貴州省大型灌區(qū)智能節(jié)水灌溉信息化建設(shè)技術(shù)模式研究

古今用

（貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550002）

1 貴州省灌區(qū)概況

貴州省是全國唯一沒有平原支撐的內(nèi)陸山地省份，位于我國西南部，全省土地總面積176 167 km2，占全國總面積的1.8%。分別屬于長江流域和珠江流域，長江流域占115 747 km2，珠江流域占60 420 km2。貴州省的總體地勢西部高，全省山地面積占61.7%，喀斯特出露面積占全省國土面積的73%。特殊的地形地貌、復(fù)雜的地質(zhì)條件，致使貴州省水資源開發(fā)利用難度大，工程性缺水問題十分突出。

貴州省目前有金黔灌區(qū)、黎榕灌區(qū)、湄鳳余灌區(qū)、烏中灌區(qū)、安西灌區(qū)、盤江灌區(qū)、銅東灌區(qū)、甕福灌區(qū)、興中灌區(qū)和遵義灌區(qū)10個(gè)大型灌區(qū)，灌區(qū)地形以山區(qū)、丘陵為主，灌區(qū)所在地國土面積32 564 km2，占全省國土總面積的18.5%，耕地總面積6 857.47 km2，占全省耕地面積的39.2%，其中規(guī)劃灌溉面積2 208 km2，有效灌溉面積1 700.53 km2。

2015年12月30日，國家發(fā)展改革委員會(huì)、水利部聯(lián)合印發(fā)《大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造項(xiàng)目建設(shè)管理辦法》（發(fā)改農(nóng)經(jīng)［2015］3139號(hào)）文件提出建設(shè)現(xiàn)代灌區(qū)量測水、管理信息化等要求，但由于灌區(qū)多為貧困山區(qū)，對(duì)信息化建設(shè)工作認(rèn)識(shí)尚淺，管理人員素質(zhì)不高，技術(shù)落后，管護(hù)經(jīng)費(fèi)難以到位，不能有效管理好、掌握好信息設(shè)備與技術(shù)。目前，還未進(jìn)行過系統(tǒng)的信息化建設(shè)，水庫隧洞放水多為雙向轉(zhuǎn)動(dòng)閘閥控制，采用手搖式啟閉機(jī)方式，結(jié)構(gòu)老化，運(yùn)行極不方便。雖然在灌片管理站和水庫管理所都配備了雨量筒，但還未安裝自動(dòng)化監(jiān)測與控制設(shè)備，仍然采用人工觀測的方式，存在不同程度的安全問題。

2 信息化建設(shè)功能設(shè)計(jì)

灌區(qū)信息化建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，包括信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、專業(yè)信息系統(tǒng)建設(shè)、保障措施與環(huán)境建設(shè)及數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)。通過與灌區(qū)管理局的深入交流與現(xiàn)場實(shí)際調(diào)研，綜合考慮水庫灌區(qū)效益、需求、認(rèn)識(shí)到位程度、人員配置及管理情況、技術(shù)成熟度和實(shí)施難度等基礎(chǔ)條件開展信息化建設(shè)，主要建設(shè)內(nèi)容分為硬件和軟件兩部分，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 信息化總體架構(gòu)圖

