我國灌區(qū)信息化建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展對策

姜明梁，鄧 忠

(中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部節(jié)水灌溉工程重點實驗室，河南 新鄉(xiāng) 453002)

0 引 言

灌區(qū)信息化是灌區(qū)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標志，是保障我國糧食安全和促進農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)性支撐。由于部分灌區(qū)設(shè)施設(shè)備老化失修嚴重、灌排效率低下，我國于1998年開始了大型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造實施工作，經(jīng)過近20 a的發(fā)展，灌區(qū)工程設(shè)施及運行狀況得到極大改善，灌區(qū)效益逐步提高。灌區(qū)信息化是提升灌區(qū)管理服務(wù)水平和降低運行成本的有效手段，可以說沒有灌區(qū)的信息化就沒有灌區(qū)的現(xiàn)代化。隨著信息通信技術(shù)的迅猛發(fā)展以及各行各業(yè)對管理手段信息化的要求，我國于2002年啟動了大型灌區(qū)信息化建設(shè)試點。根據(jù)《全國大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造實施方案(2016-2020年)》，截至2015年，共有59處灌區(qū)開展了信息化建設(shè)試點，91處灌區(qū)不同程度參與了有關(guān)信息化管理內(nèi)容的建設(shè)。通過信息化建設(shè)，灌區(qū)的工程設(shè)施安全運行得到保障，灌區(qū)綜合管理水平、水資源優(yōu)化配置能力及利用效率有了進一步提升[1,2]。

有關(guān)我國灌區(qū)信息化建設(shè)的發(fā)展研究，多位學者進行了技術(shù)實踐并提出了各自觀點。陳金水[3,4]認為灌區(qū)信息化建設(shè)是一個發(fā)展的過程，他在總結(jié)和分析灌區(qū)信息化建設(shè)經(jīng)驗和問題的基礎(chǔ)上，提出了灌區(qū)現(xiàn)代化的頂層設(shè)計思路要結(jié)合灌區(qū)的實際情況，深入研究關(guān)鍵技術(shù)，做到實用、高效和可靠。史源[5]對無人機遙感技術(shù)在灌區(qū)信息化建設(shè)中的應(yīng)用進行了探討，主要包括灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)快速分類、遙感ET監(jiān)測、輸配水系統(tǒng)優(yōu)化、攝影測量及水文模型應(yīng)用等方面的應(yīng)用前景。在灌區(qū)信息管理系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用方面，陸繼平[6]、羅鵬[7]、程帥[8]等以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的整合運用，構(gòu)建了不同類型的灌區(qū)信息化綜合管理系統(tǒng)，通過三維立體的方式動態(tài)展示灌區(qū)的地形地貌及建筑物，實現(xiàn)了與灌區(qū)內(nèi)環(huán)境要素采集系統(tǒng)的實時關(guān)聯(lián)，提高了信息化管理決策的科學性和準確性。劉海燕[9]研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)與云計算的灌區(qū)信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用Google云計算服務(wù)平臺(GAE)對灌區(qū)各項業(yè)務(wù)進行部署，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)與云計算技術(shù)在灌區(qū)信息管理領(lǐng)域的無縫對接。對于國外的灌區(qū)信息化發(fā)展情況，以美國為例，目前美國水利發(fā)展的重心在于水資源的有效管理、提高灌溉用水效率，通過建立作物生長需水模型，進行灌溉的精準管理和決策，以獲得最大的灌溉效益。美國的農(nóng)田灌溉自動化程度比較高，一般在灌區(qū)管理機構(gòu)設(shè)有灌溉總控制室，進行實時決策調(diào)度和信息化、自動化管理。

綜合分析上述灌區(qū)信息化研究進展，目前灌區(qū)信息化建設(shè)已完成信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，實現(xiàn)了計算機對信息資源的可靠采集與穩(wěn)定傳輸，并作為灌區(qū)管理部門的工作依據(jù)，同時“3S”技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)應(yīng)用和基于作物需水規(guī)律的用水調(diào)控在灌區(qū)建設(shè)研究中逐步興起。但是，灌區(qū)信息資源的深度利用和共享能力還很薄弱，將信息資源用于灌區(qū)運行管理決策以及灌區(qū)水資源的最優(yōu)配置等方面的研究和應(yīng)用還比較少，僅有個別科研院校在這方面進行了有益的探索。

1 灌區(qū)信息化建設(shè)現(xiàn)狀與形勢

灌區(qū)信息化建設(shè)是集計算機技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多項技術(shù)的綜合應(yīng)用與實踐，其主要內(nèi)容一般包括：灌區(qū)數(shù)據(jù)庫、信息采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、用水決策支持系統(tǒng)、渠系控制系統(tǒng)、辦公服務(wù)系統(tǒng)等的建設(shè)。經(jīng)過10 a多的試點建設(shè)，我國部分灌區(qū)已率先實現(xiàn)信息化，并逐步探索灌區(qū)智慧化建設(shè)，同時也涌現(xiàn)出如廈門四信通信科技有限公司、北京潤華信通科技有限公司等專業(yè)從事灌區(qū)信息化系統(tǒng)及產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)。

