某典型灌區(qū)信息化系統(tǒng)建設(shè)與思考

王夏然

(安徽省河川工程咨詢有限公司，安徽 合肥 230022)

灌區(qū)信息化是網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代灌區(qū)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)與主要管理手段。所謂灌區(qū)信息化就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)，無線傳感網(wǎng)技術(shù)、充分挖掘和采用灌區(qū)環(huán)境信息資源及相關(guān)設(shè)施，最大限度地提升灌區(qū)的服務(wù)水平、管理效率，加快灌區(qū)的現(xiàn)代化發(fā)展步伐。在互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代背景下，信息化管理是灌區(qū)未來發(fā)展的必由之路、不二選擇。

2002年，啟動(dòng)了我國(guó)開始灌區(qū)信息化試點(diǎn)建設(shè)，近20多年的建設(shè)發(fā)展，國(guó)內(nèi)一些大型灌區(qū)的工程設(shè)施運(yùn)行狀況已有顯著改善，灌區(qū)用水管理，水資源利用等都更加科學(xué)、高效，灌區(qū)整體的信息化水平也有了很大程度的提高；可也還存在一些不足，灌區(qū)建設(shè)也存在著水資源分布不均、灌區(qū)現(xiàn)代化水平不高、灌區(qū)水資源管理落后，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度、信息網(wǎng)絡(luò)不健全等問題。按照2035年基本實(shí)現(xiàn)灌區(qū)現(xiàn)代化的要求，“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的水利改革發(fā)展總基調(diào)，以灌排工程、量測(cè)水設(shè)施、信息化等方面補(bǔ)短板為重點(diǎn)，建立具有更加高效的灌排工程體系，文章以某典型灌區(qū)大型灌區(qū)為例，就目前信息化建設(shè)中目前遇到的重難點(diǎn)問題，提出灌區(qū)信息化發(fā)展的優(yōu)化策略，構(gòu)建一套科學(xué)的灌區(qū)信息化系統(tǒng)管理平臺(tái)。

1 灌區(qū)信息化建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 起步晚，發(fā)展滯后

某典型灌區(qū)主要在安徽省區(qū)域內(nèi)，是安徽省的提水灌區(qū)。灌區(qū)在灌區(qū)總面積約3950km2，其中，設(shè)計(jì)灌溉面積約24.4×104hm2。灌區(qū)信息化起步較晚，因其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的限制，灌區(qū)信息化建設(shè)尚不完善。灌區(qū)自1998年開始實(shí)施灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造建設(shè)，近年，雖然實(shí)施了系列配套工程，對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)也有一定的探索，取得了可喜成績(jī)，促進(jìn)了灌區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，然而在農(nóng)業(yè)灌溉用水水量量測(cè)方面卻研究相對(duì)較少，發(fā)展相對(duì)滯后，與國(guó)內(nèi)先進(jìn)地區(qū)相比仍有較大差距。

1.2 管理技術(shù)落后，阻礙可持續(xù)發(fā)展

現(xiàn)階段，某典型灌區(qū)運(yùn)行管理技術(shù)仍以傳統(tǒng)方式為主，落后的管理技術(shù)和手段，不利于灌區(qū)發(fā)揮最大效益。洪澇之年，由于水情雨情信息獲取的不及時(shí)，將會(huì)加大工程防汛保安的難度；干旱之年，傳統(tǒng)管理方式和管理技術(shù)，很難滿足灌區(qū)有限水資源抗旱減災(zāi)效益的優(yōu)化利用。尤其是江淮分水嶺地區(qū)水資源相對(duì)短缺，用水方式粗放和過度開發(fā)利用問題突出。歷年來某典型灌區(qū)供水與取用水的管理方式無法適應(yīng)當(dāng)前節(jié)水思路的要求，水利用效率及水量采集信息不完善、用水效益較低。加之信息網(wǎng)絡(luò)不健全，灌區(qū)管理人員專業(yè)水平參差不齊，不能滿足新時(shí)期治水方針發(fā)展需求等等。由此可見，傳統(tǒng)的管理模式與技術(shù)已嚴(yán)重阻礙灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，需盡快推進(jìn)灌區(qū)信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度控制、引輸水管理、高效用水等目標(biāo)，全面提高灌區(qū)管理能力。

