關(guān)于構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)的探討

王 建，尚慶明，包榮萍，徐樹元

（江蘇省淮安市水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，223005，淮安）

淮安市位于京杭運(yùn)河與古淮河交匯處，水資源豐富，水網(wǎng)密布，農(nóng)業(yè)生活用水富足，是名副其實(shí)的魚米之鄉(xiāng)。但是隨著城市的擴(kuò)張和人口的增長，加之農(nóng)業(yè)水資源調(diào)配混亂，農(nóng)業(yè)用水壓力越來越大，用水時節(jié)農(nóng)民到處找水的事情時有發(fā)生。因基層用水管理混亂，經(jīng)常是各村鎮(zhèn)自顧不暇，上游隨意開閘放水導(dǎo)致下游無水可用的現(xiàn)象時有發(fā)生，不僅浪費(fèi)水資源，也容易使農(nóng)民在農(nóng)業(yè)用水高峰期激化矛盾，所以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、實(shí)時監(jiān)控技術(shù)、遠(yuǎn)程操控技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)水資源立體化、動態(tài)化調(diào)配，打造無人值守遠(yuǎn)程操控的數(shù)字化水網(wǎng)來更加合理地調(diào)配水資源，顯得尤為重要。其建議設(shè)想是：

一、加強(qiáng)水網(wǎng)改造和閘站建設(shè)

1.現(xiàn)有水網(wǎng)改造

淮安市農(nóng)村現(xiàn)有溝渠較多，但大多是人工開挖的土質(zhì)溝渠，時間一長容易淤積，并且土質(zhì)溝渠容易滲水造成水資源浪費(fèi)。應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行改造，將現(xiàn)有水網(wǎng)中主要支干渠改造為混凝土襯砌溝渠，在水渠間隔布設(shè)水位監(jiān)測尺和監(jiān)控探頭，使控制中心實(shí)時掌握用水狀況，方便更好地調(diào)配水資源。

2.閘站建設(shè)

淮安市農(nóng)村現(xiàn)有閘站大多為單向流道，工程投資大,輔助溝渠占地多,工程調(diào)度控制中水能損失大，應(yīng)對其進(jìn)行改造，使其具備雙向供排水功能。雙向泵站既能灌溉，又能排澇，可以節(jié)約大量的資金，同時配合水位監(jiān)測系統(tǒng)和泵站、閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到全自動合理調(diào)配水資源的效果。但是雙向流道泵站有很多問題需要研究解決，尤其是上下游水位落差較大時，電機(jī)啟動阻力增加，過載問題更加突出，在進(jìn)行閘站控制線路設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮到這一點(diǎn)。

二、進(jìn)行三維數(shù)字化控制網(wǎng)建模

構(gòu)建現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)，除加強(qiáng)水網(wǎng)改造、建設(shè)閘站控制系統(tǒng)外，必須依據(jù)相關(guān)信息技術(shù)，構(gòu)建三維數(shù)字化水網(wǎng)模型。其基礎(chǔ)工作是：

1.數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

數(shù)字線劃圖是整個數(shù)字化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，一般通過測繪部門實(shí)地測量獲取，水網(wǎng)系統(tǒng)對于高程精度要求極高，所以在采集數(shù)據(jù)時應(yīng)精準(zhǔn)控制好高程數(shù)據(jù)。同時為了構(gòu)建三維模型，在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時所有點(diǎn)、線、塊應(yīng)加帶高程數(shù)據(jù)，如房屋除了地面高程外應(yīng)加帶房高數(shù)據(jù)，詳細(xì)分層，便于后期數(shù)據(jù)處理各類地物。最終將處理好的線劃圖轉(zhuǎn)換為dxf格式。

2.三維建模

（1）構(gòu)建數(shù)字高程模型DEM

三維環(huán)境下的建筑物要與地貌吻合，再現(xiàn)真實(shí)的數(shù)字地面模型，首先要制作數(shù)字高程模型?？赏ㄟ^南方CASS7.0軟件對外業(yè)采集的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行建模處理，由高程數(shù)據(jù)生成DEM（數(shù)字高程模型），再將地表影像疊加在DEM上，使其效果更貼近真實(shí)情況。