但是, 我國灌區(qū)信息化建設(shè)目前總體上還處于比較低的水平，主要表現(xiàn)是實用和能夠長期使用的信息化系統(tǒng)產(chǎn)品較少，更多的是初步探索和展示，同時面臨著資金、關(guān)鍵技術(shù)、管理維護和人力資源等方面的一系列問題，主要包括以下幾個方面。

(1)建設(shè)資金不足。灌區(qū)信息化的建設(shè)資金來源于續(xù)建配套與節(jié)水改造投資的3%～10%，由于灌區(qū)工程涉及的范圍很廣，且設(shè)施設(shè)備多已年久失修，故不可能將過多資金投入到信息化建設(shè)中；另外，由于灌區(qū)的公益服務(wù)屬性及其功能定位，投資回報率低，民間資本參與灌區(qū)信息化建設(shè)的意愿較低，因此資金短缺的狀況仍將持續(xù)。

(2)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃。灌區(qū)信息化建設(shè)是每個年度制定一個方案，而每年又需要進行工程招投標，所以可能會出現(xiàn)不同年份中標的是不同的公司等情況[10]，而且每個信息化服務(wù)公司都有自己的一套系統(tǒng)運行平臺，導(dǎo)致難以滿足數(shù)據(jù)信息共享的要求。同時，信息化建設(shè)規(guī)劃缺少與灌區(qū)防洪抗旱、鹽漬化治理、水生態(tài)保護和渠道淤積防治等特殊問題的銜接與集成。

(3)產(chǎn)品可靠性與規(guī)范性較差。當前從事灌區(qū)信息化系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)眾多，但從在河南、山西等幾個大中型灌區(qū)的調(diào)研情況看，信息化系統(tǒng)的可靠性、實用性還較差，產(chǎn)品不能夠長期穩(wěn)定運行，甚至有些灌區(qū)的信息化系統(tǒng)僅有視頻展示的功能?，F(xiàn)有的信息化系統(tǒng)在水位、流量、墑情、視頻圖像等信息監(jiān)測上效果較好，但數(shù)據(jù)融合分析、決策調(diào)控的功能欠佳；閘門、泵站的遠程控制存在精度低的情況，時常需要售后人員前來維修。另外，信息化產(chǎn)品存在較多類型的軟硬件開發(fā)標準，但缺乏統(tǒng)一的、有針對性的規(guī)程和標準，灌區(qū)信息結(jié)構(gòu)體系的標準化程度低，信息標準化接口模式還未形成，數(shù)據(jù)的分類、定義不規(guī)范，數(shù)據(jù)系統(tǒng)的兼容性差；數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)多種多樣，導(dǎo)致低水平重復(fù)開發(fā)，無法實現(xiàn)信息化系統(tǒng)產(chǎn)品的通用與信息共享。

(4)運行維護成本高。灌區(qū)所用到的設(shè)施設(shè)備種類繁多，性能各異，而且早期建設(shè)的信息化系統(tǒng)，因部分設(shè)備老化亟待更新和升級，但由于缺乏正常的維修養(yǎng)護資金，遇到問題時只能臨時解決[10]。同時，灌區(qū)管理部門多為公益性事業(yè)單位，工程運行管理經(jīng)費和維修養(yǎng)護經(jīng)費有限，因此在灌區(qū)信息化系統(tǒng)的維護方面存在較大資金困難。

(5)人力資源供給不足。灌區(qū)管理人員往往具備農(nóng)田水利工程專業(yè)教育背景，大多處于基層水利系統(tǒng)，對于現(xiàn)代信息技術(shù)認識不足，無法具體參與到灌區(qū)信息化項目建設(shè)中，因此在項目建成后的運行維護上存在技能欠缺的問題。而從事信息化系統(tǒng)開發(fā)的人員對于農(nóng)田水利工程相關(guān)知識較為缺乏，這就造成灌區(qū)管理人員知識結(jié)構(gòu)上的單一、不融合，缺少掌握多種專業(yè)技術(shù)知識的復(fù)合型人才。

