金華市安地灌區(qū)自動(dòng)化測控系統(tǒng)的建設(shè)

鄭 雷，葉根浩，王一峰

（1. 金華市安地渠道管理所，浙江 金華321000；2. 浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州310009）

0 引言

安地水庫灌區(qū)位于浙江省中部，地處金華市婺城區(qū)和金東區(qū)。灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積12.85萬畝，灌區(qū)以安地水庫為主要水源，結(jié)合灌區(qū)內(nèi)小型塘庫蓄水以及區(qū)間引水、沿江提水等組成丘陵區(qū)灌溉系統(tǒng)。據(jù)2015年統(tǒng)計(jì)年鑒，安地水庫灌區(qū)涉及金華市婺城、金東、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)等6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、1個(gè)街道，180個(gè)行政村。2015年底，灌區(qū)總?cè)丝?4.60萬人（其中農(nóng)業(yè)人口13.25萬人），金華市區(qū)實(shí)現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)總值513.41億元，完成財(cái)政總收入86.11億元，固定資產(chǎn)投資251.91億元，農(nóng)民人均純收入12 555元，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入32 280元。灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積12.85萬畝，現(xiàn)狀實(shí)際灌溉面積10.6萬畝。灌區(qū)內(nèi)主要種植水稻等糧食作物和蔬菜、花卉苗木、水果等經(jīng)濟(jì)作物。灌區(qū)內(nèi)工業(yè)較為發(fā)達(dá)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及個(gè)體經(jīng)濟(jì)在當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)中占有較大比重，促進(jìn)了灌區(qū)范圍工農(nóng)總產(chǎn)值大幅度增長。據(jù)2015年資料統(tǒng)計(jì)，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值93.5億元，其中灌區(qū)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值9.50億元，灌區(qū)糧食總產(chǎn)量0.89萬t。灌區(qū)主要水源工程為安地水庫，水庫工程于1959年10月動(dòng)工興建，1965年12月竣工，控制集雨面積162 km2，水庫目前正在進(jìn)行除險(xiǎn)加固施工，設(shè)計(jì)總庫容7 043萬m3。小型水庫4座，總庫容230.0萬m3。

灌區(qū)的主要工程由總、東、中、西4條干渠組成，總長38.83 km，已全部襯砌，襯砌率為100%，已襯砌但破損段渠道長5.82 km，襯砌完好率占85%；支渠總長212.5 km，已襯砌支渠長58.49 km，襯砌率僅為27.5%，已襯砌但破損段渠道長14.6 km，襯砌完好率占75%；目前灌區(qū)內(nèi)渠道襯砌率較低，對(duì)于渠道的正常運(yùn)行、管理及人民生產(chǎn)生活帶來諸多不便。為此，結(jié)合灌區(qū)及所屬各工程現(xiàn)狀，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理要求對(duì)信息化基礎(chǔ)設(shè)施不足部分進(jìn)行補(bǔ)充完善。主要包括水雨情采集系統(tǒng)、工情采集系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)、調(diào)度管理中心、巡查系統(tǒng)、全景圖等。

1 總體構(gòu)架

本系統(tǒng)主要包括水雨情采集系統(tǒng)、工情采集系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)、調(diào)度管理中心、巡查系統(tǒng)、全景圖等。各子系統(tǒng)都通過局域網(wǎng)有機(jī)地整合在一起，形成一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)間進(jìn)行信息共享、協(xié)同工作的綜合自動(dòng)化管理平臺(tái)。采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)集中處理信息，結(jié)合Web技術(shù)，開發(fā)基于B/S方式的Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng)，能夠方便直觀地讓用戶得到各系統(tǒng)的信息。通過租用光纖的方式接入互聯(lián)網(wǎng)，以Web方式為管理人員提供信息查詢平臺(tái)。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)包括前端攝像及控制設(shè)備、圖像傳輸網(wǎng)絡(luò)、圖像傳輸設(shè)備、硬盤錄像機(jī)等。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門上下游外景、閘門機(jī)組等重要設(shè)備的遠(yuǎn)方監(jiān)視。

