金华安地灌区数字化平台建设实践

郑 雷，施兰霞

（金华市梅溪流域管理中心，浙江 金华 321000）

0 引言

灌区是一个依靠自然环境，加上人工调控手段而组成的一个具有很强社会性质的开放式生态系统，在保障国家储备粮食及安全方面发挥着特殊的作用。由于自然原因，金华市的水资源时空分布不均，季节性缺水严重，依靠原有的人工经验判断体系已无法支撑管理决策的需求。在坚持“水权集中、统一调度、分级管理”的原则下，我们可以利用信息化手段，结合灌区实际情况，优化构建水资源优化配置体系[1]。即保障从上游到下游洪旱无忧，切实履行灌区灌溉、防洪、抗旱等公益性任务，亟需建立完善的动态预警体系，涵盖全空域的感知覆盖、全时序的动态预测、多种类的模型分析、多维度的实时展示，实现灌区水资源优化配置、优化调度、优化利用的水管理目标[2]。

为保障安地灌区工程安全运行和持续发挥效益，根据水利部《加快推进新时代水利现代化的指导意见》《水利工程管理考核办法》等要求[3-4]，结合灌区工程建设与管理实际，本文提出安地灌区数字化平台建设，实现灌区水资源优化配置、优化调度、优化利用。

1 平台建设背景

安地灌区位于浙江省中部，是金华市主要的产粮区、浙江省重点粮食生产功能区和国家农业综合开发项目区，兴建于上世纪50年代末。灌区自建成以来，对当地农业经济发展起到了重要作用[5]。安地灌区是以安地水库为主要水源的中型灌区，灌区总面积28.5万亩，设计灌溉面积12.85万亩，有效灌溉面积10.60万亩，受益范围包括金华市婺城区、金东区，涉及6个乡镇、1个街道，248个行政村，人口14.60万人，是金华市主要产粮区和国家农业综合开发项目区。安地灌区现有4条干渠，其中总干渠3.35 km、东干渠21.48 km、中干渠7.28 km、西干渠6.72 km，干渠总长38.83 km；有支渠5条，支渠总长20.21 km。主要配套建筑物有隧洞、渡槽、倒虹吸、水闸、灌溉涵管、机耕便桥等300多处，蓄、提结合，灌、排配套的灌区工程网络较完整。

为提高安地灌区水利工程的管理水平[6]，确保灌区水利工程运行安全且长久充分发挥效益，我们利用信息化手段，提出安地灌区数字化平台，以实现灌区水资源优化配置、合理调度、规范利用的水管理目标，为水资源调度管理提供科学、高效的决策支持手段，从而达到大中型灌区的工程完备、用水科学、运行安全、服务良好的要求，充分发挥灌区的功能。

2 数字化平台建设

图1为安地灌区数字化平台总体框架设计图。该平台主要包括灌区物联网感知体系、灌区通信网络体系、灌区集中监测监控中心、灌区标准化管理平台升级研发与应用四个模块，可实现对安地灌区实际信息采集、全流域的管控及运行，提供数据互通、共享和实时互动，提供可靠通道、与省、市数据仓之间的数据共享交换和从宏观层面掌握工程的隐患发生及处置情况，从而提升安地灌区水利数据资源质量和共建共享水平和推进水利数字化改革提供了坚实的基础。

图1 总体框架设计图

2.1 灌区物联网感知体系建设

根据水利工程管理数字化要求，结合灌区特性和运行管理需求，对安地灌区工程感知对象和感知手段进行深入分析。感知手段从传统的以传感器直接监测为主的方式，转变为基于物联网、北斗高精度GNSS、高精度GPS监测等传感、定位、遥感技术，建立空天地一体化的监测网络，实现水情、雨情、流量、闸位、工程安全及图像六大感知系统的实时在线监测监控，跨区域、行业交换和共享，形成新型的一体化的自动感知体系。感知控制体系包括水情（流量）感知系统、雨量感知系统、土壤墒情监测系统、水质感知系统、安全监测系统、工情采集系统和视频监视系统，主要对安地灌区进行水位、雨量、流量、水质、土壤墒情、工程安全、闸位的采集和管理，帮助管理人员更加了解灌区用水量测信息，做出更好的决策分析，实现全流域的管控及运行。

