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摘要:
本文重點闡述了袁北灌區信息化管理系統的架構設計和業務功能;并著重描述如何通過對信息采集與監測、用水管理、三維實景展示、閘門控制、工程巡查管理等子系統的設計與建設，來實現灌區管理的實時化、水量調度的科學化、用水管理的合理化，為我省大型灌區的信息化建設提供有益的參考．
關鍵詞:
灌區;管理系統;信息化建設
0引言
隨著江西省對水利建設投資的不斷加大，大型灌區續建配套與節水改造等項目相繼開工，灌區信息化建設作為其中重要組成部分，擔負著實現灌區管理規范化、數字化、網絡化和智能化的重任，是提高灌區管理工作水平，提升用水效能，合理配置水資源的重要途徑，也是利用信息化來帶動灌區管理現代化的必要手段［1］。在此背景下，袁北灌區結合自身特點，通過灌區信息化管理系統的建設，有效地管理和利用水資源，提高水資源利用率，同時對灌區數據進行整合處理，為主管部門提供科學的決策依據，為灌區的運行和管理提供了可靠的技術支持和保障，該灌區的運行和管理正向全面現代化快速邁進。
1灌區概況
1．1工程概況
袁北灌區位于江西省宜春市西偏北部，東西長約62km，南北寬約37km，總土地面積14．372×104hm2，設計灌溉面積2．312×104hm2，當前有效灌溉面積1.718×104hm2。灌區屬贛江水系袁河及其支流，是一座多樞紐、蓄引并舉、庫渠結合的大型灌區，是國家重點商品糧基地，在保障我省西北部地區的糧食安全和國民經濟發展等方面具有重要的作用。
1．2信息化概況
近年來，隨著灌區水源工程、渠道工程及配套設施的續建和擴建，原有的手工作業管理模式和運行手段已難以適應當前的管理工作的需要，在未建設信息化管理系統之前，灌區的工程效益并沒有得到充分的發揮，集中體現在:(1)監測監控硬件設施不足，整個灌區尚無一個自動化的量水設施。管理人員難以實時、準確地掌握灌區水情數據，造成水量調配不合理，水資源浪費、水費征收無依據等問題;干渠渠道險工險段未能得到及時的監控，導致滑坡、坍塌等現象得不到有效的發現和處置，灌區工程的安全運行得不到有效保障［2］。(2)工程維護信息化能力弱，灌區工程的維護與管理仍然停留在建筑物結構登記、數量登記等紙質表格形式上，實際維護管理依靠大量一線管護人員進行巡查，工情、險情上報難，考核量化不清晰，有較大的智能化提升空間［3］。(3)缺乏業務應用軟件，灌區在部分渠首或閘門部位安裝了視頻監控或水位測站，但未專門針對業務功能進行軟件開發，這不但使得部分硬件不能充分發揮效能，而且資料或數據的后期整合、分析利用也較難，無法為灌區管理人員提供科學的預警預報及水量調度決策。(4)網絡通信方式落后，灌區所有管理站、管理段缺少專用通信網絡，信息傳送仍依靠紙質媒介，時效性差，溝通效率低，灌區的管理極為不便，造成信息共享不及時，數據資源利用率低等問題，嚴重制約了灌區的政務辦公及管理水平。
2系統架構設計
袁北灌區信息化管理系統的架構設計按照“平臺化，分層設計”的理念，采用B/S系統架構，在技術標準規范體系與信息安全保障體系的框架內構建系統顯示端和服務端。
2．1顯示端
該管理系統的顯示端即人機交互界面，用戶可通過系統提供的各種功能界面實現對數據的實時監測、查詢、統計、分析等，還可根據實際工作的業務需求調用相應的功能模塊，如工情監測、閘門自動化控制、視頻監控、自動化辦公、工程設施管理、三維實景展示等。顯示端通過網絡與服務端進行數據交互。
2．2服務端
系統的服務端自下而上包括數據采集平臺、數據傳輸平臺、數據存儲平臺、業務應用平臺。(1)數據采集平臺:數據采集作為系統服務端的基礎，通過在灌區內建設各類監測硬件獲取相關數據，如:水雨情、水位、視頻圖像、閘門開度、氣象、安全巡查以及人工錄入的灌區基礎數據。(2)數據存儲平臺:在數據采集的基礎上，采用統一的數據模型和接入規范，通過水利專網對各類數據進行接收、交換、存儲和管理。(3)業務應用平臺:該平臺由應用支撐層和業務層組成，應用支撐層主要實現各應用功能之間的互聯、互通和互操作，實現業務應用的快速開發、運行和整合，配置系統運行的軟硬件，構建平臺資源管理器，為業務應用提供基于統一技術架構的開發與運行支撐環境。應用支撐服務主要包括消息中間件、授權服務、空間服務、數據交換、數據訪問服務等;業務應用是本系統的核心，用于滿足灌區日常管理工作的實際需求，為管理和決策提供信息化支撐業務，即綜合運用各種信息與知識，將水雨情、工情、用水量、巡查報告等以信息化、可視化、智能化的方式直觀地呈現給灌區管理者，為其提供科學的輔助決策。(4)數據傳輸平臺:滿足系統內各類數據的傳輸，是灌區信息化管理系統服務端運行的保障。
