基于GIS与物联网的智慧泵站信息化建设研究

张述刚，王义锐，李小龙

（1.山东省调水工程运行维护中心昌邑管理站，山东 潍坊 261300；2.山东省调水工程运行维护中心烟台分中心，山东 烟台 264001；3.水利部机电研究所，天津 301900）

0 引言

智慧水利是水利信息化发展的高级阶段，是实现水利现代化的关键，智慧泵站是智慧水利发展的重要组成环节。随着地理信息技术及物联网技术的迅猛发展，将地理信息技术及物联网技术应用到智慧泵站信息化建设当中，是智慧泵站信息化建设的热门研究课题，同时利用云计算、大数据现代信息技术，可以实现整个泵站管理区域信息化管理，将水文信息、调度中心、工程管理、行政管理、辖区管理、安全管理整合在一起，建设统一的技术支撑平台，使决策和执行得到有力的保障，及时更新、共享和发布信息，形成完善的信息化管理体系，提升泵站综合管理能力，提高水利活动效率，完成泵站信息化建设。

1 技术支撑

1.1 地理信息系统

近年来，由于计算机技术的飞速发展，地理信息系统在计算机硬、软件系统支持下，实现了低成本应用，并得到了持续改进，地理信息系统是一种特定的十分重要的空间信息系统，对泵站管辖区域的地理数据进行采集和储存，经过运算及分析，将地理数据显示和描述出来，并应用到智慧泵站建设当中，把工程建筑信息数据与其周围地理信息数据整合到一起，在“一张图”中展示泵站区域的空间信息资源、设备控制及运行状况，调度与安全生产信息共享的应用模式，实现泵站信息化、可视化管理。

1.2 物联网

物联网的发展实现了物物之间的智能化管理，让信息可以实时共享，也让信息的收集、传递、处理、执行变得更简单、更有效。将物联网技术与传感器相结合，实时采集泵站水位、流量、水文、视频、运行状态等信号，提高泵站数据采集的准确性、实时性、可靠性，为泵站安全运行提供可靠数据依据，全面监管泵站运行状态。

1.3 视频监控

视频监控技术经过不懈的发展，更加的数字化、网络化和智能化，通过视频分析，能够进行归类和识别，实现对视频监控系统全网的设备管理，同时可扩大管理范围，可以及时发现异常情况并进行联动报警，与物联网技术相结合，从而实现泵站无人值守。

1.4 可编程控制器

可编程逻辑控制器是现代工业自动化的三大支柱之一，泵站运行程序存储在控制器中，根据物联网采集的泵站实时数据，自动执行PLC中存储的逻辑控制程序，通过顺序控制以及定时、计数和算术操作运算指令，并通过开关量和模拟量I/O接口，控制泵站闸门和水泵等各类机械设备或生产过程，同时通过远程网络控制功能，能够将泵站管理人员的操作指令下达到各个设备执行。

2 系统设计

智慧泵站信息化系统建设的最终目的是为了实现泵站信息化管理，将水文信息、调度中心、工程管理、行政管理、辖区管理、安全管理等问题通过平台提供的数字集成系统和虚拟环境解决、处理和决策。系统架构如图1所示，由下到上分为采集层、网络层、管理层、实现层、终端层等5个层次。

图1 系统结构图

图1中展示了智慧泵站信息化系统的总体结构，信息采集层采集的各项数据通过计算机网络层进入数据资源管理层，通过业务实现层的各个数据处理单元，将数据处理结果展示通过接入层设备投放到终端层，实现数据管理、更新、共享和发布。

3 功能设计

3.1 信息管理系统

将数据处理单元的功能模块化，通过浏览器技术加载服务器数据，对业务数据和工程建设数据进行统一管理，整合并在终端展现，管理资源、服务和应用以及泵站对外的日常办公、在线审批、信息发布等功能，为系统提供安全控制，进行权限分配。

3.2 综合监视与告警系统

实现泵站整体自动化运行监控，智能化传感器设备、视频监控设备等接入物联网，提供泵站水文信息、设备运行状态、视频安防等实时监视，结合地理信息系统，远程监视设备运行参数，并提供各类观测数据的告警设置及告警信息显示发布等功能。

3.3 调度管理系统

通过水文信息等数据，可自动提供调度预案、生成指令并发布、实时调度作业跟踪等功能，也可人工根据实际情况发布调度指令，实现泵站实时调度控制。

3.4 泵站管理系统

管理实现泵站自动化相关的各类数据，泵站基本信息、整体工程信息、水情气象等历史数据的维护及查询，大屏显示定制功能，进行数据的多元化显示，为工程管理和调度指挥提供支撑服务，通过设置各个参数，动画模拟泵站运行状态或远程控制设备运行。

3.5 移动终端

实现泵站实时告警信息推送、历史信息查询、泵站远程控制、泵站调度管理等系列移动应用软件，方便各级泵站日常办公处理。

4 结束语

智慧泵站信息化建设以提高泵站信息化管理水平、降低泵站运行成本、保障泵站安全生产为总体目标。通过对水文信息、泵站运行状态、告警信息、历史信息的自动采集、实时传输、经过在线分析建立科学的泵站管理模型，为泵站安全生产和科学调度提供有力的技术支持和科学依据，全面实现泵站“信息采集的自动化、传输网络化、存储数字化、决策科学化”。