Phần 2: Thiết kế chi tiết các trạm đo và trung tâm điều khiển
2.1 Thiết kế các trạm quan trắc
2.1.1 Thiết kế trạm đo - điều khiển tự động Cống Tài.
- Nhiệm Vụ- Đo tự động mực nước, độ mặn. Hiển thị thông tin đo tại nhà quản lý cống. Tự động truyền số liệu về Công ty khi mực nước hoặc độ mặn thay đổi trong một khoảng D;- Tự động điều khiển đóng cống khi độ mặn ở mức giới hạn không cho phép lấy nước và tự động mở cống khi độ mặn ở mức giới hạn cho phép lấy nước (nếu cống vẫn ở trong thời kỳ lấy nước, có thể đặt lệnh cho việc này).
- Lựa chọn thiết bịCác thành phần thiết bị chính của trạm đo Cống Tài bao gồm:- 01 Bộ thu thập số liệu(RTU-Remote Terminal Unit), có các thông số kỹ thuật:+ Hỗ trợ truyền thông GSM;+ 8 đầu vào Analog độ phân giải 16 bit;+ Thu thập các tín hiệu theo chuẩn công nghiệp 0-5VDC, 4-20mA, sau đó xử lý tính toán và tổ chức lưu trữ giữ liệu trong bộ nhớ của thiết bị, dữ liệu sẽ được truyền về theo yêu cầu của máy tính trung tâm qua mạng điện thoại di động GSM.+ Thu thập tín hiệu đầu vào thích nghi.- 01 Đầu đo độ mặn, có các thông số kỹ thuật:+ Đầu ra tín hiệu chuẩn công nghiệp 4-20mA,+ Dải đo từ 0-10o/oo.- 01 Đầu đo mực nước thượng lưu, 01 Đầu đo mực nước hạ lưu. Có các thông số kỹ thuật:+ Đầu ra tín hiệu chuẩn công nghiệp: 4-20mA,+ Dải đo: 10m.- Đầu đo độ mở cống. Có các thông số kỹ thuật:+ Đầu ra tín hiệu chuẩn công nghiệp: 4-20mA,+ Dải đo: 8m.- 01 Hệ thống rơle trung gian và công tắc hành trình điều khiển hệ thống chấp hành.- 01 Hệ thống phiến pin mặt trời. Có các thông số kỹ thuật:+ Bộ chuyển đổi có thể đổi thành mọi cấp điện áp cần thiết cho tủ đo lường-điều khiển.+ Công suất cấp điện: > 50W.- 01 Bộ tích năng lượng. Có các thông số kỹ thuật:Dung tích: lớn hơn hoặc bằng 70Ah.
- Sơ đồ hệ thống
2.1.2 Thiết kế trạm đo Cống Cát Xuyến.
- Nhiệm Vụ- Đo tự động độ mặn. Hiển thị thông tin đo tại nhà quản lý cống. Tự động truyền số liệu về Công ty khi mực nước hoặc độ mặn thay đổi trong một khoảng D;- Tự động báo động bằng còi khi độ mặn ở mức giới hạn không cho phép lấy nước.
- Lựa chọn thiết bịCác thành phần thiết bị chính của trạm đo Cống Cát Xuyên bao gồm:- 01 Bộ thu thập số liệu(RTU-Remote Terminal Unit), có các thông số kỹ thuật:+ Hỗ trợ truyền thông GSM;+ 8 đầu vào Analog độ phân giải 16 bit;+ Thu thập các tín hiệu theo chuẩn công nghiệp 0-5VDC, 4-20mA, sau đó xử lý tính toán và tổ chức lưu trữ giữ liệu trong bộ nhớ của thiết bị, dữ liệu sẽ được truyền về theo yêu cầu của máy tính trung tâm qua mạng điện thoại di động GSM.- 01 Đầu đo độ mặn, có các thông số kỹ thuật:+ Đầu ra tín hiệu chuẩn công nghiệp 4-20mA,+ Dải đo từ 0-10o/oo.- 01 Hệ thống phiến pin mặt trời. Có các thông số kỹ thuật:+ Bộ chuyển đổi có thể đổi thành mọi cấp điện áp cần thiết cho tủ đo lường-điều khiển.+ Công suất cấp điện: > 50W.- 01 Bộ tích năng lượng. Có các thông số kỹ thuật:+ Dung tích: lớn hơn hoặc bằng 70Ah.