2 信息化系統(tǒng)建設(shè)

基于某典型灌區(qū)問題現(xiàn)狀，為了能夠更加合理有效的開發(fā)和利用水資源，迫切需要加快某典型灌區(qū)信息化的建設(shè)，以便更為有效地解決某典型灌區(qū)目前灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問題。因此，本文規(guī)劃構(gòu)建某典型灌區(qū)信息化系統(tǒng)，為某典型灌區(qū)服務(wù)。

某典型灌區(qū)信息系統(tǒng)總體框架采用SOA架構(gòu)，邏輯上主要包括由數(shù)據(jù)的采集層、基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)匯集層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用層、用戶層和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、建設(shè)維護(hù)管理體系、信息安全體系三大體系組成?？纱_保技術(shù)可持續(xù)演化，保證系統(tǒng)可具備優(yōu)良的實(shí)用、先進(jìn)、擴(kuò)展、移植及開放性功能模塊齊全?？傮w架構(gòu)如圖1所示,說明如下：

(1) 數(shù)據(jù)采集層。物聯(lián)網(wǎng)感知負(fù)責(zé)采集信息數(shù)據(jù)。通過不同的監(jiān)測(cè)工具實(shí)現(xiàn)對(duì)某典型灌區(qū)水利工程信息化管理平臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)的全面監(jiān)測(cè)采集，包括水量、流量流速、工情、視頻和閘門等信息的監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)通過相關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接入或者人工填報(bào)錄入的方式接入。

(2)基礎(chǔ)設(shè)施層。基礎(chǔ)設(shè)施層包括網(wǎng)絡(luò)傳輸和機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施。傳輸方式包括有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸包括內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)，無線傳輸包括GPRS、3G、4G等方式；基礎(chǔ)設(shè)施包括指揮調(diào)度中心、會(huì)商中心和機(jī)房等。

(3)數(shù)據(jù)匯集層。數(shù)據(jù)匯集層主要包括自動(dòng)終端數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)共享與交換模塊、移動(dòng)終端數(shù)據(jù)接收模塊、人工上報(bào)數(shù)據(jù)接收模塊等內(nèi)容，通過信息共享交換機(jī)制來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯集、統(tǒng)一處理、統(tǒng)一存儲(chǔ)等功能。

(4)數(shù)據(jù)資源層。數(shù)據(jù)資源層主要是指某典型灌區(qū)水利工程信息化管理平臺(tái)建設(shè)的數(shù)據(jù)庫，包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫和共享數(shù)據(jù)庫。

(5)應(yīng)用支撐。應(yīng)用支撐為應(yīng)用軟件的功能實(shí)現(xiàn)提供應(yīng)用支撐。應(yīng)用支撐平臺(tái)對(duì)下管理數(shù)據(jù)匯集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的集成共享，對(duì)上支撐應(yīng)用提供全系統(tǒng)信息共享服務(wù)，實(shí)現(xiàn)軟件資源的集成重用。其中包括構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換體系應(yīng)用于底層數(shù)據(jù)資源，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，形成全面、完善的數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)；可采用統(tǒng)一的單點(diǎn)登錄、統(tǒng)一身份認(rèn)證、信息訂閱與推送、報(bào)表定制、異常告警、模型訪問、1張圖展示、統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問等共用的應(yīng)用組件與標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的流程與數(shù)據(jù)交互；整合各應(yīng)用系統(tǒng)共享的信息資源，提供包括軟件和資源給業(yè)務(wù)應(yīng)用作為支撐服務(wù)。

(6)應(yīng)用層。業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括可以提供數(shù)據(jù)的展示分析等業(yè)務(wù)功能應(yīng)用。根據(jù)某典型灌區(qū)水利工程信息化管理平臺(tái)需求，系統(tǒng)將采用成熟的高新技術(shù)，如 GIS、數(shù)據(jù)服務(wù)、三維仿真等，搭建信息化系統(tǒng)的基本框架，建設(shè)以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為支撐，以綜合信息服務(wù)系統(tǒng)、供配水調(diào)度管理、水費(fèi)統(tǒng)計(jì)與征收、工程運(yùn)行及維護(hù)管理、移動(dòng)應(yīng)用等五個(gè)系統(tǒng)為主要內(nèi)容的信息化系統(tǒng)。

