鄭 雷，施蘭霞

（金華市梅溪流域管理中心，浙江 金華 321000）

0 引言

灌區(qū)是一個依靠自然環(huán)境，加上人工調控手段而組成的一個具有很強社會性質的開放式生態(tài)系統(tǒng)，在保障國家儲備糧食及安全方面發(fā)揮著特殊的作用。由于自然原因，金華市的水資源時空分布不均，季節(jié)性缺水嚴重，依靠原有的人工經驗判斷體系已無法支撐管理決策的需求。在堅持“水權集中、統(tǒng)一調度、分級管理”的原則下，我們可以利用信息化手段，結合灌區(qū)實際情況，優(yōu)化構建水資源優(yōu)化配置體系[1]。即保障從上游到下游洪旱無憂，切實履行灌區(qū)灌溉、防洪、抗旱等公益性任務，亟需建立完善的動態(tài)預警體系，涵蓋全空域的感知覆蓋、全時序的動態(tài)預測、多種類的模型分析、多維度的實時展示，實現(xiàn)灌區(qū)水資源優(yōu)化配置、優(yōu)化調度、優(yōu)化利用的水管理目標[2]。

為保障安地灌區(qū)工程安全運行和持續(xù)發(fā)揮效益，根據(jù)水利部《加快推進新時代水利現(xiàn)代化的指導意見》《水利工程管理考核辦法》等要求[3-4]，結合灌區(qū)工程建設與管理實際，本文提出安地灌區(qū)數(shù)字化平臺建設，實現(xiàn)灌區(qū)水資源優(yōu)化配置、優(yōu)化調度、優(yōu)化利用。

1 平臺建設背景

安地灌區(qū)位于浙江省中部，是金華市主要的產糧區(qū)、浙江省重點糧食生產功能區(qū)和國家農業(yè)綜合開發(fā)項目區(qū)，興建于上世紀50年代末。灌區(qū)自建成以來，對當?shù)剞r業(yè)經濟發(fā)展起到了重要作用[5]。安地灌區(qū)是以安地水庫為主要水源的中型灌區(qū)，灌區(qū)總面積28.5萬畝，設計灌溉面積12.85萬畝，有效灌溉面積10.60萬畝，受益范圍包括金華市婺城區(qū)、金東區(qū)，涉及6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、1個街道，248個行政村，人口14.60萬人，是金華市主要產糧區(qū)和國家農業(yè)綜合開發(fā)項目區(qū)。安地灌區(qū)現(xiàn)有4條干渠，其中總干渠3.35 km、東干渠21.48 km、中干渠7.28 km、西干渠6.72 km，干渠總長38.83 km；有支渠5條，支渠總長20.21 km。主要配套建筑物有隧洞、渡槽、倒虹吸、水閘、灌溉涵管、機耕便橋等300多處，蓄、提結合，灌、排配套的灌區(qū)工程網絡較完整。

為提高安地灌區(qū)水利工程的管理水平[6]，確保灌區(qū)水利工程運行安全且長久充分發(fā)揮效益，我們利用信息化手段，提出安地灌區(qū)數(shù)字化平臺，以實現(xiàn)灌區(qū)水資源優(yōu)化配置、合理調度、規(guī)范利用的水管理目標，為水資源調度管理提供科學、高效的決策支持手段，從而達到大中型灌區(qū)的工程完備、用水科學、運行安全、服務良好的要求，充分發(fā)揮灌區(qū)的功能。

2 數(shù)字化平臺建設

圖1為安地灌區(qū)數(shù)字化平臺總體框架設計圖。該平臺主要包括灌區(qū)物聯(lián)網感知體系、灌區(qū)通信網絡體系、灌區(qū)集中監(jiān)測監(jiān)控中心、灌區(qū)標準化管理平臺升級研發(fā)與應用四個模塊，可實現(xiàn)對安地灌區(qū)實際信息采集、全流域的管控及運行，提供數(shù)據(jù)互通、共享和實時互動，提供可靠通道、與省、市數(shù)據(jù)倉之間的數(shù)據(jù)共享交換和從宏觀層面掌握工程的隱患發(fā)生及處置情況，從而提升安地灌區(qū)水利數(shù)據(jù)資源質量和共建共享水平和推進水利數(shù)字化改革提供了堅實的基礎。

