基于灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的水利信息化處理技術(shù)

李雪青

(新疆昌吉市二六工鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)(畜牧業(yè))發(fā)展服務(wù)中心，新疆 昌吉 831108)

水利信息化技術(shù)是專門針對節(jié)水工程運(yùn)行的技術(shù)，該技術(shù)工作過程不需要布線，也不需要電源，擁有大量水文遙測點(diǎn)，工作效率高，耗費(fèi)時(shí)間短。在國家信息化建設(shè)方針的指導(dǎo)下，水利信息化處理技術(shù)發(fā)展越來越快，不僅能夠滿足國家建設(shè)小康社會的要求，同時(shí)也能推進(jìn)水利行政管理政策，提高水利工程技術(shù)水平[1]。水利信息化技術(shù)的水文遙測終端擁有成套的RTU設(shè)備，消耗功率極低，能夠有效降低太陽能供電成本。由于水利信息化處理技術(shù)的優(yōu)越性，因此被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

灌區(qū)需要大量的水資源，研究相應(yīng)的節(jié)水灌溉工程對于保護(hù)水資源有重要意義[2]。傳統(tǒng)的水利信息化處理技術(shù)存在信息資源不足、資源配置難以共享等問題，難以建設(shè)水利信息的技術(shù)設(shè)施。信息化技術(shù)已經(jīng)成為如今社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢之一，在我國各個(gè)工業(yè)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，也是未來產(chǎn)業(yè)優(yōu)化必然使用的技術(shù)，對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，強(qiáng)化我國綜合實(shí)力有十分重要的意義[3]。

綜上所述，本文將現(xiàn)代信息處理引入水利信息工程中，新增內(nèi)置GPRS模塊，使得數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸成為可能，對于水位遙測、降雨(雪)質(zhì)量分析、流量排查、流速監(jiān)測、蒸發(fā)量檢測、泥沙成分分析、冰凌遙測、墑情檢查、水質(zhì)判斷等方面有很大的幫助。為了檢驗(yàn)本文研究的水利信息工程中的有效性，深入開展實(shí)驗(yàn)調(diào)查，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，所研究的水利信息化處理技術(shù)能夠?qū)⑿畔⒌牟杉?、傳輸、存儲、處理和服?wù)工作融為一體，使工作效能和工作效率大大提高，該技術(shù)能夠大力推進(jìn)水利信息化進(jìn)程，使水利工作科技含量上升到一個(gè)新的高度，保障國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高國民生活水平，優(yōu)化資源配置。尤其是在農(nóng)村水利水電和水利政務(wù)等水利業(yè)務(wù)中，該技術(shù)的效果更為顯著。

1 基于灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的水利信息化處理技術(shù)架構(gòu)

水利工程已經(jīng)成為目前我國重大緊迫的戰(zhàn)略任務(wù),也是“十二五”的主要任務(wù)之一。在我國，治水工程有著深遠(yuǎn)歷史，現(xiàn)代 “數(shù)字水利工程”的成熟極大地推進(jìn)了水利工程的發(fā)展，水利建設(shè)與人民的生活質(zhì)量有著密切的關(guān)系，直接影響著人民的根本利益[4]。我國在 “十二五” 規(guī)劃中明確提出要從各個(gè)領(lǐng)域加快水利改革發(fā)展，深化水利技術(shù)研究。在灌區(qū)節(jié)水灌溉工程中引用水利信息化處理能夠強(qiáng)化建設(shè)防洪薄弱環(huán)節(jié)，有效降低水利災(zāi)害。

科技的創(chuàng)新推動著灌區(qū)節(jié)水工程的發(fā)展，也使水利信息化處理技術(shù)的科技體系更加健全。近幾年來，我國不斷加大重大水利科技問題研究的力度，不斷推廣和普及各項(xiàng)研究成果，強(qiáng)化信息化建設(shè)[5]。通過幾十年的發(fā)展，灌區(qū)節(jié)水水利工程已經(jīng)基本成型，能夠及時(shí)有效地預(yù)測出洪澇災(zāi)害、及時(shí)通報(bào)險(xiǎn)情、監(jiān)控水庫運(yùn)行狀態(tài)。盡管如此，灌區(qū)節(jié)水工程的水利信息化處理技術(shù)仍然面臨著很多嚴(yán)峻的問題，最大的問題就是水利信息資源難以共享，在檢測時(shí)很難對水資源做出統(tǒng)一管理。