(7)用戶層。根據(jù)某典型灌區(qū)現(xiàn)狀和本次灌區(qū)量測(cè)水現(xiàn)代化改造過程中關(guān)聯(lián)的主體，其信息化系統(tǒng)應(yīng)包括某典型灌區(qū)管理處和灌區(qū)各級(jí)用水單位。

圖1 某典型灌區(qū)水利工程信息化管理平臺(tái)總體架構(gòu)

3 信息化建設(shè)的思考

某典型灌區(qū)信息化建設(shè)過程中，有一些值得深入思考的問題。

(1)統(tǒng)籌規(guī)劃，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)。在信息化建設(shè)過程中，運(yùn)用系統(tǒng)論的方法，從全局出發(fā)，對(duì)各層次、各方面、各要素統(tǒng)籌規(guī)劃，才能集中有效資源，高效快捷地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。同理，建立統(tǒng)一的領(lǐng)導(dǎo)十分必要，否則，無法實(shí)現(xiàn)信息化總體規(guī)劃和戰(zhàn)略；無法建立起整體工作架構(gòu)，制定切合實(shí)際的信息化管理制度；無法建設(shè)各層次、各相關(guān)行業(yè)專業(yè)的互聯(lián)互通；也無法建立灌區(qū)供水、用水、排水等公共服務(wù)的信息化體系。

(2)整合資源 共建共享。某典型灌區(qū)在系統(tǒng)建設(shè)信息化以前，已有部分的軟硬件設(shè)施和資源，建設(shè)過程中充分考慮灌區(qū)水利工程信息化管理平臺(tái)需求，整合信息資源，采用成熟的高新技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)、無線傳輸、 GIS、數(shù)據(jù)服務(wù)、云計(jì)算等，搭建信息化系統(tǒng)的基本框架，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，以全面、完善的數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)作為服務(wù)支撐。

此外，灌區(qū)作為 “水利”的重要組成部分，在信息化建設(shè)過程中應(yīng)充分考慮與上級(jí)管理單位的各業(yè)務(wù)部門，與氣象、環(huán)保、農(nóng)林牧富漁等相關(guān)單位，建立互聯(lián)互通，信息共享機(jī)制，以更好更全面地為農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)，實(shí)現(xiàn)“落實(shí)大數(shù)據(jù)共治共享任務(wù)”。

(3)定位清晰，保核心發(fā)展。保障和服務(wù)農(nóng)業(yè)發(fā)展是灌區(qū)信息化的核心，這是在灌區(qū)信息化建設(shè)之初，就明確的清晰定位。

灌區(qū)信息化平臺(tái)應(yīng)在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、GIS、大數(shù)據(jù)等實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理信息化、控制自動(dòng)化、調(diào)配水合理化、量測(cè)水精準(zhǔn)化、收費(fèi)規(guī)范化，提高灌區(qū)的運(yùn)行效率，制定出最優(yōu)的配水方案，減少灌區(qū)的運(yùn)營(yíng)成本。

通過水行政管理、水資源管理、水工程管理信息化和灌供水計(jì)量、水權(quán)分配、工程管護(hù)、用水需求、供水效益等，提高灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)，降低灌溉用水損耗，提高節(jié)水、節(jié)能效果，為高效農(nóng)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)保障和服務(wù)，助力鄉(xiāng)村振興。

4 結(jié)束語

通過對(duì)某典型灌區(qū)信息化現(xiàn)狀的分析，從用戶層、應(yīng)用層、應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)資源層、數(shù)據(jù)匯集層、基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)采集層等方面構(gòu)建了某典型灌區(qū)信息化系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度控制、引輸水管理、高效用水等目標(biāo)，全面提高了某典型灌區(qū)管理能力與信息化水平。提出了統(tǒng)籌規(guī)劃，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)；整合資源 共建共享；找準(zhǔn)定位，確定以服務(wù)農(nóng)業(yè)為核心，促農(nóng)業(yè)發(fā)展的思路。為其他灌區(qū)信息化建設(shè)提供范例。