灌区数字信息管理方案

灌区数字信息管理方案1.行业背景国民经济十一五规划明确把发展农业生产力作为建设社会主义新农村的首要任务,并将大型灌区续建配套和节水改造工作列为建设社会主义新农村的重点任务之一。基于“高效低耗、绿色环保、环境友好”等社会经济可持续发展理念,在保障农业水资源高效利用与区域生态环境安全前提下，大型灌区节水改造技术至关重要。1.1．现状目前国外已广泛开展渠系自动化与用水管理技术的研究。一批适用于渠道和管道输配水的自动化、集成化量水仪表相继问世,借助现代信息管理技术对灌区用水管理系统进行改善，利用自动化和遥测技术控制渠系运行，构建集信息采集处理决策信息反馈监控，为一体的灌区用水信息调度系统，实现了水资源的合理配置和灌溉系统的优化调度。国内但由于自动化水平的滞后，灌区的科学化调度困难重重，配水和用水之间的矛盾经常发生，并时常造成人力、财力的浪费，贻误灌溉良机。为提高区域有限灌溉水资源的抗早能力和取得最大的灌溉效益，分析区域间水源关系，在各灌溉区域内部，建立多水源联合优化调度模型，实行多水源联合优化调配，以提高灌溉保证率和灌溉效率。因此从节水节能及现代化管理要求出发，必须建立灌区自动化调度系统。1.2．需求分析灌区信息化就是充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用灌区管理的信息资源，包括信息的采集、传输、存储和处理等，大大提高信息采集和加工的准确性以及传输的时效性，做出及时、准确的反馈和预测，为灌区管理部门提供科学的决策依据和提高管理效率、降低管理成本，提高灌区管理的效率和水平，以促进灌区实现科学管理和高效管理。2.灌区数字化综合管理系统方案设计2.1．方案设计简介

灌区信息化系统由两级网络组成，其中调度中心站、泵站遥控站通过开通专用光纤信道组成水利专网，传输遥控数据、视频流等测控信息；各遥测站与中心站通过超短波组成无线通讯网络，传输实施水情工情数据等信息。移动状态用户可以利用GSM网进行手机查询和定制。在此基础上，按照灌区管理实际需要，选择配置成熟的应用软件，形成以信息采集系统、灌区综合数据库及信息处理系统、灌区调度管理决策支持系统、灌区自动化监控系统、灌区办公自动化系统、财务管理及水费计收系统、水务公开系统等为主的灌区管理应用系统。2.2系统网拓扑图3．灌区数字化综合管理系统组成从根据功能分为数据采集现场监测站、灌区信息化调度中心和各泵站3个层次。

1）各遥测站对沿线引水闸、节制闸、上下游水位、闸门开启高度，设备运行状态以及其他监测站点的水位、雨量等参数进行适时监测、自动传输、处理备份。

2）配水站各配水站直接控制各级泵站的开停机和各级节制闸、进水闸、分水闸的启闭高度。同时监控系统监测各级渠道的流量，并反馈给调度中心，形成闭环控制系统。

3）智能化调度中心

按给定的运行条件（如灌溉制度、给定流量、开度、时间等指令），根据采集的信息数据进行决策，优化选择并运行灌区既定的水量调度方案，发送闸门自动调控指令和泵站得取水指令，并进行自动记录打印，实现调度决策智能化。同时对防汛、水量、水费等特殊因素，由信息管理人员通过计算机网络运行特殊的调度方案。3.1遥测站

遥测站通过各种传感器等检测设备负责水情、工情、雨情、墒情、地理数据、用户数据、和对沿线引水闸、节制闸、上下游水位、闸门开启高度，设备运行状态等参数，通过无线网络GPRS将现场采集的数据传回控制中心的实时数据库实现整个灌区的数据共享。

由于整个灌区地域广，建设有线网络比较困难很多数据需要通过无线网络进行传输，而大多数软件采用的是虚拟串口的连接方式非并发处理，效率低下不稳定，本方案软件采用独立的CommBridge组件，数据为并发处理、完全透明的解决方案，从而消除了一般软件将GPRS网络绑定虚拟串口的查询访问方式造成数据传输不稳定的隐患。3.2.配水站

各配水站直接控制各级泵站的开停机和各级节制闸、进水闸、分水闸的启闭高度。同时监控系统监测各级渠道的流量，并反馈给调度中心，形成闭环控制系统。

泵站、变电站、节制闸现场测控网是由各泵站、变电站、水管站现场工作站及与之连接的各个现地监控单元组成，以现场总线方式连接，站控系统软件采用监控软件实现。

3.