本文引用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新的水利信息化處理技術(shù)，技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的水利信息化處理技術(shù)架構(gòu)

分析圖1，本文設(shè)計(jì)的水利信息化處理技術(shù)架構(gòu)主要包括如下三方面內(nèi)容：

(1)建設(shè)基礎(chǔ)信息系統(tǒng)。在全國范圍內(nèi)所有灌區(qū)的信息都屬于基礎(chǔ)信息，根據(jù)這些信息建立基礎(chǔ)信息系統(tǒng)[6]。

(2)建設(shè)數(shù)據(jù)庫資源。灌區(qū)節(jié)水工程的水利信息數(shù)據(jù)庫必須是專業(yè)數(shù)據(jù)庫，里面的內(nèi)容要來自于國家。數(shù)據(jù)庫資源作為公共信息資源，可以幫助決策者做出正確決策。

(3)建設(shè)綜合管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)統(tǒng)籌標(biāo)記水利信息數(shù)據(jù)庫中的信息，將得到的信息放在不同模塊中，并及時(shí)做出數(shù)據(jù)更新。

圖1的水利信息化處理技術(shù)由感應(yīng)網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及應(yīng)用網(wǎng)三個(gè)層次連接，同時(shí)負(fù)責(zé)不同區(qū)域的工作：感應(yīng)網(wǎng)負(fù)責(zé)采集灌區(qū)節(jié)水工程中的水文信息，利用各類傳感設(shè)備采集水質(zhì)信息和雨量信息；傳輸網(wǎng)負(fù)責(zé)將感應(yīng)網(wǎng)采集到的信息以不同的傳輸方式傳送給不同的信息系統(tǒng)中；應(yīng)用網(wǎng)負(fù)責(zé)將信息中心的結(jié)果展示在各級水利部門的指揮顯示器上[7]。感應(yīng)網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及應(yīng)用網(wǎng)三個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)工作，不僅能夠有效提高處理質(zhì)量，同時(shí)能夠保證工作速度。

本文設(shè)計(jì)的水利信息化處理技術(shù)引用現(xiàn)代信息處理技術(shù)(計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、微電子技術(shù)、電信號遙感技術(shù)、GPS定位技術(shù)、GIS技術(shù)以及自動化技術(shù))，充分利用科學(xué)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造的有利條件，對傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行深入改造，使得處理結(jié)果更加精準(zhǔn)，處理速度大大提高。在數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)采集等方面，本文設(shè)計(jì)的技術(shù)都有很大程度的改進(jìn)，系統(tǒng)的應(yīng)急處置能力也有所提高[8]。

2 灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的水利信息化處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程

2.1 灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的水利信息化處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)模式

灌區(qū)節(jié)水灌溉工程中的水利信息化處理技術(shù)覆蓋的層面很大，涉及內(nèi)容廣泛，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)復(fù)雜繁瑣的過程[9]。本文結(jié)合目前水利工程中的基礎(chǔ)設(shè)施研究了水利信息化處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程，并給出了實(shí)現(xiàn)的通用模式，如圖2所示。

圖2 灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的水利信息化處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)模式

圖2中的通用模式引用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠有效實(shí)現(xiàn)各中間系統(tǒng)和設(shè)備之間的通信。在服務(wù)器上進(jìn)行了一定的創(chuàng)新，傳統(tǒng)服務(wù)器計(jì)算模式是利用存儲器計(jì)算的，這種計(jì)算方式只能針對普通數(shù)據(jù)，很難針對大數(shù)據(jù)做出計(jì)算，而灌區(qū)節(jié)水工程中包含的數(shù)據(jù)信息極多，因此，本文引進(jìn)了一種新的計(jì)算服務(wù)器——HANA服務(wù)器，此款服務(wù)器的計(jì)算模式為內(nèi)存模式，相較于傳統(tǒng)服務(wù)器而言，計(jì)算速度有了極大的提高。傳統(tǒng)服務(wù)器的存儲方式為“行存儲”，而HANA服務(wù)器的存儲方式為“列存儲”，在處理相同的數(shù)據(jù)報(bào)表時(shí)，二者速度有明顯不同。例如，在處理一個(gè)億級數(shù)據(jù)報(bào)表時(shí)，使用傳統(tǒng)存儲服務(wù)器處理方式需要花費(fèi)29.415 s才能得到精準(zhǔn)的處理結(jié)果，而使用HANA服務(wù)器的處理方式，只需要花費(fèi)101 ms就能得到精準(zhǔn)的處理結(jié)果，效果可以達(dá)到傳統(tǒng)服務(wù)器效果的1000倍以上[10]。

