GMS在大石桥灌区信息化的应用

李秀丽

（沈阳智信佰达科技有限公司,辽宁 沈阳 110000）

1 GMS概述

EM平台全称Easy-Monitoring平台,是基于云平台架构的物联网监测平台,GMS是EM下的一个应用子平台,是水利行业中农水方向的专业平台,涉及灌区信息化、水价改革、生态测流、水库调度、农村饮用水等业务领域[1]。GMS总体架构共分为四层,分别是立体智能感知、网络环境、数据中台和智慧应用,GMS支持应用模块的自由组合,采用工具式研发,自由定义式组合,用户可根据不同需求选择板块中不同功能模块的不同子功能,从而组成一套具有自身特色的业务应用平台,同时也提供对外接口,满足千人千面的个性化需求。GMS的应用模块有上百种,用户都是根据自己的实际情况来选择,对于灌区用户来说用水调度和用水计量是需求最多的功能模块,系统特有的数据汇集和用水分析模块可以更有效地协助用户对其灌区内各渠道的水量使用情况进行实时监测,并给出告警和建议[2]。

2 大石桥灌区GMS功能

大石桥灌区的GMS功能主要与灌区用水调度、用水计量和水费征收的内容相关。通过系统的一张图展示功能将灌区各类统计分析数据以交互式图形或图表的形式进行统一的展示,直观形象地分析灌区关键部位数据采集监测情况、引供水量情况、水费征收情况等,为灌区的管理决策提供快速的数据支持。业务应用部分根据国家要求和相关标准设计了水量统计查询、实时数据展示、水费征收台账、设备运行状态、值班管理、通讯录管理运行管理等实用的功能模块,用信息化手段协助灌区用水管理和调度,解决“最后一公里”问题[3]。

以上功能是现在各灌区应用平台软件的基础功能,GMS主要功能特点是智能分析和数据整编能力。利用数据中台可以将数据进行精细化处理,处理后的数据可以根据不同模块的需求进行整编,整编数据可以与各节点关联,除了判断单个节点的问题外还可以进行关联分析和判断,从而达到智能分析的效果。简单来说智能分析就是以纠错、整编后的数据为基础,不仅分析单个监测站点,还能够以灌区渠系组成和上下级关联的方式来整体考察数据的合理性,从而达到辅助调度和支持决策的目的。

2.1 数据汇集

智能分析是通过数据中台来实现的,数据汇集则是数据中台的第一层,GMS的数据汇集是以设备为单位进行管理的,通过不同的设备类型对接不同的通讯接口和协议,制定不同的数据表格,转存不同的数据库,如果传输终端是RTU则增加与终端机的校时功能,保证补发数据的时间顺序不与实时数据混淆。对于特殊的设备还能进行公式的管理和写入,例如雷达水位计的空高如何转换成水位或水深的公式,振弦式水位设备的频率如何转换成压力的公式,再由压力如何转换成水位或水深的公式等。这样的数据接收与处理不仅节省了后续平台运算的压力,也为数据整编分析夯实了基础。

2.2 数据交互与分析

数据交互与分析是数据中台的第二层,在数据汇集入库后,平台会根据设备编号与应用端的节点进行匹配,内容包括设备地点、坐标、用途、上下级关系、告警阈值、合理性范围等。其中上下级关系、告警阈值和合理性范围是在业务应用平台设置的,三者的分析逻辑也是应用平台通过结合实际情况给出的,在不同的应用场景下定制开发了通用的基础分析模块,然后再由组合的方式针对某一情况选取,最终得到类似定制开发的应用[4]。

2.3 灌区业务应用

灌区业务应用按照每个灌区的实际情况,规划出渠系关系并且按照节点的方式传递给数据层,让业务逻辑与监测站点能够匹配成功,然后在模型方法库中设置相关的计算和分析模型,针对灌区计量和用水调度设置告警,分析用水情况,系统分析不是单纯的数值设定或者公式计算,而是通过多个站点的关联,上下级匹配和多参数设置最终达到智能分析的目的,能够在复杂的用水环境下给出科学的告警,辅助管理员查找原因,提高灌区运行效率和效益[5]。

3 GMS应用实例

营口灌区（大石桥市）位于辽宁中部平原的南端,地处大辽河最下游左岸,本地区属季风气候,多年平均降水量为652 mm。灌区属于平原地区,地势东北高,西南低,灌区内地势平坦,多河网和洼地,主要利用浑河、太子河上游水库下泄到大辽河水量进行灌溉。总土地面积912.92 km2,水田灌区灌溉面积51 万亩,是辽宁省大型灌区之一。

