灌區(qū)數(shù)字信息管理方案

灌區(qū)數(shù)字信息管理方案1.行業(yè)背景國民經(jīng)濟(jì)十一五規(guī)劃明確把發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力作為建設(shè)社會主義新農(nóng)村的首要任務(wù),并將大型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造工作列為建設(shè)社會主義新農(nóng)村的重點任務(wù)之一。基于“高效低耗、綠色環(huán)保、環(huán)境友好”等社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展理念,在保障農(nóng)業(yè)水資源高效利用與區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全前提下，大型灌區(qū)節(jié)水改造技術(shù)至關(guān)重要。1.1．現(xiàn)狀目前國外已廣泛開展渠系自動化與用水管理技術(shù)的研究。一批適用于渠道和管道輸配水的自動化、集成化量水儀表相繼問世,借助現(xiàn)代信息管理技術(shù)對灌區(qū)用水管理系統(tǒng)進(jìn)行改善，利用自動化和遙測技術(shù)控制渠系運行，構(gòu)建集信息采集處理決策信息反饋監(jiān)控，為一體的灌區(qū)用水信息調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)了水資源的合理配置和灌溉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度。國內(nèi)但由于自動化水平的滯后，灌區(qū)的科學(xué)化調(diào)度困難重重，配水和用水之間的矛盾經(jīng)常發(fā)生，并時常造成人力、財力的浪費，貽誤灌溉良機(jī)。為提高區(qū)域有限灌溉水資源的抗早能力和取得最大的灌溉效益，分析區(qū)域間水源關(guān)系，在各灌溉區(qū)域內(nèi)部，建立多水源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，實行多水源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)配，以提高灌溉保證率和灌溉效率。因此從節(jié)水節(jié)能及現(xiàn)代化管理要求出發(fā)，必須建立灌區(qū)自動化調(diào)度系統(tǒng)。1.2．需求分析灌區(qū)信息化就是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，深入開發(fā)和廣泛利用灌區(qū)管理的信息資源，包括信息的采集、傳輸、存儲和處理等，大大提高信息采集和加工的準(zhǔn)確性以及傳輸?shù)臅r效性，做出及時、準(zhǔn)確的反饋和預(yù)測，為灌區(qū)管理部門提供科學(xué)的決策依據(jù)和提高管理效率、降低管理成本，提高灌區(qū)管理的效率和水平，以促進(jìn)灌區(qū)實現(xiàn)科學(xué)管理和高效管理。2.灌區(qū)數(shù)字化綜合管理系統(tǒng)方案設(shè)計2.1．方案設(shè)計簡介

灌區(qū)信息化系統(tǒng)由兩級網(wǎng)絡(luò)組成，其中調(diào)度中心站、泵站遙控站通過開通專用光纖信道組成水利專網(wǎng)，傳輸遙控數(shù)據(jù)、視頻流等測控信息；各遙測站與中心站通過超短波組成無線通訊網(wǎng)絡(luò)，傳輸實施水情工情數(shù)據(jù)等信息。移動狀態(tài)用戶可以利用GSM網(wǎng)進(jìn)行手機(jī)查詢和定制。在此基礎(chǔ)上，按照灌區(qū)管理實際需要，選擇配置成熟的應(yīng)用軟件，形成以信息采集系統(tǒng)、灌區(qū)綜合數(shù)據(jù)庫及信息處理系統(tǒng)、灌區(qū)調(diào)度管理決策支持系統(tǒng)、灌區(qū)自動化監(jiān)控系統(tǒng)、灌區(qū)辦公自動化系統(tǒng)、財務(wù)管理及水費計收系統(tǒng)、水務(wù)公開系統(tǒng)等為主的灌區(qū)管理應(yīng)用系統(tǒng)。2.2系統(tǒng)網(wǎng)拓?fù)鋱D3．灌區(qū)數(shù)字化綜合管理系統(tǒng)組成從根據(jù)功能分為數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場監(jiān)測站、灌區(qū)信息化調(diào)度中心和各泵站3個層次。

1）各遙測站對沿線引水閘、節(jié)制閘、上下游水位、閘門開啟高度，設(shè)備運行狀態(tài)以及其他監(jiān)測站點的水位、雨量等參數(shù)進(jìn)行適時監(jiān)測、自動傳輸、處理備份。

2）配水站各配水站直接控制各級泵站的開停機(jī)和各級節(jié)制閘、進(jìn)水閘、分水閘的啟閉高度。同時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測各級渠道的流量，并反饋給調(diào)度中心，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3）智能化調(diào)度中心

