县域灌区信息化管理平台设计与实现

朱 磊

（马鞍山市金土地勘测评估有限公司，安徽马鞍山243000）

0 引言

灌溉是中国农业生产重要水资源来源，据不完全统计，我国的灌区多兴建于20 世纪50 年代到70 年代，受限于当时的技术条件和年限，灌区的水资源运行效率逐渐降低，效益呈衰减趋势［1］。进入21 世纪后，中国的治水从传统方式向现代化、信息化、可持续化发展，即依托现代信息技术、综合利用灌区管理的信息资源，形成信息的采集、传输、存储与处理等链式过程，提高信息采集和信息加工的准确性、传输的时效性，做出及时、准确的反馈和预测，旨在为管理部门提供决策的依据，提升工作效率和水平，有效降低管理的成本，实现灌区的科学与高效管理［2］。

以美国等国家为代表的国外水利信息化起步较早，依托信息革命的成果，及时将信息科技引入水利事业，开始了水利信息化的建设与应用［3］。国内众多学者与单位也逐步进行了大量的研究与应用开发工作，取得了很多成果［4］。一是基于计算机技术的信息化探索，如将jsp、Java 技术应用于水利信息系统，进行灌区水资源实时优化调配决策和灌区的管理［5-7］。二是对通信技术的优化探索，灌区信息化中的设备长期处于潮湿环境，土壤也具有较高的酸碱性，容易导致通信电缆的老化，降低系统的可靠性［8-9］。三是侧重传感器技术的研究，即利用传感器技术通过密集部署传感器节点，实现对监测区域有效覆盖［10］，完成灌区信息化的建设，实现灌区智能传感监测。灌区信息化作为地方水利发展重要建设任务之一，是实现建管并重、提升地方水安全保障能力、加快推进水利现代化的重要手段。全面提升水务管理的效率和效能，最终实现更透彻的感知、更科学的调度、更智能的管理、更及时的处置、更高效的监管和更周到的服务。

然而对于县域来说，需要满足灌区管理的业务需求，建设内容须覆盖日常的灌区工作，同时，还要综合考虑投入和运维成本。本文以县域为研究对象，进行了灌区信息化管理系统的设计。

1 县域灌区信息化建设需求

县域灌区信息化的总体建设目标是依托现代化技术手段，建成水利信息基础感知体系，健全保障支撑环境，推动水利综合业务精细化管理，提升科学化决策调度管理水平，最终形成农村防汛基层预警、灌区智能化、河长制、泵站水量监测、办公自动化等系统为一体的智慧化管理平台。具体建设需求如下：

（1）系统应具有开放性和可扩展性。系统所采取的技术方案、使用的硬件设施和软件平台等应考虑未来的科技发展趋势，最大限度减少因技术发展升级而造成的重复投资和资源浪费。

（2）根据涟县区局信息化现状，优化设计，突出重点，确保把有限资金用在实处。

（3）灌区重要闸站实现闸门远程控制，其他重要闸站位置实现水位、视频实时监测，重要渠道和分水口实现视频监测，定时上报、超限预警，确保不发生漫堤、溃坝等危险。

（4）水位计、闸位计、视频、闸门远程控制等监测设备要适合灌区运行管理实际情况。

（5）建设灌区、政务办公系统、河长等智能移动应用系统。通过移动终端（手机APP、微信公众号等）向管理者和用户提供实时信息。

（6）灌区系统管理监测设备接口、通信协议等应与省水利工程一致。

2 县域灌区信息化管理平台设计架构

2.1 县域灌区信息化管理平台设计架构系统设计思路

2.1.1 加强信息化建设，打造灌区信息化

运用物联网、云计算、无线宽带互联等技术，通过互联网络把地方灌区渠道、水系等涉水事务智能化控制传感器连接起来，依托机制创新整合，实现共享雨量信息、水位信息、渠道信息、气象信息、作物信息、闸门信息、水量信息等。结合涉水事务网格化、条段化精细管理，对感知的信息进行智能化处理和分析，为决策分析提供智能化的支持，并支撑涉水事务跨行业协同管理和为社会公众提供无所不在的个性化服务。

2.1.2 从局部单一发展向整体全面推进转变

实行全局“一盘棋”的全面整体发展战略，综合考虑水利事业发展需求，协调不同业务领域的信息化建设，重视民生水利的信息化需求，实行统一规划，实施顶层设计，区分轻重缓急，有步骤、有计划、有层次地推进灌区信息化管理系统建设。

