云端灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

劉韶華，王正興，畢華軍

（1.東營(yíng)市水利灌溉管理處，山東 東營(yíng) 257000；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

灌區(qū)信息化是提升灌區(qū)管理服務(wù)水平的和降低運(yùn)行成本的有效手段，本文基于云端灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)，討論其中的關(guān)鍵技術(shù)，并舉例說(shuō)明云端灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景及效果。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

云端灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想是管理人員能夠通過(guò)瀏覽器或手機(jī)App 訪問(wèn)本系統(tǒng)，并及時(shí)、便捷、快速、準(zhǔn)確地了解各個(gè)測(cè)站的詳細(xì)信息。系統(tǒng)基本信息包括水位采集、流速流量、閘門(mén)控制、雨情、墑情等主要信息，結(jié)合目前灌區(qū)由樁號(hào)、配水點(diǎn)、渠段、水管所等基層灌溉管理機(jī)構(gòu)上報(bào)流程，利用計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)灌區(qū)精準(zhǔn)制定系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為灌區(qū)水資源的管理、灌區(qū)防汛抗旱，節(jié)水灌溉、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面的正確決策提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

建立實(shí)現(xiàn)灌區(qū)業(yè)務(wù)綜合管理服務(wù)的云服務(wù)中心，主要由綜合信息管理系統(tǒng)、智能灌溉管理系統(tǒng)、水費(fèi)征收管理系統(tǒng)、災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)組成。綜合信息管理系統(tǒng)主要針對(duì)灌區(qū)各類(lèi)信息的管理和查詢(xún)功能，包括灌區(qū)基本信息管理、組織機(jī)構(gòu)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息管理、文檔資料管理等。智能灌溉管理系統(tǒng)的目標(biāo)是無(wú)人或少人控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)水、節(jié)水的目的。水費(fèi)征收管理系統(tǒng)，用水戶(hù)可以對(duì)自己的用水信息以及繳費(fèi)信息進(jìn)行及時(shí)查詢(xún)，推進(jìn)灌區(qū)陽(yáng)光水務(wù)。災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)是抵御自然災(zāi)害的重要非工程性措施，災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)體現(xiàn)監(jiān)測(cè)、通信及預(yù)警一體化。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 技術(shù)路線

搭建基于灌區(qū)基本信息的感知層，充分發(fā)揮已建設(shè)和即將建設(shè)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的作用，包括傳感器、水位和水量采集設(shè)備、攝像頭等，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源監(jiān)測(cè)的全面物聯(lián)；建立對(duì)資源等各方面的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)對(duì)水位、水量、視頻等的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸，還包括水泵、閘門(mén)等控制設(shè)備；在云計(jì)算管理平臺(tái)，對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，提高管理單位對(duì)水資源的監(jiān)控管理能力。

搭建基于云計(jì)算環(huán)境的灌區(qū)信息管理系統(tǒng)，計(jì)算資源和存儲(chǔ)設(shè)施都交由云計(jì)算服務(wù)提供商負(fù)責(zé)，利用“阿里云”平臺(tái)實(shí)現(xiàn)云平計(jì)算臺(tái)的部署。云計(jì)算平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)建測(cè)站監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視、水情預(yù)警、水資源調(diào)配、供水管理、設(shè)備管理、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、文件管理系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)工作頁(yè)面

該管理軟件采用數(shù)據(jù)可視化和GIS 地理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，由服務(wù)器端、客戶(hù)端和移動(dòng)端三部分組成。服務(wù)器端可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、整理、數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)管理等功能?？蛻?hù)端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、報(bào)表、人機(jī)交互等功能。用戶(hù)可在臺(tái)式機(jī)或筆記本上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)授權(quán)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)錄入、遠(yuǎn)程控制等功能。掌上灌區(qū)是灌區(qū)管理人員移動(dòng)辦公、智能辦公的APP，主要功能有灌區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的日常數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析、生成數(shù)據(jù)報(bào)表、視頻監(jiān)視、設(shè)備遠(yuǎn)程控制、灌區(qū)日常工作巡檢等。登錄系統(tǒng)后，主頁(yè)面主要有四個(gè)模塊：可視數(shù)據(jù)、地理信息、綜合功能及文件管理。

1）可視數(shù)據(jù)。展示的內(nèi)容分別為灌區(qū)概況、渠首水情、水情預(yù)警、地圖概覽、視頻監(jiān)視、用水管理、取水工程水情。

灌區(qū)概況包含灌區(qū)名稱(chēng)、單位名稱(chēng)、設(shè)計(jì)灌溉面積、有效灌溉面積、灌溉方式、供水類(lèi)型、職工人數(shù)、上級(jí)主管單位等信息。

