疏勒河流域現(xiàn)代灌區(qū)智慧應(yīng)用技術(shù)體系研究

季宗虎，孫棟元，惠 磊，崔艷強(qiáng)，馬亞麗，趙文琦，周 敏，張發(fā)榮

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省疏勒河流域水資源利用中心，甘肅 玉門(mén) 735211)

“十四五”時(shí)期的水利工作提出目標(biāo)要求，建設(shè)數(shù)字孿生流域，基于現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建灌區(qū)管理體系，也為智慧灌區(qū)建設(shè)明確了方向和任務(wù)。為國(guó)家在灌區(qū)關(guān)鍵核心技術(shù)上的自主突破上帶來(lái)新的發(fā)展和機(jī)遇，目前我國(guó)灌區(qū)的智慧體系應(yīng)用主要依靠人工來(lái)完成，遠(yuǎn)未達(dá)到自動(dòng)化的目標(biāo)，因此，國(guó)家投入了大量人力和財(cái)力進(jìn)行技術(shù)探索?，F(xiàn)代化灌區(qū)智慧應(yīng)用主要建立以全灌區(qū)測(cè)控調(diào)度系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和3S為核心的全過(guò)程智能調(diào)度檢測(cè)體系，以3S技術(shù)為依托實(shí)現(xiàn)空間信息進(jìn)行采集、分析、傳輸和應(yīng)用系統(tǒng)化。通過(guò)自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)感知、無(wú)線通信、大數(shù)據(jù)管理、中間件組件等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)用水自動(dòng)化和水資源優(yōu)化調(diào)度，對(duì)灌區(qū)實(shí)時(shí)運(yùn)行、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、日常管理等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘，為不同層面的供、用、排水運(yùn)行管理者提供即時(shí)、豐富的運(yùn)行信息，達(dá)到信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、管理和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化[1- 2]。疏勒河智慧灌區(qū)的建設(shè)主要依靠自動(dòng)模擬調(diào)度系統(tǒng)、控制中心及信息平臺(tái)、閘門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)、灌區(qū)水量信息收集系統(tǒng)來(lái)建成灌區(qū)信息系統(tǒng)。

1 現(xiàn)代化灌區(qū)智慧應(yīng)用技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

疏勒河流域現(xiàn)代化灌區(qū)智慧應(yīng)用技術(shù)體系由灌溉信息技術(shù)系統(tǒng)、測(cè)控調(diào)度技術(shù)體系、現(xiàn)代化控制體系、智慧水管理體系構(gòu)成，以智能傳感器和3S技術(shù)為前端進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)采集，以物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)傳輸為依據(jù)，通過(guò)云服務(wù)中心進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)的處理，分析各地段的情況進(jìn)行合理的調(diào)度，及時(shí)啟閉閘門(mén)對(duì)下瀉流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并傳輸?shù)叫畔⒅行?，使整個(gè)灌區(qū)實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)化、全信息化，如圖1所示。

圖1 疏勒河灌區(qū)智慧應(yīng)用技術(shù)構(gòu)架

測(cè)控調(diào)度系統(tǒng)主要利用前端采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)閘門(mén)統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合自動(dòng)化控制，并依靠斗口水量測(cè)體系對(duì)灌溉調(diào)度作出合理的計(jì)算與分析?，F(xiàn)代化控制體系是結(jié)合地下水三維仿真體系和信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水庫(kù)的用水信息，統(tǒng)計(jì)往年的用水量實(shí)現(xiàn)對(duì)3大水庫(kù)的聯(lián)合調(diào)度，使水庫(kù)的調(diào)水方法得到優(yōu)化。灌區(qū)智慧水管理體系主要依靠3S信息技術(shù)獲取灌區(qū)內(nèi)各種數(shù)據(jù)(地形、用水量、作物生長(zhǎng)情況、渠道)并實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的集中管理與處理，進(jìn)而通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)感知全灌區(qū)采集水位、水情、墑情。從而傳輸至信息中心生成合理的調(diào)度方案。

