袁北灌區(qū)信息化系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

顏安耀

（江西省袁北灌區(qū)管理局，江西 宜春 336000）

0 引言

水利是農(nóng)業(yè)的命脈，國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，而大型灌區(qū)可為農(nóng)業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)條件。灌區(qū)信息化，是實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和規(guī)范化的必由之路，是提高灌區(qū)管理水平，優(yōu)化水資源配置的重要途徑，也是借助信息渠道完善灌區(qū)現(xiàn)代化管理的必要手段[1]。結(jié)合大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目的實(shí)施，主要對(duì)袁北灌區(qū)信息化建設(shè)方案進(jìn)行探析。

1 灌區(qū)概況

袁北灌區(qū)位于江西省宜春市西偏北部，贛江支流袁河北岸。灌區(qū)處于丘陵地區(qū)，地形起伏，地勢(shì)西北高東南低，區(qū)域內(nèi)屬構(gòu)造剝蝕低山丘陵地形，山脊一般呈梳菁狀，山頂較圓滑，山坡坡度一般15°～40°，溝谷不甚發(fā)育。灌區(qū)東西長約62 km，南北寬約37 km，灌區(qū)總土地面積215.58萬畝，總耕地面積42.24萬畝（其中水田面積34.36萬畝，旱地面積7.88萬畝），山地面積120.58萬畝，果園面積5.46萬畝。

2 袁北灌區(qū)信息化建設(shè)目標(biāo)及設(shè)計(jì)原則

2.1 建設(shè)目標(biāo)

袁北灌區(qū)信息化建設(shè)的總體目標(biāo)為：全面、完整、協(xié)調(diào)的信息化綜合體系，基本實(shí)現(xiàn)灌區(qū)的數(shù)字化。灌區(qū)可按照5大模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息化管理平臺(tái)，為合理有效地利用水資源提供了技術(shù)支撐。

2.2 設(shè)計(jì)原則

為保障設(shè)計(jì)方案的指導(dǎo)性和可操作性，并能在建設(shè)期內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定，建成一套先進(jìn)、可靠、實(shí)用、高效、經(jīng)濟(jì)的信息化管理系統(tǒng)，灌區(qū)信息化建設(shè)遵循以下原則：①統(tǒng)一性和分布性；②經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性；③先進(jìn)性和靈活性；④開放性和可擴(kuò)展性；⑤安全性和可靠性。

3 信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

袁北灌區(qū)信息化建設(shè)分為信息采集與傳輸、數(shù)據(jù)資源、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息中心、灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用等五大系統(tǒng)，包括維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的應(yīng)用平臺(tái)和保障環(huán)境，其中信息采集共6處6點(diǎn)?？傮w框架見圖1。

圖1 袁北灌區(qū)信息化系統(tǒng)總體框架

3.1 信息采集與運(yùn)輸

信息采集以灌區(qū)水情信息系統(tǒng)中渠道水位-流量監(jiān)測為例，說明其設(shè)計(jì)方案。

3.1.1 渠道水位-流量監(jiān)測系統(tǒng)組成

渠道水位-流量監(jiān)測系統(tǒng)包括遙測站、信息傳輸和中心站三部分。渠道流量監(jiān)測采用“測量、采集、無線傳輸”一體化功能的遙測終端，通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦鄥^(qū)信息中心。渠道流量根據(jù)采集的渠道水位數(shù)據(jù)，通過水位-流量關(guān)系換算出流量。監(jiān)測站框架結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 渠道水位監(jiān)測框架結(jié)構(gòu)

