臨沭縣小農(nóng)水重點(diǎn)縣灌溉項(xiàng)目自動(dòng)化系統(tǒng)

王麗芹，劉啟合

（臨沂市水利局，山東 臨沂 276000）

臨沭縣小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣工程灌溉項(xiàng)目自動(dòng)化控制信息系統(tǒng)將農(nóng)田墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和泵站自動(dòng)化管理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，集成為灌區(qū)用水科學(xué)管理信息系統(tǒng)。本系統(tǒng)結(jié)合華北平原作物需水規(guī)律和灌溉研究成果，對(duì)機(jī)井水位、墑情、取水量、泵站運(yùn)行等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效整合，并以地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為基礎(chǔ)搭建灌溉決策與用水管理一體化信息平臺(tái)。本系統(tǒng)是一套按照國(guó)家水文數(shù)據(jù)信息建庫(kù)，集灌溉統(tǒng)計(jì)分析、水利計(jì)算、灌區(qū)分析計(jì)算、信息綜合服務(wù)于一體的大型信息化系統(tǒng)，形成了以“計(jì)量控制、計(jì)劃管理、合理收費(fèi)、安全保障”為核心的臨沭縣灌區(qū)用水科學(xué)管理信息系統(tǒng)。

該系統(tǒng)分布在白旄和朱倉(cāng)2個(gè)項(xiàng)目區(qū)。系統(tǒng)主要包含2部分：第一部分為白旄和朱倉(cāng)兩個(gè)項(xiàng)目區(qū)控制系統(tǒng)；第二部分為白旄項(xiàng)目區(qū)、朱倉(cāng)項(xiàng)目區(qū)各自的灌溉系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)。灌溉系統(tǒng)主要包括泵站和管道，控制系統(tǒng)主要包括自動(dòng)化管理子系統(tǒng)和農(nóng)田墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。

泵站自動(dòng)化子管理系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程控制終端RTU實(shí)現(xiàn)對(duì)水量和水位的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及電動(dòng)機(jī)的監(jiān)控，并通過(guò)GPRS/GSM雙信道通訊實(shí)現(xiàn)與中心管理站的通訊連接，實(shí)現(xiàn)用水計(jì)量自動(dòng)化和泵站安全運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

農(nóng)田墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)子系統(tǒng)的功能主要包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)墑情監(jiān)測(cè)點(diǎn)的墑情數(shù)據(jù)；分時(shí)段查詢墑情數(shù)據(jù)，以曲線和報(bào)表2種方式顯示；隨時(shí)查看墑情數(shù)據(jù)變化曲線圖，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)土壤墑情狀態(tài)；生成預(yù)設(shè)格式的報(bào)表，如日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、墑情記載表等；支持多種數(shù)據(jù)導(dǎo)出格式 （Excel、Word及文本文件等），對(duì)人工測(cè)量數(shù)據(jù)和導(dǎo)入的第三方數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；繪制分時(shí)段等值線、等值面；詳盡的監(jiān)測(cè)點(diǎn)檔案及參數(shù)管理等。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

臨沭縣小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣工程灌溉項(xiàng)目自動(dòng)化控制信息系統(tǒng)由控制室、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站2部分組成。

1）控制室：本項(xiàng)目包括朱倉(cāng)項(xiàng)目區(qū)2號(hào)泵站控制室和白旄項(xiàng)目區(qū)2號(hào)泵站控制室。這兩處控制室均在全時(shí)段對(duì)區(qū)域內(nèi)所測(cè)取水量、水位、墑情、水泵工作狀態(tài)信息等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、顯示，同時(shí)可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵啟閉的控制；同時(shí)，將全時(shí)段所測(cè)得數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭呀ǔ傻呐R沭縣水利局信息中心內(nèi)。

2）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站：本項(xiàng)目共涉及2個(gè)項(xiàng)目區(qū)的數(shù)十處監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站主要包括智能遙測(cè)終端、水位計(jì)、取水計(jì)量設(shè)備、供電系統(tǒng)、避雷接地系統(tǒng)、保護(hù)裝置等。可采集現(xiàn)場(chǎng)的各類監(jiān)測(cè)信息，并按設(shè)定的測(cè)報(bào)規(guī)則向中心發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)，在無(wú)人值守的情況下可自動(dòng)長(zhǎng)期工作。監(jiān)測(cè)站具備定時(shí)測(cè)報(bào)、閥值及時(shí)測(cè)報(bào)和上位召測(cè)功能，其中供電部分使用交流電及交流電浮充蓄電池供電，同時(shí)加強(qiáng)避雷接地。

