灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)研究與應用

胡正松 ，陸乙君 ，岑恩杰 ，陳洪飛 ，劉 鋒 ，洪 侃 ，翁 敏 ，黃小彬 ，楊 勇

（1.杭州定川信息技術有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；3.浙江省河口海岸重點實驗室，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

我國水資源總量為2.81萬億m3，居世界第六位，人均水資源不及世界人均占有量的 1/4，是世界公認的 13個水資源匱乏國家之一，隨著社會經濟的快速發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出，因此合理地使用水資源，實行節(jié)約措施十分必要[1]。

我國大部分灌區(qū)修建于20世紀50 — 70年代，涉及的范圍較廣，運行了數十年，工程設施設備陳舊，大部分處于年久失修，自動化和信息化程度較低，灌區(qū)內的水資源沒有得到充分的利用，基礎資料信息得不到有效的管理和維護，整體的管理水平低下[2]。

目前國外的發(fā)達國家，對于灌區(qū)的管理，朝著信息化、自動化和高效化的方向發(fā)展。美國墾務局將自動控制技術應用到灌區(qū)配水調度中，使配水效率從80 %提高到96 %[3]。

2016年浙江省人民政府辦公廳發(fā)布浙政辦發(fā)〔2016〕4號文件《關于全面推行浙江省水利工程標準化管理》。文件明確要求：以黨的十八屆五中全會精神和習近平總書記提出的新時期治水方針為指導，按照“五水共治”和“標準強省”建設的總體要求，圍繞確保水利工程安全、持續(xù)、高效運行的目標，以落實水利工程管理責任和措施為核心，以全面建立水利工程標準化管理體系為基礎，以深化水利工程管理體制機制改革為動力，堅持政府主導、社會參與，省定標準、分級實施，全面規(guī)劃、穩(wěn)步推進，全面落實水利工程標準化管理措施[4]。

針對我國灌區(qū)的現(xiàn)狀，為了科學合理地管理和調度灌區(qū)的水資源，有效管理和維護相應的基礎信息，顯著提高灌區(qū)的整體管理水平，建設信息化系統(tǒng)對灌區(qū)來說是迫切需要的。

2 系統(tǒng)概述

灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)采用先進的微機處理技術、無線通信技術、物聯(lián)網技術等，精準實現(xiàn)灌區(qū)水位、流量、雨量等關鍵數據的實時遙測，使灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)及時、高效地運行，為灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置提供支持，逐步提高灌區(qū)的管理水平和水資源配置效益，實現(xiàn)灌區(qū)管理信息化和標準化[5]。

灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)由硬件設備、軟件平臺和手機APP 3部分組成。其中硬件設備主要包括攝像機、遙測終端、水位計、雨量計、服務器等。灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)軟件平臺，可以對人員考勤、日常巡查情況、水位、雨量、流量等關鍵數據以及水位尺圖像進行顯示，配合地圖瀏覽、短信提醒等功能。手機APP包括人員考勤、日常巡查情況輸入等功能，可顯示雨量、水位、流量以及水位尺圖像等。灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)結構見圖1。

圖1 系統(tǒng)結構圖

在實地現(xiàn)場，水位計可實時采集渠道的水位，進行水位觀測與計量，以便合理地控制引配水量，在滿足工農業(yè)用水或農作物用水前提下，實行節(jié)約用水，提高水資源利用率；流量計可實時采集渠道流量，進行觀測與計量，以便合理地控制引配水量，提高水資源利用率；監(jiān)控攝像機用于抓拍渠道水面的情況以及水位尺的讀數，便于觀察渠道水面的突發(fā)情況，保障用水安全；雨量計實時采集灌區(qū)雨量數據，進行觀測與計量，確保灌區(qū)的用水安全。遙測終端采集到考勤信息、水位數據、雨量數據和圖像數據后，通過無線網絡傳輸到中控室服務器端，通過軟件平臺顯示各項數據，并可形成報表進行打印等，上級主管部門可以通過Web網絡訪問軟件平臺，進行實時數據的查詢與監(jiān)督。手機APP則方便工作人員隨時隨地查看和操作。因此，灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)滿足灌區(qū)對于信息化建設的需要，以銅山源水庫灌區(qū)水利工程標準化管理項目為例，進行建設運行。

3 硬件設備

無線遙測終端作為灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)的核心設備，采用工業(yè)級32位處理芯片，以實時嵌入式系統(tǒng)為基礎，通過無線網絡和平臺服務器交互，提供開關量輸入、開關量輸出、翻斗式雨量計、RS485、RS232、模擬量輸入等接口。該產品將信號處理技術和物聯(lián)網技術完美地結合起來，適用于灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)。銅山源水庫灌區(qū)水利工程標準化管理工程項目現(xiàn)場安裝情況見圖2。