- Sơ đồ hệ thống
2.1.3 Thiết kế trạm đo Cống Chúa.
- Nhiệm Vụ- Đo tự động độ mặn. Hiển thị thông tin đo tại nhà quản lý cống. Tự động truyền số liệu về Công ty khi mực nước hoặc độ mặn thay đổi trong một khoảng D;- Tự động báo động bằng còi khi độ mặn ở mức giới hạn không cho phép lấy nước.
- Lựa chọn thiết bịCác thành phần thiết bị chính của trạm đo Cống Chúa bao gồm:- 01 Bộ thu thập số liệu(RTU-Remote Terminal Unit), có các thông số kỹ thuật:+ Hỗ trợ truyền thông GSM;+ 8 đầu vào Analog độ phân giải 16 bit;+ Thu thập các tín hiệu theo chuẩn công nghiệp 0-5VDC, 4-20mA, sau đó xử lý tính toán và tổ chức lưu trữ giữ liệu trong bộ nhớ của thiết bị, dữ liệu sẽ được truyền về theo yêu cầu của máy tính trung tâm qua mạng điện thoại di động GSM.- 01 Đầu đo độ mặn, có các thông số kỹ thuật:+ Đầu ra tín hiệu chuẩn công nghiệp 4-20mA,+ Dải đo từ 0-10o/oo.- 01 Hệ thống phiến pin mặt trời. Có các thông số kỹ thuật:+ Bộ chuyển đổi có thể đổi thành mọi cấp điện áp cần thiết cho tủ đo lường-điều khiển.+ Công suất cấp điện: > 50W.- 01 Bộ tích năng lượng. Có các thông số kỹ thuật:+ Dung tích: lớn hơn hoặc bằng 70Ah.
- Sơ đồ hệ thống
2.1.4 Thiết kế trạm đo Cống Cồn Nhất.
- Nhiệm Vụ- Đo tự động mực nước, độ mặn. Hiển thị thông tin đo tại nhà quản lý cống. Tự động truyền số liệu về Công ty khi mực nước hoặc độ mặn thay đổi trong một khoảng D;- Tự động báo động bằng còi khi độ mặn ở mức giới hạn không cho phép lấy nước.
- Lựa chọn thiết bịCác thành phần thiết bị chính của trạm đo Cồn Nhất bao gồm:- 01 Bộ thu thập số liệu(RTU-Remote Terminal Unit), có các thông số kỹ thuật:+ Hỗ trợ truyền thông GSM;+ 8 đầu vào Analog độ phân giải 16 bit;+ Thu thập các tín hiệu theo chuẩn công nghiệp 0-5VDC, 4-20mA, sau đó xử lý tính toán và tổ chức lưu trữ giữ liệu trong bộ nhớ của thiết bị, dữ liệu sẽ được truyền về theo yêu cầu của máy tính trung tâm qua mạng điện thoại di động GSM.- 01 Đầu đo độ mặn, có các thông số kỹ thuật:+ Đầu ra tín hiệu chuẩn công nghiệp 4-20mA,+ Dải đo từ 0-10o/oo.- 01 Đầu đo mực nước. Có các thông số kỹ thuật:+ Đầu ra tín hiệu chuẩn công nghiệp: 4-20mA,+ Dải đo: 10m.- 01 Hệ thống phiến pin mặt trời. Có các thông số kỹ thuật:+ Bộ chuyển đổi có thể đổi thành mọi cấp điện áp cần thiết cho tủ đo lường-điều khiển.+ Công suất cấp điện: > 50W.- 01 Bộ tích năng lượng. Có các thông số kỹ thuật:+ Dung tích: lớn hơn hoặc bằng 70Ah.
