基于标准化管理的灌区信息系统设计与实现

蒋 碧，严 丽，汪小东，柴燕青

(浙江九州治水科技股份有限公司，浙江 衢州 324000)

水利是农业的命脉，是国民经济的基础产业，而灌区是农业发展的先决条件和必备条件。[1]大型灌区是粮棉油等农产品的生产基地，是我国农业和农村经济增长的重要支撑，担负着城乡生活和改善生态环境的重要任务。[2]因此，大型灌区管理水平与效率的提高是发挥其支撑与保障作用的前提和基础。20世纪中期，我国已经开始对农业灌区的自动化控制技术进行了初步探索，但由于当时技术、经济等因素的影响，灌区自动化应用水平一直停滞不前。[3]2002年，我国启动了全国大型灌区信息化建设试点工作，随着近年来计算机科技的快速发展，水利信息化水平有了很大的提高，但灌区信息化目前仍存在投入不足、缺少统一规范的接口、信息孤岛严重等问题。[4-5]为改变水利工程“重建设轻管理”的问题，浙江省提出了“水利工程标准化管理”的概念，确立包括大中型灌区在内的水利工程作为实施对象，明确要求大中型灌区必须建立信息化管理系统，实现对灌区工程、水雨情、水资源配置与调度等的信息化管理，以提高灌区管理水平和经济效益。[6-7]本文以衢州市乌溪江引水工程灌区标准化管理为基础，对灌区信息化综合管理系统的设计与实现进行分析，为进一步加强灌区管理提供支撑。

1 灌区信息化设计原则

灌区信息化管理系统建设，依照《浙江省水利工程标准化管理信息化建设总体设计方案》为指导原则，并结合灌区的实际需求及现状情况进行建设，以达到标准化管理的目标。

(1)实用性原则

灌区标准化管理系统建设不能仅仅以完成上级考核为目标，还必须考虑系统的实用性和可操作性，结合灌区实际需要设计系统模块，并要充分利用现有资源，避免重复建设。

(2)可靠性原则

灌区渠道很多处在山区，此外还有很多隧洞工程，这些偏僻的地方网络传输信号往往比较差，如遇突发事件的状况下，要确保信息传输畅通，系统正常运转。

(3)标准化原则

在建设各个分系统时，应统一标准，以便能够集成一个有机整体。

(4)开放性原则

在统一的开放标准下建设系统，使其结构化、模块化和标准化，满足上级管理部门、调度中心及县级管理处实时对系统的各种信息进行调用。

2 标准化管理系统建设的总体框架

灌区信息化综合管理系统建设内容包括用户层、业务系统层、数据层和采集层四个层次，并以标准规范体系、运行保障环境为保障(见图1)，为市、县灌区管理机构提供服务。

图1 灌区信息化管理系统的业务逻辑架构

2.1 用户层

用户层主要是系统的使用者，根据不同的工作内容和需求，给用户层分配不同的权限，划分为系统管理员、管理员、决策者及工作人员等不同角色，对不同角色和需求进行特性分析。

2.2 业务系统层

业务系统层是系统直接面向灌区管理人员的部分，位于系统的上层，包括主页、组织管理、运行管理、报表统计、系统管理等内容。系统层涵盖了灌区标准化管理的全部内容，并采用B/S(browser/web server)结构，基于WebGIS技术的网络浏览器应用模式和可视化多层次的空间图形操作界面，为灌区标准化管理提供综合服务与业务应用功能。

2.3 数据层

数据中心负责对系统数据的存储和管理，实现数据的分类、组织、编码、存储和维护，主要包括数据库系统以及各种应用数据库。数据层直接操作数据库，对数据进行增添、删除、修改、更新、查找，以数据建设规范和运行管理规范为依据，从存储和服务两方面进行全局考虑，在存储层建立统一、规范的数据标准，在服务层根据具体业务进行设计，从而保证数据设计的有效性、实用性和稳定性，为系统的稳定运行提供良好基础。

2.4 采集层

采集层是系统的基础和核心，涉及信息的采集和传输，包括数据采集和传输网络。数据采集是数据中心数据的来源，包括水雨情信息的采集，工情信息的采集、视频信息的采集等。传输网络提供支持系统运行的各种硬件及网络环境，包括服务器、计算机、防火墙、网关、路由等设备。

3 系统关键技术实现

3.1 事项流程的控制与实现

管理系统实现事项操作流程化的关键是让每个管理事项的操作流程在系统中体现，根据灌区管理手册的流程进行流转。通过软件系统实现流程的流转与控制，将管理手册的要求变成在网络中传输信息流，规范事项处理流程，记录流转过程，实现台账的自动生成，达到操作留痕、管理便捷的目的。

