水利信息化在某灌溉工程中應(yīng)用實(shí)例的探討

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(中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222)

0 引 言

2021年2月，李國英部長(zhǎng)提出了智慧水利建設(shè)總體思路，按照“大系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分系統(tǒng)建設(shè)，模塊化鏈接”原則，以“數(shù)字化場(chǎng)景，智慧化模擬，精準(zhǔn)化決策”為路徑，按照“2+N”體系開展建設(shè)，“2”為提升水災(zāi)害防御能力、建設(shè)水資源調(diào)度與管理配套體系，“N”是按照相關(guān)職責(zé)，找準(zhǔn)推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的新需求，建設(shè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用數(shù)據(jù)治理、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)說話。

某灌區(qū)覆蓋范圍涉及3個(gè)縣，17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、1個(gè)農(nóng)場(chǎng)，開發(fā)任務(wù)是農(nóng)業(yè)灌溉和供水，設(shè)計(jì)灌溉面積3.94×104hm2，供水范圍人口11.3萬人。為提升該灌區(qū)信息綜合利用水平，實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置，在灌溉工程建設(shè)基礎(chǔ)上，建設(shè)水利信息化系統(tǒng)。灌區(qū)信息化系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)、應(yīng)用支撐系統(tǒng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、運(yùn)行實(shí)體環(huán)境和系統(tǒng)安全體系等部分，文章重點(diǎn)對(duì)信息化系統(tǒng)的核心部分—業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行探討[1-3]。

1 信息化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)灌區(qū)建設(shè)和管理的目標(biāo)及任務(wù)，灌區(qū)信息化建設(shè)需覆蓋數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、應(yīng)用決策、灌區(qū)水利信息服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。灌區(qū)信息化建設(shè)核心框架主要包括數(shù)據(jù)采集層、通信網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、運(yùn)行實(shí)體環(huán)境和系統(tǒng)安全體系等部分。

圖1 信息化系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

1.2 應(yīng)用架構(gòu)

根據(jù)灌區(qū)信息化管理需求，業(yè)務(wù)應(yīng)用涵蓋WEB端和移動(dòng)端，具體應(yīng)用架構(gòu)如圖2所示：

圖2 信息化系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)圖

2 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)研究探討

2.1 工程一張圖展示

系統(tǒng)采用高分辨率衛(wèi)星遙感影像和高精度地形數(shù)據(jù)制作項(xiàng)目區(qū)域的三維展示場(chǎng)景，高分辨率衛(wèi)星遙感影像采用空間分辨率不低于0.2m精度的多光譜數(shù)據(jù)，高精度地形數(shù)據(jù)采用不低于12.5m精度的DEM數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將各種矢量數(shù)據(jù)疊加到數(shù)字高程模型表面，產(chǎn)生逼真的地形地貌模型，生成灌區(qū)三維仿真場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)從整體到局部、從庫區(qū)到下游河道、從渠道到泵站的全方位立體式交互漫游。在地形地貌展示的基礎(chǔ)上將灌區(qū)工程各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位上圖，點(diǎn)擊即可展示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，用戶可以直觀地了解工程各部分實(shí)際運(yùn)行情況，展示還包括地圖導(dǎo)航、GIS分析等功能。

2.2 綜合監(jiān)視

綜合監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)灌區(qū)數(shù)據(jù)采集信息的可視化展示及統(tǒng)計(jì)分析功能。通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口對(duì)灌區(qū)涉及的水雨情監(jiān)測(cè)、量水監(jiān)測(cè)、工情監(jiān)測(cè)、墑情監(jiān)測(cè)、工程安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視等各類設(shè)備上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、計(jì)算、存儲(chǔ)、預(yù)警預(yù)報(bào)、人工校正和統(tǒng)計(jì)分析處理，為灌區(qū)水量調(diào)度、水量計(jì)量與水費(fèi)征收等業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

2.3 灌區(qū)水量調(diào)度決策系統(tǒng)