圖1 總體框架設計圖

2.1 灌區(qū)物聯(lián)網感知體系建設

根據(jù)水利工程管理數(shù)字化要求，結合灌區(qū)特性和運行管理需求，對安地灌區(qū)工程感知對象和感知手段進行深入分析。感知手段從傳統(tǒng)的以傳感器直接監(jiān)測為主的方式，轉變?yōu)榛谖锫?lián)網、北斗高精度GNSS、高精度GPS監(jiān)測等傳感、定位、遙感技術，建立空天地一體化的監(jiān)測網絡，實現(xiàn)水情、雨情、流量、閘位、工程安全及圖像六大感知系統(tǒng)的實時在線監(jiān)測監(jiān)控，跨區(qū)域、行業(yè)交換和共享，形成新型的一體化的自動感知體系。感知控制體系包括水情（流量）感知系統(tǒng)、雨量感知系統(tǒng)、土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)、水質感知系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、工情采集系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)，主要對安地灌區(qū)進行水位、雨量、流量、水質、土壤墑情、工程安全、閘位的采集和管理，幫助管理人員更加了解灌區(qū)用水量測信息，做出更好的決策分析，實現(xiàn)全流域的管控及運行。

2.2 灌區(qū)通信網絡體系建設

如圖2所示，灌區(qū)通信網絡體系由無線網絡與有線網絡組成，主要包含GPRS網絡、運營商專線VPN、固定IP網絡等。其中，水情感知系統(tǒng)、水質感知系統(tǒng)、土壤墑情監(jiān)測、一體化閘門控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測采用無線網絡。而視頻圖像監(jiān)控（其中廣播音柱與視頻共用網絡）、調度指揮、入侵預警、數(shù)字大屏、閘門遠程監(jiān)控均采用有線網絡。該網絡體系可構建一個高速穩(wěn)定的信息傳輸網絡，能夠充分滿足當前及今后一段時間內信息的高速、穩(wěn)定傳輸要求，為數(shù)據(jù)互通、共享和實時互動提供可靠通道。

圖2 中心網絡拓撲結構圖

2.3 灌區(qū)集中監(jiān)測監(jiān)控中心建設

如圖3所示，系統(tǒng)主要由工作站、顯示屏獨立主控和LED大屏組成。LED大屏通過顯示屏獨立主控將電腦端的界面實時展示。調度指揮中心為安地灌區(qū)信息化系統(tǒng)的主要工作場所，中心配置多功能、多參數(shù)的監(jiān)測控制系統(tǒng)，對調度運行管理人員提高要求，向來賓展示和傳遞豐富信息，真切感受調度中心強大智能技術的支撐能力。

圖3 大屏顯示系統(tǒng)結構圖

2.4 灌區(qū)標準化管理平臺建設

灌區(qū)標準化管理平臺主要由灌區(qū)能力中心和安地智慧灌區(qū)云應用組成。

2.4.1 灌區(qū)能力中心

灌區(qū)能力中心主要由灌區(qū)前置庫、灌區(qū)三維模型和灌區(qū)模型庫組成。按照《浙江省水管理平臺統(tǒng)一數(shù)據(jù)建設指南（試行）》相關技術標準要求，以及浙江省水利物業(yè)管理指導意見和浙江省數(shù)字水庫試點建設要點中關于灌區(qū)數(shù)據(jù)庫建設的要求，結合安地灌區(qū)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)成果，按照“一數(shù)一源”的原則，搭建安地灌區(qū)前置庫，同時考慮打通省廳和金華市級水利數(shù)據(jù)倉，實現(xiàn)與省、市數(shù)據(jù)倉之間的數(shù)據(jù)共享交換。其中，安地灌區(qū)前置庫的定位是通過充分借鑒當前業(yè)界的數(shù)據(jù)中臺的建設實踐經驗，從安地灌區(qū)自身的核心需求出發(fā)，以垂直業(yè)務數(shù)據(jù)入手，打通從數(shù)據(jù)資源匯聚、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)交換與共享、數(shù)據(jù)API共享服務的工作全流程，建設合理且符合安地灌區(qū)需求的前置庫。

