朱 磊

（馬鞍山市金土地勘測(cè)評(píng)估有限公司，安徽馬鞍山243000）

0 引言

灌溉是中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要水資源來(lái)源，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的灌區(qū)多興建于20 世紀(jì)50 年代到70 年代，受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件和年限，灌區(qū)的水資源運(yùn)行效率逐漸降低，效益呈衰減趨勢(shì)［1］。進(jìn)入21 世紀(jì)后，中國(guó)的治水從傳統(tǒng)方式向現(xiàn)代化、信息化、可持續(xù)化發(fā)展，即依托現(xiàn)代信息技術(shù)、綜合利用灌區(qū)管理的信息資源，形成信息的采集、傳輸、存儲(chǔ)與處理等鏈?zhǔn)竭^(guò)程，提高信息采集和信息加工的準(zhǔn)確性、傳輸?shù)臅r(shí)效性，做出及時(shí)、準(zhǔn)確的反饋和預(yù)測(cè)，旨在為管理部門提供決策的依據(jù)，提升工作效率和水平，有效降低管理的成本，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)的科學(xué)與高效管理［2］。

以美國(guó)等國(guó)家為代表的國(guó)外水利信息化起步較早，依托信息革命的成果，及時(shí)將信息科技引入水利事業(yè)，開始了水利信息化的建設(shè)與應(yīng)用［3］。國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者與單位也逐步進(jìn)行了大量的研究與應(yīng)用開發(fā)工作，取得了很多成果［4］。一是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的信息化探索，如將jsp、Java 技術(shù)應(yīng)用于水利信息系統(tǒng)，進(jìn)行灌區(qū)水資源實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)配決策和灌區(qū)的管理［5-7］。二是對(duì)通信技術(shù)的優(yōu)化探索，灌區(qū)信息化中的設(shè)備長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境，土壤也具有較高的酸堿性，容易導(dǎo)致通信電纜的老化，降低系統(tǒng)的可靠性［8-9］。三是側(cè)重傳感器技術(shù)的研究，即利用傳感器技術(shù)通過(guò)密集部署傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域有效覆蓋［10］，完成灌區(qū)信息化的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)智能傳感監(jiān)測(cè)。灌區(qū)信息化作為地方水利發(fā)展重要建設(shè)任務(wù)之一，是實(shí)現(xiàn)建管并重、提升地方水安全保障能力、加快推進(jìn)水利現(xiàn)代化的重要手段。全面提升水務(wù)管理的效率和效能，最終實(shí)現(xiàn)更透徹的感知、更科學(xué)的調(diào)度、更智能的管理、更及時(shí)的處置、更高效的監(jiān)管和更周到的服務(wù)。

然而對(duì)于縣域來(lái)說(shuō)，需要滿足灌區(qū)管理的業(yè)務(wù)需求，建設(shè)內(nèi)容須覆蓋日常的灌區(qū)工作，同時(shí)，還要綜合考慮投入和運(yùn)維成本。本文以縣域?yàn)檠芯繉?duì)象，進(jìn)行了灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 縣域灌區(qū)信息化建設(shè)需求

縣域灌區(qū)信息化的總體建設(shè)目標(biāo)是依托現(xiàn)代化技術(shù)手段，建成水利信息基礎(chǔ)感知體系，健全保障支撐環(huán)境，推動(dòng)水利綜合業(yè)務(wù)精細(xì)化管理，提升科學(xué)化決策調(diào)度管理水平，最終形成農(nóng)村防汛基層預(yù)警、灌區(qū)智能化、河長(zhǎng)制、泵站水量監(jiān)測(cè)、辦公自動(dòng)化等系統(tǒng)為一體的智慧化管理平臺(tái)。具體建設(shè)需求如下：

（1）系統(tǒng)應(yīng)具有開放性和可擴(kuò)展性。系統(tǒng)所采取的技術(shù)方案、使用的硬件設(shè)施和軟件平臺(tái)等應(yīng)考慮未來(lái)的科技發(fā)展趨勢(shì)，最大限度減少因技術(shù)發(fā)展升級(jí)而造成的重復(fù)投資和資源浪費(fèi)。