根据泵站设备工作操控流程设计为监控界面系统(主控界面、配电系统界面、单机组界面、综合参量界面)，操控流程（配电系统、机组系统、综合监控），日志系统、报警系统、保护系统、数据存贮系统、数据网络发布系统，逻辑参量修正系统、控制输出系统，查询系统，安全维护系统，报表系统。3.

监控界面系统为人机交互的主界面环境，它以WINDOWS窗口为主体划分为系统菜单栏、工具栏、主监控显示区、系统状态栏。

计算机系统通过各种类型的TFT显示画面来支持用户对系统功能进行交互操作，这些画面不仅应包括全局显示，还包括图形、表格以及棒图显示。

人机接口可在屏幕上提供不同的颜色、符号和指示（如闪动的颜色），以表示正常和非正常情况。用户既能够对一个独立的调度员记录进行诸如进入、存储、恢复、修改、删除等操作，也同样能够对计算机系统所附的自由格式的记录进行相同的操作。

各现场工作站是各泵站、变电站、节制闸现场监测控制的主体，各自相互独立，又可之间可通过通信以太网与管理局局域网及其它站闸完成语音数据通信、信息交换和查询。各现地控制单元主要完成对本单元测控对象各类运行参数的实时检测和上传，执行各现场工作站下达的各项工作指令，在紧急情况下现场工作人员也可对测控对象实施手动控制操作，且手动操作具有优先级。3.3智能化调度中心

智能调度中心是整个灌区信息化的核心，在智能化调度中心安装有全面实时数据库软件，在中心实时数据库负责汇集来自各现场监测站的实时数据，为客户端提供实时、可靠、安全的数据，并且给中心的关系数据库提供有效的数据。数据库运行于灌区管理处，用于建立水位、闸位等数据库，雨情数据库、水质数据库、工情数据库。

智能调度中心的客户端软件采用监控组态软件构成的控制系统，可以构成先进的、分布式冗余、容错架构，结合.NET平台技术，集成了webservice技术，容易构建小区域实时信息门户，开发过程采用了先进软件工程方法，使产品品质得到充分保证。

强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能并增加声音、邮件和短信报警通知方式，全新的多线程IO调度程序，使通讯效率更高、速度更快。

支持脚本在线调试，支持变量智能搜索功能，变量构件模板保证快速生成网络工程，实时历史数据库pSpace5.0的客户端，与pSpace系统无缝集成，可以和地理信息系统（GIS）、ERP系统等诸多第三方软件系统进行无缝连接与集成，支持PDA掌上终端和IE浏览器来访问力控的WEB服务器。3.3调度中心各功能模块简介3.

灌区自动化监控系统由灌区监控调度中心工作站、各泵站、水管站现场工作站及其现场测控单元组成。该系统依托灌区信息采集系统和综合数据库的信息支持，以各类图表、图形实时显示各系统流程图、实时状态图、接线图以及关键设施、设备的的运行参数，从而实现对全灌区系统的全面监控；可准确执行灌区调度决策支持系统下达的各项工作指令，根据灌区调度需要，完成对各泵站机组、各支斗口闸门、各变电站开关的远动程序化操作控制，实现对泵站出水流量、闸门开度、水位高程的闭环调节调整，保证各类设施设备高效运行，基本实现各泵站、变电站、闸站“无人值班、少人值守”，从而大幅提高灌区运行效率，降低工人劳动强度；可及时了解掌握各设施设备的安全动态，自动判断设施设备的不正常工作状态，准确进行故障及事故的紧急处置，减少事故的范围及损失，提高灌区运行的可靠性和经济性。3.

由综合数据库服务器、信息传输系统、各泵站、水管站现场工作站及分布于灌区各典型收益村镇、各用水大户等处的电脑显示系统、电脑触摸屏查询系统等组成。该系统运用计算机语音仿真技术和网络通信技术，可使灌区所有水管职工和用水户及社会各界人士随时对自己及他人各类灌溉用水参数、水量及水费缴纳情况进行电话查询和电脑触摸屏查询，并能查询灌区管理机构、灌溉管理知识、水价优惠政策等相关信息，使灌区供用水情况及灌区管理情况完全置于广大用水户的公开监督之下，从而使灌溉管理透明化、公开化，彻底杜绝以水谋私等各类不正之风，更好服务于灌区用水户及区域经济发展。3.