信息化建設(shè)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下，一是灌區(qū)工情信息的采集與監(jiān)測，包括基礎(chǔ)工情信息和部分實(shí)時(shí)工情信息。將灌區(qū)的圖片和資料通過掃描儀和數(shù)字化儀轉(zhuǎn)化為圖片文件，包括灌區(qū)氣象、水文、土壤、作物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及灌區(qū)概況、渠系分布、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、歷年工程批復(fù)建設(shè)情況、工程效益及績效評(píng)估等方面基本概況數(shù)據(jù)的輸入、修改、查詢等功能。通過圖形實(shí)時(shí)模擬顯示計(jì)算成果，提高系統(tǒng)管理操作的直觀性和可視性。二是重要分水口的自動(dòng)啟閉及量測水的遠(yuǎn)程控制。通過在灌區(qū)水庫水源出水口閘門進(jìn)行自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)總閘的自動(dòng)啟閉、自動(dòng)放水、自動(dòng)量水，以及干渠重要分水口閘門的自動(dòng)啟閉及量測水。三是通過對(duì)泵站出水管道的流量監(jiān)測、壓力監(jiān)測和高位水池水位的自動(dòng)監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)對(duì)泵的自動(dòng)化控制。管理人員在信息中心可實(shí)時(shí)查看高位水池水位數(shù)據(jù)、出水管道壓力和流量數(shù)據(jù)，以此控制泵的啟閉。通過實(shí)時(shí)掌握水池水位、管道流量、壓力、泵站開關(guān)狀態(tài)、電壓和電流等各種監(jiān)測指標(biāo)，為水庫灌區(qū)取用水安全提供保障。四是節(jié)水灌溉智能化控制。系統(tǒng)設(shè)置主要作物適宜的土壤水分調(diào)控閾值，得出了各作物的三種節(jié)水灌溉模式，當(dāng)土壤水分臨近或低于土壤水分下限值時(shí)，實(shí)施灌水，達(dá)到土壤水分上限值要求時(shí)停止灌水，以適應(yīng)不同水文年的作物高效用水要求。五是通過灌區(qū)信息化建設(shè)加強(qiáng)對(duì)灌區(qū)基層人才的培訓(xùn)，提高灌區(qū)信息化應(yīng)用水平，體現(xiàn)灌區(qū)信息化建設(shè)的優(yōu)勢［1-4］。

3 主要硬件設(shè)備設(shè)計(jì)與選型

3.1 水庫水位監(jiān)測設(shè)備

灌區(qū)中的水庫大多具有供水、灌溉等功能，而且具備調(diào)蓄、防洪功能。因此，監(jiān)測灌區(qū)水庫水位一直是水文、水利部門的重點(diǎn)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測水庫水位，對(duì)保證灌區(qū)正常用水乃至灌區(qū)的安全有著重要的意義。雖然部分灌區(qū)水庫都配備了水位尺，但仍然采用人工觀測，還未安裝自動(dòng)化監(jiān)測與控制設(shè)備，本次灌區(qū)信息化建設(shè)擬實(shí)現(xiàn)水庫水位監(jiān)測的自動(dòng)化，滿足水庫雨水情監(jiān)測自動(dòng)化需求。

雷達(dá)式水位計(jì)是一種高精度、非接觸式的水位測量儀。通過往水面發(fā)射高頻雷達(dá)波，接收水面反射比，測量到水面的距離，測量中不與水面接觸，不受渾水、污泥、水生植物等因素的影響，并且安裝工作量比較小，只需安裝一個(gè)懸臂。該設(shè)備最主要的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，不受溫度、風(fēng)、蒸汽等影響，安裝、使用、維護(hù)方便。以RTU為核心單元，使用雷達(dá)式水位計(jì)，利用GPRS公網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)，采用市電進(jìn)行供電。

3.2 流量監(jiān)測設(shè)備

本灌區(qū)主要涉及閘門計(jì)量，根據(jù)上述渠道流量監(jiān)測方法對(duì)比，結(jié)合本灌區(qū)水源泥沙量大的現(xiàn)實(shí)情況，采用超聲波多普勒進(jìn)行測量。

3.2.1 傳感器安裝。灌溉渠道大多數(shù)都是明渠，形狀為矩形、梯形，少部分是U字型的。灌溉的暗渠會(huì)有少部分是圓形的。對(duì)上游和下游渠道的要求如下：在傳感器上游，要有渠道寬度10倍的直渠道，如果上游是閘門、水泵，傳感器和閘門、水泵之間要有渠道寬度30倍的直渠道；傳感器的下游，要有渠道寬度5倍的直渠道。

3.2.2 活動(dòng)支架安裝。如果有沉積物，如淤泥，要把傳感器安裝在沉積物的旁邊或者上面，這時(shí)就需要用到安裝支架。因?yàn)槊總€(gè)現(xiàn)場安裝支架的高度和寬度都不相同，一般都是在現(xiàn)場附近制作。