本文設(shè)計(jì)的水利信息化處理技術(shù)能夠確保水利信息公開化，使灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的水利信息資源共享，實(shí)現(xiàn)水利信息資源的統(tǒng)一管理。目前的水利行業(yè)已經(jīng)成為政府行業(yè)，良好的水利信息化處理技術(shù)不僅能夠優(yōu)化辦公方式，同時(shí)能夠有效降低工作成本。本文利用中心系統(tǒng)查詢校驗(yàn)信息、傳遞信息指令，并對工程的工作狀態(tài)進(jìn)行視頻監(jiān)控，設(shè)計(jì)的技術(shù)既能夠支持?jǐn)U展管理，也能支持多途徑處理任務(wù)。

在數(shù)據(jù)中心中，統(tǒng)一管理水利信息，建設(shè)中心數(shù)據(jù)庫，滿足運(yùn)維的需要。研究的水利信息化處理技術(shù)滿足國家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)⒏鞯氐乃畔⑦M(jìn)行編制，達(dá)到資源共享的目的[11]。

2.2 灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的水利信息化處理技術(shù)工作流程

基于上文研究的水利信息化處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)模式設(shè)計(jì)了工作流程，如圖3所示。

圖3 水利信息化處理技工作流程

分析圖3工作流程，具體步驟分析如下：

第一步：信息數(shù)據(jù)采集。引用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)采集灌區(qū)節(jié)水灌溉工程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)做對比，找出有用信息，篩選無用數(shù)據(jù)。

第二步：信息數(shù)據(jù)處理。將采集到的信息放入中心系統(tǒng)中，集中處理，信息編碼成統(tǒng)一符號，在統(tǒng)一符號中構(gòu)建處理系統(tǒng)，得到處理結(jié)果。

第三步：下發(fā)信息處理結(jié)果。編程處理結(jié)果指令，將處理結(jié)果指令下發(fā)到各個(gè)部門中，在各個(gè)部門的顯示器上進(jìn)行顯示。

第四步：信息實(shí)時(shí)追蹤。對處理結(jié)果做出實(shí)時(shí)追蹤，確保處理結(jié)果在一段時(shí)間內(nèi)不會出現(xiàn)問題。一旦處理結(jié)果出現(xiàn)問題，警報(bào)器將會立即發(fā)出報(bào)警聲，提醒工作人員及時(shí)采取解決措施[12]。

水利信息化處理技術(shù)工作過程較為復(fù)雜繁瑣，尤其是在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)，各個(gè)環(huán)節(jié)必須要相互配合，同時(shí)啟動工作，如果有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，那么整個(gè)工作都將無法進(jìn)行。因此工作人員必須要及時(shí)對水利信息處理技術(shù)的各個(gè)設(shè)置進(jìn)行檢查，分析設(shè)置是否有效，如果設(shè)置出現(xiàn)問題，要及時(shí)檢修和更換，確保水利信息化處理工作順利進(jìn)行。

3 實(shí)驗(yàn)研究

為了檢測本文研究的水利信息化處理技術(shù)實(shí)際工作效果，設(shè)計(jì)了對比實(shí)驗(yàn)。

3.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

3.2 實(shí)驗(yàn)過程

根據(jù)上述設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選用傳統(tǒng)的水利信息化處理技術(shù)和本文研究的水利信息化處理技術(shù)同時(shí)處理灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的信息，計(jì)算處理耗費(fèi)時(shí)間，并對結(jié)果準(zhǔn)確率進(jìn)行分析。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)耗費(fèi)時(shí)間實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 耗費(fèi)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果