2.1.3 从信息技术驱动向应用需求带动转变

深入总结以往的经验教训，在充分利用先进技术的同时，更加注重从实际出发，紧密围绕水利建设、管理和改革的业务需求，建立以应用需求为导向、技术服务业务的科学发展模式，有针对性地开发先进实用的业务系统，着力突破关键环节信息化瓶颈，确保需求引导建设、建设推动需求。

2.1.4 从信息资源分散使用向共享利用转变

综合运用多种手段，打破信息资源的部门分割与业务分割，充分考虑软硬件在不同系统间的兼容性，规范技术标准，加快系统集成，加大资源整合，加强数据共享，建设信息交换平台，资源优化配置，信息互联互通，政务公开透明，促进信息系统效能最大化。

2.1.5 从片面强调建设向建管并重转变

根据业务应用系统特点，制定相应的管理制度和技术规范，落实运行维护经费，提高运维质量，强化日常管理，使水利信息系统建得成、用得好、长受益。

2.1.6 从满足日常需求向智慧化能力转变

切实发挥业务应用的作用，实现信息系统从提供工作辅助工具、提高工作效率向提供信息服务能力、提升水利综合决策支撑能力转变，真正实现灌区信息化的总体目标。

灌区信息化管理系统是应用网络通信传输系统实现信息远程传输，将监测点数据汇集至中心站，最终通过PC客户端与大屏显示终端实现对监测数据实时显示、查询、管理等功能。

2.2 灌区信息化管理系统建设

灌区信息化管理系统建设分为感知层、传输层、智能物联层、延伸应用层和展示层建设（见图1）。

2.2.1 感知层

感知层主要包括：水雨情数据采集设备（水位计、雨量计）、闸站水量数据采集设备（闸位计）、泵站水量监测设备、远程监视控制设备（高清球机、高清枪机、闸门远控设备）。

图1 平台体系结构

集灌区物联感知及水文自动测报、闸站远程测控、用水监测、视频监视等于一体，通过自动化感知手段采集基础水文、工情等信息，结合网络传输，实现数据信息的自动采集、传输、处理、存储及应用，为灌区信息化提供强大的自动化技术支撑。

2.2.2 基础层

基础层主要包括数据的云存储、汛情旱情的会商室、值班室以及总的调度中心。

2.2.3 数据层

数据层是灌区所有数据汇集的中间层，包括工程基础数据、实时监测数据、日常管理数据、地理空间数据以及其他数据，将这些数据进行预处理、空间序化，形成符合OGC 服务的统一数据服务形式作为数据支撑。

2.2.4 应用层

应用层是依托互联网或水利专网通过门户对外提供服务，主要包括防汛抗旱、灌区智能化、水价改革、河长制应用、公共服务以及行政办公等。

2.2.5 应用发布层

应用发布层是基于应用层对外提供服务的载体，通过电脑PC 端、智能手机、平板电脑、智能电视等多种终端接收或调用相应的灌区水利信息服务。

3 建设内容

县域灌区水利信息化管理系统的主要建设内容可概括为“一张图、一套表、一个中心、一套制度”。建设一个数据中心，是将地理空间数据、水利专题业务数据、日常管理数据、实时监测数据、其他数据进行汇集；依托建立的水雨情信息数据采集系统、水量信息数据采集系统、远程监视控制系统、灌区知识图谱建设、泵站水量监测系统等水利业务数据，对外输出一张图和一套业务的表格；编制县域灌区水利信息建设相关的数据采集、存储、共享交换、编码、控制、审核与发布的运行标准，以及保障系统运行的相应管理制度。

3.1 更透彻的监测感知

构建感知方式更快捷、感知速度更及时、感知精度更准确的信息采集与工程监控网络，采用“网格化”的思路进行监控站点的查缺补漏。网格化单元以水利工程对象为网格单元，充分分析网格单元已建、在建的监测要素，通过科学布局、适量增补，布设天-空-地-网-站一体化的监测网络，实现内容全面感知。提高自动化监测设备的比重，实现监控监测无人化。

3.2 更科学的综合决策

以全面的基础数据、监测数据、管理数据等为基础，以预案为主线，以事件为驱动，以中心站大屏为输出中心，采用互联网、云计算、GIS、大数据分析、“大模型”等技术为依托，实现江河调度的智能感知、智能诊断、智能仿真、智能调度，提升决策调度的科学水平。