傳感器的支架和岸邊起固定作用的支架之間用螺絲擰在一起，這樣在維修和維護(hù)時(shí)，把岸邊支架上的螺母擰掉就可以把傳感器從水里面撈出來。

3.3 閘位測控傳感器

根據(jù)閘門啟閉卷揚(yáng)起閉和螺桿起閉方式不同，選擇軸聯(lián)結(jié)閘位計(jì)傳感器，使輸出軸通過偏心聯(lián)軸器（或彈性聯(lián)軸器）與閘門卷揚(yáng)機(jī)的減速機(jī)構(gòu)小齒輪軸頭（或卷筒的軸頭）相連接，也可采用直聯(lián)結(jié)3 m拉線式位移傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門起升高度的測量與控制。軸連接閘位計(jì)參數(shù)特點(diǎn)：①內(nèi)部配以精密的變速機(jī)構(gòu)，集檢測與A/D轉(zhuǎn)換為一體，具有斷電記憶功能；②適合各類閘門（平板門、弧形門、人字門、門機(jī)和橋機(jī)等）；③分辨率與所配編碼器有關(guān)，如配編碼器GD-32768/64，每周分辨率512碼，連續(xù)轉(zhuǎn)64圈；④精度為±0.1%×量程±1；⑤通信方式為并行格雷碼、RS485串行通信接口、4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)模擬量；⑥工作電壓為DC 12～24 V。

3.4 電動(dòng)閥

在實(shí)際應(yīng)用中使用較多的閥有電磁閥和電動(dòng)閥。電磁閥較易被異物堵塞，對(duì)水的阻力較大，一段時(shí)間過后需要有專人維護(hù)維修等。而電動(dòng)閥則沒有這些缺點(diǎn)，故選用電動(dòng)閥。

電動(dòng)閥的工作原理是利用電動(dòng)執(zhí)行部分控制閥門，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥的開啟與關(guān)閉。電動(dòng)閥由兩部分組成，上面是電動(dòng)閥的執(zhí)行部分，下面是電動(dòng)閥的閥門。電動(dòng)閥是通過電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能控制閥門開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)調(diào)節(jié)動(dòng)作。

該電動(dòng)閥具有節(jié)能、不發(fā)熱的特性，電耗降低最多可達(dá)80%，功率低，可長時(shí)間通電，工作穩(wěn)定。低電壓下可正常工作，不會(huì)因電壓輕微抖動(dòng)而發(fā)生閥芯的抖動(dòng)。閥體采用全銅鍛造，強(qiáng)度高、性能強(qiáng)，擁有更強(qiáng)的控制能力，發(fā)熱低，適合各類工作環(huán)境，反應(yīng)時(shí)間短，以便及時(shí)響應(yīng)控制。

4 系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)據(jù)信息流程

4.1.1 信息化總體結(jié)構(gòu)。銅東灌區(qū)信息化建設(shè)總體結(jié)構(gòu)分為信息采集、信息傳輸、信息管理、信息應(yīng)用四大部分，建設(shè)項(xiàng)目主要包括通信傳輸網(wǎng)絡(luò)、中心管理平臺(tái)、水庫水閘自動(dòng)監(jiān)測控制系統(tǒng)、干渠渠道流量閘門監(jiān)測控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)測系統(tǒng)五大部分，總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.1.2 數(shù)據(jù)信息流程。灌區(qū)信息化系統(tǒng)中包括水情信息、水費(fèi)信息、調(diào)度信息、視頻語音信息和其他與灌區(qū)業(yè)務(wù)相關(guān)的信息，這些信息是各級(jí)管理部門進(jìn)行決策所必需的基本信息。

信息源的分布包括灌區(qū)管理局調(diào)度中心、水庫管理所分中心、監(jiān)測站點(diǎn)等業(yè)務(wù)相關(guān)單位。這些信息的收集、傳輸和處理應(yīng)用是灌區(qū)信息化系統(tǒng)要解決的主要技術(shù)問題，根據(jù)信息源及其特性對(duì)信息進(jìn)行分類并分析各自的流程，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有著重要的指導(dǎo)意義。

圖2 總體結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括水庫水位實(shí)時(shí)監(jiān)測、渠道流量實(shí)時(shí)監(jiān)測、氣象墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測、視頻實(shí)時(shí)監(jiān)測等功能。系統(tǒng)主要功能是為銅東灌區(qū)灌域日常管理提供信息服務(wù)。在綜合數(shù)據(jù)庫和GIS的支持下，為管理部門和相關(guān)單位提供各類相關(guān)信息查詢服務(wù)和預(yù)警信息，提供及時(shí)準(zhǔn)確的在線信息查詢等信息服務(wù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測信息的接收與處理。

