陶城铺灌区量水自动化管理系统功能架构探讨

任国勇

（山东省阳谷县水利局，山东阳谷 252300）

陶城铺引黄灌区位于山东省聊城市南部，灌区耕地总面积107.5万亩，设计灌溉面积74万亩，经过20年的续建配套与节水改造工程建设，灌区灌排体系有了一定程度的改善。但是日常管理还是比较粗犷，机械化自动化程度低，已经跟不上现代化灌区的步伐，构建灌区量水自动化管理系统提上了日程，就灌区管理软件平台的功能架构展开探讨。灌区在政务云上部署一套属于本灌区的灌区软件平台是十分必要。

1.软件总体架构

为适应灌区不断变化的信息化建设需要，以及“互联网+”、大数据、云技术的持续发展，现灌区软件平台采用云端架构。可有效地降低灌区在信息化建设和建后运行管理的维护成本，有效、快速地提高灌区信息化集成度。

以云平台为基础，搭建基于政务云的云端应用，最终实现“云下灌溉、云上灌区”的目标，见图1。

图1 灌区信息化软件平台总体架构

总体架构可分为3层架构，即“数据采集层”“应用服务层”和“终端用户层”。

数据采集层：灌区现地部署安装的“地表水、雨情、工情”等监测设备，以及“水闸、视频”等监控设备遥测数据的接收，控制命令的发送等，并负责将采集到的各类型监测、监控数据通过互联网上传到“云”端，实现“云下灌溉”功能。

应用服务层：基于云平台提供云端应用服务。包括“灌区管理一张图服务”“灌区可视化集中展示服务”“灌区业务管理服务”。其中，灌区业务管理服务包括“灌区信息采集处理服务、灌区量水测水管理服务、灌区配水调度管理服务、灌区水费管理服务、灌区工程管理及运养管理系统”。所有灌区应用均基于“云”端提供服务，实现“云上灌区”的管理目标[1]。

终端用户层：部、省、市等行政主管部门用户，灌区专管机构机关及下属管理站所用户，灌区受益单位及受益农户，智能移动终端用户。各级各类用户均通过互联网访问“云”端部署的各类应用服务。

2.业务管理架构

根据灌区不同部门或机构的业务特点，经过充分梳理和详细分析，最大程度契合灌区各岗位工作人员的工作需要，为灌区提供一个满足日常各方面管理需求的应用系统，见图2。

图2 管理架构图

本系统的主要使用对象可以归纳为：

调度会商中心：包括灌区主管领导、机关各科室工作人员（工程科、灌溉科、防汛办等）；调度会商分中心：包括灌区直属管理站工作人员、灌区基层管理站工作人员；末级使用对象主要包括灌区用水户。

3.应用架构

软件平台在应用架构层面包括：灌区管理一张图应用、灌区可视化综合展示应用、灌区业务管理应用、灌区移动智能终端应用4部分，见图3。

灌区管理一张图：是以二、三维电子地图为展示媒介，将灌区涉及的工程台账信息、巡检信息、地表水、地下水等各类监测信息、配水调度信息、水量计算信息、水费计收信息、防汛预警信息等数据赋予空间维度，更加形象直观地进行展示，方便各级工作人员及时掌握灌区运行管理情况。

灌区可视化综合展示：是将灌区各类数据以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的数据采集监测情况、引供水量情况、水费征收情况和防汛抗旱情况等，为灌区的管理决策提供快速的数据支持。

灌区业务信息管理：主要实现对灌区管理相关的各类信息进行维护和管理功能。主要包括：灌区信息采集处理、灌区量水测水管理、灌区配水调度管理、灌区水费管理、灌区工程运养管理系统5个子系统。

灌区智能移动终端：是一套运行在移动智能设备上的灌区信息管理软件。主要包括：灌区概况、水情观测上报、险情上报与会商、工程图像采集、工程巡检、配水指令、用水计时证、水费移动收费和电子地图9部分功能[2]。

4.灌区管理一张图系统

灌区管理一张图系统是以二、三维电子地图为展示媒介，将灌区涉及的工程台账信息、巡检信息、各类监测信息、配水调度信息、水量计算信息、水费计收信息、排洪排涝信息等数据赋予空间维度，更加形象直观地进行展示，方便各级工作人员及时掌握灌区运行管理情况，见图4。