3）通訊組網(wǎng)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站與控制室之間采用GPRS方式組網(wǎng)，為避免信號(hào)問(wèn)題造成數(shù)據(jù)傳輸不及時(shí)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、連續(xù)性，系統(tǒng)同時(shí)提供GSM短信信道作為備用信道。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)具有信息采集傳輸、信息存儲(chǔ)管理、信息管理分析、遠(yuǎn)程測(cè)控、信息發(fā)布、信息安全等6大功能。

1）信息采集傳輸。系統(tǒng)以控制室軟硬件平臺(tái)為核心，通過(guò)穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸，對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)站的水量、水位、墑情、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等各類信息集中采集管理。各取水量、地下水位監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)采集水量、水位信息，本地存儲(chǔ)，并按行業(yè)規(guī)范及測(cè)報(bào)規(guī)則將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)送到各控制室。控制室根據(jù)管理需求對(duì)各監(jiān)測(cè)站遠(yuǎn)程監(jiān)控、信息召測(cè)，并將來(lái)自各測(cè)站的信息進(jìn)行接收、糾錯(cuò)、解析、歸類、入庫(kù)處理等。

2）信息存儲(chǔ)管理。監(jiān)測(cè)站除將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在本地存儲(chǔ)外，還將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至控制室，在控制室建立數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)所涉及的大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、檢索、處理和維護(hù)，并從各類信息資源中提取轉(zhuǎn)換，使之成為系統(tǒng)所需求的各種數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)將有機(jī)整合原建各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，使之在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)下統(tǒng)一管理。根據(jù)管理需求，中心與相關(guān)業(yè)務(wù)單位可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，按相應(yīng)的權(quán)限訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，達(dá)到數(shù)據(jù)的傳輸、共享及異地備份的目的。數(shù)據(jù)庫(kù)按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)共享”的原則建設(shè)，將數(shù)據(jù)信息歸納為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、專用數(shù)據(jù)庫(kù)3類。

3）信息管理分析。在建立數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)基于GIS的綜合應(yīng)用管理軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類信息的應(yīng)用管理。可將遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用于指揮調(diào)度，將日常業(yè)務(wù)需求與管理分析功能相結(jié)合，借助于豐富的數(shù)據(jù)信息開(kāi)展管理和分析工作。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)信息的快速檢索查詢、分類統(tǒng)計(jì)匯總、表格生成及報(bào)表打印、信息分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等功能，為指揮調(diào)度管理部門(mén)信息管理、指揮調(diào)度、信息共享與發(fā)布搭建平臺(tái)。

4）遠(yuǎn)程測(cè)控。除實(shí)時(shí)接收來(lái)自各測(cè)站的信息外，將根據(jù)管理需求對(duì)各測(cè)站設(shè)備的運(yùn)行狀況、供電情況等遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)通過(guò)指令可實(shí)現(xiàn)對(duì)各測(cè)站參數(shù)的設(shè)置、校時(shí)，數(shù)據(jù)召測(cè)及泵站、閥門(mén)的遠(yuǎn)程控制等。

5）信息發(fā)布。系統(tǒng)對(duì)所監(jiān)測(cè)的信息定時(shí)上報(bào)或網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。定時(shí)上報(bào)可采用電子郵件或傳真的方式向數(shù)據(jù)需求單位提供；網(wǎng)絡(luò)發(fā)布時(shí)，省、市、區(qū)（縣）相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)可通過(guò)客戶端工作站或隨身網(wǎng)絡(luò)PDA即時(shí)查詢水資源信息，同時(shí)能確保信息內(nèi)容采集、存取、處理、使用和傳輸中的機(jī)密性、完整性、可用性，以確保信息在信息系統(tǒng)主體的可控性。

6）系統(tǒng)安全。綜合工程建設(shè)情況和發(fā)展要求，系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)信任域，合理地界定網(wǎng)絡(luò)劃分范圍。充分考慮成本、效率以及安全等方面因素，采用防火墻和入侵檢測(cè)等設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)邊界的防護(hù)；綜合衡量不同用戶的特點(diǎn)和安全需求，科學(xué)、合理地劃定信息安全域，實(shí)施不同安全級(jí)別的安全保護(hù)，確保不同信息安全域之間的信息安全交換。

