梁樹敏

（潁上縣機(jī)電排灌所，安徽 阜陽 236200）

0 引言

水利部和財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布了《全國(guó)中型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造實(shí)施方案（2021—2022 年）》，明確提出建設(shè)一批“節(jié)水高效、設(shè)施完善、管理科學(xué)、生態(tài)良好”的現(xiàn)代化灌區(qū)[1]。灌區(qū)信息化建設(shè)是實(shí)施方案中的主要任務(wù)之一，信息化是灌區(qū)現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)，是灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必然要求[2]，可有效提升灌區(qū)管理水平。目前灌區(qū)信息化建設(shè)存在信息采集手段落后、資源難以共享、重硬件輕軟件、水費(fèi)收繳無依據(jù)、系統(tǒng)綜合集成能力差、現(xiàn)場(chǎng)管理人員不足等問題[3]。本文以潤(rùn)河站灌區(qū)為對(duì)象介紹信息化建設(shè)實(shí)踐。

潤(rùn)河站中型灌區(qū)位于安徽省阜陽市潁上縣，灌溉范圍主要包括潤(rùn)河、關(guān)屯、半崗3 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)14 個(gè)行政村，設(shè)計(jì)灌溉面積8 萬畝。潤(rùn)河站灌區(qū)屬于提水灌區(qū)，以淮河作為主要灌溉水源，通過總干渠、南干渠、東干渠及北干渠進(jìn)行灌溉。

1 信息化建設(shè)現(xiàn)狀

潤(rùn)河站灌區(qū)信息化建設(shè)主要存在以下幾個(gè)問題：一是目前量測(cè)水監(jiān)測(cè)設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備不完善，量測(cè)水監(jiān)測(cè)設(shè)備配置不足，且部分設(shè)備損壞，無法支撐用水水量監(jiān)測(cè)及水費(fèi)收繳，現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)布設(shè)數(shù)量不足，無法直觀監(jiān)控重點(diǎn)渠道及閘泵站現(xiàn)場(chǎng)和周圍情況；二是重要閘站通過人工控制啟閉電機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)閘門啟閉和控制閘門升降，但無法實(shí)現(xiàn)閘門遠(yuǎn)程控制，以實(shí)現(xiàn)少人值守的目的。三是缺少GIS 一張圖、配水調(diào)度、水費(fèi)管理、閘門控制、移動(dòng)APP 等系統(tǒng)，并且缺少統(tǒng)一管理平臺(tái)，集成現(xiàn)有視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、測(cè)量水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、閘泵運(yùn)行數(shù)據(jù)等，未實(shí)現(xiàn)與潤(rùn)河站灌區(qū)內(nèi)部及外部系統(tǒng)的共享交換與融合。

2 建設(shè)思路

本項(xiàng)目根據(jù)現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)要求，結(jié)合潤(rùn)河站灌區(qū)信息化現(xiàn)狀，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)控制、地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，采用松耦合體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建B/S 架構(gòu)，完善灌區(qū)監(jiān)控體系、構(gòu)建智能業(yè)務(wù)應(yīng)用，并與潤(rùn)河站灌區(qū)已建系統(tǒng)及外部系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)內(nèi)部及外部系統(tǒng)共享融合，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)監(jiān)控自動(dòng)化、應(yīng)用智能化的一體化管控平臺(tái)。為灌區(qū)水量計(jì)量及收費(fèi)、配水調(diào)度、工程運(yùn)行等業(yè)務(wù)管理提供高效、可靠的管理手段，提升灌區(qū)的管理水平，為實(shí)現(xiàn)灌區(qū)現(xiàn)代化管理提供可靠支撐。

3 總體框架

本項(xiàng)目總體框架涉及六層兩大體系，六層分別為采集層、基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層、交互層，兩大體系分別為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全體系。項(xiàng)目采用松耦合體系、構(gòu)建B/S 架構(gòu)。

3.1 采集層

信息采集系統(tǒng)包括量測(cè)水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)，自動(dòng)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)共享其他部門數(shù)據(jù)，獲取水文、氣象等相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)施

利用網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施，包括專網(wǎng)和公網(wǎng)，通過有線、無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，機(jī)房設(shè)備為軟硬件提供運(yùn)行環(huán)境支撐，機(jī)房設(shè)備包括服務(wù)器、交換機(jī)、防火墻等。

3.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和共享數(shù)據(jù)庫(kù)。其中，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)與多媒體數(shù)據(jù)等，共享交換數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)共享交換數(shù)據(jù)，包括水文、氣象、環(huán)保等其他部門數(shù)據(jù)。

3.4 支撐層

支撐層為應(yīng)用系統(tǒng)提供組件支撐，包括web 應(yīng)用服務(wù)器組件、流程組件、消息組件、監(jiān)控組件、交互組件、GIS 等組件。

3.5 應(yīng)用層

應(yīng)用系統(tǒng)依托各類數(shù)據(jù)資源及支撐組件，按業(yè)務(wù)管理需求提供各類應(yīng)用，建設(shè)信息化管理系統(tǒng)軟件與移動(dòng)APP。

3.6 交互層

主要包括潁上縣潤(rùn)河站灌區(qū)管理軟件平臺(tái)的PC端與移動(dòng)APP。

4 功能架構(gòu)