系統(tǒng)基于水量調(diào)配模型實(shí)現(xiàn)調(diào)配方案的模擬和優(yōu)選，為灌區(qū)制定水量調(diào)配方案、監(jiān)控水量調(diào)度過程提供應(yīng)用支撐服務(wù)。水量調(diào)配管理系統(tǒng)在功能上分為配水計(jì)劃管理、水量調(diào)配模型建立、水量調(diào)配管理、水量申請(qǐng)審批管理、水量應(yīng)急調(diào)配管理、用水考核和配水評(píng)價(jià)總結(jié)等。

1)配水計(jì)劃管理：

通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用，獲取灌區(qū)基礎(chǔ)信息和監(jiān)測(cè)信息，為配水計(jì)劃提供輸入數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)依據(jù)灌區(qū)各灌片歷史用水情況和歷年供水條件，結(jié)合本年度來水條件和用水需求，自動(dòng)制定處本年度總配水計(jì)劃，為灌區(qū)水量調(diào)配提供依據(jù)與參照。

2)水量調(diào)配模型建立：

水量調(diào)配模型是水量調(diào)配的基礎(chǔ)，可以依據(jù)灌區(qū)水量分配原則，構(gòu)建水量調(diào)度模型。在系統(tǒng)中，需要對(duì)水量調(diào)配模型進(jìn)行管理，包括模型參數(shù)維護(hù)管理、灌區(qū)需水量預(yù)測(cè)和可供水量預(yù)測(cè)。

3)水量調(diào)配管理：

系統(tǒng)將生成的配水計(jì)劃發(fā)布至調(diào)度人員，調(diào)度人員下達(dá)配水指令至配水人員，并可通過系統(tǒng)監(jiān)視執(zhí)行情況，包括閘門開閉時(shí)間，配水量實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)查詢等。

圖3 水量調(diào)配管理流程圖

4)水量申請(qǐng)審批管理：

當(dāng)用水戶需要臨時(shí)用水時(shí)，可通過該功能模塊提交用水申請(qǐng)，系統(tǒng)接收到申請(qǐng)后可列入實(shí)際用水需求中，參與下階段水量分配，并根據(jù)分配情況進(jìn)行審批管理。

5)水量應(yīng)急調(diào)配管理：

若灌區(qū)內(nèi)某個(gè)灌片需要應(yīng)急調(diào)水，系統(tǒng)可根據(jù)水源和骨干渠儲(chǔ)水量監(jiān)測(cè)情況，自動(dòng)計(jì)算出最佳調(diào)水路徑，從而輔助管理者進(jìn)行調(diào)水決策。系統(tǒng)可自動(dòng)計(jì)算出調(diào)度路線每個(gè)閘門的開啟時(shí)間、閉合時(shí)間以及閘門開度等，實(shí)現(xiàn)水量的精確調(diào)配。

6)用水考核：

系統(tǒng)可將自動(dòng)制定的水量調(diào)配結(jié)果與各用水戶上報(bào)的需水情況進(jìn)行比對(duì)，分析系統(tǒng)調(diào)配結(jié)果是否滿足實(shí)際灌溉用水需求，并制定用水考核表，為下一階段配水提供數(shù)據(jù)支撐。

7)配水評(píng)價(jià)總結(jié)：

對(duì)水量調(diào)度結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，包括各用水戶用水量、水量損失、各水源供水量，灌區(qū)年內(nèi)不同月份取水量等，通過評(píng)價(jià)不斷優(yōu)化調(diào)度方案。

2.4 綜合辦公

綜合辦公系統(tǒng)圍繞實(shí)際辦公需要，整合、規(guī)范現(xiàn)行業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理單位以及下屬各單位間辦公信息互聯(lián)互通、資源共享、協(xié)同辦公，全面提高工作效率。具體包括針對(duì)公文、人事、財(cái)務(wù)、檔案等的內(nèi)部公文及政務(wù)管理；針對(duì)公務(wù)用車、能效、會(huì)議、工會(huì)、黨風(fēng)廉政教育等的綜合事務(wù)管理；針對(duì)個(gè)人流程化辦公與審核的個(gè)人辦公管理；針對(duì)公眾信息瀏覽、公示的公共信息管理。