（2）根據(jù)漣縣區(qū)局信息化現(xiàn)狀，優(yōu)化設(shè)計(jì)，突出重點(diǎn)，確保把有限資金用在實(shí)處。

（3）灌區(qū)重要閘站實(shí)現(xiàn)閘門遠(yuǎn)程控制，其他重要閘站位置實(shí)現(xiàn)水位、視頻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，重要渠道和分水口實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)測(cè)，定時(shí)上報(bào)、超限預(yù)警，確保不發(fā)生漫堤、潰壩等危險(xiǎn)。

（4）水位計(jì)、閘位計(jì)、視頻、閘門遠(yuǎn)程控制等監(jiān)測(cè)設(shè)備要適合灌區(qū)運(yùn)行管理實(shí)際情況。

（5）建設(shè)灌區(qū)、政務(wù)辦公系統(tǒng)、河長(zhǎng)等智能移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)。通過(guò)移動(dòng)終端（手機(jī)APP、微信公眾號(hào)等）向管理者和用戶提供實(shí)時(shí)信息。

（6）灌區(qū)系統(tǒng)管理監(jiān)測(cè)設(shè)備接口、通信協(xié)議等應(yīng)與省水利工程一致。

2 縣域灌區(qū)信息化管理平臺(tái)設(shè)計(jì)架構(gòu)

2.1 縣域灌區(qū)信息化管理平臺(tái)設(shè)計(jì)架構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2.1.1 加強(qiáng)信息化建設(shè)，打造灌區(qū)信息化

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、無(wú)線寬帶互聯(lián)等技術(shù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)把地方灌區(qū)渠道、水系等涉水事務(wù)智能化控制傳感器連接起來(lái)，依托機(jī)制創(chuàng)新整合，實(shí)現(xiàn)共享雨量信息、水位信息、渠道信息、氣象信息、作物信息、閘門信息、水量信息等。結(jié)合涉水事務(wù)網(wǎng)格化、條段化精細(xì)管理，對(duì)感知的信息進(jìn)行智能化處理和分析，為決策分析提供智能化的支持，并支撐涉水事務(wù)跨行業(yè)協(xié)同管理和為社會(huì)公眾提供無(wú)所不在的個(gè)性化服務(wù)。

2.1.2 從局部單一發(fā)展向整體全面推進(jìn)轉(zhuǎn)變

實(shí)行全局“一盤棋”的全面整體發(fā)展戰(zhàn)略，綜合考慮水利事業(yè)發(fā)展需求，協(xié)調(diào)不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的信息化建設(shè)，重視民生水利的信息化需求，實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)施頂層設(shè)計(jì)，區(qū)分輕重緩急，有步驟、有計(jì)劃、有層次地推進(jìn)灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)建設(shè)。

2.1.3 從信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)向應(yīng)用需求帶動(dòng)轉(zhuǎn)變

深入總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在充分利用先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，更加注重從實(shí)際出發(fā)，緊密圍繞水利建設(shè)、管理和改革的業(yè)務(wù)需求，建立以應(yīng)用需求為導(dǎo)向、技術(shù)服務(wù)業(yè)務(wù)的科學(xué)發(fā)展模式，有針對(duì)性地開發(fā)先進(jìn)實(shí)用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，著力突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)信息化瓶頸，確保需求引導(dǎo)建設(shè)、建設(shè)推動(dòng)需求。

2.1.4 從信息資源分散使用向共享利用轉(zhuǎn)變

綜合運(yùn)用多種手段，打破信息資源的部門分割與業(yè)務(wù)分割，充分考慮軟硬件在不同系統(tǒng)間的兼容性，規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加快系統(tǒng)集成，加大資源整合，加強(qiáng)數(shù)據(jù)共享，建設(shè)信息交換平臺(tái)，資源優(yōu)化配置，信息互聯(lián)互通，政務(wù)公開透明，促進(jìn)信息系統(tǒng)效能最大化。