按給定的運行條件（如灌溉制度、給定流量、開度、時間等指令），根據(jù)采集的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，優(yōu)化選擇并運行灌區(qū)既定的水量調(diào)度方案，發(fā)送閘門自動調(diào)控指令和泵站得取水指令，并進(jìn)行自動記錄打印，實現(xiàn)調(diào)度決策智能化。同時對防汛、水量、水費等特殊因素，由信息管理人員通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運行特殊的調(diào)度方案。3.1遙測站

遙測站通過各種傳感器等檢測設(shè)備負(fù)責(zé)水情、工情、雨情、墑情、地理數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、和對沿線引水閘、節(jié)制閘、上下游水位、閘門開啟高度，設(shè)備運行狀態(tài)等參數(shù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)GPRS將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)傳回控制中心的實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)整個灌區(qū)的數(shù)據(jù)共享。

由于整個灌區(qū)地域廣，建設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)比較困難很多數(shù)據(jù)需要通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，而大多數(shù)軟件采用的是虛擬串口的連接方式非并發(fā)處理，效率低下不穩(wěn)定，本方案軟件采用獨立的CommBridge組件，數(shù)據(jù)為并發(fā)處理、完全透明的解決方案，從而消除了一般軟件將GPRS網(wǎng)絡(luò)綁定虛擬串口的查詢訪問方式造成數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定的隱患。3.2.配水站

各配水站直接控制各級泵站的開停機(jī)和各級節(jié)制閘、進(jìn)水閘、分水閘的啟閉高度。同時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測各級渠道的流量，并反饋給調(diào)度中心，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

泵站、變電站、節(jié)制閘現(xiàn)場測控網(wǎng)是由各泵站、變電站、水管站現(xiàn)場工作站及與之連接的各個現(xiàn)地監(jiān)控單元組成，以現(xiàn)場總線方式連接，站控系統(tǒng)軟件采用監(jiān)控軟件實現(xiàn)。

3.

根據(jù)泵站設(shè)備工作操控流程設(shè)計為監(jiān)控界面系統(tǒng)(主控界面、配電系統(tǒng)界面、單機(jī)組界面、綜合參量界面)，操控流程（配電系統(tǒng)、機(jī)組系統(tǒng)、綜合監(jiān)控），日志系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)，邏輯參量修正系統(tǒng)、控制輸出系統(tǒng)，查詢系統(tǒng)，安全維護(hù)系統(tǒng)，報表系統(tǒng)。3.

監(jiān)控界面系統(tǒng)為人機(jī)交互的主界面環(huán)境，它以WINDOWS窗口為主體劃分為系統(tǒng)菜單欄、工具欄、主監(jiān)控顯示區(qū)、系統(tǒng)狀態(tài)欄。

計算機(jī)系統(tǒng)通過各種類型的TFT顯示畫面來支持用戶對系統(tǒng)功能進(jìn)行交互操作，這些畫面不僅應(yīng)包括全局顯示，還包括圖形、表格以及棒圖顯示。

人機(jī)接口可在屏幕上提供不同的顏色、符號和指示（如閃動的顏色），以表示正常和非正常情況。用戶既能夠?qū)σ粋€獨立的調(diào)度員記錄進(jìn)行諸如進(jìn)入、存儲、恢復(fù)、修改、刪除等操作，也同樣能夠?qū)τ嬎銠C(jī)系統(tǒng)所附的自由格式的記錄進(jìn)行相同的操作。

各現(xiàn)場工作站是各泵站、變電站、節(jié)制閘現(xiàn)場監(jiān)測控制的主體，各自相互獨立，又可之間可通過通信以太網(wǎng)與管理局局域網(wǎng)及其它站閘完成語音數(shù)據(jù)通信、信息交換和查詢。各現(xiàn)地控制單元主要完成對本單元測控對象各類運行參數(shù)的實時檢測和上傳，執(zhí)行各現(xiàn)場工作站下達(dá)的各項工作指令，在緊急情況下現(xiàn)場工作人員也可對測控對象實施手動控制操作，且手動操作具有優(yōu)先級。3.3智能化調(diào)度中心

智能調(diào)度中心是整個灌區(qū)信息化的核心，在智能化調(diào)度中心安裝有全面實時數(shù)據(jù)庫軟件，在中心實時數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)匯集來自各現(xiàn)場監(jiān)測站的實時數(shù)據(jù)，為客戶端提供實時、可靠、安全的數(shù)據(jù)，并且給中心的關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供有效的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫運行于灌區(qū)管理處，用于建立水位、閘位等數(shù)據(jù)庫，雨情數(shù)據(jù)庫、水質(zhì)數(shù)據(jù)庫、工情數(shù)據(jù)庫。