根據(jù)灌區(qū)信息化集中式管理需要，灌區(qū)內(nèi)所有信息需要匯集到灌區(qū)管理局信息中心，在此可以看到所有監(jiān)測站點(diǎn)的情況。水庫管理所信息分中心可以查看本轄區(qū)范圍內(nèi)所有監(jiān)測站點(diǎn)的情況。灌區(qū)管理局信息中心可以通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)取水庫管理所信息分中心的數(shù)據(jù)。

灌區(qū)管理局信息中心是所有信息的集散地，通過網(wǎng)絡(luò)向需要數(shù)據(jù)的站點(diǎn)提供數(shù)據(jù)支持。水庫管理所信息分中心可以查看水庫管理所所屬灌域的站點(diǎn)信息情況。

本次信息化需要建設(shè)信息中心與各信息分中心的骨干網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)視站點(diǎn)到所屬管理所的寬帶網(wǎng)絡(luò)，管理所與信息中心連接成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，在信息中心建立數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，提供傳輸通道，同時(shí)為業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)建立網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)。

根據(jù)需求分析及上述的方案設(shè)計(jì)，灌區(qū)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、辦公業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸、視頻信息傳輸?shù)刃枰邘?、穩(wěn)定可靠的通信保障，因此，需要自建光纜通信網(wǎng)絡(luò)來輔助通信。流量、閘位等信息采集屬于小數(shù)據(jù)量通信，采用GPRS公網(wǎng)通信。

4.2 智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)

灌溉控制系統(tǒng)由管理中心平臺(tái)、管控網(wǎng)絡(luò)和田間控制操作層三部分構(gòu)成。其中管理中心平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)管理的核心，管理中心平臺(tái)與田間的閥門控制節(jié)點(diǎn)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，發(fā)送控制命令操作閥門，監(jiān)控管網(wǎng)壓力、流量狀態(tài)。田間閥門控制器連接電磁閥門，接收輪試點(diǎn)區(qū)管理終端的控制命令，發(fā)送脈沖實(shí)現(xiàn)電磁閥門的遠(yuǎn)程開閉控制，同時(shí)，連接管道壓力計(jì)監(jiān)測管網(wǎng)壓力、連接流量計(jì)監(jiān)測管道流量。其具體功能如下。

①電磁閥啟閉控制；②采集閥控制狀態(tài)等信息，如通信電量、控制電磁電量等；③檢測電磁閥的開關(guān)狀況；④檢測連接到本田間控制終端的多種外圍設(shè)備，如水壓等傳感器；⑤接收自己所屬遠(yuǎn)程控制終端發(fā)來的開閥、關(guān)閥命令，進(jìn)行開閥、關(guān)閥操作；⑥閥門狀態(tài)異常故障報(bào)警。

首先，南皮位于京津冀第二圈層。南皮縣距北京主城區(qū)250公里，距天津主城區(qū)160公里，以兩大中心城市的主城區(qū)為極核，北京、天津市屬郊縣為第一圈層，南皮縣處于接受中心輻射的外圍第二圈層。

閥門控制器是系統(tǒng)的核心模塊，包含MCU和射頻系統(tǒng)，能夠調(diào)制/解調(diào)無線信號(hào)，完成命令解析，對(duì)閥門控制模塊、水壓采集模塊、供電模塊進(jìn)行一系列的邏輯控制和操作。

閥門控制模塊是執(zhí)行閥門開/關(guān)命令的末級(jí)單元。其功能是按照MCU所提供的控制邏輯為相應(yīng)的電磁閥門提供正向/負(fù)向電流以控制電磁閥門開啟/關(guān)閉。