2.2 灌区通信网络体系建设

如图2所示，灌区通信网络体系由无线网络与有线网络组成，主要包含GPRS网络、运营商专线VPN、固定IP网络等。其中，水情感知系统、水质感知系统、土壤墒情监测、一体化闸门控制系统、安全监测采用无线网络。而视频图像监控（其中广播音柱与视频共用网络）、调度指挥、入侵预警、数字大屏、闸门远程监控均采用有线网络。该网络体系可构建一个高速稳定的信息传输网络，能够充分满足当前及今后一段时间内信息的高速、稳定传输要求，为数据互通、共享和实时互动提供可靠通道。

图2 中心网络拓扑结构图

2.3 灌区集中监测监控中心建设

如图3所示，系统主要由工作站、显示屏独立主控和LED大屏组成。LED大屏通过显示屏独立主控将电脑端的界面实时展示。调度指挥中心为安地灌区信息化系统的主要工作场所，中心配置多功能、多参数的监测控制系统，对调度运行管理人员提高要求，向来宾展示和传递丰富信息，真切感受调度中心强大智能技术的支撑能力。

图3 大屏显示系统结构图

2.4 灌区标准化管理平台建设

灌区标准化管理平台主要由灌区能力中心和安地智慧灌区云应用组成。

2.4.1 灌区能力中心

灌区能力中心主要由灌区前置库、灌区三维模型和灌区模型库组成。按照《浙江省水管理平台统一数据建设指南（试行）》相关技术标准要求，以及浙江省水利物业管理指导意见和浙江省数字水库试点建设要点中关于灌区数据库建设的要求，结合安地灌区现有的数据成果，按照“一数一源”的原则，搭建安地灌区前置库，同时考虑打通省厅和金华市级水利数据仓，实现与省、市数据仓之间的数据共享交换。其中，安地灌区前置库的定位是通过充分借鉴当前业界的数据中台的建设实践经验，从安地灌区自身的核心需求出发，以垂直业务数据入手，打通从数据资源汇聚、数据治理、数据交换与共享、数据API共享服务的工作全流程，建设合理且符合安地灌区需求的前置库。

灌区三维地图是基于天地图三维地图，同时加载灌区的倾斜三维摄影数据和卢家闸BIM模型，集成一期拍摄的倾斜摄影。三维地图主要实现基于三维地图的大场景的浏览、空间漫游、BIM模型的漫游浏览、BIM模型的构建属性信息查询等。在三维地图的基础上，提供灌区内工程信息的查询，并展示工程的动态及静态信息，并构建灌区三维模型，主要包含倾斜摄影三维建模、卢家闸BIM模型建模、三维模型发布的预处理、三维模型发布等工作。

结合安地灌区实际，提出创建安地灌区智慧灌溉决策模型库。该模型库主要包括种植物遥感识别模型、深度学习的多源感知实时灌溉预报模型、基于强化学习的智能灌溉决策模型、渠系多目标动态配水模型、灌区工程安全评估模型。根据灌区农业产业数据和基础布局数据融合工情、水情、墒情、气候等数据，实现灌区的灌溉需水量实时预报，开展灌溉方案的智能化决策，为灌区多级渠系提出优化的配水方案。

2.4.2 云应用

安地智慧灌区云应用主要包括场景分析数字大屏、业务应用、移动看板和与其他平台的集成对接。在场景分析方面，包含顶层总览数字大屏、动态预警数字大屏、防汛态势数字大屏、联合调度数字大屏、工程安全数字大屏、运行管理数字大屏等内容。业务应用方面包含灌区综合地图、用水计量、灌区遥感监测、用水决策管理、联合调度、防汛专题管理、工程安全监测分析系统、公众参与、后台数据中心等内容。移动看板主要包含掌上一张图、汛情警戒看板、工程安全看板、视频监控看板、灌区计划看板、公众反馈看板、省公共服务看板等内容，可完成满足灌区管理人员、灌区百姓需求的移动应用。在其他平台的集成对接方面，本平台可对接省、市水管理平台、金华数字河湖管理平台、省厅协同管理模块等部门平台和模块，实现与金华市水管理平台与浙江省水管理平台等平台的互联互通。

3 总结

安地灌区在保障国家粮食安全方面发挥着特殊的作用。为全面提升安地灌区管理水平，保障安地灌区工程安全运行和持续发挥效益，本文提出金华安地灌区数字化平台，对安地灌区工程感知对象和感知手段进行深入分析，实现水情、雨情、流量、闸位、工程安全及图像六大感知系统的实时在线监测监控，进行跨区域、行业交换和共享，实现了科学、高效的灌区水资源管理，帮助管理人员做出更好的决策分析，实现全流域的管控及运行。