3.3 更智能的工程管理

实现智能的水利工程建设及运行管理，建立水利工程建设全过程在线管理平台，实现工程建设的项目前期建议、计划申报、计划下达、进度管理、资金管理、质量监督、竣工验收等环节全过程业务协同。建立标准化、智能化水利工程运行管理平台，为保障工程安全运行提供现代化监管手段，充分发挥工程运行效益和效率。

3.4 更高效的政府监管

加强水行政信息化建设，扩大政务公开，提升行政效能，依法行政，依法治水，为水行政管理、水行业管理工作提供完善的信息化支撑。水行政管理着力提升水利行政部门的政府履职管理能力，利用信息化手段进行管理创新。提升水行政监管能力，各部门全面实现在线政务管理和服务。

3.5 更周到的公共服务

水利公众服务方面，体现在为水利局内部人员、部门之间及社会公众提供更为周到、友好的便民服务。针对水利局内部人员，采用引导式的智能导航菜单，能够主动告诉系统用户有哪些待办事项，能够主动引导用户进行事务的处理。针对各个部门之间，通过梳理不同部门之间的业务流和事务流，从数据层面主动进行业务的关联，实现不同部门之间业务协同。针对社会公众，为了达到智慧水利成果惠民的效益，变以前的被动服务为主动服务，通过展播终端、网站微信公众号、二维码等方式主动推送与公众息息相关的信息。

4 关键技术

4.1 高效内存数据库技术

高效内存数据库技术是直接将空间数据放在内存中进行操作的数据库技术，旨在提高数据读写的速度与效率，极大地提高应用的性能。在数据管理方式上，抛弃了传统磁盘数据管理的方式，全部数据在内存中重新设计了体系结构，并在数据缓存、快速算法、并行操作方面也进行了相应的改进，所以数据处理速度比传统数据库的数据处理速度要快很多。内存数据库的最大特点是其“主拷贝”或“工作版本”常驻内存，即活动事务只与实时内存数据库的内存拷贝打交道。

4.2 开放共享的多源数据

采用XML标准，指定统一多种信息的数据格式，实现灌区水利信息化系统集成平台的各子系统数据的全部开放、信息共享，在指挥中心实现多类数据信息全面、可视、实时的处理、存储、管理和集成，综合利用这些信息为指挥中心的业务应用辅助决策。

4.3 电子地图技术

灌区水利信息化管理平台采用以矢量化电子地图和栅格（位图或影像图）、三维地图相结合，实现多层和多级的地图链接关系。使用电子地图，大到全图矢量化地图，小到可以清晰描述某个区域的监控场所。平台的电子地图可根据实际区域分布，由用户自定义设置。用户在子地图上编辑各种设备图标，用户进入到子地图平面后，点击设备图标就可以打开或控制相应设备。

4.4 Web Service技术

Web Service 技术是自包含、自描述、模块化的应用，可以用于发布、定位及利用Web 进行调用。同时，Web Service 也是一个应用组件，能够逻辑性地为其他应用程序提供数据与服务。各应用程序通过网络协议和规定的一些标准数据格式，如SOAP、XML、HTTP，来访问Web Service，通过Web Service 内部执行得到所需结果。Web Service 可执行从简单的请求到复杂事务处理的任何功能。在部署完成后，其他应用程序可以调用其部署的服务。

4.5 数据通信技术

采用消息服务中间件技术来开发各子系统之间数据访问服务，消息服务中间件是介于应用系统和系统软件之间的一类软件，它使用系统软件所提供的基础服务（功能），衔接网络上应用系统的各个部分或不同的应用，能够达到资源共享、功能共享的目的。

4.6 基于SOA架构的软件研发技术

各级集成平台软件采用基于B/S 开发体系的架构实现，提高内聚，降低耦合，以功能为中心的组件之间通过规范的接口通信，实现组件之间相互独立、有序联系，加大了并行开发的可行度，提高了系统的开发速度。由于各组件能够独立地进行更新和取代，新功能也可通过简单的更新或加入组件来实现，所以简化了系统的维护和部署。

5 结语

县域灌区信息化管理平台的建设包括一张图、一套表、一个中心、一套制度等内容，能为市县甚至省市县三级信息共享、标准统一、服务规范的灌区信息提供有利的技术支撑，可为建设县域级的灌区信息化管理平台提供借鉴与参考。