灌区信息化管理系统的设计与应用

李 莎，屠佳佳，刘 锋，余江远，金浪滨

（1.杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310020；2. 浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310020；3. 浙江机电职业技术学院，浙江 杭州 310053）

1 问题的提出

我国作为农业大国，灌溉面积广大，灌区是我国农业可持续发展的基本保障，在整个国民经济和社会发展中都具有举足轻重的地位[1-2]。在全面建设小康社会的背景下，灌区的现代化建设已经成为我国现代化发展的一个重要组成部分[3]。

目前，大部分灌区在渠系建设完成后，并未进行相应的信息化配套建设，日常仍需要值班人员定期巡检渠道，查看水情信息和工情信息，并进行记录以及汇总上报等，耗时较长，也会因巡检频次少导致基础数据不足、管理不到位等情况发生。无法实现对各类基础资料信息的有效管理、维护及信息共享，更谈不上对这些信息进行有效应用[4]。因此利用现代信息技术、无线图像抓拍技术建设灌区智能监测系统，实现随时随地查看灌区现场情况，提高灌区的管理水平和灌溉资源的合理分配与有效利用已经十分迫切[5-6]。

2 系统总体设计

灌区智能监测系统从灌区运行管理的现状和需求出发，结合水利信息化领域的经验进行设计。系统运用先进的物联网技术，通过网络传输，对数据进行采集、传输、存储、分析、告警，同时，该系统还具备可视化查询、统计分析预测、决策支持等强大的操作功能。

图1为系统总体结构图。该系统由遥测中心、传输网络和监控中心3部分组成。遥测中心由测控单元和通信单元组成，测控单元包括传感器、摄像头、A/D、串口、单片机和执行机构等，主要完成数据的采集和前期处理，以及对控制命令的解码和执行[7-8]；通信单元采用GPRS/CDMA模块实现数据转移。传输网络采用运营商网络，安全稳定费用低。监控中心由计算机和数据库等组成，利用固定IP网络接入Internet，实现数据的接收与命令的发送。

图1 系统总体结构图

监控中心服务器采集到数据后，将数据存储到SQL数据库，经过数据处理供灌区信息化管理软件平台调用，软件平台根据灌区实际管理需求设计。管理人员可以通过平台查看实时数据、历史数据和现场图片等，有效掌握灌区运行的情况，实现科学调度。

3 主要硬件设备

3.1 遥测终端

遥测终端采用杭州定川信息技术有限公司自主研发的DC-201设备，采用32位ARM芯片，基于Coretex-M3内核开发，性能强大，接口丰富，能够实现水位、流量数据和现场图像的实时采集，并通过GPRS/CDMA/4G无线输出模块上传至监控中心服务器进行保存、处理和显示。DC-201主要功能见表1。

表1 DC-201主要功能表

3.2 水位传感器

水位传感器采用西门子公司SITRANS Probe LU 二线制回路供电超声波变送器，属于一体式超声波物位计，同时也适用于明渠、河道的水位测量，该传感器支持4~20 mA模拟量通信和RS485串口通信2种方式，采用4~20 mA模拟量通信接口。有以下特点：1连续液位测量，测量范围可达12 m；2易于安装，启动简单快速；3高精度，最

大误差仅为量程的±0.15%或6 mm；4分辨率≤3 mm；5极高的信噪比；6自带液晶显示，支持按键设置；7防水设计，适用野外工作。

3.3 工业摄像头

工业摄像头用于抓拍各站点的图片，采用SXH485-V1串口摄像头，具有视频采集和图像压缩功能的摄像头，配置130万PX CMOS摄像头，最大分辨率可达到1 280 mm×960 mm，是集拍摄控制、视频捕捉、图像数据采集、图像JPEG压缩、串口通讯等功能的工业用图像采集设备。同时，带有红外照明功能，能实现自动照度补偿、在黑暗的光线下仍能获得较好的图片质量。该摄像头的接口为标准485接口，方便与各种计算机和嵌入式控制系统、数据传输系统相连，最大串口通讯速率可达115 200 bps。工业摄像头接线见图2。

图2 工业摄像头接线图

4 软件平台

图3为信息化管理平台主界面图，主要包含3部分：顶部导航栏、左侧导航栏及右侧内容视窗。顶部导航栏包含系统名称、导航按钮、当前用户、帮助、系统时间和退出按钮。点击系统名称可进入系统主页；导航按钮共 7 个模块，分别是系统首页、实时数据、历史数据、地图浏览、水位预警、测点终端和工作人员。

图3 信息化管理平台主界面图

系统首页包括4个板块，左上部分为实时水位流量柱图，右侧视窗为灌区站点图览，左下部分为实时水位流量数据，中下部分为地图视窗。基本包含灌区所有重要信息，具体有：

（1）水位流量板块。板块中包含 2个纵坐标，左侧为水位坐标，右侧为流量坐标，鼠标移动相应数据柱，能显示具体数据信息。

（2） 灌区图览板块。该板块显示灌区包含的监测站点，显示现场图片、站点名称和图片张数。

（3）最新数据板块。该板块显示各个站点的最新数据的接收时间、站点名称、上游水位、下游水位和今日流量值。“——”表示该站点没有监测该项数据。

（4）地图视窗板块。该板块标示灌区各站点的地理位置，直观显示其在流域中的关系。

实时数据界面见图4。该部分包含灌区内所有站点的实时曲线，并且该曲线能自动更新数据，不需要整体页面刷新，具备实时自动生成的功能。鼠标移动到上面即可显示上报时间、水位和流量等信息。

图4 实时数据界面图

历史数据包括日历视窗、水位记录和流量记录3部分，主要以不同形式显示各站点水位和流量数据。

水位预警界面分为全部预警、未读预警和已读预警。当水位出现超过上限值或者低于下限值的异常情况时，系统实时发出预警信息，通知管理人员采取措施。

5 结 语

随着科学技术的不断发展，灌区管理的信息化和智能化已是必然的发展趋势，也是浙江省水利工程标准化管理的必经之路。本文所述的灌区信息化管理系统功能完善，重点数据突出，使用方便灵活，系统软硬件运行稳定，水位、流量、图像数据采集可靠，图像抓拍准确，在绍兴市上浦闸灌区得到成功应用,使灌区基础信息管理应用水平稳步提升，为灌区内闸站的统一调度打下基础。