陶城鋪灌區(qū)量水自動(dòng)化管理系統(tǒng)功能架構(gòu)探討

任國(guó)勇

（山東省陽(yáng)谷縣水利局，山東陽(yáng)谷 252300）

陶城鋪引黃灌區(qū)位于山東省聊城市南部，灌區(qū)耕地總面積107.5萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)灌溉面積74萬(wàn)畝，經(jīng)過(guò)20年的續(xù)建配套與節(jié)水改造工程建設(shè)，灌區(qū)灌排體系有了一定程度的改善。但是日常管理還是比較粗獷，機(jī)械化自動(dòng)化程度低，已經(jīng)跟不上現(xiàn)代化灌區(qū)的步伐，構(gòu)建灌區(qū)量水自動(dòng)化管理系統(tǒng)提上了日程，就灌區(qū)管理軟件平臺(tái)的功能架構(gòu)展開(kāi)探討。灌區(qū)在政務(wù)云上部署一套屬于本灌區(qū)的灌區(qū)軟件平臺(tái)是十分必要。

1.軟件總體架構(gòu)

為適應(yīng)灌區(qū)不斷變化的信息化建設(shè)需要，以及“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)灌區(qū)軟件平臺(tái)采用云端架構(gòu)?？捎行У亟档凸鄥^(qū)在信息化建設(shè)和建后運(yùn)行管理的維護(hù)成本，有效、快速地提高灌區(qū)信息化集成度。

以云平臺(tái)為基礎(chǔ)，搭建基于政務(wù)云的云端應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)“云下灌溉、云上灌區(qū)”的目標(biāo)，見(jiàn)圖1。

圖1 灌區(qū)信息化軟件平臺(tái)總體架構(gòu)

總體架構(gòu)可分為3層架構(gòu)，即“數(shù)據(jù)采集層”“應(yīng)用服務(wù)層”和“終端用戶層”。

數(shù)據(jù)采集層：灌區(qū)現(xiàn)地部署安裝的“地表水、雨情、工情”等監(jiān)測(cè)設(shè)備，以及“水閘、視頻”等監(jiān)控設(shè)備遙測(cè)數(shù)據(jù)的接收，控制命令的發(fā)送等，并負(fù)責(zé)將采集到的各類型監(jiān)測(cè)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳到“云”端，實(shí)現(xiàn)“云下灌溉”功能。

應(yīng)用服務(wù)層：基于云平臺(tái)提供云端應(yīng)用服務(wù)。包括“灌區(qū)管理一張圖服務(wù)”“灌區(qū)可視化集中展示服務(wù)”“灌區(qū)業(yè)務(wù)管理服務(wù)”。其中，灌區(qū)業(yè)務(wù)管理服務(wù)包括“灌區(qū)信息采集處理服務(wù)、灌區(qū)量水測(cè)水管理服務(wù)、灌區(qū)配水調(diào)度管理服務(wù)、灌區(qū)水費(fèi)管理服務(wù)、灌區(qū)工程管理及運(yùn)養(yǎng)管理系統(tǒng)”。所有灌區(qū)應(yīng)用均基于“云”端提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)“云上灌區(qū)”的管理目標(biāo)[1]。

終端用戶層：部、省、市等行政主管部門用戶，灌區(qū)專管機(jī)構(gòu)機(jī)關(guān)及下屬管理站所用戶，灌區(qū)受益單位及受益農(nóng)戶，智能移動(dòng)終端用戶。各級(jí)各類用戶均通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)“云”端部署的各類應(yīng)用服務(wù)。

2.業(yè)務(wù)管理架構(gòu)

根據(jù)灌區(qū)不同部門或機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)充分梳理和詳細(xì)分析，最大程度契合灌區(qū)各崗位工作人員的工作需要，為灌區(qū)提供一個(gè)滿足日常各方面管理需求的應(yīng)用系統(tǒng)，見(jiàn)圖2。

圖2 管理架構(gòu)圖

本系統(tǒng)的主要使用對(duì)象可以歸納為：

調(diào)度會(huì)商中心：包括灌區(qū)主管領(lǐng)導(dǎo)、機(jī)關(guān)各科室工作人員（工程科、灌溉科、防汛辦等）；調(diào)度會(huì)商分中心：包括灌區(qū)直屬管理站工作人員、灌區(qū)基層管理站工作人員；末級(jí)使用對(duì)象主要包括灌區(qū)用水戶。

3.應(yīng)用架構(gòu)

軟件平臺(tái)在應(yīng)用架構(gòu)層面包括：灌區(qū)管理一張圖應(yīng)用、灌區(qū)可視化綜合展示應(yīng)用、灌區(qū)業(yè)務(wù)管理應(yīng)用、灌區(qū)移動(dòng)智能終端應(yīng)用4部分，見(jiàn)圖3。

