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    淮漣灌區GMS系統功能設計

    來源:原創論文網 添加時間:2020-08-11

      摘    要: 隨著江蘇省淮安市淮漣灌區續建配套與節水改造工程措施的不斷完善,灌區建、管、用脫節問題凸顯,開發淮漣灌區GMS即淮漣智慧灌區平臺(以下簡稱GMS),用于管理灌區使資源充分利用已迫在眉睫。平臺結合灌區整體情況,采用物聯網、云平臺、大數據等先進的技術,通過信息采集、傳輸、存儲、建模、處理和利用等,深入開發和廣泛利用灌區信息資源,從灌區基礎信息子系統、電子沙盤系統、實時監控與告警系統、閘門控制子系統、輔助決策支持系統、運行管理子系統、APP等幾方面進行設計開發,提高了信息采集和加工的準確性以及傳輸的時效性,并根據采集信息做出及時、準確的反饋和預測,為灌區管理部門提供科學的決策依據。

      關鍵詞: 淮漣灌區; GMS; 信息化; 自動化;

      1 、系統建設背景

      江蘇省淮安市淮漣灌區自1958年興建,自1999年列入國家大型灌區續建配套與節水改造規劃以來,已立項實施12期項目,累計完成總投資4.38億元,共建設涵閘渠首349座、泵站147座、其他配套建筑物164座,興建防滲渠道282.87km,灌區工程得到進一步更新改造和完善提高,增加和改善灌溉面積3.83萬hm2,增加和改善除澇面積2.98萬hm2,新增糧食生產能力4905萬kg,新增節水能力10213萬m3,有效灌溉面積不斷擴大,灌溉條件得到很大改善,經濟、社會、生態效益顯著提升。在工程措施和管理體制基本完善之后,灌區面臨的問題是非工程措施滯后[1]。

      目前,硬件方面:淮漣灌區支渠以上閘門基本實現現地電動控制,現場設施完備長期供電,但是缺少閘門開度監測設備。閘門控制房環境良好,設施齊全。水位監測設備基本失效或者損壞,部分穿線保護措施完好。灌區沒有雨量監測站點,沒有量水設施,過閘流量全部依據經驗估算,灌區管理者不能及時了解灌區內的降雨和用水情況;軟件方面:2008年曾建設灌區管理信息系統,經過10年信息化發展,目前已無人使用。目前灌區管理基本靠管理人員經驗,淮漣灌區現行的管理方式主要以人工錄入及紙質文檔傳送為主,沒有完善的信息化系統來支持整個灌區的管理和決策,既無法實現對各類資料信息的有效管理、維護,也無法做到信息共享,灌區管理目標無法量化[2]。

      因此,通過建設淮漣灌區GMS,實現灌區管理信息化,提高灌區管理的能效性、時效性勢在必行。

      2 、平臺總體架構

      淮漣灌區GMS設立一個中心站和一個分中心站,中心站為淮漣灌區管理處,作為數據匯集、儲存、整理、分析、共享的數據中心,中心站擁有大屏幕等展示系統,可以對灌區整體進行管理和決策;分中心站為淮安水利局作為展示中心。

      本平臺是通過網絡系統實現信息遠程傳輸,將監測點數據匯集至中心站,最終可以通過分中心站PC客戶端與大屏顯示終端實現對監測數據實時顯示、查詢、管理等功能。平臺總體體系架構由感知層、傳輸層、智能物聯層、延生應用層和展示層組成。

      3 、系統功能設計

      3.1、 數據采集及傳輸

      3.1.1 、數據采集

      平臺包括水位監測、雨量監、視頻監測、閘門控制測這4種類型。
     

    淮漣灌區GMS系統功能設計
     

      設計在淮漣灌區 14 個取水口門的閘門位置安裝水位計、雨量計、閘位計、視頻攝像頭、閘門控制柜。建設水位監測點 20 個,一體化水位雨量監測點 5個,流量監測點 6個,視頻監測點 21 個,覆蓋整個灌區。