(1)日常检查处理流程

日常检查的对象为灌区管理范围内的渠首工程、渠道、渠系建筑物及隧洞，包括节制闸等各种建筑物，渠道内外坡、渠堤顶以及渠道管理范围和保护范围内的环境卫生、违章建筑物等各种相关状况。

日常检查必须按规定执行，及时填写巡查记录，并将记录汇总后于每月月初上交工程技术管理科，巡查轨迹会在巡查手机上实时上传。工程巡查岗在巡查过程中发现隐患或异常情况要及时上报。凡延报、漏报、瞒报并造成不良后果，则按有关规定严肃处理。巡查中发现紧急问题，工程巡查岗人员可先行采取果断措施，并及时汇报，把可能造成的损失减少到最低程度。对上报问题，工程技术管理科和水安全保卫科根据工程问题严重性采取不同处理措施，紧急则应立即上报管理局，启动应急措施(见图2)。

图2 日常检查流程图

(2)定期检查

定期检查是每年灌溉期前后，为保障工程安全供水和工程维修养护而进行的全面检查，检查范围、内容和线路参照日常检查执行。灌溉期前后至少各一次，定期检查原则上工程技术人员应参与检查，检查完成后须将有关资料整理、归档。

(3)特别检查

特别检查是灌区遭受特大暴雨、有感地震、极端气温等可能严重影响工程安全运行的情况，或发生险情时进行的检查。定期检查由管理局领导负责组织实施，检查前应制定检查计划，并上报上级主管单位；检查时工程管理技术人员须参与检查，并邀请上级主管部门派员参加。检查也可根据实际情况，可委托专业检测机构对灌区工程进行安全鉴定。检查结束后应编写检查报告，通过局领导审核后上报上级主管部门备案(见图3)。

图3 特别检查流程图

(4)维修养护

灌区养护工作应做好影响正常供水的渠底淤积、渠坡杂草，渠道垃圾等清理；维修工作应做到及时消除运行中发现的各类破损和损坏，恢复或局部改善原有工程面貌，保持工程完整和正常运用；维修养护可分为日常养护、日常维修和年度维修。

(5)工程档案管理

为厘清灌区工程信息，规范灌区运行管理档案管理，对工程信息进行登记造册、绘制骨干工程设施分布图，同时要求灌区各管理岗及时将各项工作的管理资料收集、整理、归档，并按要求向档案管理负责与管理岗人员移交，由办公室负责统一管理。

3.2 闸门智能化调度的实现

3.2.1 远程控制实现

系统中闸门远程控制功能的实现离不开现地单元的支撑，现地单元包括闸门开度仪,主令闸位计，现场控制PLC及控制电气元器件、闸前雷达水位计、视频枪机、网络传输系统、供电系统等。控制方式包括现地手动控制、现地遥控控制和系统远程控制。

系统远程控制依靠现场传感器的数位模拟量和闸门的开关量数据通过远程数据采集终端完成采集，并把采集的数据通过网络主动传输至集控中心。集控中心计算机监测水闸现场的实时情况，并根据实际情况远程控制闸门的开关。系统带有安全限位功能，当电机过载或闸门开度仪超过限制值时自动关闭，保护电机、螺杆和启闭平台。[8]

3.2.2 智能化调度实现

智能调度是指用户按照灌区不同区域、不同时间、不同需求来制定灌溉方案，系统在调度模型的作用下，自动决定是否开启或关闭以及闸门开启的时间、时长、开度等。通过系统远程调度，自主完成灌溉任务，并将运行结果数据反馈至用户层供辅助决策。

系统智能化调度关键技术包括两方面内容：

(1)数据中心结合水动力学调度模型进行计算，得出调度预案，再把预案通过指令下发终端，终端根据指令进行闸门的开闭，实现灌区水资源调度。

(2)调度预案分为蓝色、黄色和红色三种，蓝色预案系统自动对闸群进行无人值守自动开闭；黄色或红色预案，把预案发送给不同级别的负责人进行审批，审批后闸群进行动作；红色预案没有及时审批，紧急信息发送给所有的干系包括系统开发方相应人员，人工能急时介入干预处理紧急情况。

4 结论

标准化管理系统是水利工程标准化管理验收的必要环节，是实现水利工程标准化全过程动态管理和监督考核的重要手段之一。[9]以信息化驱动灌区工程标准化管理工作，实现工程台账信息和实时监测信息的全面监管，为灌区工程的正常运行和管理单位的日常管理提供服务，对于保安全、强监管、建设美丽浙江具有重要意义。