胡正松 ，陸乙君 ，岑恩杰 ，陳洪飛 ，劉 鋒 ，洪 侃 ，翁 敏 ，黃小彬 ，楊 勇

（1.杭州定川信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；3.浙江省河口海岸重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

我國(guó)水資源總量為2.81萬(wàn)億m3，居世界第六位，人均水資源不及世界人均占有量的 1/4，是世界公認(rèn)的 13個(gè)水資源匱乏國(guó)家之一，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出，因此合理地使用水資源，實(shí)行節(jié)約措施十分必要[1]。

我國(guó)大部分灌區(qū)修建于20世紀(jì)50 — 70年代，涉及的范圍較廣，運(yùn)行了數(shù)十年，工程設(shè)施設(shè)備陳舊，大部分處于年久失修，自動(dòng)化和信息化程度較低，灌區(qū)內(nèi)的水資源沒有得到充分的利用，基礎(chǔ)資料信息得不到有效的管理和維護(hù)，整體的管理水平低下[2]。

目前國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)于灌區(qū)的管理，朝著信息化、自動(dòng)化和高效化的方向發(fā)展。美國(guó)墾務(wù)局將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到灌區(qū)配水調(diào)度中，使配水效率從80 %提高到96 %[3]。

2016年浙江省人民政府辦公廳發(fā)布浙政辦發(fā)〔2016〕4號(hào)文件《關(guān)于全面推行浙江省水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理》。文件明確要求：以黨的十八屆五中全會(huì)精神和習(xí)近平總書記提出的新時(shí)期治水方針為指導(dǎo)，按照“五水共治”和“標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)省”建設(shè)的總體要求，圍繞確保水利工程安全、持續(xù)、高效運(yùn)行的目標(biāo)，以落實(shí)水利工程管理責(zé)任和措施為核心，以全面建立水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理體系為基礎(chǔ)，以深化水利工程管理體制機(jī)制改革為動(dòng)力，堅(jiān)持政府主導(dǎo)、社會(huì)參與，省定標(biāo)準(zhǔn)、分級(jí)實(shí)施，全面規(guī)劃、穩(wěn)步推進(jìn)，全面落實(shí)水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理措施[4]。

針對(duì)我國(guó)灌區(qū)的現(xiàn)狀，為了科學(xué)合理地管理和調(diào)度灌區(qū)的水資源，有效管理和維護(hù)相應(yīng)的基礎(chǔ)信息，顯著提高灌區(qū)的整體管理水平，建設(shè)信息化系統(tǒng)對(duì)灌區(qū)來說是迫切需要的。

2 系統(tǒng)概述

灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn)的微機(jī)處理技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水位、流量、雨量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)遙測(cè)，使灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)、高效地運(yùn)行，為灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置提供支持，逐步提高灌區(qū)的管理水平和水資源配置效益，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理信息化和標(biāo)準(zhǔn)化[5]。

灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由硬件設(shè)備、軟件平臺(tái)和手機(jī)APP 3部分組成。其中硬件設(shè)備主要包括攝像機(jī)、遙測(cè)終端、水位計(jì)、雨量計(jì)、服務(wù)器等。灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件平臺(tái)，可以對(duì)人員考勤、日常巡查情況、水位、雨量、流量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)以及水位尺圖像進(jìn)行顯示，配合地圖瀏覽、短信提醒等功能。手機(jī)APP包括人員考勤、日常巡查情況輸入等功能，可顯示雨量、水位、流量以及水位尺圖像等。灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)，水位計(jì)可實(shí)時(shí)采集渠道的水位，進(jìn)行水位觀測(cè)與計(jì)量，以便合理地控制引配水量，在滿足工農(nóng)業(yè)用水或農(nóng)作物用水前提下，實(shí)行節(jié)約用水，提高水資源利用率；流量計(jì)可實(shí)時(shí)采集渠道流量，進(jìn)行觀測(cè)與計(jì)量，以便合理地控制引配水量，提高水資源利用率；監(jiān)控?cái)z像機(jī)用于抓拍渠道水面的情況以及水位尺的讀數(shù)，便于觀察渠道水面的突發(fā)情況，保障用水安全；雨量計(jì)實(shí)時(shí)采集灌區(qū)雨量數(shù)據(jù)，進(jìn)行觀測(cè)與計(jì)量，確保灌區(qū)的用水安全。遙測(cè)終端采集到考勤信息、水位數(shù)據(jù)、雨量數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)后，通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街锌厥曳?wù)器端，通過軟件平臺(tái)顯示各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并可形成報(bào)表進(jìn)行打印等，上級(jí)主管部門可以通過Web網(wǎng)絡(luò)訪問軟件平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢與監(jiān)督。手機(jī)APP則方便工作人員隨時(shí)隨地查看和操作。因此，灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足灌區(qū)對(duì)于信息化建設(shè)的需要，以銅山源水庫(kù)灌區(qū)水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理項(xiàng)目為例，進(jìn)行建設(shè)運(yùn)行。

3 硬件設(shè)備

無(wú)線遙測(cè)終端作為灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心設(shè)備，采用工業(yè)級(jí)32位處理芯片，以實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)服務(wù)器交互，提供開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、翻斗式雨量計(jì)、RS485、RS232、模擬量輸入等接口。該產(chǎn)品將信號(hào)處理技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完美地結(jié)合起來，適用于灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。銅山源水庫(kù)灌區(qū)水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安裝情況見圖2。

圖2 遙測(cè)站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

4 軟件平臺(tái)

灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)主要面向的用戶是灌區(qū)的管理人員、負(fù)責(zé)人、巡查人員以及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)。針對(duì)不同類型的用戶開發(fā)不同的模塊功能，可進(jìn)行定制。灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件平臺(tái)包括灌區(qū)信息管理、灌區(qū)巡查、辦公自動(dòng)化于一體，主要服務(wù)于灌區(qū)管理的信息化、灌區(qū)巡查的自動(dòng)化，并能為灌區(qū)的管理決策提供參考依據(jù)。以銅山源灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件平臺(tái)為例進(jìn)行展示。

平臺(tái)包括首頁(yè)模塊、代辦事項(xiàng)模塊、灌區(qū)概況模塊、組織管理模塊、日常巡查模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊、地圖瀏覽模塊、短信管理模塊、系統(tǒng)報(bào)表模塊和系統(tǒng)設(shè)置模塊。

日常巡查模塊，包括日常巡查、隱患管理和考勤統(tǒng)計(jì)3個(gè)子模塊，可展示各個(gè)線路的巡查情況、隱患事項(xiàng)、隱患部位和人員考勤的相關(guān)情況。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊，包括雨量監(jiān)測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、水量監(jiān)測(cè)、資料備份、資料整編和設(shè)備監(jiān)控6個(gè)子模塊，從中可以查詢各個(gè)水利元素實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，并且通過現(xiàn)場(chǎng)水位尺圖片的采集，在后臺(tái)可將其與水位計(jì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以校對(duì)水位數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)掌握設(shè)備系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的情況。同時(shí)，管理人員也可對(duì)資料進(jìn)行備份和整編。

點(diǎn)擊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，再點(diǎn)擊設(shè)備監(jiān)控，在頁(yè)面上可以查詢各個(gè)灌區(qū)站點(diǎn)采集水位尺圖片的情況，接著點(diǎn)擊某一具體時(shí)間的圖片，便可顯示現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況。

電子地圖服務(wù)在水利工作中的應(yīng)用越來越廣泛，用戶在電子地圖上可以清楚地查看銅山源灌區(qū)地理位置以及周邊地形以及重要地物。電子地圖見圖3。

圖3 地圖瀏覽圖

短信業(yè)務(wù)在辦公自動(dòng)化中是不可缺少的，很多信息、事件都需要對(duì)用戶進(jìn)行短信提醒。當(dāng)巡查員多天沒有按照巡查路線進(jìn)行巡查時(shí)，用戶可以在系統(tǒng)中發(fā)送短信提醒該巡查員，發(fā)送后的短信可以在系統(tǒng)中進(jìn)行查看。

圖4為系統(tǒng)短信管理圖用戶在人員列表中選擇要發(fā)送短信的對(duì)象，再輸入短信內(nèi)容，點(diǎn)擊發(fā)送按鈕則可將信息發(fā)送到對(duì)應(yīng)人員的手機(jī)。

統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊，包括電子臺(tái)賬、紙質(zhì)檔案和電子檔案3個(gè)子模塊，可以顯示日常巡查檔案、問題匯總檔案、管理人員上傳的各類電子檔案等，方便管理人員隨時(shí)查詢以往的各類檔案，了解灌區(qū)的運(yùn)行情況。

圖4 系統(tǒng)管理信息圖

5 手機(jī)APP實(shí)例

銅山源灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)手機(jī)APP主要包括登錄界面、手機(jī)APP主頁(yè)、考勤簽到模塊、水尺圖模塊、工程巡查模塊、水雨情模塊和調(diào)度運(yùn)行模塊。

登錄手機(jī)APP主頁(yè)，頁(yè)面主要包括3個(gè)部分，第1部分是當(dāng)前用戶的登錄信息，點(diǎn)擊用戶頭像可以進(jìn)行檢查更新、注銷和退出操作；第2部分是系統(tǒng)主要的功能模塊，包括代辦事項(xiàng)、考勤簽到、水尺圖、工程巡查、水雨情和調(diào)度運(yùn)行；第3部分是運(yùn)行監(jiān)管部分，包括非標(biāo)準(zhǔn)工程數(shù)、亞標(biāo)準(zhǔn)工程數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)工程數(shù)（見圖5）。

圖5 手機(jī)APP主頁(yè)圖

在辦公樓或監(jiān)測(cè)站附近200 m范圍內(nèi)，工作人員可以通過手機(jī)APP上的簽到按鈕進(jìn)行考勤簽到，相應(yīng)的記錄會(huì)傳到灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件平臺(tái)上，供管理人員查詢，作為日?？己说囊徊糠帧?/p>

點(diǎn)擊APP上工程巡查模塊，進(jìn)入灌區(qū)的工程巡查列表，在列表上可以選擇要巡查的路線；點(diǎn)擊某一巡查路線，便可以看到最后一次完成巡查的時(shí)間和巡查人；點(diǎn)擊開始新的巡查，便可以進(jìn)行新一次的巡查。點(diǎn)擊調(diào)度運(yùn)行模塊，進(jìn)入灌區(qū)內(nèi)各個(gè)需要調(diào)度站點(diǎn)的列表，在列表中，可以查看各個(gè)站點(diǎn)最近一次操作的時(shí)間；點(diǎn)擊相應(yīng)需要操作的站點(diǎn)，可以對(duì)該站點(diǎn)進(jìn)行調(diào)度。

6 結(jié) 語(yǔ)

灌區(qū)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在銅山源水庫(kù)灌區(qū)水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理工程項(xiàng)目的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人員考勤、日常巡查情況、調(diào)度運(yùn)行的情況、水位、雨量、流量、水位尺圖片等信息的實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，實(shí)踐證明該系統(tǒng)功能齊全、運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便，大大提高了銅山源水庫(kù)灌區(qū)的日常管理效率，減輕管理人員的負(fù)擔(dān)，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高水資源配置效益，實(shí)現(xiàn)銅山源水庫(kù)灌區(qū)的信息化和標(biāo)準(zhǔn)化，達(dá)到了預(yù)期的效果。