2 疏勒河現(xiàn)代化灌區(qū)信息技術(shù)系統(tǒng)

圖2[1]顯示了灌區(qū)信息技術(shù)系統(tǒng)由智能化灌溉信息系統(tǒng)和灌區(qū)信息系統(tǒng)2部分組成。灌區(qū)信息技術(shù)系統(tǒng)主要通過(guò)信息采集系統(tǒng)、信息綜合管理系統(tǒng)和信息安全系統(tǒng)共同建設(shè)，整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)由感知層、傳輸層、應(yīng)用層3部分組成。感應(yīng)層主要基于管理自助體系、閘門(mén)自動(dòng)控制和水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度的信息集成系統(tǒng)對(duì)灌區(qū)的水位、降水、流量、土壤濕度、溫度、濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)是將從傳感器層面獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送[1]?，F(xiàn)有的通信手段有有線、無(wú)線、超短波等。應(yīng)用層是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析、計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、智能預(yù)警、制定合理的供水調(diào)度方案。

智慧灌區(qū)主要依托水利云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和信息的監(jiān)控。將管理處、泵站各類(lèi)自動(dòng)化監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、灌區(qū)各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)云平臺(tái)處理集中存儲(chǔ)于管理單位系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)的模式，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)、集中處理及數(shù)據(jù)信息共享目標(biāo)[3]。

圖2 智能化灌溉信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能灌溉系統(tǒng)是將現(xiàn)代人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信、測(cè)控技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水量雨水，遠(yuǎn)程啟閉和監(jiān)測(cè)閘門(mén)，為灌溉管理人員提供智能服務(wù)，保障灌區(qū)工程安全運(yùn)行，優(yōu)化水資源配置[1]。

3 疏勒河現(xiàn)代化灌區(qū)測(cè)控調(diào)度技術(shù)體系的研究

3.1 測(cè)控調(diào)度系統(tǒng)

灌區(qū)的測(cè)量、控制和配置的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“少人服務(wù)或無(wú)人服務(wù)”。大型測(cè)控系統(tǒng)和就地測(cè)控系統(tǒng)的流程圖可分為4層：中心測(cè)控層、本地測(cè)控層、現(xiàn)場(chǎng)控制層和設(shè)備驅(qū)動(dòng)與檢測(cè)層[4]。

疏勒河灌區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)，可按照用水方案進(jìn)行在線的即時(shí)調(diào)度與管理。該管理系統(tǒng)主要由農(nóng)村灌區(qū)的基本信息管理模塊、GIS模型、信息采集與監(jiān)控子系統(tǒng)、灌區(qū)水利施工安全與監(jiān)控子系統(tǒng)、閘門(mén)管理子系統(tǒng)、調(diào)度計(jì)費(fèi)子系統(tǒng)，以及防洪抗旱預(yù)警模型等構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)將利用前端采集的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，收集灌區(qū)降雨信號(hào)、水工建筑信號(hào)以及用水人用水量信號(hào)等，并按照灌區(qū)水資源分配預(yù)案，進(jìn)行水資源的動(dòng)態(tài)調(diào)整與有效計(jì)費(fèi)管理。在雨季或旱災(zāi)來(lái)臨時(shí)，控制系統(tǒng)將針對(duì)水旱情適時(shí)作出動(dòng)態(tài)調(diào)度，以保障灌區(qū)內(nèi)各種用水者的合理用水，以適應(yīng)國(guó)家抗洪抗旱的要求，并減少險(xiǎn)情和事件的出現(xiàn)[4- 5]?！爸行臏y(cè)控調(diào)度系統(tǒng)”的一級(jí)數(shù)據(jù)流程分析如圖3所示。

3.2 閘門(mén)測(cè)控一體化技術(shù)