渠首水情用于展示當(dāng)天24 h 渠首位置的水位和瞬時(shí)流量的折線圖，折線圖左側(cè)縱坐標(biāo)是水位，右側(cè)縱坐標(biāo)是瞬時(shí)流量。

水情預(yù)警用于展示當(dāng)前水位測(cè)站的預(yù)警，折線圖是分別有當(dāng)前水位值、預(yù)警水位值、告警水位值。

地圖概覽用于展示當(dāng)前灌區(qū)地理位置和各個(gè)測(cè)站標(biāo)點(diǎn)。

視頻監(jiān)視泵站、閘門(mén)情況、以及各個(gè)監(jiān)視點(diǎn)的當(dāng)前情況。

2）地理信息?？梢暬\(yùn)維管理界面，界面出現(xiàn)樁號(hào)及測(cè)站位置，點(diǎn)擊就可以很直觀地了解監(jiān)測(cè)信息。

3）綜合功能。主要包含組織機(jī)構(gòu)、水源管理、測(cè)站監(jiān)測(cè)、水情預(yù)警、水資源調(diào)配、供水管理、水情整編、設(shè)備管理和運(yùn)營(yíng)維護(hù)功能。

組織機(jī)構(gòu)包括管理站管理和人員信息，可以清楚直觀的看到各類(lèi)信息。管理站管理是灌區(qū)內(nèi)的各個(gè)管理站信息，展示的內(nèi)容有序號(hào)、名稱(chēng)、圖片、地址、詳細(xì)地址、管理范圍、更新時(shí)間等。人員信息是灌區(qū)內(nèi)的各個(gè)管理站的人員信息，展示的內(nèi)容有序號(hào)、名稱(chēng)、頭像、職稱(chēng)、辦公電話、手機(jī)號(hào)、管理站、更新時(shí)間等。

水源管理包括基礎(chǔ)信息展示水源地的名稱(chēng)、飲水類(lèi)型、管轄單位、地址、資源依靠、引水流量、年設(shè)計(jì)供水量、資料記載和部分現(xiàn)場(chǎng)圖片等內(nèi)容。

測(cè)站監(jiān)測(cè)包括測(cè)站基礎(chǔ)信息、測(cè)站詳情、率定記錄及視頻監(jiān)視。

水情預(yù)警包括預(yù)警記錄頁(yè)面，展示的內(nèi)容包含測(cè)站名稱(chēng)、當(dāng)前測(cè)量值、警告值、預(yù)警級(jí)別、通知人、通知電話、通知狀態(tài)、更新時(shí)間。預(yù)警記錄是當(dāng)水位超過(guò)設(shè)定的預(yù)警或告警值時(shí)生成的記錄，服務(wù)器每5 min 會(huì)判斷一次。

4）文件管理。灌區(qū)內(nèi)所有的上傳文件，包含圖片、視頻、文檔等。

2.3 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

相對(duì)于傳統(tǒng)的用戶(hù)自己搭建機(jī)房平臺(tái)，本系統(tǒng)的云計(jì)算平臺(tái)利用“阿里云”實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用程序可以輕松地被布署到“阿里云”上，后臺(tái)服務(wù)框架和存儲(chǔ)過(guò)程完全由“阿里云”負(fù)責(zé)，布署的應(yīng)用程序可以享受“阿里云”的帶寬、可靠性、存儲(chǔ)空間以及數(shù)據(jù)吞吐量等性能和資源，節(jié)省了傳統(tǒng)的機(jī)房搭建費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用；并且用戶(hù)通過(guò)PC、手機(jī)或者平板電腦等Web 方式登陸本系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)豐富的報(bào)表、多維分析方法對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前，東營(yíng)市已建成曹店灌區(qū)信息化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)灌區(qū)水位、流量、流速等重要指標(biāo)的監(jiān)控，以及灌區(qū)干渠、泵站、閘門(mén)等灌區(qū)工程的相關(guān)數(shù)據(jù)，以折線圖、柱狀圖等形式進(jìn)行直觀的展示，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視和多級(jí)預(yù)警等功能。

基于云計(jì)算環(huán)境的灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)，通過(guò)建立現(xiàn)代化、一體化的信息系統(tǒng)，利用科技手段和先進(jìn)的管理模式，科學(xué)制定水資源合理配置，優(yōu)化調(diào)度方案，為灌區(qū)水資源的管理、灌區(qū)防汛抗旱，節(jié)水灌溉、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面的正確決策提供科學(xué)依據(jù)。云端灌區(qū)信息化可以實(shí)現(xiàn)人工與自動(dòng)化相結(jié)合的方式，節(jié)省了人力成本，提高了灌區(qū)各項(xiàng)工作的效率，能夠?qū)崟r(shí)了解灌區(qū)水情信息，有效提高灌區(qū)信息管理的現(xiàn)代化水平，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。