灌區信息化與節水灌溉管控系統

灌區信息化與自動化綜合管理平臺是為灌區現代化管理專門設計的智慧管理平臺，結合了當前的人工智能、物聯網技術、云服務技術、空間地理信息技術和移動應用技術等，涵蓋灌區泵站自動化控制、閘門自動化控制、遠程計量以及末端的節水灌溉業務，通過灌區管理“一張圖”及手機APP，實現從渠首到末端的業務全覆蓋。
通過傳感器(水位計、流量計、PLC控制柜、閘位計、水質傳感器、智能墑情監測站、智能氣象站等)進行信息采集，利用局域網、GPRS、4G、ZigBee、LoRa、有線通信網等進行監測點和灌區控制中心之間的信息傳輸，實現灌區內水雨情信息、水質信息、墑情、閘位、氣象信息的實時監測，并利用機電設施自動控制泵站、閘門、測流車等，實現灌區信息化和自動化管理。

隨著水短缺問題的加劇，供水工程缺乏必要的計量設施、管理體制改革滯后，現行農業水價標準低、實收率低，水費難以維持灌排工程正常運行，灌溉高峰期“爭水搶水”現象突出。過去的水費僅收取動力費，主要以“電費”的形式收取，加上農業水價形成機制不健全，收費價格差異波動較大，農業灌溉水利用率低，水資源浪費現象比較明顯。另一方面，農民承受能力低，農業水價改革難度大。加大農業節水力度是今后水資源的必然選擇。
農業水價綜合改革與末級渠系節水改造是農田水利建設的主要內容之一，通過改革可加快灌區末級渠系改革、提高農業綜合生產能力、減輕農民水費支出。2008年開始，財政安排專項資金，在全國部分省份啟動農業水價綜合改革試點，在節約用水、降低農民水費支出、促進工程良性運行方面取得明顯成效。2013年，水利部協調財政部加大支持力度，在全國27個省55個縣深入開展農業水價綜合改革示范。
農業水價綜合改革的目標就是在保證農民基本用水需求的同時，建立多用水多花錢，少用水少花錢，不用水得補貼的機制。既不在總體上增加農民負擔，又促進節約用水。本項目啟動后，節水示范區管理單位將積極完善農業水價形成機制，科學核定農業供水成本，推動灌排工程運行維護費財政補助，從成本扣除財政補助部分確定終水價，并推進定額內用水實行優惠水價、超定額用水累進加價。通過明確農業水權，推行用水定額管理，逐級分配到農民用水合作組織或用水戶，從而實現農業用水總量“封頂”目標，變“大鍋水”為“商品水”。同時，配套完善農業供水計量設施體系。
1個骨干信息網，通過自建專網，形成覆蓋劉集管理段、柴集管理段所轄主渠道沿線的高速寬帶網絡；5類信息采集系統，通過水位、視頻、圖像、閘控、流量等信息的采集，輔之以量水建筑物，實現水位流量等信息的實時監控，為切實算好水帳、水資源優化配置提供基礎；5類數據庫，通過灌區基礎數據庫、工程三維仿真模型庫、空間地理數據庫、灌區工程監測數據庫、灌區供用水管理數據庫等數據庫建設，實現數據共享；1個基于三維地理信息的可視化平臺，基于GIS技術完成各信息化系統的整合，開發WEB端信息管理系統及手機移動APP，初步建成統一的漳河三干渠灌區農業水價綜合改革核心示范區信息化管理平臺。
通過信息化建設，實現漳河三干渠灌區農業水價綜合改革示范區信息快速傳輸、共享，分渠、支渠及重要閘站可測、可視、關鍵部位可控，并基于GIS實現對整個灌區用水的動態管理，為示范區水資源優化配置、利用提供調度運行決策支持，為建立適應市場經濟要求的用水體系提供信息、計量及管理支持。
通過管理手段和信息化技術手段，穩步推進農業水價綜合改革，實行農業用水總量控制和定額管理，合理確定農業水價，建立節水獎勵和補貼機制，提高農業用水效率。
