中牟楊橋灌區信息化系統的開發與建設

， ， 文平

(鄭州天誠信息工程有限公司， 鄭州 450008)

中牟楊橋灌區信息化系統的開發與建設

李森，蘇超，李文平

(鄭州天誠信息工程有限公司， 鄭州 450008)

本文闡述了如何通過對引黃干渠內節制閘、進水閘、斗門測流、水雨情等測點的自動化監測，建設中牟楊橋灌區的遠程測控采集體系，實現對灌區引黃干渠閘門的可視化管理與調度； 并通過信息化系統管理灌區基本數據庫，提供決策支持模塊，做到整個灌區的實時管理、科學灌溉、合理用水，提高灌區用水管理與調度的現代化水平。

灌區； 信息化管理； 三維GIS

1 概 述

中牟楊橋灌區位于河南省鄭州市中牟縣境內，是國家大型示范灌區之一。在沒有介入信息化手段之前，灌區管理主要以傳統的手工作業為主，灌區管理部門對管理區域不能實時、準確地掌握灌區設備運行情況及數據變化情況；其次，以往的灌溉技術造成水資源分配不合理，有的地方缺水，有的地方漫灌，讓有限的水資源得不到充分的利用。而灌區信息化系統的建設，可逐步利用信息化手段科學、有效地管理和利用灌區水資源，提高整個灌區的水資源利用率，推廣節水灌溉、發展節水農業，使得所投入的建設資金最大限度地發揮出工程效益。同時結合對灌區數據的管理，為水管部門提供科學的決策依據，從而提升灌區管理的效能，促進灌區管理的健康發展，為實現高效灌溉農業提供技術保障。

2 系統設計

灌區信息化系統由上而下分為應用層、服務層、數據處理層、數據傳輸層、數據采集層五個體系(見下頁圖1)。

2.1 應用層

該層即人機界面，是用戶與系統的交互層。用戶通過系統所提供的各種功能界面實現對基礎數據的監測、控制、查詢、統計、分析等功能。系統可提供給用戶的應用功能包括閘門測控、視頻監視、水費計收、決策支持等，還可根據用戶需求進一步添加相應的應用功能模塊，如：降雨量監測、土壤墑情、水質監測、工程管理等。

2.2 服務層

該層是系統資源的管理者，也是應用層各種功能模塊服務的提供者，是整個信息化系統的功能平臺及灌區信息資源共享和應用集成以及可視化表達的公用服務平臺，是業務應用的重要支撐。其開放性表現為自身隨業務應用的建立而不斷拓展完善。

2.3 數據處理層

該層的主要作用是為服務層和應用層提供高可靠性、高可用性、高性能的數據共享和交換服務，包括數據存儲服務等。用戶可以根據應用需求建立多種類型的數據庫系統，從而為不同應用功能提供相應的數據服務，同時也為外部系統提供數據接口和共享服務。

2.4 數據傳輸層

該層主要完成的任務就是將系統中各種信息通過一定的通信協議和能夠利用的通道進行上傳下達，包含兩部分內容：數據傳輸協議和接口、數據傳輸通道。

目前，可利用的數據傳輸通道包括光纖、微波、無線移動、衛星等方式，通過這些方式的結合應用便可組成一個覆蓋整個灌區的計算機網絡系統，包括文字、語音、圖形、圖像在內的多種多媒體信息都可以高效傳輸，使整個灌區的管理更加方便、快捷。

2.5 數據采集層

該層主要完成的任務就是將與系統有關的各種信息通過不同的技術手段轉換成計算機可辨認的信息，包括閘門測控信息、渠道水位信息、視頻信息等。用戶還可以根據需要添加其他信息的采集，包括流量信息、降雨量信息、土壤墑情信息、工程管理信息等。對信息從整體上系統地進行規劃選擇、收集和管理，注重數據采集的標準化，使數據能“一源多用”，減少重復采集，最大限度地滿足調度管理及其他業務對信息的實際需要。

圖1 灌區信息化系統結構

3 系統功能

中牟楊橋灌區信息化系統建設項目是基于三維的可視化信息管理系統，涵蓋了灌區水位測量及水量計量、墑情監測、工情視頻監視、閘門控制以及配水調度、水費征收、水務管理等應用軟件子系統。灌區信息化管理系統以灌區量測水系統、閘門控制系統以及灌區墑情、工情、地下水、作物生長狀況、氣象信息等自動化監測為基礎，融合計算機技術、通訊技術、軟件技術、GIS地理信息系統技術、GPS全球衛星定位系統技術、RS遙感系統技術、GPRS技術、數據庫技術等，以節水為中心，優化水資源配置，實現灌區管理、調度、運行的自動化、現代化和信息化。

灌區信息化管理系統對灌區運行的各種數據、運行狀態進行實時監控，并進行遠程實時遙控。各種應用軟件系統之間可無縫集成，數據共享(見圖2)。對初期系統建設實現的功能包括如下幾方面：

3.1 三維地理信息系統平臺

在三維地理信息系統平臺上建設中牟區域內的數字水利三維地理信息基礎平臺(三維GIS電子沙盤)，實現窗口縮放、動態縮放、比例尺縮放、景深變化、視圖平移等基礎操作功能；實現按設定路徑、視點飛行和汽車行走瀏覽三維景觀；實現光照參數、模擬參數、各種質材參數、天空紋理等三維顯示環境的設置；實現三維實體幾何查詢、經緯度坐標查詢、投影坐標查詢、地面高程查詢、地面坡度和坡向查詢等功能。在該平臺的基礎上可實現各類灌區業務應用功能的開發，如：閘門自動化監控系統、遠程視頻監控系統、水費征收管理系統、用水決策調度支持系統等，實現灌區資源的信息高度共享，并在該平臺基礎上擴充和建設標準統一、功能完善、安全可靠的基于網絡的三維可視化灌區管理系統。該平臺采用委托管理模式。