2.1.5 從片面強(qiáng)調(diào)建設(shè)向建管并重轉(zhuǎn)變

根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)特點(diǎn)，制定相應(yīng)的管理制度和技術(shù)規(guī)范，落實(shí)運(yùn)行維護(hù)經(jīng)費(fèi)，提高運(yùn)維質(zhì)量，強(qiáng)化日常管理，使水利信息系統(tǒng)建得成、用得好、長(zhǎng)受益。

2.1.6 從滿足日常需求向智慧化能力轉(zhuǎn)變

切實(shí)發(fā)揮業(yè)務(wù)應(yīng)用的作用，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)從提供工作輔助工具、提高工作效率向提供信息服務(wù)能力、提升水利綜合決策支撐能力轉(zhuǎn)變，真正實(shí)現(xiàn)灌區(qū)信息化的總體目標(biāo)。

灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息遠(yuǎn)程傳輸，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)匯集至中心站，最終通過(guò)PC客戶端與大屏顯示終端實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、查詢、管理等功能。

2.2 灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)建設(shè)

灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)建設(shè)分為感知層、傳輸層、智能物聯(lián)層、延伸應(yīng)用層和展示層建設(shè)（見圖1）。

2.2.1 感知層

感知層主要包括：水雨情數(shù)據(jù)采集設(shè)備（水位計(jì)、雨量計(jì)）、閘站水量數(shù)據(jù)采集設(shè)備（閘位計(jì)）、泵站水量監(jiān)測(cè)設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)視控制設(shè)備（高清球機(jī)、高清槍機(jī)、閘門遠(yuǎn)控設(shè)備）。

圖1 平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

集灌區(qū)物聯(lián)感知及水文自動(dòng)測(cè)報(bào)、閘站遠(yuǎn)程測(cè)控、用水監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視等于一體，通過(guò)自動(dòng)化感知手段采集基礎(chǔ)水文、工情等信息，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)及應(yīng)用，為灌區(qū)信息化提供強(qiáng)大的自動(dòng)化技術(shù)支撐。

2.2.2 基礎(chǔ)層

基礎(chǔ)層主要包括數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)、汛情旱情的會(huì)商室、值班室以及總的調(diào)度中心。

2.2.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是灌區(qū)所有數(shù)據(jù)匯集的中間層，包括工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、日常管理數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、空間序化，形成符合OGC 服務(wù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)形式作為數(shù)據(jù)支撐。

2.2.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層是依托互聯(lián)網(wǎng)或水利專網(wǎng)通過(guò)門戶對(duì)外提供服務(wù)，主要包括防汛抗旱、灌區(qū)智能化、水價(jià)改革、河長(zhǎng)制應(yīng)用、公共服務(wù)以及行政辦公等。

2.2.5 應(yīng)用發(fā)布層

應(yīng)用發(fā)布層是基于應(yīng)用層對(duì)外提供服務(wù)的載體，通過(guò)電腦PC 端、智能手機(jī)、平板電腦、智能電視等多種終端接收或調(diào)用相應(yīng)的灌區(qū)水利信息服務(wù)。

3 建設(shè)內(nèi)容

縣域灌區(qū)水利信息化管理系統(tǒng)的主要建設(shè)內(nèi)容可概括為“一張圖、一套表、一個(gè)中心、一套制度”。建設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)中心，是將地理空間數(shù)據(jù)、水利專題業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、日常管理數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、其他數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集；依托建立的水雨情信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、水量信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)視控制系統(tǒng)、灌區(qū)知識(shí)圖譜建設(shè)、泵站水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對(duì)外輸出一張圖和一套業(yè)務(wù)的表格；編制縣域灌區(qū)水利信息建設(shè)相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、共享交換、編碼、控制、審核與發(fā)布的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，以及保障系統(tǒng)運(yùn)行的相應(yīng)管理制度。