通過研制的田間測控一體化裝置，實現總量控制測控在渠首，定額管理定向管控到田間，建立農業灌溉用水量控制和定額管理制度，提高農業用水效率，促進實現農業現代化。保障糧食等重要農作物合理用水需求，總體上不增加農民負擔。農業用水總量控制和定額管理普遍實行，可持續的補貼和節水獎勵機制基本建立，適用的農業節水技術措施普遍應用，促進農業用水方式由粗放式向集約化轉變。
通過基于4G公網分層分級數據采集、監測、控制，多種靈活的通信組網方式，采用了手機網絡、Zigbee自組網絡、光纖等多種傳輸方式相結合，可滿足不同級別的管水人員遠程操控和查看閘門啟閉和視頻監控等自動化設施，大大減輕工作人員勞動強度，節約時間成本，解放生產力。 管理人員可把更多的時間放在管理、決策、協調、執行等工作中。
開創田間水層精測雷達采用非接觸式（毫米級）測量模式，促進農業供水的智能化和化，真正實現總量控制測控在渠首，定額管理定向管控到田間。
通過改革可提高灌區末級渠系信息化水平，完善供水計量設施。加快供水計量體系建設，為實現從傳統水利向現代水利、可持續發展水利轉變夯實了基礎，有力地帶動示范區水資源管理的現代化。
2.2建設任務
本次信息化建設包括硬件部分和軟件部分。
2.2.1硬件部分
根據全國水價改革示范區建設要求及三分干周邊實際情況，本次示范區信息化建設，硬件部分主要需要從以下幾部分進行建設：雨情自動遙測、視頻監視、、傳輸網絡建設及電纜敷設、閘門監測監控（市電+光纖，含閘前水位）、；支渠節制閘太陽能閘門監控、直灌口及斗口太陽能閘門監控站點、管道式閘門自動化測控、自動灌排水示范田建設、堰塘水位遙測、信息中心、分中心建設等方面。
2.2.1.1雨情自動監測
三干渠三分干示范區渠系眾多，范圍廣，降雨量分布不均勻，自動雨情監測十分重要。本次建設自動雨量監測站點3處：倉庫協會、陳池協會、洪廟協會。
2.2.1.2視頻監視
在三分干沿線主要節制閘、支渠口及關鍵控制點建設高清視頻監控站點共計37個。重點位置加設夜晚補光裝置，為渠道管理人員提供動態具象化的渠道實時狀況信息，對渠道安全防范提供保障，可大大減輕工作人員勞動強度，為渠道管理部門決策提供了可靠依據。
2.2.1.3傳輸網絡建設
根據項目建設需要，按照主干線路布設光纖，輔以GPRS/GSM等專網、公網相結合的原則進行建設，并盡可能利用公用信道傳輸。由于視頻監控實時高清畫面傳輸要求，以及關鍵節制閘和主要分水口閘門遠程控制的需要，擬以劉集管理段分中心站為起點沿三分干渠道敷設光纜，所有視頻監控點直接用光纜進閘房，然后通過主干光纜傳回中心站。內容如下：
（1）劉集管理段～ 三分干進水閘～ 柴集管理段；
（2）劉集管理段～蘇冢節制閘附；
（3）柴集節制閘～柴集管理段；
（4）柴集管理段～二支干測流斷面；
（5）沿線光纜分支～節制閘～37個視頻監控點。
由于部分視頻監控點離節制閘房較遠，需敷設室外防水電纜進入視頻監控設備箱。
2.2.1.4閘門自動控制（市電+光纖）
經過對三分干沿線、柴集管理段周邊及洪廟、倉庫支渠的實地踏勘，閘門主要包括三分干主干主要節制閘10處（有市電和電機），采取本地手動、本地自動、遠程自動三種方式相結合的閘門控制方式，遠程通過光纜傳輸來控制電機的運轉。
2.2.1.5閘門自動控制（太陽能+GPRS）
洪廟、倉庫支渠沿線29處節制閘（太陽能供電），三分干主干沿線及洪廟支渠、倉庫支渠沿線直灌口和斗口共185處采取本地手動、本地自動、遠程自動三種方式相結合的閘門控制方式，通過GPRS傳輸控制信號，采用太陽能+蓄電池控制直流電機運轉。
2.2.1.6自動灌排水示范田建設
在示范區內選擇一塊田塊平整、交通方便、渠道良好的示范田作小面積自動控制灌水、自動測量田間水位、根據田間水位排水閘門自動啟閉排水。達到試驗田灌、排自動智能灌排水的目的。擬安裝灌、排水閘門各8處、節制閘門5處、田間水層8處。
2.2.1.7千方以上堰塘水位自動監測