大石桥市水田灌区灌溉面积分布在水源、沟沿、石佛、旗口、高坎、虎庄六个镇,共有113 个行政村、22.9 万人,近几年平均粮食产量8 亿kg。灌区有泵站160 座,总装机容量40576 kW。灌区有干渠256.02 km,支渠568.8 km、斗渠1530 km,农渠4080 km。灌区排水总干沟347.16 km,排水干、支沟渠776.44 km。

三八站是大石桥灌区的一个外河提水泵站,干渠灌溉面积21041 亩,水泵7 台,其中900 mm管径4 台功率180 kW,700 mm管径3 台功率155 kW。根据用户需求对三八站所有水泵安装流量计统计用水总量,在七支渠、八支渠、十三支渠安装流速流量系统用于监测渠道用水量,十三支渠的下属所有斗渠：十三支北、十三支西和十三支南也都安装计量设备,通过这种安装配置方法,能够得到一个典型渠系的水量关系和渠道灌水效率。

整个监测系统设备分为两类：一类是管道流量计；另一类是明渠流速流量计。管道流量计共计7 套都安装在三八站内监测7 台水泵的流速、流量以及台时,明渠流速流量计安装于各支渠和斗渠的渠首位置用于监测渠道用水量。各渠道均为全部衬砌的梯形渠道。根据以上现场条件应用平台使用两种数据储存格式进行汇集,同时对应的参数设置。

管道流量计是7 套设备为一个节点（一个泵站）,各渠道渠首为一个节点,节点间有等级划分,数据汇集层会按照业务应用层的设置来匹配节点,即三八站为一级节点,七、八、十三支渠为二级节点,十三支北、西、南斗渠为三级节点,由于渠道全部衬砌所以水利用系数干渠为0.85 ~0.91,支渠为0.89 ~0.93,亩均用水量由三八站抽水总额确定,各渠道结合水利用系数与标注值进行对比,误差范围设置在10%以内[6]。以2019 年7 月份用水量统计数据为例,GMS在实时监测数据中实时统计泵站7 月总用水量为4884908 m3,亩均用水量232.16 m3/亩,各渠道用水量结果见表1。

表1 7月份各渠道用水量表

从亩均用水量进行考量,由于七、八支渠在上游离渠首较近,十三支距离七八支还有3 km的距离,其下属斗渠距离十三支渠首还有3.6 km的距离,所以虽然全程都是混凝土衬砌渠道但是水量损失也很大,但总体来看计量设备的误差在10%以内。在7 月运行期间系统对十三支南、十三支渠北和十三支渠西斗渠提出了告警,原因是亩均用水量不合理：南斗渠超出了正常值范围,其他两个斗渠则低于正常值范围。收到告警后对数据进行分析：将十三支各斗渠的用水量之和与支渠渠首输水量对比可知总水量合理,即三个斗渠水量和小于十三支渠首的引水量,并且渠道水利用系数为0.9 符合衬砌渠道用水系数。那么这个结果说明,十三支南斗渠存在过度用水的情况并非计量设备的数据错误,同时也解释了为何系统没有对十三支渠渠首提出告警,其他两斗渠告警是因为十三支渠水量增加,使得其他两斗渠水量从数据上看低于误差10%造成的。用户根据此结果去现场勘结果发现在十三支南斗渠附近有若干养鱼的方塘,多余的水量都是方塘使用的,据此可以对方塘采取用水收费以及在旱情发生时禁止方塘用水等措施,保证灌区用水优先[7]。

4 结论

通过以上实例可以看出系统的智能判断在合理选择计算模型的情况下可以给出合理的辅助告警和分析结果,并且支持多种设备和条件的组合,根据渠系组成折算水量损失,这对于渠系众多,但是关系明确的灌区十分适用,同时系统还支持水泵、闸门和渠道的台时、瞬时流速流量、日、月、年引水量的表格统计[8]。通过GMS的辅助,用户对已经安装计量设备的渠道供水情况有了准确的了解,也为水费的征收提供了可靠的依据,同时还能发现渠道用水效率和用水过量的问题,经过一段时间的校核和调研,大石桥灌区的用水调度工作更加合理和规范,由于发现了鱼塘取水的情况,对有此情况的渠道进行重新计量和收费,减轻了种粮农民的负担,也为今后的用水调度提供数据支撑。