3.2 干渠數據庫

干渠數據庫是包括自然和社會經濟因素的綜合數據庫，數據內容包含多種專題類型，可滿足較多專業、部門的應用要求，用于區域地理信息系統或區域管理信息系統。考慮到系統應用并不局限于某個專門領域，故對數據庫數據內容的要求相對廣泛，涉及農業、土地利用、土壤、植被、水文、地形等方面。

圖2 灌區信息化管理系統功能

3.3 閘門自動化控制

在閘門現場配置現場測控柜，基本配置包括PLC設備、電流電壓傳感設備、交流接觸器、溫濕度傳感器、斷路器、空氣開關、線路隔離設備、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，其中包含自保護線路和故障自診斷線路等。

在現場管理所配置帶觸摸屏的測控終端設備，并配置相應的軟件，實現對閘門的遠程自動化控制。在水務局配置測控服務器和測控終端設備，并配置相應的軟件，實現對閘門的遠程自動化控制。

3.4 水位監測

在閘門現場根據測流要求選擇合適斷面位置安裝液位水位計及附屬設備，實現對現場渠道水位信息的采集，通過無線傳輸到數據測控系統上。在數據采集系統上，以數據庫的形式分別建立系統運行參數庫和實時要素庫，人工輸入系統運行參數，保存在系統運行參數庫中，用以控制自動觀測設備的數據采集和數據上傳。

3.5 水費征收管理

水費征收是灌區發展和建設的重要經濟來源，是灌區良性運行的基本保障。目前很多灌區還沒有水費計收系統，仍采用比較落后的人工收繳水費的方式，管理方式比較落后，在實際應用中存在諸多的弊端，如：水管所不能及時準確地了解各鄉鎮管理站用水的情況，不能及時準確分析和比較各管理站之間的灌溉面積等，還會造成水資源、人力、財力的浪費。水費計收管理模塊可提高灌區工作人員的工作效率，提高對灌區水費收繳的整個業務流程的信息化管理。

灌區水費計收系統根據每個灌區的特點，對灌區水費結收和統計的整個業務流程進行信息化管理。

用戶可以通過水費管理系統實時查詢放水記錄，可以根據需要查詢月、季、年水費征收情況并生成報表。

3.6 用水計劃管理調度決策支持

該系統根據信息采集系統收集、檢測到的各類農作物需水情況、土壤墑情信息、水源水文資料、灌區區域氣象信息、灌區土壤資源分布及農作物種植結構、用水統計資料等生成階段性或灌季的生產供水計劃，合理確定灌區的開機時間、提引水量、不同區域的灌溉制度及各級渠系的調水調度方案，避免單純依靠經驗進行調配水可能造成的調度失誤及造成的水量浪費。

提高灌區運行的經濟性，還可以根據已出現的各類越限、事故報警，自動生成緊急時間的處置預案，供調度及管理人員參考，從而保證全系統的各類設施設備的安全、經濟、高效運行。

4 結 語

中牟縣灌區經過較大的信息化資金的投入，灌區信息化綜合平臺已初具規模，并發揮著良好的社會和經濟效益。灌區信息化系統運行穩定，操作界面直觀友好，操作方便，易于推廣使用。

為滿足社會發展的要求，充分發揮現有系統的功能，該系統仍需不斷完善，具體做法如下：進一步完善地理信息系統內容，更深入地分析灌區種植物的分布變化、年需水量情況、災害分布等；開發用水決策調度支持系統，根據歷年氣象、灌溉用水資料和農作物分布情況，建立農作物需水模型，生成精細化灌溉方案，提供輔助決策；建立氣象、灌溉試驗和水質監測系統，為灌區合理配水提供科學依據，從而保證生活、生產、生態用水的安全。

1 趙飛,解瑞,淺談灌區信息化建設與發展趨勢[J]. 中國西部科技, 2011(01): 61-61.

2 李曉輝,劉建印, GIS在灌區信息化中的應用[J]. 新農村(黑龍江), 2010(6): 217-217.

3 劉海濤 , 蔡學軍, 基于GPRS的灌區數據傳輸系統在灤下灌區的應用[J]. 科技信息, 2010(24): 228-228.

4 石榮翠, 灌區管理中信息自動化的應用[J]. 工會博覽：理論研究, 2011(3): 84-85.

DevelopmentandConstructionofInformation-basedSysteminZhongmuYangqiaoIrrigationArea

LI Sen, SU Chao, LI Wen-ping

(ZhengzhouTianchengInformationMeasurementamp;ControlCo.,Ltd.,Zhengzhou450008,China)

Remote control collection system of Zhongmu Yangqiao Irrigation Area is constructed by automatically monitoring the detection points such as regulation sluice, inflowing sluice, sluice gate flow measurement, water and rainfall situation, etc. in Yellow River diversion main channel. Visual management and scheduling of irrigation area Yellow River diversion main channel sluice are realized. Basic database of the irrigation area can be managed through information-based system, and decision-making support module is provided, thereby realizing real-time management, scientific irrigation and rational water consumption, raising the modernization level of water consumption management and scheduling in the whole irrigation area.

irrigation area; informatization management; three-dimensional GIS

TV11

B

1005-4774(2014)03-0065-04