- Sơ đồ hệ thống
2.1.5 Thiết kế trạm đo Cống Hạ Miêu 1.
- Nhiệm Vụ- Đo tự động mực nước, độ mặn. Hiển thị thông tin đo tại nhà quản lý cống. Tự động truyền số liệu về Công ty khi mực nước hoặc độ mặn thay đổi trong một khoảng D;- Tự động báo động bằng còi khi độ mặn ở mức giới hạn không cho phép lấy nước.
- Lựa chọn thiết bịCác thành phần thiết bị chính của trạm đo Cồn Nhất bao gồm:- 01 Bộ thu thập số liệu(RTU-Remote Terminal Unit), có các thông số kỹ thuật:+ Hỗ trợ truyền thông GSM;+ 8 đầu vào Analog độ phân giải 16 bit;+ Thu thập các tín hiệu theo chuẩn công nghiệp 0-5VDC, 4-20mA, sau đó xử lý tính toán và tổ chức lưu trữ giữ liệu trong bộ nhớ của thiết bị, dữ liệu sẽ được truyền về theo yêu cầu của máy tính trung tâm qua mạng điện thoại di động GSM.- 01 Đầu đo độ mặn, có các thông số kỹ thuật:+ Đầu ra tín hiệu chuẩn công nghiệp 4-20mA,+ Dải đo từ 0-10o/oo.- 01 Hệ thống phiến pin mặt trời. Có các thông số kỹ thuật:+ Bộ chuyển đổi có thể đổi thành mọi cấp điện áp cần thiết cho tủ đo lường-điều khiển.+ Công suất cấp điện: > 50W.- 01 Bộ tích năng lượng. Có các thông số kỹ thuật:+ Dung tích: lớn hơn hoặc bằng 70Ah.
- Sơ đồ hệ thống
2.1.6 Thiết kế trạm đo Cống Hạ Miêu 2.
- Nhiệm Vụ- Đo tự động mực nước, độ mặn. Hiển thị thông tin đo tại nhà quản lý cống. Tự động truyền số liệu về Công ty khi mực nước hoặc độ mặn thay đổi trong một khoảng D;- Tự động báo động bằng còi khi độ mặn ở mức giới hạn không cho phép lấy nước.
- Lựa chọn thiết bịCác thành phần thiết bị chính của trạm đo Cống Hạ Miêu 2 bao gồm:- 01 Bộ thu thập số liệu(RTU-Remote Terminal Unit), có các thông số kỹ thuật:+ Hỗ trợ truyền thông GSM;+ 8 đầu vào Analog độ phân giải 16 bit;+ Thu thập các tín hiệu theo chuẩn công nghiệp 0-5VDC, 4-20mA, sau đó xử lý tính toán và tổ chức lưu trữ giữ liệu trong bộ nhớ của thiết bị, dữ liệu sẽ được truyền về theo yêu cầu của máy tính trung tâm qua mạng điện thoại di động GSM.- 01 Đầu đo độ mặn, có các thông số kỹ thuật:+ Đầu ra tín hiệu chuẩn công nghiệp 4-20mA,+ Dải đo từ 0-10o/oo.- 01 Đầu đo mực nước thượng lưu, 01 Đầu đo mực nước hạ lưu. Có các thông số kỹ thuật:+ Đầu ra tín hiệu chuẩn công nghiệp: 4-20mA,+ Dải đo: 10m.- 01 Hệ thống phiến pin mặt trời. Có các thông số kỹ thuật:+ Bộ chuyển đổi có thể đổi thành mọi cấp điện áp cần thiết cho tủ đo lường-điều khiển.+ Công suất cấp điện: > 50W.- 01 Bộ tích năng lượng. Có các thông số kỹ thuật:+ Dung tích: lớn hơn hoặc bằng 70Ah.
- Sơ đồ hệ thống
2.2 Thiết kế thiết bị Trung tâm điều hành tại Công ty
2.2.1 Máy tính thu thập, lưu trữ và hiển thị số liệu làm máy chủ trung tâm
a. Nhiệm Vụ
- Lưu trữ toàn bộ dữ liệu của hệ thống;
- Nhận số liệu từ các trạm quan trắc tự động;
- In ấn báo cáo.
b. Bố trí thiết bị
- Máy chủ: IBM Server x 3500, CPU Xeon, Quard-Core 2GHz, Cache 12MB, Bộ nhớ mở rộng 2x512MB.