3.1 更透徹的監(jiān)測(cè)感知

構(gòu)建感知方式更快捷、感知速度更及時(shí)、感知精度更準(zhǔn)確的信息采集與工程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，采用“網(wǎng)格化”的思路進(jìn)行監(jiān)控站點(diǎn)的查缺補(bǔ)漏。網(wǎng)格化單元以水利工程對(duì)象為網(wǎng)格單元，充分分析網(wǎng)格單元已建、在建的監(jiān)測(cè)要素，通過(guò)科學(xué)布局、適量增補(bǔ)，布設(shè)天-空-地-網(wǎng)-站一體化的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容全面感知。提高自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備的比重，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控監(jiān)測(cè)無(wú)人化。

3.2 更科學(xué)的綜合決策

以全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)，以預(yù)案為主線，以事件為驅(qū)動(dòng)，以中心站大屏為輸出中心，采用互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、GIS、大數(shù)據(jù)分析、“大模型”等技術(shù)為依托，實(shí)現(xiàn)江河調(diào)度的智能感知、智能診斷、智能仿真、智能調(diào)度，提升決策調(diào)度的科學(xué)水平。

3.3 更智能的工程管理

實(shí)現(xiàn)智能的水利工程建設(shè)及運(yùn)行管理，建立水利工程建設(shè)全過(guò)程在線管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的項(xiàng)目前期建議、計(jì)劃申報(bào)、計(jì)劃下達(dá)、進(jìn)度管理、資金管理、質(zhì)量監(jiān)督、竣工驗(yàn)收等環(huán)節(jié)全過(guò)程業(yè)務(wù)協(xié)同。建立標(biāo)準(zhǔn)化、智能化水利工程運(yùn)行管理平臺(tái)，為保障工程安全運(yùn)行提供現(xiàn)代化監(jiān)管手段，充分發(fā)揮工程運(yùn)行效益和效率。

3.4 更高效的政府監(jiān)管

加強(qiáng)水行政信息化建設(shè)，擴(kuò)大政務(wù)公開，提升行政效能，依法行政，依法治水，為水行政管理、水行業(yè)管理工作提供完善的信息化支撐。水行政管理著力提升水利行政部門的政府履職管理能力，利用信息化手段進(jìn)行管理創(chuàng)新。提升水行政監(jiān)管能力，各部門全面實(shí)現(xiàn)在線政務(wù)管理和服務(wù)。

3.5 更周到的公共服務(wù)

水利公眾服務(wù)方面，體現(xiàn)在為水利局內(nèi)部人員、部門之間及社會(huì)公眾提供更為周到、友好的便民服務(wù)。針對(duì)水利局內(nèi)部人員，采用引導(dǎo)式的智能導(dǎo)航菜單，能夠主動(dòng)告訴系統(tǒng)用戶有哪些待辦事項(xiàng)，能夠主動(dòng)引導(dǎo)用戶進(jìn)行事務(wù)的處理。針對(duì)各個(gè)部門之間，通過(guò)梳理不同部門之間的業(yè)務(wù)流和事務(wù)流，從數(shù)據(jù)層面主動(dòng)進(jìn)行業(yè)務(wù)的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)不同部門之間業(yè)務(wù)協(xié)同。針對(duì)社會(huì)公眾，為了達(dá)到智慧水利成果惠民的效益，變以前的被動(dòng)服務(wù)為主動(dòng)服務(wù)，通過(guò)展播終端、網(wǎng)站微信公眾號(hào)、二維碼等方式主動(dòng)推送與公眾息息相關(guān)的信息。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 高效內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

高效內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是直接將空間數(shù)據(jù)放在內(nèi)存中進(jìn)行操作的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，旨在提高數(shù)據(jù)讀寫的速度與效率，極大地提高應(yīng)用的性能。在數(shù)據(jù)管理方式上，拋棄了傳統(tǒng)磁盤數(shù)據(jù)管理的方式，全部數(shù)據(jù)在內(nèi)存中重新設(shè)計(jì)了體系結(jié)構(gòu)，并在數(shù)據(jù)緩存、快速算法、并行操作方面也進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，所以數(shù)據(jù)處理速度比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)處理速度要快很多。內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的最大特點(diǎn)是其“主拷貝”或“工作版本”常駐內(nèi)存，即活動(dòng)事務(wù)只與實(shí)時(shí)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)存拷貝打交道。