系统能根据信息采集系统所收集、检测的各类农作物需水情况、土壤墒情信息、水源水文资料、灌区区域气象信息、灌区内土地资源分布及农作物种植结构、用水统计资料等生成阶段性或灌季的生产供用水计划，合理确定灌区的开机时间、提引水量、不同区域的灌溉制度及各级渠系的配水调度方案，避免单纯依靠经验进行调配水可能造成的调度失误及由此造成的水量浪费，提高灌区运行的经济性；还可以根据已出现的各类越限、事故报警，自动生成紧急事件的处置预案，供调度及管理人员参考，从而保证全系统各类设施设备的安全、经济、高效运行。3.

监控软件具有丰富的组件接口，软件可通过GIS组件实现与GIS系统的无缝集成。GIS组件支持Mapinfo与ArcGIS的地图文件格式，支持组件方式集成GIS-GPS的功能，利用脚本和VBA调用可充分互动。利用监控软件与GIS系统的无缝集成能够把灌区灌溉业务和水利防汛抗旱业务中的各种信息与反映空间位置的图形信息有机地结台在一起，根据用户的需要对这些数据进行处理和分析，并提供决策支持。3.

系统采用先进的数字处理技术，使得图像质量更高，更易于保存，通过网络设备可以将图像进行远程传输，实现图像的远程监视、远程控制等功能。

系统软件可以提供强大的图像处理功能，调节图像的亮度和对比度等，即使是在很低的照明度的情况下，也能得到高质量的被监控对像的图像，并且可以将图像保存了通用格式，在专业图像处理软件中进行进一步的处理。

结合当前先进的IT技术，基于SOA架构、结合.NET平台技术的eForceCon监控组态软件支持B/S和C/S混合模式，实现了与视频监控、多媒体无缝集成，实现了数据和视频的有机结合。4.灌区监测系统的主要内容监测系统建设内容监测系统内容主要包括雨情、水情、闸位、墒情、水质、气象和视频等方面的内容。这些内容根据灌区实际情况和所处地域又有很大不同。雨情监测：在水库灌区和南方山区布点相对密集，而对于北方则可较疏，西北干旱地区则必要性不大。目前主要采取的技术包括翻斗式、容栅式雨量计等。水情监测：水情包括水位和流量，是大型灌区信息化的基础数据之一。一般情况下根据灌区管理单位的管理细致程度布点，主要是闸前、闸后，各级交接断面，重要配水点，以及在田间与收费相关的计量等。目前水位测量采取的主要技术包括压力、浮子、超声波、声波、电容、磁滞伸缩等，流量监测除泵站管道输水部分有采用电磁流量计以外，基本都采用建筑物量水配合自动水位采集装置计算流量和用水量。闸位监测：闸位监测一般情况是结合闸门控制统一考虑，但不排除一部分目前由于投资或技术等原因，无法实现控制而仅仅监测闸位的信息点。布点针对主要的分水、节制和泄洪闸。主要技术有编码式、模拟量和超声波等。墒情监测：是土壤水分运动的情况，由于其“以点代面”的代表性差，成本较高而一直存在争议，目前大多为试验性质，很难融入灌区具体管理工作。技术主要包括电导率测量法、时域反射和中子测量法等。水质测量：由于灌区供水任务逐步增多，水质测量越来越受到重视，尤其与人体健康关系密切的浊度、氯化物、重金属、溶氧等参数。布点一般为水库或供水出口。由于在线测量成本非常高，目前只有四川都江堰灌区投入实际生产。主要采取化学方法结合电子技术，根据测量参数不同具体技术也有所区别。气象监测：主要是与灌溉相关的温、湿度、气压、风向、风速、降雨、蒸发、光照、地温等气象要素的监测。由于与气象部门的信息共享较难，部分灌区自建小型气象站，用以在线监测小范围内的气象状况，一般采用一体化自动气象站。视频监测：可视化管理是当前较为流行的技术，足不出户看到各个管理节点的工况，例如闸门，重要建筑物等。由于视频传输对网络带宽要求较高，过多的测点势必造成网络投资激增，因此实际应用范围也较小。5.总结在实际工作中，水利工程自动化监控系统因控制对象的不同而不同，但都应遵循开放兼容、技术先进、实时有效、稳定可靠、简单易操作、易扩展和使用成本低的原则，保证系