2.5 灌區(qū)工程全生命周期管理

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)工程建設(shè)期和運(yùn)維期的信息化管理，通過WEB端應(yīng)用和移動(dòng)端應(yīng)用相結(jié)合的方式，幫助灌區(qū)管理人員及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)工況和突發(fā)事件，快速定位問題位置，保障灌區(qū)工程安全建設(shè)及安全運(yùn)行。

2.5.1 工程建設(shè)管理子系統(tǒng)

1)施工期“一張圖”展示：

在工程施工期，采用高分辨率衛(wèi)星遙感影像和高精度地形數(shù)據(jù)制作區(qū)域的大范圍三維場(chǎng)景。施工期一張圖可以實(shí)現(xiàn)工程從整體到局部、從庫區(qū)到渠道的全方位立體式交互漫游，在三維場(chǎng)景中設(shè)置導(dǎo)航器，實(shí)現(xiàn)漫游、地圖導(dǎo)航等的功能。

2)施工進(jìn)度管理：

進(jìn)度管理模塊提供編制項(xiàng)目總進(jìn)度計(jì)劃、年進(jìn)度計(jì)劃、季度進(jìn)度計(jì)劃、月進(jìn)度計(jì)劃的功能，并以橫道圖等直觀的方式，形象化的展示進(jìn)度計(jì)劃與實(shí)際完成工程進(jìn)度，使項(xiàng)目管理者及時(shí)掌握工程建設(shè)完成的情況，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度的實(shí)時(shí)控制與管理。

3)施工質(zhì)量管理：

系統(tǒng)對(duì)本項(xiàng)目中單元工程、分部工程、單位工程逐級(jí)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收情況和質(zhì)量消缺情況管控，使施工管理人員對(duì)該項(xiàng)目各標(biāo)段的質(zhì)量完成情況有直觀了解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目整體施工質(zhì)量的控制與管理，在宏觀上保障工程整體質(zhì)量的達(dá)標(biāo)。

4)施工安全管理：

安全管理工程協(xié)助建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位建立健全安全管理體系，確保安全責(zé)任落實(shí)到部門和個(gè)人。在系統(tǒng)中可制定和下發(fā)安全管理計(jì)劃，相關(guān)管理人員可以錄入并檢查安全措施執(zhí)行情況。

5)施工物料管理：

系統(tǒng)對(duì)工程建設(shè)物料在流轉(zhuǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位信息化管理，建立物料臺(tái)帳，記錄材料出入庫的情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料驗(yàn)收、入庫、出庫、使用的全過程進(jìn)行跟蹤管理和統(tǒng)計(jì)分析。

6)施工檔案管理：

檔案管理是對(duì)工程建設(shè)過程中參建各方在不同的階段和環(huán)節(jié)產(chǎn)生的合同文件、技術(shù)文件等所有電子文件進(jìn)行統(tǒng)一的、系統(tǒng)化的管理，并根據(jù)水利工程建設(shè)檔案管理的規(guī)范，對(duì)電子文件進(jìn)行分類組織、建立索引目錄等。同時(shí)，建設(shè)期施工檔案將同運(yùn)維期檔案統(tǒng)一建成一個(gè)全生命周期的工程檔案管理系統(tǒng)。

2.5.2 工程運(yùn)維管理子系統(tǒng)

1)工程巡檢養(yǎng)護(hù)管理：

建設(shè)工程運(yùn)行維護(hù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)水庫、泵站、渠系、管道、閘門等水利工程和運(yùn)維人員的管理。工程運(yùn)維管理包括對(duì)工程的巡查維護(hù)、維修養(yǎng)護(hù)、管理考核、突發(fā)事件響應(yīng)等運(yùn)行維護(hù)階段的各類業(yè)務(wù)進(jìn)行信息化的管理。

2)工程設(shè)備管理：

主要對(duì)設(shè)備的基本信息、資產(chǎn)信息、備品備件、變動(dòng)記錄等進(jìn)行管理。

3)工程資產(chǎn)管理：

建設(shè)工程資產(chǎn)管理模塊，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水利工程的資產(chǎn)采購管理、資產(chǎn)定位查詢、資產(chǎn)維護(hù)管理等。