3.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

渠道水位－流量監(jiān)測由現(xiàn)場設(shè)備和接收端設(shè)備組成?，F(xiàn)場設(shè)備包括：RTU（HY-301型智能4G全網(wǎng)通RTU，干支渠各設(shè)置2臺(tái)）、水位計(jì)（美國OTT/Hydromet，干支渠各設(shè)置2臺(tái)）、通信單元和供電單元。中心站包括：通信前置機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和安裝采集接收及數(shù)據(jù)處理軟件。監(jiān)測站現(xiàn)場RTU定時(shí)采集水位信息，通過傳輸單元傳送到灌區(qū)管理信息中心，由通信控制機(jī)直接轉(zhuǎn)發(fā)或暫存后轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中存儲(chǔ)，灌區(qū)管理所實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)、查詢。數(shù)據(jù)流程圖見圖3。

圖3 渠道水位監(jiān)測數(shù)據(jù)流程圖

3.1.3 水位-流量計(jì)算

渠道水位采集共8處，根據(jù)采集的渠道水位數(shù)據(jù)，采用明渠均勻流公式。計(jì)算公式為見下式：

式中：Q為流量，m3/s；W為過水?dāng)嗝婷娣e；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑；i為渠道縱坡。

3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算網(wǎng)絡(luò)與通信是信息交換和通訊平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻等各種信息的共享與傳輸。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與灌區(qū)管理局信息交流的機(jī)構(gòu)和單位聯(lián)系在一起，建設(shè)內(nèi)容包括灌區(qū)管理局和灌溉片區(qū)分中心局域網(wǎng)，管理局與水利專網(wǎng)相互連接。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)

袁北灌區(qū)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型分樹形結(jié)構(gòu)。傳輸及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)灌區(qū)內(nèi)信息傳輸、信息交換和信息存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

（1）一級(jí)骨干網(wǎng)

以袁北灌區(qū)管理局為中心節(jié)點(diǎn)，連接轄區(qū)飛劍潭水庫管理局、酌江水庫管理局、沙江水庫管理局，為數(shù)據(jù)、視頻、語音提供網(wǎng)絡(luò)傳輸通道。

（2）二級(jí)支網(wǎng)

以一級(jí)骨干網(wǎng)的各個(gè)管理中心為節(jié)點(diǎn)，建設(shè)連接各水閘節(jié)點(diǎn)的支網(wǎng)。

（3）信息采集網(wǎng)傳輸通道

采用有線光纖，公網(wǎng)資源新建水情和流量自動(dòng)遙測采集點(diǎn)（站）的信息傳送通道。

3.2.2 廣域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

袁北灌區(qū)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用中心（袁北灌區(qū)管理局）—管理分中心（水庫管理分局）－閘站輻射性的樹形拓?fù)洹?/p>

（1）沙江和酌江分中心與灌區(qū)管理局網(wǎng)絡(luò)采用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）實(shí)現(xiàn)。

（2）袁北灌區(qū)管理局通過MSTP方式接入省防汛網(wǎng)絡(luò)與宜春市防辦、省廳連接。

（3）飛劍潭大型水庫已經(jīng)與省水利防汛網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)狀況不變。

袁北灌區(qū)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 袁北灌區(qū)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.3 數(shù)據(jù)資源

袁北灌區(qū)數(shù)據(jù)資源主要包括水情數(shù)據(jù)庫、閘控?cái)?shù)據(jù)庫、工情數(shù)據(jù)庫，水費(fèi)計(jì)收數(shù)據(jù)庫，灌區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、日常事物辦公數(shù)據(jù)庫以及空間屬性數(shù)據(jù)庫等。

綜合數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成

3.3.1 水情數(shù)據(jù)庫

水情數(shù)據(jù)庫建設(shè)內(nèi)容主要包括渠道水位-流量和監(jiān)測站基本信息、水位統(tǒng)計(jì)信息等基本數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式以數(shù)字、字符格式。

3.3.2 閘控?cái)?shù)據(jù)庫

閘控?cái)?shù)據(jù)庫建設(shè)內(nèi)容為閘控站基本信息，閘門開啟情況等實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式以字符、數(shù)字為主。