觀察圖4可知，傳統(tǒng)技術(shù)在處理水利信息時(shí)，花費(fèi)的時(shí)間一直居高不下，而本文研究的技術(shù)隨著所處理水利信息數(shù)量的增多，花費(fèi)時(shí)間不斷減少。當(dāng)信息數(shù)量為20個(gè)時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)耗費(fèi)時(shí)間為8.8 s，本文研究的處理技術(shù)花費(fèi)時(shí)間為6.0 s；當(dāng)信息數(shù)量為40個(gè)時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)耗費(fèi)時(shí)間為8.9 s，本文研究的處理技術(shù)花費(fèi)時(shí)間為5.7 s；當(dāng)信息數(shù)量為60個(gè)時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)耗費(fèi)時(shí)間為8.1 s，本文研究的處理技術(shù)花費(fèi)時(shí)間為5.6 s；當(dāng)信息數(shù)量為80個(gè)時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)耗費(fèi)時(shí)間為8.0 s，本文研究的處理技術(shù)花費(fèi)時(shí)間為4.0 s；當(dāng)信息數(shù)量為100個(gè)時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)耗費(fèi)時(shí)間為8.3 s，本文研究的處理技術(shù)花費(fèi)時(shí)間為3.8 s；當(dāng)信息數(shù)量為120個(gè)時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)耗費(fèi)時(shí)間為9.1 s，本文研究的處理技術(shù)花費(fèi)時(shí)間為3.5 s。

(2)準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分析圖5得出：在不同的工作時(shí)間下，本文研究的處理技術(shù)和傳統(tǒng)處理技術(shù)對灌區(qū)節(jié)水工程的水利信息處理效果不同。當(dāng)工作時(shí)間為0.1 s時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)的處理效果精準(zhǔn)度為15%，本文研究的處理技術(shù)的處理效果精準(zhǔn)度為30%，處理效果是傳統(tǒng)技術(shù)的2倍；當(dāng)工作時(shí)間為0.3 s時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)的處理效果精準(zhǔn)度為25%，本文研究的處理技術(shù)的處理效果精準(zhǔn)度為55%；當(dāng)工作時(shí)間為0.5 s時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)的處理效果精準(zhǔn)度為32%，本文研究的處理技術(shù)的處理效果精準(zhǔn)度為63%；當(dāng)工作時(shí)間為0.7 s時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)的處理效果精準(zhǔn)度為40%，本文研究的處理技術(shù)的處理效果精準(zhǔn)度為75%；當(dāng)工作時(shí)間為0.9 s時(shí)，傳統(tǒng)處理技術(shù)的處理效果精準(zhǔn)度為61%，本文研究的處理技術(shù)的處理效果精準(zhǔn)度為92%。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)論：水利信息化處理技術(shù)對于空間的跨度要求非常大，傳統(tǒng)的水利信息化處理技術(shù)的傳感器專業(yè)性不足，多是使用人工操作代替?zhèn)鞲衅鞑僮?，這種操作方式主觀性強(qiáng)、準(zhǔn)確性差。本文引用最新的HANA服務(wù)器，不僅能夠提高水利信息化處理工作性能 ，同時(shí)擴(kuò)大管理規(guī)模，實(shí)現(xiàn)水利、交通、公安的同時(shí)管理。本文研究的水利信息化處理技術(shù)擁有完整的處理產(chǎn)業(yè)鏈，在監(jiān)控設(shè)備上完成信息的采集、測試、處理和上傳工作，處理效果能夠得到有效保障，同時(shí)處理速度大大提高。

綜上所述，本文研究的水利信息化處理技術(shù)在處理灌區(qū)節(jié)水工程中的信息時(shí)有著得天獨(dú)厚的條件，更值得推廣使用。

4 結(jié) 語

灌區(qū)每年需要引用大量水資源，因此國家研究了多種節(jié)水灌溉工程。水利信息資源處理是灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的重要環(huán)節(jié)之一，傳統(tǒng)的處理技術(shù)耗費(fèi)時(shí)間較長，但是取得的工作效果并不好。本文引用了最先進(jìn)的HANA服務(wù)器，利用感應(yīng)網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及應(yīng)用網(wǎng)三個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)工作。該處理技術(shù)在處理效果和花費(fèi)時(shí)間上都有著明顯的提高，該技術(shù)具有的優(yōu)勢是傳統(tǒng)技術(shù)難以比擬的，因此具有廣闊的市場發(fā)展空間。本研究對于節(jié)水灌溉工程有一定的指導(dǎo)意義。