2 建設(shè)內(nèi)容

建設(shè)內(nèi)容分以下幾個(gè)方面：

1）控制室建設(shè)：主要包括朱倉(cāng)項(xiàng)目區(qū)2號(hào)泵站控制室和白旄項(xiàng)目區(qū)2號(hào)泵站分中心。

2）朱倉(cāng)項(xiàng)目區(qū)建設(shè)：主要包括1臺(tái)泵的遠(yuǎn)程控制、5條主管道的流量自動(dòng)測(cè)報(bào)和控制、10條支管道的流量自動(dòng)測(cè)報(bào)以及1處土壤墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)等。

3）白旄項(xiàng)目區(qū)建設(shè)：主要包括1臺(tái)泵的遠(yuǎn)程控制、5條主管道的流量自動(dòng)測(cè)報(bào)和控制、10條支管道的流量自動(dòng)測(cè)報(bào)以及1處土壤墑情自動(dòng)測(cè)報(bào)等。

4）各項(xiàng)目區(qū)控制室的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。朱倉(cāng)項(xiàng)目區(qū)網(wǎng)絡(luò)控制面積333hm2，白旄項(xiàng)目區(qū)網(wǎng)絡(luò)控制面積1000hm2。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1）充分利用已有系統(tǒng)。系統(tǒng)充分利用了前期已建的各類水位、水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：對(duì)已有的、且對(duì)本項(xiàng)目有用的數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入；對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要求可實(shí)時(shí)導(dǎo)入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。注重系統(tǒng)操作性與標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，注重對(duì)現(xiàn)有的支撐性應(yīng)用軟件系統(tǒng)的改造升級(jí)和完善。通過(guò)系統(tǒng)集成將其納入系統(tǒng)并提供良好的數(shù)據(jù)資料和運(yùn)行環(huán)境，具備靈活的數(shù)據(jù)組織和整理功能。

2）滿足實(shí)際業(yè)務(wù)需求。自動(dòng)化控制信息系統(tǒng)遵循總體規(guī)劃、分布實(shí)施、滾動(dòng)發(fā)展的原則。為使系統(tǒng)能夠全面支撐灌區(qū)用水管理工作，滿足水利局業(yè)務(wù)管理工作不斷深化與發(fā)展的需要，系統(tǒng)設(shè)計(jì)注重技術(shù)先進(jìn)性、功能綜合性和適度前瞻性。系統(tǒng)在總體規(guī)劃指導(dǎo)下分布分節(jié)實(shí)施，滿足了當(dāng)前工作的迫切需要，并隨著工作的深化和外部環(huán)境的變化，系統(tǒng)功能逐步發(fā)展。

3）技術(shù)規(guī)范性與先進(jìn)性并重。自動(dòng)化控制信息系統(tǒng)保證了系統(tǒng)在技術(shù)上的規(guī)范性與先進(jìn)性。系統(tǒng)按國(guó)家、水利部以及山東省信息辦信息化建設(shè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)；同時(shí)，注重系統(tǒng)的兼容性、可維護(hù)性，確保前期投資的利用和保護(hù)。

4）實(shí)用性與易用性相結(jié)合。自動(dòng)化控制信息系統(tǒng)充分考慮了實(shí)用性和易用性，系統(tǒng)操作界面完善簡(jiǎn)潔，充分利用圖像、圖表等直觀的界面，為灌區(qū)管理部門(mén)逐步提高決策的科學(xué)化和透明度提供支持。

5）系統(tǒng)安全性與可靠性較高。系統(tǒng)從硬件到軟件系統(tǒng)均建立安全體系，以確保不被非法竊?。煌瑫r(shí)，做到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)備份，以保證系統(tǒng)可靠地運(yùn)行。

6）良好可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。由于系統(tǒng)充分考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理行、規(guī)范性，系統(tǒng)的維護(hù)可以在短時(shí)間內(nèi)完成，并為系統(tǒng)以后的升級(jí)預(yù)留了空間。

7）良好便利性和服務(wù)性。自動(dòng)化控制信息系統(tǒng)適應(yīng)多功能、外向型的要求，達(dá)到了提高工作效率、節(jié)省人力及能源的目的，可使工作效率提高80%以上，日節(jié)省人力1.5個(gè)。

8）易操作、易管理。自動(dòng)化控制信息系統(tǒng)具備良好的操作界面，方便用戶操作，可使勞動(dòng)強(qiáng)度降低60%以上。