4.3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

通過現(xiàn)場的攝像裝置，視頻監(jiān)視系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場的實(shí)時(shí)圖像準(zhǔn)確、快速、清晰地傳輸?shù)较鄳?yīng)的管理部門——水庫管理處。值班人員及管理人員根據(jù)視頻圖像所反映的現(xiàn)場情況，就可以異地監(jiān)視水工建筑物的運(yùn)行、處理事故。實(shí)時(shí)采集到的視頻信息可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，作為歷史資料，對(duì)于事故分析、責(zé)任排查、建筑物運(yùn)行管理水平提高都具有非常重要的價(jià)值。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要由前端設(shè)備、傳輸設(shè)備、控制設(shè)備、記錄及監(jiān)視設(shè)備四大部分組成。前端設(shè)備由安裝在監(jiān)視點(diǎn)的高分辨率彩色攝像機(jī)、全方位云臺(tái)、變焦鏡頭和室外專業(yè)防護(hù)設(shè)備等組成。其主要負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)的采集和信號(hào)處理；實(shí)時(shí)監(jiān)視相關(guān)水庫工程及管理所周圍環(huán)境；在信息中心的監(jiān)視設(shè)備上監(jiān)視現(xiàn)場的實(shí)時(shí)圖像；視頻圖像循環(huán)存儲(chǔ)，圖像存儲(chǔ)時(shí)間不低于7 d；信息中心安裝視頻管理服務(wù)器，集中存儲(chǔ)視頻圖像；信息中心和管理站可以監(jiān)視視頻監(jiān)視點(diǎn)；圖像分辨率為704像素×576像素，傳輸速率不少于25幀/s；具備紅外夜視功能，光線昏暗時(shí)也可以看清被監(jiān)視對(duì)象；具備防網(wǎng)絡(luò)阻塞功能；有系統(tǒng)管理權(quán)限之分；利用網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻信息；為系統(tǒng)容量擴(kuò)充留有余量。

4.4 閘門測控系統(tǒng)

閘門監(jiān)控系統(tǒng)以“無人值守”為設(shè)計(jì)原則，通過傳感技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的綜合應(yīng)用，使用戶能夠控制閘門，還可以通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制閘門的啟閉狀態(tài)，采集和傳輸圖像信息，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖，使閘門控制系統(tǒng)、水位、流量、視頻畫面和閘門控制系統(tǒng)能夠集中顯示在軟件畫面上，使遠(yuǎn)程操作更加直觀。

網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)具有以下特性：①圖形仿真站點(diǎn)場景，可實(shí)時(shí)顯示網(wǎng)關(guān)的高度和狀態(tài)；②通過計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)操作可以打開或關(guān)閉計(jì)算機(jī)網(wǎng)關(guān)；③在現(xiàn)場展示壓力和實(shí)際信息，詳細(xì)掌握設(shè)備的操作情況；④完善事件記錄，記錄每個(gè)網(wǎng)關(guān)操作的打開時(shí)間和高度；⑤豐富的廣告信息。該軟件可以集成水位信息，實(shí)時(shí)顯示水位的當(dāng)前高度，且遠(yuǎn)程操作更加可靠，更易于滿足業(yè)務(wù)需求。根據(jù)計(jì)算機(jī)化要求，控制系統(tǒng)實(shí)施了現(xiàn)場控制、水庫管理層控制和三級(jí)編程控制。

4.4.1 現(xiàn)地控制。主要包括邏輯控制部分、操作部分（電機(jī)保護(hù)器、相序保護(hù)器、過載保護(hù)器、交流接觸器、關(guān)口表、電壓變送器和電流變送器等）、通信部分（以太網(wǎng)、無線GPRS或光纖傳輸、RS485接口等）三部分，構(gòu)成了工業(yè)級(jí)高可靠性的關(guān)口自動(dòng)化控制系統(tǒng)。內(nèi)部控制系統(tǒng)支持螺桿、絞車、斜拉等閘門類型，單孔或多孔閘門可接入系統(tǒng)。此外，考慮到網(wǎng)關(guān)通常位于遠(yuǎn)程位置，系統(tǒng)除了支持有線網(wǎng)絡(luò)外，還可以選擇通過光纖到變電站的有線或GPRS無線進(jìn)行遠(yuǎn)程控制?？紤]到子站和存儲(chǔ)站門更接近信道門，可以優(yōu)先考慮光纖通信接入公用網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)地控制單元采用PLC完成對(duì)閘門的邏輯控制，PLC首先根據(jù)閘門現(xiàn)有的參數(shù)，如閘位、機(jī)械上/下限位、電子上/下限位、按鈕輸入、閘門是否有運(yùn)行機(jī)械故障報(bào)警等判斷現(xiàn)有的工況，然后通過控制指令和邏輯運(yùn)算使閘門完成操作，在軟件上考慮閘門上升、下降時(shí)的邏輯互鎖和反向延時(shí)，以防止閘、閥的機(jī)械和電氣沖擊，考慮上升、下降時(shí)左右的閘位高度是否達(dá)到糾偏要求、是否超差等，所有這一切都通過PLC內(nèi)的梯形圖軟件編程來實(shí)現(xiàn)。PLC通過RS-485總線通信接口與監(jiān)控中心閘門監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)成一主多從結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)，完成上位機(jī)發(fā)出的采集和控制指令。監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過應(yīng)用軟件直接監(jiān)控，監(jiān)測閘門的狀態(tài)，并控制門到設(shè)定開度；現(xiàn)地控制柜中的測控儀和PLC直接控制閘閥，并響應(yīng)上位機(jī)的控制命令、采集命令，組成分布式系統(tǒng)，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的監(jiān)控。