灌區(qū)管理一張圖：是以二、三維電子地圖為展示媒介，將灌區(qū)涉及的工程臺(tái)賬信息、巡檢信息、地表水、地下水等各類監(jiān)測(cè)信息、配水調(diào)度信息、水量計(jì)算信息、水費(fèi)計(jì)收信息、防汛預(yù)警信息等數(shù)據(jù)賦予空間維度，更加形象直觀地進(jìn)行展示，方便各級(jí)工作人員及時(shí)掌握灌區(qū)運(yùn)行管理情況。

灌區(qū)可視化綜合展示：是將灌區(qū)各類數(shù)據(jù)以圖形或圖表的形式進(jìn)行統(tǒng)一的展示，直觀形象地分析灌區(qū)關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)情況、引供水量情況、水費(fèi)征收情況和防汛抗旱情況等，為灌區(qū)的管理決策提供快速的數(shù)據(jù)支持。

灌區(qū)業(yè)務(wù)信息管理：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)管理相關(guān)的各類信息進(jìn)行維護(hù)和管理功能。主要包括：灌區(qū)信息采集處理、灌區(qū)量水測(cè)水管理、灌區(qū)配水調(diào)度管理、灌區(qū)水費(fèi)管理、灌區(qū)工程運(yùn)養(yǎng)管理系統(tǒng)5個(gè)子系統(tǒng)。

灌區(qū)智能移動(dòng)終端：是一套運(yùn)行在移動(dòng)智能設(shè)備上的灌區(qū)信息管理軟件。主要包括：灌區(qū)概況、水情觀測(cè)上報(bào)、險(xiǎn)情上報(bào)與會(huì)商、工程圖像采集、工程巡檢、配水指令、用水計(jì)時(shí)證、水費(fèi)移動(dòng)收費(fèi)和電子地圖9部分功能[2]。

4.灌區(qū)管理一張圖系統(tǒng)

灌區(qū)管理一張圖系統(tǒng)是以二、三維電子地圖為展示媒介，將灌區(qū)涉及的工程臺(tái)賬信息、巡檢信息、各類監(jiān)測(cè)信息、配水調(diào)度信息、水量計(jì)算信息、水費(fèi)計(jì)收信息、排洪排澇信息等數(shù)據(jù)賦予空間維度，更加形象直觀地進(jìn)行展示，方便各級(jí)工作人員及時(shí)掌握灌區(qū)運(yùn)行管理情況，見(jiàn)圖4。

圖4 陶城鋪灌區(qū)管理一張圖

主要包括：灌區(qū)概況、工程管理、實(shí)時(shí)監(jiān)視、用水管理、防汛預(yù)警和三維地圖。

4.1 灌區(qū)概況

是以各灌區(qū)簡(jiǎn)介文件介紹，風(fēng)采照片，再配以灌區(qū)水利工程分布GIS地圖，綜合展示灌區(qū)的基本情況。用文字簡(jiǎn)介、風(fēng)采照片、多媒體視頻再結(jié)合電子地圖對(duì)灌區(qū)總體情況進(jìn)行展示，主要包括：灌區(qū)簡(jiǎn)介文字預(yù)覽，灌區(qū)風(fēng)采照片預(yù)覽，灌區(qū)地圖瀏覽，灌區(qū)宣傳視頻瀏覽等功能。

4.2 工程管理

工程管理主要包括：工程分布和巡檢管理兩部分功能。

工程分布：主要實(shí)現(xiàn)以GIS矢量地圖和數(shù)據(jù)列表的形式，展現(xiàn)灌區(qū)所有水源工程、供排水渠系工程、渠系建筑物工程等工程的分布情況和屬性數(shù)據(jù)信息，對(duì)渠橋閘站等工程的屬性信息、項(xiàng)目信息、巡檢信息進(jìn)行管理。主要功能包括：建筑物定位、點(diǎn)擊查詢、展示詳細(xì)等功能。

實(shí)時(shí)巡檢：定位巡檢人員位置，查詢巡查人員上報(bào)的實(shí)時(shí)巡檢信息、照片、視頻，與現(xiàn)場(chǎng)工程巡查人員實(shí)時(shí)語(yǔ)音通話、實(shí)時(shí)視頻。

歷史巡檢：在結(jié)果列表中顯示指定日期的歷史巡檢記錄，并根據(jù)運(yùn)行記錄中的軌跡信息在地圖中自動(dòng)繪制歷史巡檢軌跡，點(diǎn)擊巡檢軌跡，可查看詳細(xì)的巡檢記錄信息，包括巡檢記錄、巡查視頻、巡查圖像、巡查語(yǔ)音等信息。并且對(duì)巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的異常現(xiàn)象進(jìn)行報(bào)警[3]。