潤(rùn)河站灌區(qū)管理軟件平臺(tái)包括信息化管理系統(tǒng)PC 端和移動(dòng)APP。信息管理系統(tǒng)PC 端開發(fā)功能包括信息采集處理、灌區(qū)管理GIS 一張圖、配水調(diào)度管理、水費(fèi)管理、閘門控制、系統(tǒng)授權(quán)管理。移動(dòng)APP 開發(fā)功能包括灌區(qū)概況、流量觀測(cè)上報(bào)、配水指令、用水登記、水費(fèi)移動(dòng)征收和電子地圖。

5 主要建設(shè)內(nèi)容

5.1 灌區(qū)監(jiān)測(cè)

在總干渠、南干渠、東干渠、北干渠、支渠、排灌站、分水閘等設(shè)置流量監(jiān)測(cè)設(shè)備，根據(jù)不同場(chǎng)景設(shè)置電磁式明渠流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、非滿管電磁流量計(jì)，并配備太陽能電池板、電源防雷器等設(shè)備，通過RTU 終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與遠(yuǎn)程傳輸。

5.2 視頻監(jiān)控

在總干渠、南干渠、東干渠、北干渠、支渠、排灌站、分水閘等位置上設(shè)置視頻監(jiān)控站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)及周圍進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視與視頻控制，設(shè)備故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警，管理人員及現(xiàn)場(chǎng)值班人員根據(jù)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況做出相應(yīng)的處理。

5.3 閘門控制

閘門自動(dòng)化控制設(shè)置現(xiàn)地控制、水管所調(diào)度、總控中心，現(xiàn)地控制站在控制柜上顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)閘門進(jìn)行控制，并將閘門運(yùn)行信息和控制信息上傳至上位機(jī)；水管所調(diào)度站通過組態(tài)軟件采集現(xiàn)地閘門運(yùn)行、水位、流量及控制信息并根據(jù)調(diào)度指令實(shí)現(xiàn)閘門開度調(diào)節(jié)；總控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門運(yùn)行狀態(tài)、過閘流量、渠道水位進(jìn)行監(jiān)控，可根據(jù)權(quán)限預(yù)設(shè)，獲得遠(yuǎn)控權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。提供現(xiàn)地手動(dòng)控制、現(xiàn)地自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制三種操作方式。通過現(xiàn)地開關(guān)設(shè)置自動(dòng)控制與遠(yuǎn)程控制。

5.4 灌區(qū)管理軟件平臺(tái)

（1）信息化管理系統(tǒng)PC 端

對(duì)接量測(cè)水系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水量監(jiān)測(cè)信息、閘門運(yùn)行、泵站運(yùn)行、視頻信息的采集、處理和展示，設(shè)定預(yù)警條件，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，通過短信、聲音、彈窗等多種方式提供相關(guān)人員進(jìn)行處理。

基于地圖實(shí)現(xiàn)灌區(qū)基本信息和調(diào)水方向、調(diào)水范圍、各調(diào)水節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)，按時(shí)間、用戶進(jìn)行水量計(jì)算、水量統(tǒng)計(jì)、水費(fèi)計(jì)收等。

根據(jù)來水情況、引水能力、水庫(kù)蓄水情況和各用水單位上報(bào)的需水計(jì)劃制定配水計(jì)劃，支持需水計(jì)劃的上報(bào)、審核，配水計(jì)劃的維護(hù)與查詢；灌區(qū)調(diào)度管理人員完成調(diào)度指令編輯、調(diào)整，經(jīng)審核后下發(fā)到下級(jí)單位，下級(jí)單位接收指令，執(zhí)行調(diào)度指令并進(jìn)行反饋，調(diào)度過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控水位、流量、閘泵運(yùn)行、視頻數(shù)據(jù)，可根據(jù)輸配水節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)輸配水情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析；對(duì)各水管站單位時(shí)間用水量情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

將配水調(diào)令通過計(jì)算轉(zhuǎn)化操作指令，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整閘門開度，遠(yuǎn)程開閉閘門、切換工作模式，并實(shí)現(xiàn)水位、流量、閘門開度和閘門狀態(tài)的監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)。

實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)用水單位、用水戶信息進(jìn)行維護(hù)和管理；分用水單位和用水戶灌溉面積進(jìn)行維護(hù)和查詢；實(shí)現(xiàn)按畝水價(jià)管理；對(duì)用水單位及用水戶應(yīng)收水費(fèi)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)水費(fèi)收取情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（2）移動(dòng)APP

開發(fā)移動(dòng)APP，主要實(shí)現(xiàn)灌區(qū)概況信息展示，提供灌區(qū)實(shí)時(shí)、歷史流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、查詢，提供補(bǔ)錄測(cè)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)調(diào)度管理人員配水指令的編輯下發(fā)，下級(jí)單位接收、執(zhí)行調(diào)度指令；實(shí)現(xiàn)用水單位和用水戶用水情況登記，提供用水單位和用水戶水費(fèi)收繳、水費(fèi)預(yù)收、水費(fèi)查詢；基于地圖實(shí)現(xiàn)灌區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)基礎(chǔ)信息、水位、流量、閘泵站運(yùn)行信息、視頻信息查詢，使灌區(qū)管理人員和現(xiàn)場(chǎng)人員工作更加便捷和高效。

6 結(jié)論

潤(rùn)河站結(jié)合灌區(qū)自身信息化現(xiàn)狀，主要建設(shè)灌區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)、灌區(qū)管理軟件平臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)內(nèi)部及灌區(qū)外部數(shù)據(jù)共享融合，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)監(jiān)控自動(dòng)化、應(yīng)用智能化，提升灌區(qū)管理水平，充分發(fā)揮灌區(qū)工程效益，為灌區(qū)業(yè)務(wù)管理和現(xiàn)代化建設(shè)提供可靠支撐■