陶城鋪灌區量水自動化管理系統功能架構探討

任國勇

（山東省陽谷縣水利局，山東陽谷 252300）

陶城鋪引黃灌區位于山東省聊城市南部，灌區耕地總面積107.5萬畝，設計灌溉面積74萬畝，經過20年的續建配套與節水改造工程建設，灌區灌排體系有了一定程度的改善。但是日常管理還是比較粗獷，機械化自動化程度低，已經跟不上現代化灌區的步伐，構建灌區量水自動化管理系統提上了日程，就灌區管理軟件平臺的功能架構展開探討。灌區在政務云上部署一套屬于本灌區的灌區軟件平臺是十分必要。

1.軟件總體架構

為適應灌區不斷變化的信息化建設需要，以及“互聯網+”、大數據、云技術的持續發展，現灌區軟件平臺采用云端架構。可有效地降低灌區在信息化建設和建后運行管理的維護成本，有效、快速地提高灌區信息化集成度。

以云平臺為基礎，搭建基于政務云的云端應用，最終實現“云下灌溉、云上灌區”的目標，見圖1。

圖1 灌區信息化軟件平臺總體架構

總體架構可分為3層架構，即“數據采集層”“應用服務層”和“終端用戶層”。

數據采集層：灌區現地部署安裝的“地表水、雨情、工情”等監測設備，以及“水閘、視頻”等監控設備遙測數據的接收，控制命令的發送等，并負責將采集到的各類型監測、監控數據通過互聯網上傳到“云”端，實現“云下灌溉”功能。

應用服務層：基于云平臺提供云端應用服務。包括“灌區管理一張圖服務”“灌區可視化集中展示服務”“灌區業務管理服務”。其中，灌區業務管理服務包括“灌區信息采集處理服務、灌區量水測水管理服務、灌區配水調度管理服務、灌區水費管理服務、灌區工程管理及運養管理系統”。所有灌區應用均基于“云”端提供服務，實現“云上灌區”的管理目標[1]。

終端用戶層：部、省、市等行政主管部門用戶，灌區專管機構機關及下屬管理站所用戶，灌區受益單位及受益農戶，智能移動終端用戶。各級各類用戶均通過互聯網訪問“云”端部署的各類應用服務。

2.業務管理架構

根據灌區不同部門或機構的業務特點，經過充分梳理和詳細分析，最大程度契合灌區各崗位工作人員的工作需要，為灌區提供一個滿足日常各方面管理需求的應用系統，見圖2。

圖2 管理架構圖

本系統的主要使用對象可以歸納為：

調度會商中心：包括灌區主管領導、機關各科室工作人員（工程科、灌溉科、防汛辦等）；調度會商分中心：包括灌區直屬管理站工作人員、灌區基層管理站工作人員；末級使用對象主要包括灌區用水戶。

3.應用架構

軟件平臺在應用架構層面包括：灌區管理一張圖應用、灌區可視化綜合展示應用、灌區業務管理應用、灌區移動智能終端應用4部分，見圖3。

灌區管理一張圖：是以二、三維電子地圖為展示媒介，將灌區涉及的工程臺賬信息、巡檢信息、地表水、地下水等各類監測信息、配水調度信息、水量計算信息、水費計收信息、防汛預警信息等數據賦予空間維度，更加形象直觀地進行展示，方便各級工作人員及時掌握灌區運行管理情況。

灌區可視化綜合展示：是將灌區各類數據以圖形或圖表的形式進行統一的展示，直觀形象地分析灌區關鍵部位的數據采集監測情況、引供水量情況、水費征收情況和防汛抗旱情況等，為灌區的管理決策提供快速的數據支持。

灌區業務信息管理：主要實現對灌區管理相關的各類信息進行維護和管理功能。主要包括：灌區信息采集處理、灌區量水測水管理、灌區配水調度管理、灌區水費管理、灌區工程運養管理系統5個子系統。

灌區智能移動終端：是一套運行在移動智能設備上的灌區信息管理軟件。主要包括：灌區概況、水情觀測上報、險情上報與會商、工程圖像采集、工程巡檢、配水指令、用水計時證、水費移動收費和電子地圖9部分功能[2]。

4.灌區管理一張圖系統

灌區管理一張圖系統是以二、三維電子地圖為展示媒介，將灌區涉及的工程臺賬信息、巡檢信息、各類監測信息、配水調度信息、水量計算信息、水費計收信息、排洪排澇信息等數據賦予空間維度，更加形象直觀地進行展示，方便各級工作人員及時掌握灌區運行管理情況，見圖4。

