理机构、水库枢纽管理单位和相关电网公司有关水调和电调的资源整合、数据交换、数据存储共享等业务和技术进行了全面、系统、深入的研究。

  项目成果已应用于黄委内部、黄河上中游7个水库管理单位、13个水库电力生产区实践中,在防洪、防凌、利用桃汛优化洪水冲刷降低潼关高程试验、调水调沙及水资源调度管理工作中发挥了重要作用,并在新疆塔里木河水量调度系统建设、陕西省“数字渭河”建设规划中得到应用,社会经济效益显著,应用前景广阔。


发布时间:2018年01月23日
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