图4 陶城铺灌区管理一张图

主要包括：灌区概况、工程管理、实时监视、用水管理、防汛预警和三维地图。

4.1 灌区概况

是以各灌区简介文件介绍，风采照片，再配以灌区水利工程分布GIS地图，综合展示灌区的基本情况。用文字简介、风采照片、多媒体视频再结合电子地图对灌区总体情况进行展示，主要包括：灌区简介文字预览，灌区风采照片预览，灌区地图浏览，灌区宣传视频浏览等功能。

4.2 工程管理

工程管理主要包括：工程分布和巡检管理两部分功能。

工程分布：主要实现以GIS矢量地图和数据列表的形式，展现灌区所有水源工程、供排水渠系工程、渠系建筑物工程等工程的分布情况和属性数据信息，对渠桥闸站等工程的属性信息、项目信息、巡检信息进行管理。主要功能包括：建筑物定位、点击查询、展示详细等功能。

实时巡检：定位巡检人员位置，查询巡查人员上报的实时巡检信息、照片、视频，与现场工程巡查人员实时语音通话、实时视频。

历史巡检：在结果列表中显示指定日期的历史巡检记录，并根据运行记录中的轨迹信息在地图中自动绘制历史巡检轨迹，点击巡检轨迹，可查看详细的巡检记录信息，包括巡检记录、巡查视频、巡查图像、巡查语音等信息。并且对巡检过程中发现的异常现象进行报警[3]。

4.3 实时监视

实时监视主要实现以GIS地图的型式展示灌区建设的所有人工和遥测的监测站点，并显示站点最新上报的数据信息，并对满足报警阈值的数据进行报警，对渠首、干渠、支渠、斗渠的实时水情进行监测。

4.4 用水管理

基于灌区水利工程分布图，实现对灌区输配水节点实时监控，用水总量控制预警，实时供水情况推演，以及各用水单位水量、水费数据的汇总统计功能。

4.5 防汛预警

基于地图对灌区水源及灌域内的重要防汛抗旱节点进行实时监测和预警，再结合历史数据对灌区整体防汛抗旱情况进行预测分析。监测的数据包括：水库（河道）水位、库容、进出库流量、雨情、气象等。

4.6 三维地图

在二维地图中实现的全部功能，包括工程管理、实时监视、用水管理、排水排涝、灌区概况等内容都可以在三维地图中进行展示和操作，所有功能、操作模式均与二维地图一致，完美实现了二、三维一体化。

5.灌区管理可视化展示系统

灌区可视化集中展示系统是将灌区各类统计分析数据以图形或图表的形式进行统一的展示，包括灌区干渠的引供水量情况、灌区当年的水费征收情况、灌区工程情况、灌溉情况、实时视频等。通过可视化集中展示系统的二级页面可直观形象地展示灌区总体水期及各管理所水期信息、灌区关键部位的数据采集监测情况，干渠上各重要节制闸的上下游水情及启闸高度情况等；为灌区的管理决策提供快速的数据支持。

灌区信息采集处理系统主要对地表水监测信息、地下水监测信息、雨量监测信息、闸门开度信息、视频图像图片、气象监测信息等自动监测站传输的监测信息进行采集、处理、存储、展示，并根据灌区预设的预警条件，针对满足报警的数据自动进行声音、颜色和短信等多种方式的预警处理，为量水测水、配水调度、灌溉管理、防汛抗旱、工程运行安全提供及时的数据信息支持[4]。

灌区信息采集处理从数据存储、业务处理以及信息展示3个层次来实现用户需求。数据层主要实现对灌区遥测设备上报数据的接收存储，对灌区人工观测数据的补录存储，为业务处理提供数据基础[5]。分析层主要是根据灌区提出的需求对收集的数据进行业务分析、数据整合以及统计计算。展示层实现用户关注信息的显示，通过表格、图表、地图、图片等多种形式显示，为用户监测实时数据、查询历史数据、统计全年数据提供了多种展现形式，使灌区工作人员工作更加简单方便，见图5。

图5 灌区信息采集

灌区信息采集处理主要实现对监测站点基础信息的管理，查询实时监测数据、历史数据，并且提供变化过程线、柱状图等多种图表展示方式。对满足报警条件的监测数据提供声音（语音播报的方式）、颜色、短信、微信等多种形式的报警预警处理。系统支持根据监测数据自动计算水量，提供多种报表形式，可以按年、月、旬、日等时间规律进行汇总。

6.结论

通过上述结构设想，就能够实现灌区管理一张图，更加形象直观地进行展示，方便各级工作人员及时掌握灌区运行管理情况，灌区就基本上实现了现代化和智能化。