      3.1.2、 數據傳輸

      淮漣灌區GMS數據通訊可采用有線或無線兩種方式。

      若位于各閘上現場有光纖,則充分利舊利用光纖有線傳輸,其中杰勛河地涵下游因與閘控室跨河,故下游監測設備采用無線方式傳輸;若位于渠道現場無光纖,可以采用DTU的方式,通過4G網絡無線傳輸。

      3.2、 數據存儲及處理

      3.2.1、 數據存儲

      平臺建設地理信息系統數據庫、水雨情信息數據庫、水工建筑物數據庫、灌區信息數據庫、實時數據庫、視頻信息庫、模型方法庫、水費計收數據庫。

      各種數據經過人工錄入,或利用已有地理數字信息轉入,或經數據采集系統自動采集,形成數據庫中重要的原始數據。而后,通過信息處理、資料分析等研究,對庫中數據進行分析處理,建立一個方便、實用、可靠的數據庫系統。

      3.2.2、 數據處理

      淮安市水利局淮漣灌區管理工具的作用主要是用于對數據的管理和控制。數據無論在采集、傳輸、發送或者儲存這幾個過程中都可能會出現這樣或那樣的錯誤,為了糾正這些錯誤,讓用戶使用時都是正確及時的數據,建立管理工具是非常必要的。管理工具結構圖如圖1所示。

      3.3 、軟件功能

      3.3.1 、灌區基礎信息子系統

      灌區基礎信息子系統主要包括灌區簡介、灌溉制度、土地利用、灌區水資源等,實現灌區基礎信息電子化,用戶可以查詢歷年的基礎情況信息,基礎情況信息支持在線編輯、導出、導入和打印功能。

      圖1 管理工具結構圖
    圖1 管理工具結構圖

      3.3.2 、電子沙盤系統

      通過建立淮漣灌區地理信息系統,完善灌區的全景展現,并對管理區域內各元素的分布有一個統一的了解。補齊電子地圖的短板,建立灌區“一張圖”的信息化管理模式,讓灌區真正做到數字化、智能化和現代化。

      應用GIS地理信息系統,將灌區信息布設在沙盤上,除展示水工建筑物的信息和資料等靜態數據外,還支持動態監測點例如:水位站、雨量站、閘位站等的點擊、查看、歷史數據的統計和查詢,監測信息以圖表結合的方式展示。電子沙盤中還會展示預警信息,預警信息根據系統設定自動生成[4]。

      電子沙盤中所有展示的數據都支持關聯查詢,例如:地塊與渠道關聯、渠道與閘門關聯、渠道與渠道關聯等等。關聯的目的是在點擊一個內容時能夠快速的找到與其相關的其他內容,提高查詢效率。

      3.3.3、 實時監控與告警系統

      3.3.3.1、 實時監控

      1)水雨情監控。通過水雨情監控系統,實時掌握灌區的水位信息和降雨信息,降雨信息為灌區用水調度和防洪提供數據依據,還為決策模型計算提供數據來源;水位數據用來計算閘門過閘流量,還為防洪提供告警信息。

      2)視頻監控。通過視頻監控系統,對灌區現場的真實情況有一個全面的展現,將視頻監控與閘門遠程控制相結合,實現對閘門狀態進行精準控制,同時對灌區決策支持提供檢驗方法和決策依據。例如閘門是否按照規定開啟,水位是否真如系統所示已經超出警戒水位,灌溉制度執行后是否順利進行等。

      3)閘位監控。通過閘位監控系統,展示各閘門實時開度信息,結合上下游水位信息利用水力學公式推求各閘門實時流量,用于計算引水量,為灌區供水提供服務。

      3.3.3.2 、告警信息

      將告警信息統一統計,單獨分類列表,對不同等級的告警可以分類查詢。主要包括水位告警、降雨告警、監測設備故障告警等。

      3.3.4、 閘門控制子系統

      閘門控制子系統有三種運行方式:“微機集控”(調度中心上位機集中控制)、“現地自動”(觸模屏設定高度控制)和“現地手動”(常規手動控制)。系統正常情況下,通過調度中心上位機集中控制;在網絡中斷或現地的情況下,現場控制柜可置為“現地自動”;現地控制柜觸模屏故障,還可實現常規“現地手動”控制,保證淮漣灌區閘門在任何情況下都可正常運行。