圖4 陶城鋪灌區管理一張圖

主要包括：灌區概況、工程管理、實時監視、用水管理、防汛預警和三維地圖。

4.1 灌區概況

是以各灌區簡介文件介紹，風采照片，再配以灌區水利工程分布GIS地圖，綜合展示灌區的基本情況。用文字簡介、風采照片、多媒體視頻再結合電子地圖對灌區總體情況進行展示，主要包括：灌區簡介文字預覽，灌區風采照片預覽，灌區地圖瀏覽，灌區宣傳視頻瀏覽等功能。

4.2 工程管理

工程管理主要包括：工程分布和巡檢管理兩部分功能。

工程分布：主要實現以GIS矢量地圖和數據列表的形式，展現灌區所有水源工程、供排水渠系工程、渠系建筑物工程等工程的分布情況和屬性數據信息，對渠橋閘站等工程的屬性信息、項目信息、巡檢信息進行管理。主要功能包括：建筑物定位、點擊查詢、展示詳細等功能。

實時巡檢：定位巡檢人員位置，查詢巡查人員上報的實時巡檢信息、照片、視頻，與現場工程巡查人員實時語音通話、實時視頻。

歷史巡檢：在結果列表中顯示指定日期的歷史巡檢記錄，并根據運行記錄中的軌跡信息在地圖中自動繪制歷史巡檢軌跡，點擊巡檢軌跡，可查看詳細的巡檢記錄信息，包括巡檢記錄、巡查視頻、巡查圖像、巡查語音等信息。并且對巡檢過程中發現的異常現象進行報警[3]。

4.3 實時監視

實時監視主要實現以GIS地圖的型式展示灌區建設的所有人工和遙測的監測站點，并顯示站點最新上報的數據信息，并對滿足報警閾值的數據進行報警，對渠首、干渠、支渠、斗渠的實時水情進行監測。

4.4 用水管理

基于灌區水利工程分布圖，實現對灌區輸配水節點實時監控，用水總量控制預警，實時供水情況推演，以及各用水單位水量、水費數據的匯總統計功能。

4.5 防汛預警

基于地圖對灌區水源及灌域內的重要防汛抗旱節點進行實時監測和預警，再結合歷史數據對灌區整體防汛抗旱情況進行預測分析。監測的數據包括：水庫（河道）水位、庫容、進出庫流量、雨情、氣象等。

4.6 三維地圖

在二維地圖中實現的全部功能，包括工程管理、實時監視、用水管理、排水排澇、灌區概況等內容都可以在三維地圖中進行展示和操作，所有功能、操作模式均與二維地圖一致，完美實現了二、三維一體化。

5.灌區管理可視化展示系統

灌區可視化集中展示系統是將灌區各類統計分析數據以圖形或圖表的形式進行統一的展示，包括灌區干渠的引供水量情況、灌區當年的水費征收情況、灌區工程情況、灌溉情況、實時視頻等。通過可視化集中展示系統的二級頁面可直觀形象地展示灌區總體水期及各管理所水期信息、灌區關鍵部位的數據采集監測情況，干渠上各重要節制閘的上下游水情及啟閘高度情況等；為灌區的管理決策提供快速的數據支持。

灌區信息采集處理系統主要對地表水監測信息、地下水監測信息、雨量監測信息、閘門開度信息、視頻圖像圖片、氣象監測信息等自動監測站傳輸的監測信息進行采集、處理、存儲、展示，并根據灌區預設的預警條件，針對滿足報警的數據自動進行聲音、顏色和短信等多種方式的預警處理，為量水測水、配水調度、灌溉管理、防汛抗旱、工程運行安全提供及時的數據信息支持[4]。

灌區信息采集處理從數據存儲、業務處理以及信息展示3個層次來實現用戶需求。數據層主要實現對灌區遙測設備上報數據的接收存儲，對灌區人工觀測數據的補錄存儲，為業務處理提供數據基礎[5]。分析層主要是根據灌區提出的需求對收集的數據進行業務分析、數據整合以及統計計算。展示層實現用戶關注信息的顯示，通過表格、圖表、地圖、圖片等多種形式顯示，為用戶監測實時數據、查詢歷史數據、統計全年數據提供了多種展現形式，使灌區工作人員工作更加簡單方便，見圖5。

圖5 灌區信息采集

灌區信息采集處理主要實現對監測站點基礎信息的管理，查詢實時監測數據、歷史數據，并且提供變化過程線、柱狀圖等多種圖表展示方式。對滿足報警條件的監測數據提供聲音（語音播報的方式）、顏色、短信、微信等多種形式的報警預警處理。系統支持根據監測數據自動計算水量，提供多種報表形式，可以按年、月、旬、日等時間規律進行匯總。

6.結論

通過上述結構設想，就能夠實現灌區管理一張圖，更加形象直觀地進行展示，方便各級工作人員及時掌握灌區運行管理情況，灌區就基本上實現了現代化和智能化。