疏勒河綜合水信息管理、地表水資源優(yōu)化配置系統(tǒng)、閘門(mén)控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)工作，無(wú)法充分利用。因此，有必要開(kāi)發(fā)一個(gè)全面的管控平臺(tái)，統(tǒng)一當(dāng)前閘門(mén)監(jiān)測(cè)、水情測(cè)量和報(bào)告等業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合自動(dòng)化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)、水情、安全監(jiān)控等的綜合調(diào)度、綜合分析和綜合應(yīng)用。它不僅可以有效提高灌區(qū)的智能化管理水平，還可以降低值班人員和管理辦公室人員在灌溉過(guò)程中的工作強(qiáng)度[6]。

閘門(mén)測(cè)控一體化以灌區(qū)量水原理、水力學(xué)以及自動(dòng)化理論知識(shí)為支撐，并將理論研究與試驗(yàn)研究有機(jī)結(jié)合，集合水利、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉研究的優(yōu)勢(shì)，利用現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備RTU、測(cè)流用傳感器和通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)(GPRS)無(wú)線通信。測(cè)流用傳感器負(fù)責(zé)水位、閘門(mén)開(kāi)度等數(shù)據(jù)的測(cè)量；RTU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸，并接收調(diào)度中心的指令控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；GPRS無(wú)線通信則實(shí)現(xiàn)RTU與調(diào)度中心間的數(shù)據(jù)傳輸以及RTU接收的遠(yuǎn)程指令[7]。

閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)包括年水量、公共閘門(mén)配置系統(tǒng)、公共閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、公共閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、公共閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)價(jià)等。另外，應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)昌馬、雙塔和花海3個(gè)區(qū)域的局部布局，并對(duì)其進(jìn)行了授權(quán)控制。分灌區(qū)及其責(zé)任區(qū)的規(guī)劃方案，須經(jīng)上級(jí)部門(mén)批準(zhǔn)后方可實(shí)施。該系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和手動(dòng)控制模式，以便在緊急情況下進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)。

圖3 中心測(cè)控調(diào)度系統(tǒng)圖

閘門(mén)綜合測(cè)控系統(tǒng)包括安裝在調(diào)度中心的灌區(qū)取水實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)和安裝在各級(jí)渠道的閘門(mén)綜合測(cè)控終端。測(cè)控一體化閘門(mén)終端分為閘門(mén)主體、控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)3大模塊[4，7]。結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.3 斗口水量測(cè)系統(tǒng)

在3個(gè)灌區(qū)內(nèi)的各渠首、主干渠分水口均設(shè)置了水況監(jiān)控?cái)嗝?，并通過(guò)雷達(dá)數(shù)據(jù)水位計(jì)的自動(dòng)測(cè)流，及時(shí)將信息傳送至局調(diào)度中心和管理辦公室、水管所，為灌溉調(diào)度規(guī)劃的合理實(shí)施與監(jiān)測(cè)提供了正確的依據(jù)。同時(shí)，還在所屬3個(gè)灌區(qū)建設(shè)的末級(jí)渠系設(shè)置了斗口水量實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)平臺(tái)，并通過(guò)磁致伸縮水位計(jì)為斗口測(cè)量設(shè)施采集終端，利用采集終端即時(shí)收集的水況信息，再利用GS/GPRS公網(wǎng)作為信息傳遞載體的方法傳送至局信息調(diào)度管理中心，灌區(qū)斗口水量實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)，完成了各斗口水位流量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，歷史上水情信息、水量數(shù)據(jù)匯總，進(jìn)而完成了灌區(qū)工程的水況采集和用水測(cè)量自動(dòng)化[8]。與此同時(shí)，隨著現(xiàn)代水務(wù)的進(jìn)一步推進(jìn)以及灌區(qū)建設(shè)項(xiàng)目?jī)?nèi)用水權(quán)管理制度試驗(yàn)建立工作的逐步深入，在3大灌區(qū)建設(shè)項(xiàng)目的末級(jí)渠系上建立了斗口水量監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)和檢測(cè)中心3部分組成，如圖5所示，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)利用測(cè)流堰、水位計(jì)采集渠道相應(yīng)水位，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集終端處理轉(zhuǎn)化為渠道流量；通信網(wǎng)絡(luò)利用GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器布設(shè)“灌溉渠道流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”軟件，接收、處理、存儲(chǔ)分析相關(guān)數(shù)據(jù)和信息。實(shí)現(xiàn)各斗口水位、流量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和記錄，以及計(jì)算機(jī)遙測(cè)計(jì)量和分析。