（2）地面建筑物的三維建模

在IMAGIS 3.0環(huán)境下，對導(dǎo)入的數(shù)字地圖的各建筑物選用單個對象調(diào)整，可添加高度、顏色屬性，然后統(tǒng)一自動創(chuàng)建建筑物。如個別建筑物需要修改，則先對其屬性作修改，再進(jìn)行人工創(chuàng)建建筑物。在水利領(lǐng)域，因?yàn)榈匚锵鄬Σ皇呛芏啵ㄗh選擇人工建模。對于一些復(fù)雜的建筑物，可用CAD或者IMAGIS自帶的圖形編輯器先對dxf文件進(jìn)行修改，然后再通過IMAGIS三維建模軟件對其進(jìn)行建模。

為了更好地對一些復(fù)雜地物建模，還可以通過3DMAX建模軟件來實(shí)現(xiàn)。

3.紋理映射

三維建模完成后，對模型進(jìn)行紋理映射是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵，它直接影響到模型的視覺效果和逼真程度。利用數(shù)碼影像紋理，不僅可以逼真、直觀地表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界，還可以彌補(bǔ)幾何模型不能表達(dá)的詳細(xì)信息，豐富地物的細(xì)節(jié)和材質(zhì)。

三、建立實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)

所需建立的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成，包括水位監(jiān)測子系統(tǒng)，泵站、閘門自動監(jiān)控子系統(tǒng)，視頻實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)。通過模型對三個子系統(tǒng)監(jiān)控，達(dá)到對數(shù)字化水網(wǎng)的應(yīng)用控制。

1.水位監(jiān)測子系統(tǒng)

采用國內(nèi)外先進(jìn)的聲學(xué)多普勒流速剖面儀，實(shí)時準(zhǔn)確地監(jiān)控各監(jiān)測點(diǎn)的水位、流速及流量信息，該系統(tǒng)應(yīng)具備各監(jiān)測站歷史數(shù)據(jù)查詢功能，實(shí)現(xiàn)對各監(jiān)測站水文數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2.泵站、閘門自動監(jiān)控子系統(tǒng)

該系統(tǒng)是運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及相關(guān)的通信技術(shù)組成的綜合性泵站、閘門系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對泵站、閘門開關(guān)的實(shí)時監(jiān)控。監(jiān)控中心可以根據(jù)常年的用水量，設(shè)定好區(qū)域內(nèi)各溝渠的水位，讓計(jì)算機(jī)實(shí)時調(diào)控少補(bǔ)多排，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動化管理；也可以根據(jù)區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)作物需水情況實(shí)時調(diào)控溝渠水位，方便上級水利部門合理調(diào)配農(nóng)業(yè)水資源，更好地解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的給排水問題。

3.視頻實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)

通過各監(jiān)控點(diǎn)的攝像頭提供直觀的實(shí)時現(xiàn)場圖像和數(shù)據(jù)，為監(jiān)控中心值班人員提供第一手資料，通過對各監(jiān)測點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，能夠更加直觀地顯示出水網(wǎng)內(nèi)的水資源分配，方便職能部門有效地管理閘站。也可以在各閘站監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置監(jiān)控探頭（如紅外、溫度等）與攝像頭聯(lián)動，構(gòu)建水患告警系統(tǒng)，當(dāng)水位觸發(fā)警戒水位時，觸發(fā)告警，在監(jiān)控中心大屏幕上該監(jiān)控圖像將顯示聲音告警，同時顯示告警圖像，以便相關(guān)部門及時采取措施。

四、結(jié) 語

構(gòu)建農(nóng)業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)雖然是一項(xiàng)龐大復(fù)雜且繁瑣的系統(tǒng)工程，但是可以想象一旦灌區(qū)水網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化操控，通過監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對每一條溝渠水位的遠(yuǎn)程實(shí)時控制，就必然能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)業(yè)水資源的合理調(diào)配，因此，針對當(dāng)前農(nóng)業(yè)用水特點(diǎn)構(gòu)建農(nóng)業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)是時代發(fā)展的必然要求。

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