圖2 遙測站點現(xiàn)場安裝圖

4 軟件平臺

灌區(qū)智能監(jiān)測平臺主要面向的用戶是灌區(qū)的管理人員、負責人、巡查人員以及相關領導。針對不同類型的用戶開發(fā)不同的模塊功能，可進行定制。灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)軟件平臺包括灌區(qū)信息管理、灌區(qū)巡查、辦公自動化于一體，主要服務于灌區(qū)管理的信息化、灌區(qū)巡查的自動化，并能為灌區(qū)的管理決策提供參考依據。以銅山源灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)軟件平臺為例進行展示。

平臺包括首頁模塊、代辦事項模塊、灌區(qū)概況模塊、組織管理模塊、日常巡查模塊、實時數據模塊、地圖瀏覽模塊、短信管理模塊、系統(tǒng)報表模塊和系統(tǒng)設置模塊。

日常巡查模塊，包括日常巡查、隱患管理和考勤統(tǒng)計3個子模塊，可展示各個線路的巡查情況、隱患事項、隱患部位和人員考勤的相關情況。

實時數據模塊，包括雨量監(jiān)測、水位監(jiān)測、水量監(jiān)測、資料備份、資料整編和設備監(jiān)控6個子模塊，從中可以查詢各個水利元素實時和歷史數據，并且通過現(xiàn)場水位尺圖片的采集，在后臺可將其與水位計采集的數據進行對比，以校對水位數據，可實時掌握設備系統(tǒng)現(xiàn)場運行的情況。同時，管理人員也可對資料進行備份和整編。

點擊實時數據，再點擊設備監(jiān)控，在頁面上可以查詢各個灌區(qū)站點采集水位尺圖片的情況，接著點擊某一具體時間的圖片，便可顯示現(xiàn)場的實際工況。

電子地圖服務在水利工作中的應用越來越廣泛，用戶在電子地圖上可以清楚地查看銅山源灌區(qū)地理位置以及周邊地形以及重要地物。電子地圖見圖3。

圖3 地圖瀏覽圖

短信業(yè)務在辦公自動化中是不可缺少的，很多信息、事件都需要對用戶進行短信提醒。當巡查員多天沒有按照巡查路線進行巡查時，用戶可以在系統(tǒng)中發(fā)送短信提醒該巡查員，發(fā)送后的短信可以在系統(tǒng)中進行查看。

圖4為系統(tǒng)短信管理圖用戶在人員列表中選擇要發(fā)送短信的對象，再輸入短信內容，點擊發(fā)送按鈕則可將信息發(fā)送到對應人員的手機。

統(tǒng)計報表模塊，包括電子臺賬、紙質檔案和電子檔案3個子模塊，可以顯示日常巡查檔案、問題匯總檔案、管理人員上傳的各類電子檔案等，方便管理人員隨時查詢以往的各類檔案，了解灌區(qū)的運行情況。

圖4 系統(tǒng)管理信息圖

5 手機APP實例

銅山源灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)手機APP主要包括登錄界面、手機APP主頁、考勤簽到模塊、水尺圖模塊、工程巡查模塊、水雨情模塊和調度運行模塊。

登錄手機APP主頁，頁面主要包括3個部分，第1部分是當前用戶的登錄信息，點擊用戶頭像可以進行檢查更新、注銷和退出操作；第2部分是系統(tǒng)主要的功能模塊，包括代辦事項、考勤簽到、水尺圖、工程巡查、水雨情和調度運行；第3部分是運行監(jiān)管部分，包括非標準工程數、亞標準工程數和標準工程數（見圖5）。

圖5 手機APP主頁圖

在辦公樓或監(jiān)測站附近200 m范圍內，工作人員可以通過手機APP上的簽到按鈕進行考勤簽到，相應的記錄會傳到灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)的軟件平臺上，供管理人員查詢，作為日?？己说囊徊糠?。

點擊APP上工程巡查模塊，進入灌區(qū)的工程巡查列表，在列表上可以選擇要巡查的路線；點擊某一巡查路線，便可以看到最后一次完成巡查的時間和巡查人；點擊開始新的巡查，便可以進行新一次的巡查。點擊調度運行模塊，進入灌區(qū)內各個需要調度站點的列表，在列表中，可以查看各個站點最近一次操作的時間；點擊相應需要操作的站點，可以對該站點進行調度。

6 結 語

灌區(qū)智能監(jiān)測系統(tǒng)在銅山源水庫灌區(qū)水利工程標準化管理工程項目的應用，實現(xiàn)了對人員考勤、日常巡查情況、調度運行的情況、水位、雨量、流量、水位尺圖片等信息的實時智能監(jiān)測。系統(tǒng)投入運行后，實踐證明該系統(tǒng)功能齊全、運行穩(wěn)定、操作方便，大大提高了銅山源水庫灌區(qū)的日常管理效率，減輕管理人員的負擔，降低運營成本，提高水資源配置效益，實現(xiàn)銅山源水庫灌區(qū)的信息化和標準化，達到了預期的效果。