李 莎，屠佳佳，劉 鋒，余江遠，金浪濱

（1.杭州定川信息技術有限公司，浙江 杭州 310020；2. 浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設計研究院），浙江 杭州 310020；3. 浙江機電職業(yè)技術學院，浙江 杭州 310053）

1 問題的提出

我國作為農業(yè)大國，灌溉面積廣大，灌區(qū)是我國農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本保障，在整個國民經濟和社會發(fā)展中都具有舉足輕重的地位[1-2]。在全面建設小康社會的背景下，灌區(qū)的現代化建設已經成為我國現代化發(fā)展的一個重要組成部分[3]。

目前，大部分灌區(qū)在渠系建設完成后，并未進行相應的信息化配套建設，日常仍需要值班人員定期巡檢渠道，查看水情信息和工情信息，并進行記錄以及匯總上報等，耗時較長，也會因巡檢頻次少導致基礎數據不足、管理不到位等情況發(fā)生。無法實現對各類基礎資料信息的有效管理、維護及信息共享，更談不上對這些信息進行有效應用[4]。因此利用現代信息技術、無線圖像抓拍技術建設灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)，實現隨時隨地查看灌區(qū)現場情況，提高灌區(qū)的管理水平和灌溉資源的合理分配與有效利用已經十分迫切[5-6]。

2 系統(tǒng)總體設計

灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)從灌區(qū)運行管理的現狀和需求出發(fā)，結合水利信息化領域的經驗進行設計。系統(tǒng)運用先進的物聯網技術，通過網絡傳輸，對數據進行采集、傳輸、存儲、分析、告警，同時，該系統(tǒng)還具備可視化查詢、統(tǒng)計分析預測、決策支持等強大的操作功能。

圖1為系統(tǒng)總體結構圖。該系統(tǒng)由遙測中心、傳輸網絡和監(jiān)控中心3部分組成。遙測中心由測控單元和通信單元組成，測控單元包括傳感器、攝像頭、A/D、串口、單片機和執(zhí)行機構等，主要完成數據的采集和前期處理，以及對控制命令的解碼和執(zhí)行[7-8]；通信單元采用GPRS/CDMA模塊實現數據轉移。傳輸網絡采用運營商網絡，安全穩(wěn)定費用低。監(jiān)控中心由計算機和數據庫等組成，利用固定IP網絡接入Internet，實現數據的接收與命令的發(fā)送。

圖1 系統(tǒng)總體結構圖

監(jiān)控中心服務器采集到數據后，將數據存儲到SQL數據庫，經過數據處理供灌區(qū)信息化管理軟件平臺調用，軟件平臺根據灌區(qū)實際管理需求設計。管理人員可以通過平臺查看實時數據、歷史數據和現場圖片等，有效掌握灌區(qū)運行的情況，實現科學調度。

3 主要硬件設備

3.1 遙測終端

遙測終端采用杭州定川信息技術有限公司自主研發(fā)的DC-201設備，采用32位ARM芯片，基于Coretex-M3內核開發(fā)，性能強大，接口豐富，能夠實現水位、流量數據和現場圖像的實時采集，并通過GPRS/CDMA/4G無線輸出模塊上傳至監(jiān)控中心服務器進行保存、處理和顯示。DC-201主要功能見表1。

表1 DC-201主要功能表

3.2 水位傳感器

水位傳感器采用西門子公司SITRANS Probe LU 二線制回路供電超聲波變送器，屬于一體式超聲波物位計，同時也適用于明渠、河道的水位測量，該傳感器支持4~20 mA模擬量通信和RS485串口通信2種方式，采用4~20 mA模擬量通信接口。有以下特點：1連續(xù)液位測量，測量范圍可達12 m；2易于安裝，啟動簡單快速；3高精度，最

大誤差僅為量程的±0.15%或6 mm；4分辨率≤3 mm；5極高的信噪比；6自帶液晶顯示，支持按鍵設置；7防水設計，適用野外工作。

3.3 工業(yè)攝像頭

工業(yè)攝像頭用于抓拍各站點的圖片，采用SXH485-V1串口攝像頭，具有視頻采集和圖像壓縮功能的攝像頭，配置130萬PX CMOS攝像頭，最大分辨率可達到1 280 mm×960 mm，是集拍攝控制、視頻捕捉、圖像數據采集、圖像JPEG壓縮、串口通訊等功能的工業(yè)用圖像采集設備。同時，帶有紅外照明功能，能實現自動照度補償、在黑暗的光線下仍能獲得較好的圖片質量。該攝像頭的接口為標準485接口，方便與各種計算機和嵌入式控制系統(tǒng)、數據傳輸系統(tǒng)相連，最大串口通訊速率可達115 200 bps。工業(yè)攝像頭接線見圖2。

圖2 工業(yè)攝像頭接線圖

4 軟件平臺

圖3為信息化管理平臺主界面圖，主要包含3部分：頂部導航欄、左側導航欄及右側內容視窗。頂部導航欄包含系統(tǒng)名稱、導航按鈕、當前用戶、幫助、系統(tǒng)時間和退出按鈕。點擊系統(tǒng)名稱可進入系統(tǒng)主頁；導航按鈕共 7 個模塊，分別是系統(tǒng)首頁、實時數據、歷史數據、地圖瀏覽、水位預警、測點終端和工作人員。

圖3 信息化管理平臺主界面圖

系統(tǒng)首頁包括4個板塊，左上部分為實時水位流量柱圖，右側視窗為灌區(qū)站點圖覽，左下部分為實時水位流量數據，中下部分為地圖視窗?；景鄥^(qū)所有重要信息，具體有：

（1）水位流量板塊。板塊中包含 2個縱坐標，左側為水位坐標，右側為流量坐標，鼠標移動相應數據柱，能顯示具體數據信息。

（2） 灌區(qū)圖覽板塊。該板塊顯示灌區(qū)包含的監(jiān)測站點，顯示現場圖片、站點名稱和圖片張數。

（3）最新數據板塊。該板塊顯示各個站點的最新數據的接收時間、站點名稱、上游水位、下游水位和今日流量值?！啊北硎驹撜军c沒有監(jiān)測該項數據。

（4）地圖視窗板塊。該板塊標示灌區(qū)各站點的地理位置，直觀顯示其在流域中的關系。

實時數據界面見圖4。該部分包含灌區(qū)內所有站點的實時曲線，并且該曲線能自動更新數據，不需要整體頁面刷新，具備實時自動生成的功能。鼠標移動到上面即可顯示上報時間、水位和流量等信息。

圖4 實時數據界面圖

歷史數據包括日歷視窗、水位記錄和流量記錄3部分，主要以不同形式顯示各站點水位和流量數據。

水位預警界面分為全部預警、未讀預警和已讀預警。當水位出現超過上限值或者低于下限值的異常情況時，系統(tǒng)實時發(fā)出預警信息，通知管理人員采取措施。

5 結 語

隨著科學技術的不斷發(fā)展，灌區(qū)管理的信息化和智能化已是必然的發(fā)展趨勢，也是浙江省水利工程標準化管理的必經之路。本文所述的灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)功能完善，重點數據突出，使用方便靈活，系統(tǒng)軟硬件運行穩(wěn)定，水位、流量、圖像數據采集可靠，圖像抓拍準確，在紹興市上浦閘灌區(qū)得到成功應用,使灌區(qū)基礎信息管理應用水平穩(wěn)步提升，為灌區(qū)內閘站的統(tǒng)一調度打下基礎。