疏勒河斗口水量實(shí)時(shí)監(jiān)控使用磁致舒卷水平計(jì)進(jìn)行水量的計(jì)算。使用磁致舒卷用水計(jì)為灌區(qū)斗口供水測(cè)量設(shè)備收集終端，再運(yùn)用采集端口收集的水況數(shù)據(jù)，采取使用GSM/GPRS公網(wǎng)作為信息傳送媒介的方法傳送至局?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)度管理中心，由數(shù)據(jù)調(diào)度管理中心實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的采集、管理、整編、歸檔。在灌區(qū)建有斗口供水實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)，完成了各斗口用水流量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、歷史水情數(shù)據(jù)、供水?dāng)?shù)據(jù)匯總，進(jìn)而完成了灌區(qū)工程的水況實(shí)時(shí)收集和用水計(jì)算自動(dòng)化[9]。

圖4 測(cè)控一體化閘門(mén)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

4 疏勒河灌區(qū)現(xiàn)代化控制體系研究

4.1 地下水三維仿真體系

地下水三維仿真系統(tǒng)主要是依據(jù)當(dāng)年水量和地下水開(kāi)采量，形成了灌區(qū)內(nèi)地下水流量的初始場(chǎng)，以確定預(yù)報(bào)周期，并形成內(nèi)部流場(chǎng)、地下水位深度等數(shù)據(jù)文件，通過(guò)模型計(jì)算后預(yù)報(bào)當(dāng)年的水位采樣量和觀測(cè)孔水位。上述統(tǒng)計(jì)數(shù)值作為預(yù)報(bào)結(jié)果加以綜合處理，生成流場(chǎng)圖、埋藏水位深度圖、水位下降圖表、觀測(cè)氣孔水位變化圖表等特殊數(shù)值。并結(jié)合GIS區(qū)域分析方法，通過(guò)深入研究流域水文條件，預(yù)測(cè)地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，分析與評(píng)價(jià)工程對(duì)地下水環(huán)境保護(hù)的影響，提供流域水資源可持續(xù)使用規(guī)劃管理意見(jiàn)與防治對(duì)策，優(yōu)化灌區(qū)建設(shè)地表水與地下水資源配置。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了灌溉數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、顯示和應(yīng)用。

地下水三維仿真軟件系統(tǒng)主要由遙感工作站、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、中央站、中繼站等綜合應(yīng)用處理軟件構(gòu)成。

4.2 信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)

主要服務(wù)于疏勒河灌區(qū)的服務(wù)數(shù)據(jù)信息、地下水服務(wù)以及灌區(qū)灌溉水調(diào)度服務(wù)，系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)頁(yè)結(jié)合WeB GIS網(wǎng)站的形式在全國(guó)不同地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)上分布，采用B/S結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使用者能夠很簡(jiǎn)單的利用互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)信息，把全部的應(yīng)用邏輯都在客戶(hù)端上實(shí)現(xiàn)，從而減少了客戶(hù)端的系統(tǒng)要求和系統(tǒng)整體的服務(wù)成本[10]。信息發(fā)布除通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息化灌區(qū)調(diào)度中心平臺(tái)應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)刷新信息外，設(shè)計(jì)還考慮采用室內(nèi)外顯示屏和多媒體觸摸查詢(xún)一體機(jī)3種形式，更好地進(jìn)行信息發(fā)布、數(shù)據(jù)展示、動(dòng)態(tài)提示、交互查詢(xún)。信息發(fā)布采用客戶(hù)服務(wù)器架構(gòu)，后臺(tái)接入灌區(qū)信息化系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)信息的推送和數(shù)據(jù)的更新。