- Máy in, thông số kỹ thuật: Máy in laser A4.
- GSM modem
2.2.2 Phần mềm quản lý hệ thống giám sát mặn (nhận và hiển thị số liệu trên giao diện WEBGIS)
Phần mềm có các yêu cầu sau:
1. Khung cơ sở dữ liệu:
Toàn bộ cơ sở dữ liệu được đặt trên máy chủ ở Công ty và được quản trị bằng SQL server 2005. Khung cơ sở dữ liệu chứa các dữ liệu sau:
a. Khung cơ sở dữ liệu về GIS của bản đồ huyện Giao Thuỷ và huyện Xuân Trường, bao gồm các lớp:
- Lớp điểm quan trắc mực nước và độ mặn;
- Lớp ranh giới huyện;
- Lớp ranh giới xã;
- Lớp dân cư;
- Lớp các sông trục;
- Lớp các cống lấy nước qua đê;
- Lớp các công tiêu nước qua đê;
- Lớp các trạm bơm tưới;
- Lớp các trạm bơm tiêu;
- Lớp đường giao thông lớn;
- Lớp sông suối;
- ...........
b. Khung cơ sở dữ liệu về các thông tin số liệu quan trắc, bao gồm:
- Dữ liệu mực nước các trạm đo;
- Dữ liệu mặn của các trạm đo;
- Dữ liệu về vận hành công trình của các trạm điều khiển tự động;
- Dữ liệu về công trình của các cống lấy nước, cống tiêu qua đê, các trạm bơm tưới, trạm bơm tiêu;
2. Môi trường chạy chương trình
- Trên máy chủ:
+ Hệ điều hành máy chủ: Window 2000 server/WinNT/ Window 2003 server
+ Máy chủ cơ sở dữ liệu: Oracle 10g hoặc SQL server 2005
- Trên máy trạm:
+ Hệ điều hành máy trạm: Window9x/windowXP/window2000…
+ Trình duyệt web: Ms Internet Explorer, Mozila Firefox,
3. Các module quản trị hệ thống
a. Module đăng nhập hệ thống
Module này có tác dụng không cho người không có thẩm quyền truy cập vào phần quản trị của ứng dụng một cách bất hợp pháp, module này đảm bảo được tính bảo mật của hệ thống và thông qua module này người dùng sẽ được chuyển hướng vào những mục mà họ có quyền hạn trong hệ thống để xem hoặc cập nhật dữ liệu.Về bảo mật chúng ta dùng thuật toán MD5 để mã hóa password để đảm bảo được tính xác thực cho từng người sử dụng.
b. Module đăng xuất hệ thống
Module này có tác dụng cắt đứt phiên làm việc của người quản trị và trả lại bộ nhớ cho hệ thống.
c. Module phân quyền người sử dụng
Muốn quản trị được ứng dụng thì người sử dụng phải có các quyền của ứng dụng, tuy nhiên không phải ai cũng có quyền được quản trị ứng dụng vì vậy ứng dụng này có nhiều mức người sử dụng phụ thuộc vào quyền hạn và trách nhiệm của họ trong hệ thống thông tin quản lý hồ Vực Mấu. Các chức năng chính của module này như sau:
- Không cho người không có thẩm quyền truy cập vào phần quản trị của ứng dụng một cách bất hợp pháp, module này đảm bảo được tính bảo mật của hệ thống và thông qua module này người dùng sẽ được chuyển hướng vào những mục mà họ có quyền hạn trong hệ thống để xem hoặc cập nhật dữ liệu;
- Cắt đứt phiên làm việc của người quản trị và trả lại bộ nhớ cho hệ thống;
- Phân quyền cho người sử dụng;
4. Các lớp bảo mật hệ thống gồm
Đây là ứng dụng hoạt động trên môi trường Internet do đó vấn đề bảo mật, an ninh cho hệ thống là rất quan trọng, vì vậy cần xây dựng cho hệ thống ứng dụng này một chiến lược bảo mật an toàn, dài lâu. Vì vậy cần phải có lớp bản mật đảm bảo tránh được các tác động có mục đích không được kiểm soát từ bên ngoài vào trong hệ thống.