閘門監(jiān)控系統(tǒng)按現(xiàn)地手動(dòng)控制層、現(xiàn)地自動(dòng)控制層、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制層3層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)程自動(dòng)控制層實(shí)現(xiàn)閘門集中自動(dòng)監(jiān)控功能和客戶端瀏覽的Web服務(wù)功能。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)牛黃壩、瓦屋沖、錢坑邊、梅林、鴿子塢5個(gè)站點(diǎn)的啟閉機(jī)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

水情遙測系統(tǒng)包括現(xiàn)場采集設(shè)備、現(xiàn)場通信設(shè)備和接收端設(shè)備等。實(shí)現(xiàn)主要渠道的水位/雨量/流量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳、存儲(chǔ)。系統(tǒng)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體拓?fù)鋱D

2 主要建設(shè)內(nèi)容

2.1 水雨情（流量）采集系統(tǒng)

補(bǔ)充灌區(qū)重要控制工程水位、雨量、流量實(shí)時(shí)監(jiān)測，完善灌區(qū)基礎(chǔ)水雨情采集網(wǎng)絡(luò)。具體布置見表1。

表1 水雨情（流量）采集系統(tǒng)表

水雨情監(jiān)測主要設(shè)備采用雷達(dá)水位計(jì)、雨量計(jì)、終端機(jī)，利用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)將水雨情數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度中心。

流量監(jiān)測采用標(biāo)準(zhǔn)斷面法利用水位流量關(guān)系表根據(jù)水位計(jì)算實(shí)時(shí)流量。需要對(duì)測流斷面進(jìn)行流量標(biāo)定。汪家垅水庫放水管流量采用超聲波流量計(jì)采集。

2.2 工情采集系統(tǒng)

對(duì)灌區(qū)主要水閘工情進(jìn)行監(jiān)視，采集閘門開度情況。主要設(shè)備由閘位儀、終端機(jī)組成，利用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)將閘門開度數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，同時(shí)利用寬帶網(wǎng)絡(luò)作為備用傳輸通道。汪家壟配3臺(tái)終端，總干渠和祝公堂各配1臺(tái)終端，參見表2。

表2 工情采集系統(tǒng)表

2.3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

對(duì)渠首和重要閘站進(jìn)行視頻監(jiān)視。對(duì)干渠和重要支渠進(jìn)行監(jiān)視，在總干渠、西干渠、東干渠、中干渠、汪家壟進(jìn)水閘新建視頻監(jiān)視點(diǎn)，具體布置見表3。

表3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)表

視頻點(diǎn)主要用于監(jiān)視閘門開啟狀況，渠道上下游情況、管理區(qū)域等，視頻監(jiān)視點(diǎn)主要設(shè)備由網(wǎng)絡(luò)攝像頭、立桿、硬盤錄像機(jī)等組成。

2.4 閘門控制系統(tǒng)改造

對(duì)原有閘門控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，更換損壞配件，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。原閘門控制系統(tǒng)布置在汪家垅水閘3臺(tái)，總干渠1臺(tái)，祝公堂1臺(tái)，控制流程原理如圖2所示。

圖2 控制流程原理圖

2.5 寬帶網(wǎng)絡(luò)

為灌區(qū)4處主要管理區(qū)域（總干渠、管理處、祝公堂、汪家垅水閘）配備寬帶網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)帶寬不小于20 M，寬帶應(yīng)配備固定IP地址。

3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)

包括數(shù)據(jù)的收集、整理、校對(duì)、入庫、更新等工作，數(shù)據(jù)范圍包括水利工程屬性信息（包括地理位置、工程圖片、水工特征、控運(yùn)計(jì)劃等）、空間地理信息、管理單位信息、人員信息、管理制度、資料檔案、預(yù)案方案等。

其他工程相關(guān)數(shù)據(jù)（如巡查、檢查、臺(tái)帳等數(shù)據(jù)）在工程日常運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在工程運(yùn)行管理平臺(tái)中隨系統(tǒng)的使用產(chǎn)生，水雨情、視頻等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的采集系統(tǒng)或原有系統(tǒng)提供。

