大型灌區信息化系統總體方案設計

邊玉國，李積軍，郭志成

(1.蘭州工業學院電氣工程學院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省人民醫院，甘肅 蘭州 730030)

作為甘肅省一項跨流域大型自流灌溉工程—引大入秦工程，1976年動工興建，1981年緩建，1987年全面復工建設。工程主要包括引水樞紐、總干渠、干渠、分干渠、田間配套工程和移民安置等項目。

引大入秦工程將發源于青海省的大通河河水由天堂寺渠首引水東調，跨越莊浪河后灌溉秦王川地區。總干渠全長86.81km，設計引水流量32m3/s，加大流量36m3/s，設計年引水量4.43億m3。工程灌溉面積配套48980hm2，其中農業灌溉面積44086.67hm2，生態灌溉面積4893.33hm2，安置移民5.64萬人。

1 設計思路

引大入秦灌區信息化系統，是一項以引水信息監測、水工設施安全監視和調水配水分析決策為核心的信息化系統工程。其設計思路是以蘭州新區供水中心為調度監控管理中心站，在灌區內的總干渠、干渠、分干渠、支渠、分支渠、斗渠、水庫進出水口部署量水自動測報站和視頻監視站，配置量水測、控、報設備、視頻監控設備，利用或改造水工建筑物或量水建筑物，完成流量、水位、圖像的自動獲取，實現流量水位的遠方自動采集，實現輸水工況和水工設施視頻圖像的實時監視。中心平臺接收測控報信息，經調度決策系統生成調度指令，建立各專業數據庫系統，為灌區運行管理制定科學的運行及配水調度方案、科學的資源配置和優化調度方案，強化內部信息共享、信息化管理和利用水平，提供一套切實可用的信息系統。

系統設計緊密圍繞運營機制、業務模式、功能需求、數據特性、傳輸體制和運行維護，合理選擇通訊體系和組網方式；根據現地環境特征、渠系特點和功能需求，配置現場測流攝像監測設備、集控設施和供電方式；根據管控一體、集中調度、可視運行、系統集成、深度融合需求，部署中心平臺設施；根據組織機構、基層管理、業務流程、信息共享和功能需求規劃設計架構。

2 總體框架

引大入秦灌區信息化系統，是一個多學科、多專業的IT系統，是以系統集成為主，分子系統設計為輔，設計合理的信息流和數據庫。系統的核心是一個集遠程數據監測、視頻圖像監控、通信傳輸網絡及灌區應用系統于一體的綜合信息處理系統。

根據引大入秦灌區管理部門現行的管理和運行機制，結合灌區信息化系統在各管理控制層的職能和功效，系統采用4級樹狀管理控制層。領導決策層，提供領導數據查詢、輔助決策支持等功能；業務管理層，實現水量計量、水費計收、成本核算、歷史數據分析、報表統計、水利調度渠系參數模擬、信息發布等功能；生產執行層，實現水情監測、視頻監視、水利調度、狀態監控等實時功能；現場測控層：完成數據采集、設施控制、視頻攝像等功能。

圖1 灌區信息化系統管理控制模型

圖2 灌區信息化系統信息流層級關系

具體系統管理控制模型如圖1所示。

灌區信息化系統的設計，關鍵是系統集成的設計。分為應用層、通信層、控制層及外部層信息流。

應用層信息流指中心平臺內部各子系統，如：水量調度子系統、水量計量子系統、灌區地理信息子系統、信息查詢子系統。數據庫系統之間交換的信息，通信層信息流指現場裝置與中心設備、通信設備之間的信息，控制層信息流指現場(控制站、控制器、傳感器、控制對象)各部分之間的信息，外部層信息流指中心與現場、中心與辦公之間的信息，以及中心各部門之間的信息。

圖2為系統中各信息流的層級關系。

經過對引大入秦灌區信息化系統的需求分析、管理模型、功能模型、信息模型、系統集成模型、安全保障和標準規范體系的充分分析，可得出信息化系統具體架構和網絡總體部署示意圖，如圖3、4所示。

圖4 灌區信息化系統網絡總體部署示意圖

3 系統劃分

依照引大入秦灌區信息化系統建設要求，從基礎支撐、技術架構、功能分層、施工界面、項目組織的角度，該工程的需求可概括為通信網絡系統、重點分水口水情測報系統、重要水工設施視頻監視系統、調度中心和分中心平臺建設、協同辦公系統、統一信息門戶、灌區管理應用軟件系統、信息化中心平臺基礎設施等。

其中，基于光纖通訊網絡，建設覆蓋局機關、各管理處所的調度語音系統；基于基礎設施，建設水情測報、視頻監視、工程安全觀測、機房環境監控的管控一體化運行平臺；基于基礎支撐和運行管控平臺，建設基于GIS的水資源監測、水量計量計費、水量調度運行、供水調度決策、數據查詢和綜合信息服務模塊等灌區應用軟件系統。

管控一體化系統與灌區應用系統形成了信息化系統的控制區和管理區，控制區和管理區應該考慮信息訪問單向性。協同辦公系統與灌區管理信息系統共享數據資源，實現業務的深度融合；統一信息門戶實現灌區信息化系統應用中的安全統一認證、登錄驗證、界面集成和應用導航。

灌區信息化系統的系統組成如圖5所示。

圖5 灌區信息化系統組成

4 安全體系

安全體系，包含硬件、軟件2方面，主要目的是使信息化系統高效安全運行。信息化引大入秦灌區建設是以“應用軟件為主，基礎設施為輔”的建設模式，從物理層面到邏輯層面，從網絡到應用，層層防護信息安全的體系和策略，具體措施如下。

(1)Internet接入。內部訪問網關建立，保護網絡，實施內網、外網分離；WEB和私有云服務器設在網絡軍事區。

(2)防火墻安全策略。安全性分析及過濾進出網絡的數據流量，通過NAT、VLAN策略，有效隔離廣播域和廣播風暴。防火墻集成強大的網絡狀態化監測，具有威脅感知、智能情景適應、主動防御報警的能力。

(3)用戶認證系統。設置安全登錄認證和訪問密鑰，記錄、監控上網行為，以防止敏感數據外泄。

(4)外部入侵及病毒防范系統。做到內網與外網的隔離，阻止不正當的訪問；配置專業軟件并及時有效殺毒，減少電腦感染，集中升級病毒庫。

(5)VPN通道。建設專用VPN通道，確保與上級部門信息的交換、數據上報和共享。

(6)控制系統防護方案。利用核心交換機對控制區和管理區網絡進行VLAN劃分，控制系統數據訪問進行單向隔離。

(7)數據備份系統。實現數據的存儲、備份，發生故障時能及時恢復數據。同時可實現異地數據備份。

(8)上網行為管理。規范制度學習，操作人員上網培訓，設定訪問使用權限，確保重要信息的安全性。

5 結論

水利是國家經濟發展的基礎。傳統水利灌區由于自動化水平不高，在水資源利用方面存在很多不足，經濟效益低下。隨著社會的發展，科技的進步，信息化技術得到了廣泛應用。本文從引大入秦灌區自身狀況和發展需求入手，結合新的工程理念，設計了灌區信息化系統方案，為合理、有效利用水資源提供了技術支持。