Hệ thống bảo mật sẽ được xây dựng với nhiều mức (lớp) bảo mật khác nhau nhằm mục đích kiểm soát được toàn bộ các hoạt động của hệ thống cũng như các hoạt động của người sử dụng, sẵn sàng từ chối các truy nhập bất hợp pháp, hạn chế các rủi ro, đảm bảo an toàn cho hệ thống kể cả phần cứng và phần mềm.
Các lớp bảo mật được thiết kế như sau:
- Lớp bảo mật cơ sở dữ liệu
- Lớp bảo mật truyền thông
a. Lớp bảo mật cơ sở dữ liệu
Bảo mật dữ liệu là cơ chế bảo mật được xây dựng dựa trên các định nghĩa ràng buộc và sự toàn vẹn dữ liệu, quyền hạn truy nhập và sử dụng dữ liệu của các người dùng đối với hệ cơ sở dữ liệu.
Cơ chế bảo mật này nhằm bảo vệ an toàn cho CSDL trước các tấn công không cho phép và các xử lý phá vỡ cấu trúc dữ liệu của ứng dụng từ người dùng.
Phương án bảo mật CSDL đưa ra là:
- Tạo các người dùng trên CSDL
- Tạo các mức bảo mật
- Phân lớp người dùng
- Phân lớp quyền hạn
- Phân quyền truy nhập CSDL cho người dùng
- Thiết lập cơ chế ghi nhật ký của các thay đổi đối với các trường dữ liệu.
b. Lớp bảo mật hệ điều hành
Đây là mức bảo mật được xây dựng dựa trên cơ chế bảo mật của hệ điều hành. Cơ chế này sẽ kiểm soát được toàn bộ hoạt động của hệ thống (thời gian hoạt động, thời gian dowtime, nguyên nhân hệ thống ngừng hoạt động vvv..) cũng như quản lý được các user truy cập hệ thống.
Phương án đưa ra là:
- Định nghĩa người dùng truy cập
- Phân quyền sử dụng các tài nguyên.
c. Lớp bảo mật truyền thông
Bảo mật mạng truyền thông là cơ chế bảo mật được xây dựng dựa trên các nguyên tắc bảo mật Internet và truyền thông. Cơ chế này sẽ hạn chế và ngăn cản các truy nhập bất hợp pháp từ bên ngoài vào hệ thống thông qua các kết nối Wan, LAN, Internet cũng như thiết lập các chế độ kết nối vào ra bằng phương pháp thiết lập bức tường lửa filewall, cấu hình máy chủ proxy …
5. Phương án an toàn số liệu
Để đảm bảo an toàn cho toàn bộ dữ liệu trước những rủi ro mất mát, hỏng hóc, giải pháp cho cơ chế đảm bảo an toàn dữ liệu như sau:
a Mô hình sao lưu
Sử dụng các mô hình sao lưu như: Sao lưu độc lập (Standalone Backup), Sao lưu tự động (Automated Backup).
b Phương pháp sao lưu
Sử dụng các phương pháp lưu trữ như sau: Lưu trữ đầy đủ (Full Backup), Lưu trữ gia tăng (Incremential Backup), Lưu trữ khác biệt (Differential Backup hoặc Incremental backup), Lưu trữ tùy chọn (On-Demand Backup), Lưu trữ lạnh hay lưu trữ Offline (Cold Backup), Lưu trữ nóng hay lưu trữ Online(Hot Backup).
Full Backup – thường gọi là sao lưu đầy đủ. Full Backup sao chép toàn bộ nội dung của dữ liệu cần sao lưu (có thể là disk volume or logical disk). Lý do chính để thực hiện Full Backup là nó cung cấp việc khôi phục disk volume một cách dễ dàng nhất. Đây là phương pháp an toàn nhất nhưng đây cũng là phương pháp tốn kém nhất cả về thời gian cũng như chi phí cho băng từ. Thường thì Full Backup được thực hiện vào cuối tuần khi có nhiều thời gian dành cho sao lưu mà không ảnh hưởng tới người dùng trong hệ thống.