4)工程檔案管理：

包括工程進(jìn)入運(yùn)維期的管理記錄及人員檔案，并按階段生成工程運(yùn)維檔案，便于后期留檔保存與查看。

2.6 水量計(jì)量與水費(fèi)征收系統(tǒng)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水量、水費(fèi)、用水戶等信息資源的統(tǒng)一管理，為灌區(qū)水量計(jì)量和水費(fèi)計(jì)收工作提供輔助信息化輔助支撐。

1)水量計(jì)量管理：

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)河道和水庫引水量測(cè)定，便于考核各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，做到合理用水；利用灌區(qū)量水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)渠道主要分水節(jié)點(diǎn)流量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和水量的自動(dòng)計(jì)量。

2)水費(fèi)計(jì)收管理：

系統(tǒng)由基礎(chǔ)信息維護(hù)、水費(fèi)查詢、水量統(tǒng)計(jì)、水費(fèi)征收、結(jié)果分析、水權(quán)交易六部分組成。可實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)水費(fèi)計(jì)算相關(guān)的灌溉面積、定額等基礎(chǔ)信息的管理；實(shí)現(xiàn)灌區(qū)收益單位及農(nóng)戶用水量和應(yīng)繳水費(fèi)的自動(dòng)計(jì)算、水費(fèi)查詢、農(nóng)業(yè)供水成本核算分析；實(shí)現(xiàn)實(shí)收水費(fèi)的維護(hù)，年終水費(fèi)結(jié)算，統(tǒng)計(jì)分析等功能。

2.7 綜合門戶

綜合門戶提供灌區(qū)管理人員與政府相關(guān)部門訪問應(yīng)用系統(tǒng)的統(tǒng)一入口，是灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)內(nèi)所有業(yè)務(wù)人員日常工作和交流的窗口，也是信息發(fā)布的平臺(tái)。綜合門戶將系統(tǒng)內(nèi)所有業(yè)務(wù)和信息服務(wù)集中到一個(gè)應(yīng)用平臺(tái)上，通過單點(diǎn)登錄，實(shí)現(xiàn)所有應(yīng)用的入口統(tǒng)一，并提供個(gè)性化的業(yè)務(wù)界面和結(jié)構(gòu)清晰、內(nèi)容可定制的信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各信息資源、各業(yè)務(wù)應(yīng)用的集成與整合，達(dá)到信息資源的全方位共享。綜合門戶功能主要包括資源集成管理、門戶管理、系統(tǒng)管理、統(tǒng)一登陸認(rèn)證、信息發(fā)布管理等。

2.8 移動(dòng)應(yīng)用

采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，基于Android、IOS智能終端開發(fā)移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，提取各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)部分功能進(jìn)行移動(dòng)端的展示和處理，為灌區(qū)管理人員和用水戶提供實(shí)時(shí)移動(dòng)服務(wù)。移動(dòng)應(yīng)用包括業(yè)務(wù)段應(yīng)用和用水戶應(yīng)用，灌區(qū)管理人員可通過業(yè)務(wù)段應(yīng)用隨時(shí)查看工程整體運(yùn)行情況，進(jìn)行水情和水量信息上報(bào)，進(jìn)行移動(dòng)巡檢和維修養(yǎng)護(hù)等工作；用水戶可通過用水戶應(yīng)用實(shí)現(xiàn)水費(fèi)查詢與在線繳付。系統(tǒng)通過權(quán)限控制實(shí)現(xiàn)用戶登錄后的功能差異化，滿足不同用戶的需求。

3 結(jié) 論

灌區(qū)運(yùn)維管理業(yè)務(wù)龐雜，亟需通過建設(shè)功能集成的信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，提升監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等的運(yùn)用水平，滿足日常業(yè)務(wù)精細(xì)化的管理需求。信息化系統(tǒng)的建設(shè)首先要滿足灌區(qū)管理業(yè)務(wù)需求；還需考慮標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，使續(xù)建配套工程可以方便集成接入；最后要考慮數(shù)據(jù)共享，既要接入與工程管理相關(guān)的外部數(shù)據(jù)，還要向上級(jí)管理單位和相關(guān)單位開放數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效合理利用。