灌區(qū)三維地圖是基于天地圖三維地圖，同時加載灌區(qū)的傾斜三維攝影數(shù)據(jù)和盧家閘BIM模型，集成一期拍攝的傾斜攝影。三維地圖主要實現(xiàn)基于三維地圖的大場景的瀏覽、空間漫游、BIM模型的漫游瀏覽、BIM模型的構建屬性信息查詢等。在三維地圖的基礎上，提供灌區(qū)內工程信息的查詢，并展示工程的動態(tài)及靜態(tài)信息，并構建灌區(qū)三維模型，主要包含傾斜攝影三維建模、盧家閘BIM模型建模、三維模型發(fā)布的預處理、三維模型發(fā)布等工作。

結合安地灌區(qū)實際，提出創(chuàng)建安地灌區(qū)智慧灌溉決策模型庫。該模型庫主要包括種植物遙感識別模型、深度學習的多源感知實時灌溉預報模型、基于強化學習的智能灌溉決策模型、渠系多目標動態(tài)配水模型、灌區(qū)工程安全評估模型。根據(jù)灌區(qū)農業(yè)產業(yè)數(shù)據(jù)和基礎布局數(shù)據(jù)融合工情、水情、墑情、氣候等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)灌區(qū)的灌溉需水量實時預報，開展灌溉方案的智能化決策，為灌區(qū)多級渠系提出優(yōu)化的配水方案。

2.4.2 云應用

安地智慧灌區(qū)云應用主要包括場景分析數(shù)字大屏、業(yè)務應用、移動看板和與其他平臺的集成對接。在場景分析方面，包含頂層總覽數(shù)字大屏、動態(tài)預警數(shù)字大屏、防汛態(tài)勢數(shù)字大屏、聯(lián)合調度數(shù)字大屏、工程安全數(shù)字大屏、運行管理數(shù)字大屏等內容。業(yè)務應用方面包含灌區(qū)綜合地圖、用水計量、灌區(qū)遙感監(jiān)測、用水決策管理、聯(lián)合調度、防汛專題管理、工程安全監(jiān)測分析系統(tǒng)、公眾參與、后臺數(shù)據(jù)中心等內容。移動看板主要包含掌上一張圖、汛情警戒看板、工程安全看板、視頻監(jiān)控看板、灌區(qū)計劃看板、公眾反饋看板、省公共服務看板等內容，可完成滿足灌區(qū)管理人員、灌區(qū)百姓需求的移動應用。在其他平臺的集成對接方面，本平臺可對接省、市水管理平臺、金華數(shù)字河湖管理平臺、省廳協(xié)同管理模塊等部門平臺和模塊，實現(xiàn)與金華市水管理平臺與浙江省水管理平臺等平臺的互聯(lián)互通。

3 總結

安地灌區(qū)在保障國家糧食安全方面發(fā)揮著特殊的作用。為全面提升安地灌區(qū)管理水平，保障安地灌區(qū)工程安全運行和持續(xù)發(fā)揮效益，本文提出金華安地灌區(qū)數(shù)字化平臺，對安地灌區(qū)工程感知對象和感知手段進行深入分析，實現(xiàn)水情、雨情、流量、閘位、工程安全及圖像六大感知系統(tǒng)的實時在線監(jiān)測監(jiān)控，進行跨區(qū)域、行業(yè)交換和共享，實現(xiàn)了科學、高效的灌區(qū)水資源管理，幫助管理人員做出更好的決策分析，實現(xiàn)全流域的管控及運行。