2 灌區(qū)信息化建設(shè)發(fā)展對策

當前灌區(qū)信息化的實現(xiàn)不僅僅是個技術(shù)問題，更是一個社會問題，實現(xiàn)信息化乃至智慧化在技術(shù)上并不存在太大困難，關(guān)鍵是人們的思想和觀念，應(yīng)認清灌區(qū)信息化是一個集信息采集、數(shù)據(jù)管理、決策應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布于一體的系統(tǒng)工程[4]。筆者認為，我國的灌區(qū)信息化建設(shè)在技術(shù)路線上應(yīng)堅持“聯(lián)系實際、夯實基礎(chǔ)、穩(wěn)步實施”的原則，結(jié)合我國灌區(qū)實際，加強應(yīng)用基礎(chǔ)研究，對灌區(qū)環(huán)境下的信息傳輸與遠程控制不可靠等關(guān)鍵技術(shù)問題予以徹底解決，在技術(shù)應(yīng)用上不能一味地求新、求快、求全，扎實穩(wěn)步推進灌區(qū)信息化建設(shè)項目的實施。 灌區(qū)管理人員要認清水利信息化工作的差距，堅持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的方針，果斷采取相關(guān)對策，確保灌區(qū)信息化建設(shè)成果切實有效、實用。

(1)完善用水管理模式。灌區(qū)是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的主力軍，隨著“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略的逐步實施，我國今后的農(nóng)業(yè)種植必定是規(guī)?；?，通過土地流轉(zhuǎn)形成的大規(guī)模地塊也為灌溉信息化系統(tǒng)的建設(shè)和統(tǒng)一管理提供了便利條件。同時，隨著我國農(nóng)村勞動力人口的老化與流失，一家一戶管理農(nóng)業(yè)用水的情形必然會消失，因此未來的農(nóng)業(yè)用水管理應(yīng)該采用農(nóng)戶用水合作社的模式，進一步厘清政府、灌區(qū)管理機構(gòu)、農(nóng)戶用水合作社3者之間的權(quán)利和責任，完善支持政策，注重培養(yǎng)既懂信息技術(shù)，又會經(jīng)營的新型職業(yè)農(nóng)民。

(2)穩(wěn)定資金投入。大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造工程投資由中央、地方共同承擔，灌區(qū)信息化建設(shè)資金只占其中很小部分，但信息化建設(shè)投入大。建議在加大地方財政投入的基礎(chǔ)上，落實好工程運行管理經(jīng)費和維修養(yǎng)護經(jīng)費，政府提供長期優(yōu)惠貸款，創(chuàng)新投融資體制機制，積極調(diào)動各方面因素籌集資金，吸引社會資本參與信息化工程建設(shè)運營。

(3)全面統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計。建設(shè)工程實施好壞的前提是規(guī)劃是否科學合理，灌區(qū)信息化建設(shè)的規(guī)劃應(yīng)做到統(tǒng)一組織和管理。隨著經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，要對規(guī)劃進行適時調(diào)整，制定信息數(shù)據(jù)和接口的統(tǒng)一標準，使同一個信息化平臺中的不同廠家產(chǎn)品應(yīng)用能夠有機銜接與共享。

(4)加強灌區(qū)用水信息標準化技術(shù)研究。各個灌區(qū)在運行過程中所涉及到的數(shù)據(jù)類型基本相同，因此要統(tǒng)一數(shù)據(jù)的分類和定義，規(guī)范其內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。研究適用于現(xiàn)代化灌區(qū)用水的信息標準化接入模式，支持下端物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的多種連接方式，建立灌區(qū)信息化建設(shè)標準，并制定相應(yīng)標準下的軟件設(shè)備、硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)和協(xié)議規(guī)約。

(5)注重灌區(qū)管理人才培養(yǎng)。灌區(qū)信息化系統(tǒng)涉及的專業(yè)知識面廣，對管理人員的專業(yè)技能要求較高，要鼓勵灌區(qū)管理人員全程參與信息化建設(shè)項目的實施，幫助其熟悉項目建設(shè)的內(nèi)容和運營要求，項目建成后，要加強對管理人員的定期技術(shù)培訓(xùn)，提高其對新技術(shù)新工藝的掌握程度，盡快培育專業(yè)化的灌區(qū)管理服務(wù)隊伍。

3 結(jié) 語

針對我國灌區(qū)信息化建設(shè)中長期存在的一些問題進行了分析，并提出若干解決對策，以期能為信息化建設(shè)的又快又好實施提供決策依據(jù)。應(yīng)當認識到，灌區(qū)現(xiàn)代化的發(fā)展方向必然是數(shù)字化、智慧化，隨著近年大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、 機器學習和人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展及其在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用，智慧灌區(qū)建設(shè)發(fā)展逐漸提上議程。以“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題“灌區(qū)智慧用水決策技術(shù)與平臺”為依托，中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所聯(lián)合中國水利水電科學研究院、京藍云智物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司等單位初步完成了灌區(qū)信息化結(jié)構(gòu)指標的篩選與評價、灌區(qū)耗(需)水時空分異智能診斷平臺系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計，以及灌區(qū)田間智慧用水物聯(lián)網(wǎng)控制設(shè)備智能網(wǎng)關(guān)等產(chǎn)品的研發(fā)，為下一步構(gòu)建大數(shù)據(jù)的灌區(qū)智慧用水決策技術(shù)與平臺奠定了良好的基礎(chǔ)。

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