智能調(diào)度中心的客戶端軟件采用監(jiān)控組態(tài)軟件構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以構(gòu)成先進(jìn)的、分布式冗余、容錯架構(gòu)，結(jié)合.NET平臺技術(shù)，集成了webservice技術(shù)，容易構(gòu)建小區(qū)域?qū)崟r信息門戶，開發(fā)過程采用了先進(jìn)軟件工程方法，使產(chǎn)品品質(zhì)得到充分保證。

強(qiáng)大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)斷線存儲，恢復(fù)功能并增加聲音、郵件和短信報警通知方式，全新的多線程IO調(diào)度程序，使通訊效率更高、速度更快。

支持腳本在線調(diào)試，支持變量智能搜索功能，變量構(gòu)件模板保證快速生成網(wǎng)絡(luò)工程，實時歷史數(shù)據(jù)庫pSpace5.0的客戶端，與pSpace系統(tǒng)無縫集成，可以和地理信息系統(tǒng)（GIS）、ERP系統(tǒng)等諸多第三方軟件系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接與集成，支持PDA掌上終端和IE瀏覽器來訪問力控的WEB服務(wù)器。3.3調(diào)度中心各功能模塊簡介3.

灌區(qū)自動化監(jiān)控系統(tǒng)由灌區(qū)監(jiān)控調(diào)度中心工作站、各泵站、水管站現(xiàn)場工作站及其現(xiàn)場測控單元組成。該系統(tǒng)依托灌區(qū)信息采集系統(tǒng)和綜合數(shù)據(jù)庫的信息支持，以各類圖表、圖形實時顯示各系統(tǒng)流程圖、實時狀態(tài)圖、接線圖以及關(guān)鍵設(shè)施、設(shè)備的的運行參數(shù)，從而實現(xiàn)對全灌區(qū)系統(tǒng)的全面監(jiān)控；可準(zhǔn)確執(zhí)行灌區(qū)調(diào)度決策支持系統(tǒng)下達(dá)的各項工作指令，根據(jù)灌區(qū)調(diào)度需要，完成對各泵站機(jī)組、各支斗口閘門、各變電站開關(guān)的遠(yuǎn)動程序化操作控制，實現(xiàn)對泵站出水流量、閘門開度、水位高程的閉環(huán)調(diào)節(jié)調(diào)整，保證各類設(shè)施設(shè)備高效運行，基本實現(xiàn)各泵站、變電站、閘站“無人值班、少人值守”，從而大幅提高灌區(qū)運行效率，降低工人勞動強(qiáng)度；可及時了解掌握各設(shè)施設(shè)備的安全動態(tài)，自動判斷設(shè)施設(shè)備的不正常工作狀態(tài)，準(zhǔn)確進(jìn)行故障及事故的緊急處置，減少事故的范圍及損失，提高灌區(qū)運行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。3.

由綜合數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、信息傳輸系統(tǒng)、各泵站、水管站現(xiàn)場工作站及分布于灌區(qū)各典型收益村鎮(zhèn)、各用水大戶等處的電腦顯示系統(tǒng)、電腦觸摸屏查詢系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)運用計算機(jī)語音仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可使灌區(qū)所有水管職工和用水戶及社會各界人士隨時對自己及他人各類灌溉用水參數(shù)、水量及水費繳納情況進(jìn)行電話查詢和電腦觸摸屏查詢，并能查詢灌區(qū)管理機(jī)構(gòu)、灌溉管理知識、水價優(yōu)惠政策等相關(guān)信息，使灌區(qū)供用水情況及灌區(qū)管理情況完全置于廣大用水戶的公開監(jiān)督之下，從而使灌溉管理透明化、公開化，徹底杜絕以水謀私等各類不正之風(fēng)，更好服務(wù)于灌區(qū)用水戶及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。3.

系統(tǒng)能根據(jù)信息采集系統(tǒng)所收集、檢測的各類農(nóng)作物需水情況、土壤墑情信息、水源水文資料、灌區(qū)區(qū)域氣象信息、灌區(qū)內(nèi)土地資源分布及農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、用水統(tǒng)計資料等生成階段性或灌季的生產(chǎn)供用水計劃，合理確定灌區(qū)的開機(jī)時間、提引水量、不同區(qū)域的灌溉制度及各級渠系的配水調(diào)度方案，避免單純依靠經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)配水可能造成的調(diào)度失誤及由此造成的水量浪費，提高灌區(qū)運行的經(jīng)濟(jì)性；還可以根據(jù)已出現(xiàn)的各類越限、事故報警，自動生成緊急事件的處置預(yù)案，供調(diào)度及管理人員參考，從而保證全系統(tǒng)各類設(shè)施設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)、高效運行。3.