3.1 數(shù)據(jù)收集及整理

基于自動(dòng)化控制、水雨情監(jiān)測、視頻監(jiān)視、工情監(jiān)測等各類實(shí)時(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)按照通信協(xié)議要求進(jìn)行統(tǒng)一采集處理，并按標(biāo)準(zhǔn)接口要求寫入綜合數(shù)據(jù)庫。

工程特性、工程圖紙、人工觀測、人工巡檢等靜態(tài)數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行收集、篩選、整理、校核后采用人工錄入的方法錄入綜合數(shù)據(jù)庫。

采用GIS桌面軟件和空間數(shù)據(jù)庫引擎建立空間數(shù)據(jù)庫，以權(quán)威測繪單位（如國家測繪局）提供的電子地圖或公用網(wǎng)絡(luò)地圖為基礎(chǔ)，根據(jù)水利地理信息分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)，利用空間數(shù)據(jù)庫提供的多用戶空間數(shù)據(jù)模型組織復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)，以GIS桌面工具為開發(fā)平臺(tái)，建立一個(gè)開放的、靈活的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫。

3.2 數(shù)據(jù)集成及綜合數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)建設(shè)采用一體化平臺(tái)化的設(shè)計(jì)思路，綜合集成現(xiàn)有和新建系統(tǒng)，打通信息孤島，建立統(tǒng)一的綜合數(shù)據(jù)庫，并提供統(tǒng)一的訪問機(jī)制，實(shí)現(xiàn)不同權(quán)限用戶的數(shù)據(jù)訪問和業(yè)務(wù)應(yīng)用，達(dá)到信息資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的目標(biāo)。

對(duì)灌區(qū)已建系統(tǒng)需要利用原數(shù)據(jù)庫采用同步方法進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。

建立綜合數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫主要由水雨情監(jiān)測數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻圖像數(shù)據(jù)、工程管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等內(nèi)容組成。對(duì)各已建系統(tǒng)數(shù)據(jù)綜合分析后按照一定規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步、抽取，進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。

3.3 數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)服務(wù)

建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源管理和數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、文件數(shù)據(jù)庫等標(biāo)準(zhǔn)接口，從而實(shí)現(xiàn)工程監(jiān)控、安全監(jiān)測、視頻等各類信息的存儲(chǔ)、管理及與應(yīng)用系統(tǒng)、信息采集平臺(tái)的交互。

形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與交換和數(shù)據(jù)共享訪問機(jī)制，提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，為一體化應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)及水情、安全監(jiān)測等應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐。實(shí)現(xiàn)與浙江省水利廳、金華市水利局等上級(jí)主管部門的信息化系統(tǒng)通信互聯(lián)。

3.4 全景圖

對(duì)灌區(qū)渠首和干渠、重要支渠部分利用無人機(jī)進(jìn)行飛測，形成全景圖，共約50 km2。其中汪家垅水庫、國湖泵站、鐵堰水閘分別形成360°全景，汪家垅水庫2張（大壩及溢洪道），國湖泵站和鐵堰水閘各1張。

4 結(jié)束語

通過建設(shè)“金華市安地灌區(qū)自動(dòng)化測控系統(tǒng)”，利用自動(dòng)化手段對(duì)金華市安地渠道管理所所屬工程各類水位、雨量、閘位工情、視頻監(jiān)視等基礎(chǔ)設(shè)施完善和整合，形成工程統(tǒng)一管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程標(biāo)準(zhǔn)化管理要求，保障工程安全、提高工程效益和工作效率，切實(shí)提高工程管理水平。通過物聯(lián)網(wǎng)、GIS、全景圖、無人機(jī)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水雨情、工情、安全信息等相關(guān)數(shù)據(jù)的全景可視化，通過地圖、工程布置圖等對(duì)各類信息實(shí)現(xiàn)直觀展現(xiàn)，便于掌握工程實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。同時(shí)，建設(shè)移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，可以隨時(shí)隨地通過手機(jī)、PAD等移動(dòng)終端對(duì)工程情況進(jìn)行查詢。實(shí)現(xiàn)和上級(jí)平臺(tái)，包括浙江省水利工程管理監(jiān)督及服務(wù)平臺(tái)和市級(jí)管理平臺(tái)的無縫對(duì)接，保證上級(jí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)。