      3.3.5、 輔助決策支持系統

      輔助決策支持系統是整合灌區現有的信息資源,以告警級別為主線,以預案為輔線,以事件為驅動,以各負責人員的職責為切入點,通過設計一個科學合理的業務協同模式,構建一個內容豐富、性能穩定、界面友好、擴展方便的輔助決策支持系統。

      輔助決策系統對灌區的水位、雨量、水量、氣象、墑情、作物分布、水文年型、灌水方案、上游來水量(渠首閘)、規劃用水量等信息進行整理、分析、計算、優化,進而通過氣象、作物、地塊用水、渠道灌溉、閘門量水這五大類計算模型的整理分析,綜合在應用層,形成一套適合于灌區的閘門調度方案,供管理者參考決策。根據灌區現狀對灌區內一干閘、二干閘、三干閘、四干閘、古寨退水閘、杰勛河地涵提供科學的調度管理計劃。

      3.3.6、 運行管理子系統

      通過了解淮漣灌區管理處的整體業務,結合地圖及灌溉制度等輔助信息,建立一套適用于灌區政務辦公系統,主要功能包括:水情統計、監控工程實時報表、值班管理、人工巡檢管理、通訊錄、通知公告、公文資料管理等。

      1)水情統計:以各閘為統計單元,以日為單位,實時統計每次開閘、關閘及放水量記錄,最后匯總成月(年)的水情統計表,支持查詢、導出、打印。

      2)監控工程實時報表:按照各個工程劃分統計閘門工程實時統計閘門工程的上游水位、下游水位、每孔閘門開啟狀態和灌溉的水量信息。

      3)值班管理:值班管理主要包括:值班安排和記錄、內部值班安排、日常值班記錄、突發事件核實和記錄、記錄管理、值班日歷導出、替班、換班、值班簽到。

      4)人工巡檢管理:人工巡檢管理由主站軟件和前端機APP構成,主要具有巡檢路線制定及管理、巡檢任務派送及管理、巡檢結果查詢、巡檢軌跡查看與查詢等功能。

      5)通訊錄、通知公告、公文資料管理:支持通訊錄、通知公告、公文資料的查看、增加、刪除、修改、查詢等功能。

      3.3.7、 APP應用

      APP集成 PC 服務端的大部分功能,主包括地圖數據展示、實時監視與告警、值班管理、通訊錄、通知公告、公文資料、數據上報、系統更新、用戶管理等。結合手機具備 GPS 定位的特點再為客戶開發一些基于地圖定位的使用功能,如隨手拍、人工巡檢管理等。

      8、 結 語

      淮漣灌區GMS通過在灌區安裝監測設備,采集相關數據并結合水利、農業、氣象、信息化等相關行業的標準、模型和經驗等,在灌溉、防汛、抗旱、電子政務等四個方面對灌區進行了整體的改造。

      淮漣灌區GMS已運行一年有余,設備方面成熟穩定,平臺方面因地制宜。通過GMS建立,實現淮漣灌區各主要控制閘的視頻監視、數據監測、遠程調度、運行實時管理等,實現了灌區基礎設施建、管、用相結合,確保了灌區建筑物及渠道工程安全運行,提高了水量調度的時效性,通過輔助決策子系統合理分配水資源,按需灌溉,提高了水資源利用效益、提高了灌區灌溉效益,充分發揮了灌區的潛力,實現了效益最大化,體現出GMS較原始在灌區管理方面的卓越性。

      參考文獻

      [1] 姚軍,錢曉琳.簡述水利工程管理存在的問題與對策[J].建材發展導向(上),2019,17(11):66.
      [2]胡海軍,高健,周軍.淮漣灌區管理信息系統的建設與應用[J].江蘇水利,2010(07):41-43.
      [3]蘇志軍,湯巧英,吳國偉.灌區信息系統設計與研究[J].農業科技與裝備,2010(08):57-58.
      [5]李增煥,毛崇華,楊鋮,等.大型灌區智慧灌溉系統開發與應用[J].中國農村水利水電,2019(02):108-112,118.

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