監(jiān)控軟件具有豐富的組件接口，軟件可通過GIS組件實現(xiàn)與GIS系統(tǒng)的無縫集成。GIS組件支持Mapinfo與ArcGIS的地圖文件格式，支持組件方式集成GIS-GPS的功能，利用腳本和VBA調(diào)用可充分互動。利用監(jiān)控軟件與GIS系統(tǒng)的無縫集成能夠把灌區(qū)灌溉業(yè)務(wù)和水利防汛抗旱業(yè)務(wù)中的各種信息與反映空間位置的圖形信息有機(jī)地結(jié)臺在一起，根據(jù)用戶的需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并提供決策支持。3.

系統(tǒng)采用先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)，使得圖像質(zhì)量更高，更易于保存，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以將圖像進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，實現(xiàn)圖像的遠(yuǎn)程監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制等功能。

系統(tǒng)軟件可以提供強(qiáng)大的圖像處理功能，調(diào)節(jié)圖像的亮度和對比度等，即使是在很低的照明度的情況下，也能得到高質(zhì)量的被監(jiān)控對像的圖像，并且可以將圖像保存了通用格式，在專業(yè)圖像處理軟件中進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的IT技術(shù)，基于SOA架構(gòu)、結(jié)合.NET平臺技術(shù)的eForceCon監(jiān)控組態(tài)軟件支持B/S和C/S混合模式，實現(xiàn)了與視頻監(jiān)控、多媒體無縫集成，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和視頻的有機(jī)結(jié)合。4.灌區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的主要內(nèi)容監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容主要包括雨情、水情、閘位、墑情、水質(zhì)、氣象和視頻等方面的內(nèi)容。這些內(nèi)容根據(jù)灌區(qū)實際情況和所處地域又有很大不同。雨情監(jiān)測：在水庫灌區(qū)和南方山區(qū)布點相對密集，而對于北方則可較疏，西北干旱地區(qū)則必要性不大。目前主要采取的技術(shù)包括翻斗式、容柵式雨量計等。水情監(jiān)測：水情包括水位和流量，是大型灌區(qū)信息化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一。一般情況下根據(jù)灌區(qū)管理單位的管理細(xì)致程度布點，主要是閘前、閘后，各級交接斷面，重要配水點，以及在田間與收費相關(guān)的計量等。目前水位測量采取的主要技術(shù)包括壓力、浮子、超聲波、聲波、電容、磁滯伸縮等，流量監(jiān)測除泵站管道輸水部分有采用電磁流量計以外，基本都采用建筑物量水配合自動水位采集裝置計算流量和用水量。閘位監(jiān)測：閘位監(jiān)測一般情況是結(jié)合閘門控制統(tǒng)一考慮，但不排除一部分目前由于投資或技術(shù)等原因，無法實現(xiàn)控制而僅僅監(jiān)測閘位的信息點。布點針對主要的分水、節(jié)制和泄洪閘。主要技術(shù)有編碼式、模擬量和超聲波等。墑情監(jiān)測：是土壤水分運動的情況，由于其“以點代面”的代表性差，成本較高而一直存在爭議，目前大多為試驗性質(zhì)，很難融入灌區(qū)具體管理工作。技術(shù)主要包括電導(dǎo)率測量法、時域反射和中子測量法等。水質(zhì)測量：由于灌區(qū)供水任務(wù)逐步增多，水質(zhì)測量越來越受到重視，尤其與人體健康關(guān)系密切的濁度、氯化物、重金屬、溶氧等參數(shù)。布點一般為水庫或供水出口。由于在線測量成本非常高，目前只有四川都江堰灌區(qū)投入實際生產(chǎn)。主要采取化學(xué)方法結(jié)合電子技術(shù)，根據(jù)測量參數(shù)不同具體技術(shù)也有所區(qū)別。氣象監(jiān)測：主要是與灌溉相關(guān)的溫、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、降雨、蒸發(fā)、光照、地溫等氣象要素的監(jiān)測。由于與氣象部門的信息共享較難，部分灌區(qū)自建小型氣象站，用以在線監(jiān)測小范圍內(nèi)的氣象狀況，一般采用一體化自動氣象站。視頻監(jiān)測：可視化管理是當(dāng)前較為流行的技術(shù)，足不出戶看到各個管理節(jié)點的工況，例如閘門，重要建筑物等。由于視頻傳輸對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高，過多的測點勢必造成網(wǎng)絡(luò)投資激增，因此實際應(yīng)用范圍也較小。5.總結(jié)在實際工作中，水利工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)因控制對象的不同而不同，但都應(yīng)遵循開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、實時有效、穩(wěn)定可靠、簡單易操作、易擴(kuò)展和使用成本低的原則，保證系