4.3 實(shí)時(shí)監(jiān)視

實(shí)時(shí)監(jiān)視主要實(shí)現(xiàn)以GIS地圖的型式展示灌區(qū)建設(shè)的所有人工和遙測(cè)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，并顯示站點(diǎn)最新上報(bào)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)滿足報(bào)警閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警，對(duì)渠首、干渠、支渠、斗渠的實(shí)時(shí)水情進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.4 用水管理

基于灌區(qū)水利工程分布圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)輸配水節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，用水總量控制預(yù)警，實(shí)時(shí)供水情況推演，以及各用水單位水量、水費(fèi)數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計(jì)功能。

4.5 防汛預(yù)警

基于地圖對(duì)灌區(qū)水源及灌域內(nèi)的重要防汛抗旱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，再結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對(duì)灌區(qū)整體防汛抗旱情況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)包括：水庫(kù)（河道）水位、庫(kù)容、進(jìn)出庫(kù)流量、雨情、氣象等。

4.6 三維地圖

在二維地圖中實(shí)現(xiàn)的全部功能，包括工程管理、實(shí)時(shí)監(jiān)視、用水管理、排水排澇、灌區(qū)概況等內(nèi)容都可以在三維地圖中進(jìn)行展示和操作，所有功能、操作模式均與二維地圖一致，完美實(shí)現(xiàn)了二、三維一體化。

5.灌區(qū)管理可視化展示系統(tǒng)

灌區(qū)可視化集中展示系統(tǒng)是將灌區(qū)各類統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)以圖形或圖表的形式進(jìn)行統(tǒng)一的展示，包括灌區(qū)干渠的引供水量情況、灌區(qū)當(dāng)年的水費(fèi)征收情況、灌區(qū)工程情況、灌溉情況、實(shí)時(shí)視頻等。通過(guò)可視化集中展示系統(tǒng)的二級(jí)頁(yè)面可直觀形象地展示灌區(qū)總體水期及各管理所水期信息、灌區(qū)關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)情況，干渠上各重要節(jié)制閘的上下游水情及啟閘高度情況等；為灌區(qū)的管理決策提供快速的數(shù)據(jù)支持。

灌區(qū)信息采集處理系統(tǒng)主要對(duì)地表水監(jiān)測(cè)信息、地下水監(jiān)測(cè)信息、雨量監(jiān)測(cè)信息、閘門開(kāi)度信息、視頻圖像圖片、氣象監(jiān)測(cè)信息等自動(dòng)監(jiān)測(cè)站傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)信息進(jìn)行采集、處理、存儲(chǔ)、展示，并根據(jù)灌區(qū)預(yù)設(shè)的預(yù)警條件，針對(duì)滿足報(bào)警的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行聲音、顏色和短信等多種方式的預(yù)警處理，為量水測(cè)水、配水調(diào)度、灌溉管理、防汛抗旱、工程運(yùn)行安全提供及時(shí)的數(shù)據(jù)信息支持[4]。

灌區(qū)信息采集處理從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)處理以及信息展示3個(gè)層次來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶需求。數(shù)據(jù)層主要實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)遙測(cè)設(shè)備上報(bào)數(shù)據(jù)的接收存儲(chǔ)，對(duì)灌區(qū)人工觀測(cè)數(shù)據(jù)的補(bǔ)錄存儲(chǔ)，為業(yè)務(wù)處理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[5]。分析層主要是根據(jù)灌區(qū)提出的需求對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)分析、數(shù)據(jù)整合以及統(tǒng)計(jì)計(jì)算。展示層實(shí)現(xiàn)用戶關(guān)注信息的顯示，通過(guò)表格、圖表、地圖、圖片等多種形式顯示，為用戶監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、查詢歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)全年數(shù)據(jù)提供了多種展現(xiàn)形式，使灌區(qū)工作人員工作更加簡(jiǎn)單方便，見(jiàn)圖5。

圖5 灌區(qū)信息采集

灌區(qū)信息采集處理主要實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)基礎(chǔ)信息的管理，查詢實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，并且提供變化過(guò)程線、柱狀圖等多種圖表展示方式。對(duì)滿足報(bào)警條件的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供聲音（語(yǔ)音播報(bào)的方式）、顏色、短信、微信等多種形式的報(bào)警預(yù)警處理。系統(tǒng)支持根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算水量，提供多種報(bào)表形式，可以按年、月、旬、日等時(shí)間規(guī)律進(jìn)行匯總。

6.結(jié)論

通過(guò)上述結(jié)構(gòu)設(shè)想，就能夠?qū)崿F(xiàn)灌區(qū)管理一張圖，更加形象直觀地進(jìn)行展示，方便各級(jí)工作人員及時(shí)掌握灌區(qū)運(yùn)行管理情況，灌區(qū)就基本上實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化和智能化。