3系統功能
袁北灌區信息化管理系統運用先進的計算機軟硬件技術、數據庫技術、“3G技術”(GIS、GPS、GPRS)、三維建模技術為灌區建立起全面、完整、協調的信息化綜合體系，以用水管理為重點，兼顧防洪減災，發揮灌區續建配套與節水改造工程綜合效益，實現灌區管理的數字化、網絡化、自動化和規范化，提高灌區管理的工作效率，達到節約用水、合理配置水資源目的。本系統涵蓋信息采集與監測、用水管理、三維實景展示、閘門控制、工程巡查管理等應用子系統，并且各子系統間實現了高度集成，管理人員可在系統的門戶網站進行登錄，進入各功能操作界面。
3．1信息采集與監測子系統
系統包括灌區的基礎信息及實時監測信息的采集與呈現，包括灌區水庫、大壩、渠道、閘門等基礎工情信息以及渠首水位、流量、閘前水位、閘門開度、視頻監測、雨量等實時數據的展現，還可將以上數據通過GIS電子地圖［4］、三維虛擬仿真的形式進行展示，并提供圖層選擇、數據查詢、地圖瀏覽等細化功能，實現二維三維一體化，快捷直觀地為管理人員展示灌區重要數據。
3．2用水管理子系統
用水管理子系統由灌區用水計劃、水量調度、用水統計、數據查詢等功能模塊組成，以信息采集與監測子系統中的流量、水位、雨情、氣象等數據作為用水計劃、水量調度的依據，依托數學模型為核心進行分析計算，合理確定調配灌區不同區域及各級渠系的調水調度方案。此外，系統還提供水量超限報警等功能，避免了管理人員單純依靠經驗進行水量調配所造成的供水不足或水量浪費，提高了灌區運行的經濟性，解決了灌區在用水管理工作中長期存在的處理手段落后、時效性差、信息管理松散、和信息共享機制不健全等突出問題，更好地為袁北灌區供水調度工作服務。
3．3三維實景展示子系統
三維實景展示子系統對灌區水源地、水庫大壩、干渠、地形地貌等場景進行三維實景建模仿真，并在此基礎上實現三維虛擬自主漫游、三維自動漫游、快速查詢和定位、業務數據信息關聯和實時顯示、信息集成展示、三維動態模擬等六大業務功能。該子系統的實時數據展現是基于WebService技術實現，3D場景中的實時數據展現是通過U3D程序調用基于J2EE平臺開發的灌區管理系統中的WebService接口來實現的，主要包括實時水情、閘門監測數據等。系統還可在3D場景中對水閘的實時開閘情景進行三維模擬或直接對閘門進行調度操作。
3．4閘門控制子系統
閘門控制子系統包含調度申請、調度執行、調度監控、啟閉日志等一系列業務應用功能。主要通過布設在飛劍潭水庫閘門現場的測控柜來完成對閘門的遠程監控和自動化控制，測控柜基本配置包括PLC設備、電流電壓傳感設備、斷路器、防雷設備、電流電壓顯示儀表、閘門開啟高度顯示儀表、啟閉控制按鈕等。同時為啟閉機配置閘門開度傳感器、機械荷載傳感器等，實現閘門現場的按鈕啟閉，并為遠程控制提供自動化控制線路，在灌區管理局配置測控服務器和測控終端設備，通過對系統相應的功能界面的操作，實現對閘門的遠程自動化控制。
3．5工程巡查管理子系統
灌區涉及的工程數量龐大、分布位置較廣，實際運行和管理需要大量的一線人工巡查，然而目前運行和維護僅依靠紙質表格，電子化程度不高，管理水平有較大的信息化提升空間。通過手機APP的開發，用戶可以手持移動設備直接對水庫大壩、渠系進行巡查，并且可以實時拍照上傳數據。工程巡查管理子系統主要實現灌區日常管理記錄以及巡查軌跡記錄，包括灌區日常管理記錄、巡查軌跡記錄、巡查記錄查詢、巡查報警處理四個功能模塊。
4結語
袁北灌區管理局通過信息化管理系統的建設，管理水平得到了極大提高，管理條件得到較好改善，主要體現在以下幾方面:一是監測數據和設備運行狀況能實時準確地掌握;二是水量調配和用水計劃有了科學根據;三是通過三維實景展示，灌區總體情況一目了然、形象準確地掌握;二是水量調配和用水計劃有了科學根據;三是通過三維實景展示，灌區總體情況一目了然、形象直觀;四是工程維護與管理得到了切實的保障。灌區信息化系統所帶來的經濟效益正在逐步實現，系統的投入使用將為灌區的經濟和社會發展發揮良好的作用，促使灌區走向現代化。然而，灌區的信息化建設和發展需要長期的過程，為更加充分發揮現有系統的功能，還需要通過增加監測站點、改進通訊方式等辦法來完善灌區信息化管理系統的建設。
作者：鄢煜川 蔣國斌 單位：江西省水利科學研究院 江西匯水科技有限公司
參考文獻:
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