4.2 開放共享的多源數(shù)據(jù)

采用XML標(biāo)準(zhǔn)，指定統(tǒng)一多種信息的數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水利信息化系統(tǒng)集成平臺(tái)的各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的全部開放、信息共享，在指揮中心實(shí)現(xiàn)多類數(shù)據(jù)信息全面、可視、實(shí)時(shí)的處理、存儲(chǔ)、管理和集成，綜合利用這些信息為指揮中心的業(yè)務(wù)應(yīng)用輔助決策。

4.3 電子地圖技術(shù)

灌區(qū)水利信息化管理平臺(tái)采用以矢量化電子地圖和柵格（位圖或影像圖）、三維地圖相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多層和多級(jí)的地圖鏈接關(guān)系。使用電子地圖，大到全圖矢量化地圖，小到可以清晰描述某個(gè)區(qū)域的監(jiān)控場(chǎng)所。平臺(tái)的電子地圖可根據(jù)實(shí)際區(qū)域分布，由用戶自定義設(shè)置。用戶在子地圖上編輯各種設(shè)備圖標(biāo)，用戶進(jìn)入到子地圖平面后，點(diǎn)擊設(shè)備圖標(biāo)就可以打開或控制相應(yīng)設(shè)備。

4.4 Web Service技術(shù)

Web Service 技術(shù)是自包含、自描述、模塊化的應(yīng)用，可以用于發(fā)布、定位及利用Web 進(jìn)行調(diào)用。同時(shí)，Web Service 也是一個(gè)應(yīng)用組件，能夠邏輯性地為其他應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)與服務(wù)。各應(yīng)用程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和規(guī)定的一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，如SOAP、XML、HTTP，來(lái)訪問(wèn)Web Service，通過(guò)Web Service 內(nèi)部執(zhí)行得到所需結(jié)果。Web Service 可執(zhí)行從簡(jiǎn)單的請(qǐng)求到復(fù)雜事務(wù)處理的任何功能。在部署完成后，其他應(yīng)用程序可以調(diào)用其部署的服務(wù)。

4.5 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

采用消息服務(wù)中間件技術(shù)來(lái)開發(fā)各子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，消息服務(wù)中間件是介于應(yīng)用系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件之間的一類軟件，它使用系統(tǒng)軟件所提供的基礎(chǔ)服務(wù)（功能），銜接網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用系統(tǒng)的各個(gè)部分或不同的應(yīng)用，能夠達(dá)到資源共享、功能共享的目的。

4.6 基于SOA架構(gòu)的軟件研發(fā)技術(shù)

各級(jí)集成平臺(tái)軟件采用基于B/S 開發(fā)體系的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，提高內(nèi)聚，降低耦合，以功能為中心的組件之間通過(guò)規(guī)范的接口通信，實(shí)現(xiàn)組件之間相互獨(dú)立、有序聯(lián)系，加大了并行開發(fā)的可行度，提高了系統(tǒng)的開發(fā)速度。由于各組件能夠獨(dú)立地進(jìn)行更新和取代，新功能也可通過(guò)簡(jiǎn)單的更新或加入組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的維護(hù)和部署。

5 結(jié)語(yǔ)

縣域灌區(qū)信息化管理平臺(tái)的建設(shè)包括一張圖、一套表、一個(gè)中心、一套制度等內(nèi)容，能為市縣甚至省市縣三級(jí)信息共享、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、服務(wù)規(guī)范的灌區(qū)信息提供有利的技術(shù)支撐，可為建設(shè)縣域級(jí)的灌區(qū)信息化管理平臺(tái)提供借鑒與參考。