Incremental Backup – thường được gọi là sao lưu gia tăng. Incremental Backup sao chép tất cả những có thay đổi được tạo ra kể từ lần sao lưu cuối cùng. Ưu điểm chính của Incremental Backup là thực hiện việc sao lưu một cách ngắn gọn nhất, tiết kiêm băng từ và thời gian. Tuy nhiên, khi sử dụng Incremental Backup thì quá trình khôi phục sẽ phức tạp hơn. Quá trình này sẽ phục hồi từ lần Full Backup cuối cùng và tất cả các Incremental Backup kế tiếp kể từ lần Full Backup cuối cùng cho đến ngày sao lưu
Differential Backup – còn được gọi là sao lưu khác biệt. Differential backup sao chép toàn bộ thay đổi kể từ lần Full Backup cuối cùng. Mục đích chính của Differential Backup là hạn chế số lượng băng từ dùng cho quá trình khôi phục dữ liệu, chỉ sử dụng có 02 băng từ: 01 cho Full Backup and 01 cho Differential Backup.
On-demand backup – thường gọi là sao lưu theo yêu cầu. Những phương pháp sao lưu kể trên thường được sử dụng ở chế độ sao lưu tự động theo lịch trình với việc qui định trước về các thành phần và các ứng dụng sẽ được sao lưu. Tuy nhiên người quản trị cũng có thể sao lưu dữ liêu đột xuất khi có như cầu.
Về tác vụ sao lưu, đề xuất sử dụng sao lưu đầy đủ vào cuối mỗi tuần và sao lưu gia tăng vào cuối mỗi ngày.
6. Hiển thị bản đồ GIS trên giao diện Web
Chức năng này cho phép hiển thị toàn bộ bản đồ GIS huyện Giao Thuỷ và huyện Xuân Trường trên nền Web. Cho phép hiển thị toàn bộ các đối tượng, thuộc tính của các trạm quan trắc tự động, cho phép hiển thị nhiều lớp trên cùng bản đồ. Chức năng này được xây dựng hiển thị bản đồ trên nền Ajax giúp cho việc hiển thị bản đồ nhanh, đẹp.
7. Các công cụ để xem bản đồ GIS trên giao diện Web
Chức năng này gồm có các công cụ chính như: phóng to, thu nhỏ, pan… để làm việc với bản đồ.
8. Hiển thị, cập nhật thông tin của các trạm đo mặn, đo nước trên bản đồ
Khi chọn xem thông tin một công trình nào đó trên bản đồ, người dùng chỉ cần kích chuột vào hồ cần biết thông tin, module này sẽ hiển thị toàn bộ thông tin kỹ thuật của công trình đó. Nếu các công trình chưa có thông tin, người sử dụng có quyền có thể cập nhật, chỉnh sửa thông tin. Thông tin được chỉnh sửa, cập nhật sẽ tự động lưu trên máy chủ.
9. Nhận số liệu quan trắc.
Số liệu mặn, số liệu mực nước và số liệu trạng thái đóng mở cống được tự động truyền về trung tâm. Chức năng này có nhiệm vụ nhận số liệu để ghi lên cơ sở dữ liệu máy chủ.
10. Hiển thị kết quả thông tin quan trắc tức thời
Chức năng này cho phép hiển thị thông tin quan trắc mới nhất mà hệ thống thu thập được từ các điểm quan trắc trên bản đồ. Người dùng chỉ cần truy cập vào địa chỉ trang WEB (ví dụ: CongtyKTCTTLGiaothuy.com) là có thẻ biết được các số liệu đo tức thời của các trạm quan trắc.
11. Thống kê số liệu quan trắc
Chức năng này cho phép thống kê kết quả quan trắc của từng trạm quan trắc theo các khoảng thời gian khác nhau. Cho phép người dùng có thể thống kê các đỉnh mặn, chân mặn của các ngày trong tháng, có thể thể xem thông tin quan trắc chi tiết theo ngày, theo tháng ở dạng bảng biểu hoặc biều đồ, có thể so sánh độ mặn tại thời điểm nào đó với độ mặn trung bình nhiều năm,..