3.3.3 工情數(shù)據(jù)庫

工情數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)主要是更新周期較長的特征數(shù)據(jù)和能夠反映灌區(qū)工程特性的靜態(tài)圖像、聲音等，此類數(shù)據(jù)往往需要人工輸入完成。

3.3.4 日常事務(wù)辦公管理數(shù)據(jù)庫

日常辦公管理數(shù)據(jù)庫主要涵蓋灌區(qū)管理機(jī)構(gòu)的資源情況，包括經(jīng)濟(jì)、人事檔案、財(cái)務(wù)以及調(diào)度情況表和工程建設(shè)概況。

3.3.5 水費(fèi)計(jì)收數(shù)據(jù)庫

主要收集和儲(chǔ)存灌區(qū)各用水戶的水費(fèi)收繳情況。

3.3.6 灌區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

灌區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要存儲(chǔ)監(jiān)控站、橋梁、建筑設(shè)施、渠道、河流、房屋、人口、耕地、財(cái)產(chǎn)信息、公共設(shè)施和治河工程等相關(guān)信息。

3.3.7 空間屬性數(shù)據(jù)庫

基于級(jí)別和類型的細(xì)化分層，空間屬性數(shù)據(jù)庫的建設(shè)根據(jù)具體業(yè)務(wù)，分別列出不同的工程屬性。專題圖層主要將地圖基本要素與水利專業(yè)鏈接，為其他業(yè)務(wù)提供所需的基礎(chǔ)信息。

3.4 灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用

袁北灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)充分考慮灌區(qū)自身信息基礎(chǔ)設(shè)施的條件與狀況、管理工作的需求、灌區(qū)管理體制、運(yùn)行機(jī)制及人員素質(zhì)等多種因素。因此袁北灌區(qū)管理應(yīng)用系統(tǒng)按照功能劃分，采取分期建設(shè)，業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)隨著灌區(qū)管理工作的不斷深化，做到開發(fā)一個(gè)、應(yīng)用一個(gè)，充分發(fā)揮其效益。

3.4.1 建設(shè)內(nèi)容

袁北灌區(qū)信息化應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)包括：①信息實(shí)時(shí)監(jiān)測與服務(wù)；②灌區(qū)用水管理；③灌區(qū)工程管理；④灌區(qū)政務(wù)網(wǎng)站。

3.4.2 應(yīng)用系統(tǒng)框架

業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)主要涵蓋用水管理、工程設(shè)施管理、基礎(chǔ)信息服務(wù)管理、水費(fèi)征收管理和辦公自動(dòng)化控制。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)與管理，地理信息系統(tǒng)提供空間可視化的查詢、展示和分析。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)見圖6。

3.5 信息中心

信息中心是一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制、圖像與數(shù)據(jù)通信、調(diào)度決策為一體的智能系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)中心，也是控制中心，可實(shí)現(xiàn)灌內(nèi)的數(shù)據(jù)匯聚、決策調(diào)度及閘站的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。信息中心按照功能區(qū)域劃分可分為監(jiān)控室、調(diào)度會(huì)商室和機(jī)房三部分，以及硬件運(yùn)行環(huán)境。

袁北灌區(qū)管理局信息中心建設(shè)包括調(diào)度會(huì)商室（含監(jiān)控室）、飛劍潭水庫管理局分中心建設(shè)調(diào)度會(huì)商室（含監(jiān)控室）和機(jī)房、酌江水庫管理局分中心建設(shè)機(jī)房、沙江水庫管理局分中心建設(shè)機(jī)房。

圖6 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

為提高袁北灌區(qū)整體的建設(shè)水平和管理能力，利用節(jié)水改造項(xiàng)目的實(shí)施，將灌區(qū)信息化建設(shè)作為大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目建設(shè)的重要組成部分，可有效提升管理灌區(qū)水資源管理水平，同時(shí)信息化系統(tǒng)可為灌區(qū)管理部門提供有效的信息來源，為科學(xué)決策灌區(qū)的運(yùn)行調(diào)度提供技術(shù)支撐。