4.4.2 水庫管理所級(jí)控制。主要由水庫管理所級(jí)計(jì)算機(jī)和PLC控制系統(tǒng)組成，當(dāng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可通過工控機(jī)對(duì)閘門進(jìn)行水庫管理所級(jí)控制時(shí)，能夠監(jiān)測閘門控制箱所有信號(hào)量、測量值等實(shí)時(shí)工況及運(yùn)行參數(shù)，執(zhí)行和記錄調(diào)度員發(fā)出的本站設(shè)備調(diào)節(jié)及控制命令信息。

遠(yuǎn)程控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的手動(dòng)啟閉控制，也可設(shè)定一開度值，與當(dāng)前開度值進(jìn)行比較，由PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)給出啟閉指令，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)值時(shí)自動(dòng)停止，當(dāng)閘門控制柜接收到啟閉指令后，首先進(jìn)行判斷，如指令正確則按給定開度值控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲取閘門位置。在此過程中，若閘門超出上下移動(dòng)范圍，立刻終止電動(dòng)機(jī)運(yùn)作，保護(hù)閘門不被損壞，完成操作指令后電動(dòng)機(jī)停止，同時(shí)，通過光纖傳輸向水庫管理所級(jí)控制系統(tǒng)和調(diào)度中心返回啟閉高度結(jié)果。

4.4.3 灌區(qū)管理局調(diào)度級(jí)控制。調(diào)度中心控制是系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)度方法，能夠監(jiān)控閘門監(jiān)控點(diǎn)的信號(hào)量、測量值等實(shí)時(shí)工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，執(zhí)行和記錄中心調(diào)度工作站發(fā)出的每個(gè)泵站的設(shè)備調(diào)整和控制命令信息。此外，根據(jù)各泵站的水位和運(yùn)行工況，還可對(duì)相關(guān)閘門的啟閉進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。若工作條件允許，調(diào)度中心控制層的上位機(jī)可直接操作閘門控制箱，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制。根據(jù)收集到的信息，上位機(jī)可以建立各類信息數(shù)據(jù)庫，由調(diào)度員進(jìn)行分析比較，改進(jìn)管理方法，提高經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)各種工藝參數(shù)值（包括歷史數(shù)據(jù)）建立趨勢曲線。

4.5 灌區(qū)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

4.5.1 設(shè)計(jì)原則。軟件是灌區(qū)信息化建設(shè)中最復(fù)雜的部分，灌區(qū)的業(yè)務(wù)比較繁雜，涉及業(yè)務(wù)也非常廣泛，包括雨水監(jiān)測、閘門監(jiān)測監(jiān)控、水利工程管理、用水調(diào)動(dòng)管理和電子政務(wù)等，每部分各具特點(diǎn)，應(yīng)用開發(fā)的語言也不同。面對(duì)如此復(fù)雜的軟件建設(shè)情況，做好軟件的整體規(guī)劃尤為重要。

根據(jù)灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)，灌區(qū)數(shù)據(jù)層規(guī)劃為數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)模式，其數(shù)據(jù)庫從框架上規(guī)劃為道區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和地理信息數(shù)據(jù)庫，本次信息化建設(shè)實(shí)施方案中主要涉及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立。