三分干水價改革示范區內共建設千方以上堰塘共8處自動水位監測站。根據堰塘水位初步判斷示范區內自有水量。通過結合雨量監測數據初步判斷灌區灌溉的時機和灌溉水量。
2.2.1.8信息中心、分中心
對三干渠中心站機房進行建設改造，包括接入交換機、核心路由器、應用、三維系統、基礎軟件、終端設備、UPS、機房空調、防靜電地板、布線系統、市電系統、機房防雷接地、LED顯示屏、攝像頭、工業級交換機、打印傳真一體機等。并在劉集控制中心安裝音響設施、顯示控制設備。并在劉集村和劉集段安裝無線預警廣播設施、太陽能、風能路燈及LED顯示屏。
2.2.2軟件部分
2.2.2.1流量在線監測管理軟件
數據是灌區信息化系統的基礎，是水利信息化重要的基礎設施。采用新的電子科技設備，進行灌區流量數據進行自動采集、處理及存儲。軟件采用實時采集界面。設置單元格個數、單元格尺寸、盲區距離、采集時間間隔、鹽度、磁偏角、流量計安裝高度、平均采樣時間間隔和單元格區間、面積、流速系數、原始數據文 件前綴、原始數據文件存放路徑等參數進行實時數據采集。該軟件應具有很高的兼容性，運行穩定可靠，界面美觀，人性化。
2.2.2.2視頻監控軟件
基于J2EE體系和WebSERVICE標準,為系統管理、流媒體、報警轉發、集中存儲檢索等所有應用提供統一WEB訪問配置界面，為前端監控設備提供統一遠程監詢WEB訪問界面。客戶端接入網關是平臺和客戶端對話的模塊，負責本地區授權客戶端（包括C/S、B/S客戶端）的接入，接受和轉發客戶端和站端接入網關發來的信令；對于客戶端發出的請求消息，先在客戶端接入網關進行鑒權，鑒權通過后轉發給對應的。
1.主要功能
(1)實時圖像監看
(2)遠程控制功能
(3)通過的壓縮方式降低對帶寬需求
(4)視頻影像存儲
(5)圖像回放
(6)圖像監視
(7)圖像輸出
(8)圖像遠程傳輸
2.2.2.3閘門控制軟件
軟件采用WindowsDNA體系架構，基于COM/COM+組件化編程技術，編程語言則采用VisualStudio.Net專業版編制。
本軟件將采用按紐的方式產生各監控畫面。人機界面友好，對于未學過計算機的人，只要學會使用鍵盤和鼠標，即可進行整個系統的計算機操作。
系統將由主界面和監控、報表生成及打印、參數設置、幫助等若干個子界面組成。
2.2.2.4農業水價綜合改革示范區信息管理系統軟件
農業水價綜合改革示范區信息管理系統軟件基于統一的數據庫，綜合管理灌區調查成果數據、基礎信息、空間信息、工程監測與運行管理信息、供用水信息等。其中，供用水信息管理是系統的核心，灌區用水定額多少、運行成本高低、供水質量好壞，以及配水數量是否準確等直接關系到灌區工程效益的發揮、水資源的合理利用以及經濟效益和社會效益的提高。本系統的供用水管理涉及從用水申報、供水計劃制定、實時閘門調度控制與配水管理、供水計劃調整、供水量統計與水費計算、水費收繳、供水效果評價等環節，從信息管理層面保證科學的水資源配置與管理、的水量調度控制與運行管理、透明公開的供用水管理，達到灌區供用水管理可視、可測、可控的目標。
該系統基于灌區的空間地理數據，采用三維仿真技術建立展示灌區地理形態、水工建筑物或設施分布以及水系、道路、居民點、土地利用等自然人文要素的三維可視化平臺，并與灌區調查成果數據庫、灌區基礎數據庫、水情監測數據庫、灌渠閘控數據庫、視頻監控數據庫、灌區用水管理數據庫、土地利用數據庫等建立接口與連接，以灌區供用水管理業務，對灌區的地理信息、工程信息、監測信息、供用水管理信息、工程運行管理與調度信息等進行數字化處理，實現基于三維仿真的灌區供用水綜合信息管理與發布，并開發基于手機移動端的灌區供用水信息管理與發布平臺，提高灌區供用水綜合信息管理的水平與效率。