灌區(qū)數(shù)據(jù)庫建設(shè)包括兩方面，即數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建設(shè)和數(shù)據(jù)庫內(nèi)容建設(shè)。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)是指通過對(duì)灌區(qū)的分析，合理分類灌區(qū)信息，依據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的相關(guān)理論和方法，建設(shè)結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)、滿足應(yīng)用要求、安全可靠的邏輯和物理數(shù)據(jù)庫。

灌區(qū)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)集成灌區(qū)的工程管理保存和管理。用水管理與行業(yè)管理密切相關(guān)，具有基礎(chǔ)性、專業(yè)性、時(shí)效性和共同作業(yè)性等特征的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，可以為灌區(qū)其他專業(yè)信息系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用程序提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，灌區(qū)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)具有較規(guī)范統(tǒng)一的渠道形式和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，可以在行業(yè)內(nèi)部進(jìn)行信息交換、統(tǒng)計(jì)分析和評(píng)價(jià)等。

4.5.2 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。主要包括水情數(shù)據(jù)庫、閘控?cái)?shù)據(jù)庫、工情數(shù)據(jù)庫、管理數(shù)據(jù)庫和水利空間屬性數(shù)據(jù)庫。

水情數(shù)據(jù)庫包括水位流量、監(jiān)測站基本信息、監(jiān)測站實(shí)時(shí)水位、統(tǒng)計(jì)水位信息、流量、統(tǒng)計(jì)流量信息、實(shí)時(shí)雨量和累計(jì)雨量信息等基本信息。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式為數(shù)字、字符格式。數(shù)據(jù)共享方式為部分外部公開，其余為內(nèi)部共享。閘控?cái)?shù)據(jù)庫包括閘控站基本信息、閘門開啟高度等實(shí)時(shí)監(jiān)控信息。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式以字符、數(shù)字為主。數(shù)據(jù)共享方式為部分外部公開，其余為內(nèi)部共享。工情數(shù)據(jù)庫主要包括水源、渠道工程及附著在其上的水利工程建筑物的資料，包括在建工程和已完成的工程。數(shù)據(jù)分類為工程的基本特征信息、技術(shù)指標(biāo)信息、運(yùn)行狀況信息及圖片圖像信息等。這類數(shù)據(jù)需要人工輸入。管理數(shù)據(jù)庫包括灌區(qū)的行政管理信息、經(jīng)濟(jì)情況、固定資產(chǎn)信息、人事工程財(cái)務(wù)行政檔案、財(cái)務(wù)情況和用水戶協(xié)會(huì)信息等。水利空間屬性數(shù)據(jù)庫：包括灌區(qū)范圍內(nèi)的所有水源、水利工程、管理設(shè)施、監(jiān)測站點(diǎn)及地形地貌的空間屬性信息。

5 灌區(qū)智能灌溉信息化建設(shè)建議

5.1 灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)應(yīng)盡快制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

貴州省山地灌區(qū)地形、地貌、水資源、作物、土壤、工程分布、基礎(chǔ)設(shè)施及運(yùn)行管理機(jī)制體制等存在差異。目前實(shí)施的灌區(qū)信息化建設(shè)種類繁多、標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致信息資源無法共享，形成信息孤島，硬件設(shè)施重復(fù)投資。亟須制定貴州省山地灌區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，更好指導(dǎo)灌區(qū)信息采集、傳輸、應(yīng)用層建設(shè)，為灌區(qū)現(xiàn)代化管理提供科學(xué)的決策依據(jù)。

5.2 加強(qiáng)水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)在灌區(qū)的推廣應(yīng)用

貴州省大型灌區(qū)信息化建設(shè)主要為灌區(qū)管理、用水調(diào)度管理、行政辦公決策與管理提供服務(wù)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。貴州省大型灌區(qū)信息化建設(shè)的效益集中體現(xiàn)于通過各種用水信息的采集分析，建立科學(xué)的用水調(diào)度管理模式，為科學(xué)灌溉、合理用水、節(jié)約用水提供依據(jù)，提高灌溉保證率，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生活條件，提高灌溉效益、供水效益。同時(shí)，通過先進(jìn)的量水設(shè)施精確計(jì)量實(shí)用水量，不僅可以增加灌區(qū)水費(fèi)收益，而且可大大減少交接水雙方的矛盾，從而確保灌區(qū)的社會(huì)穩(wěn)定，為灌區(qū)水利現(xiàn)代化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供可靠保障［5-10］。