利用互聯(lián)網(wǎng)和云平臺(tái)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌區(qū)渠道水量，并且分析干、支、斗、農(nóng)渠的日、月、年和分時(shí)段水量；實(shí)時(shí)更新灌區(qū)氣象、墑情監(jiān)測(cè)；實(shí)時(shí)查看水閘、泵站、管道及時(shí)進(jìn)行控制達(dá)到水量有效利用，管理人員通過(guò)手機(jī)APP端查看及時(shí)做出合理的指令。信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

4.3 三大水庫(kù)調(diào)度體系

水庫(kù)調(diào)度以蓄水水情、大壩及閘門(mén)運(yùn)行狀態(tài)信息的自動(dòng)采集為基礎(chǔ)，以公私結(jié)合的信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為支撐，是蓄水工程安全運(yùn)行的主體，是蓄水信息管理和決策支持的核心，也是蓄水閘門(mén)自動(dòng)監(jiān)控的核心，在實(shí)施3座水庫(kù)自動(dòng)模擬調(diào)停系統(tǒng)建設(shè)中，利用遙測(cè)技術(shù)、地理信息和數(shù)字模擬技術(shù)，建立了一個(gè)先進(jìn)、實(shí)用、高效、可靠的基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的水庫(kù)自動(dòng)調(diào)停系統(tǒng)，覆蓋了疏勒河的整個(gè)灌區(qū)[6]。

水庫(kù)調(diào)度體系通過(guò)對(duì)水庫(kù)來(lái)水預(yù)測(cè)、水庫(kù)蓄水量以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部分所需水量的總體調(diào)查研究，并通過(guò)模型庫(kù)進(jìn)行各種測(cè)算。水庫(kù)來(lái)水預(yù)報(bào)依據(jù)1954年以來(lái)的水文氣象統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用來(lái)預(yù)報(bào)模式和頻率分析法，得到下年度的水庫(kù)來(lái)水預(yù)報(bào)成果。灌區(qū)供水量預(yù)報(bào)則通過(guò)對(duì)各主要功能區(qū)的種植區(qū)域、主要經(jīng)濟(jì)作物種類(lèi)、灌水輪次、主要作物供水量、工業(yè)儲(chǔ)水能力，以及環(huán)境供水量。調(diào)用主要農(nóng)作物的灌溉用水模型、工業(yè)蓄水模型，以及生態(tài)蓄水模型得到供水量預(yù)報(bào)成果。水庫(kù)聯(lián)合調(diào)節(jié)方法通過(guò)對(duì)水庫(kù)汛期時(shí)間、洪峰值水位、灌區(qū)供水量、河源涌水量，以及庫(kù)存儲(chǔ)水能力的庫(kù)存優(yōu)化調(diào)節(jié)模擬，得到了水庫(kù)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法和水庫(kù)聯(lián)合調(diào)水方法。水庫(kù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功能模塊利用了三庫(kù)聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)模式，從時(shí)間和空間上對(duì)塘堰蓄水量實(shí)行了調(diào)節(jié)、控制和調(diào)整[11- 12]，有效合理配置了灌區(qū)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)水源資源，為發(fā)展疏勒河流域水利事業(yè)提供了最大經(jīng)濟(jì)效益。

5 疏勒河灌區(qū)智慧水管理體系的建設(shè)

5.1 3S技術(shù)管理系統(tǒng)

3S信息技術(shù)是遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位體系(GPS)的統(tǒng)稱(chēng)。它是運(yùn)用遙感、空中地理計(jì)算資料、衛(wèi)星定位導(dǎo)航、無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)來(lái)獲取、分析、傳播和使用空間信息的現(xiàn)代信息技術(shù)[13]?！?S”集成信息技術(shù)在灌區(qū)中的運(yùn)用是充分發(fā)揮各自的信息技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，迅速、精確、經(jīng)濟(jì)地向人們提出有關(guān)農(nóng)業(yè)灌區(qū)信息內(nèi)容的科學(xué)技術(shù)手段。其基本思路是，使用RS提取更新的農(nóng)業(yè)灌區(qū)信息內(nèi)容圖片(包含渠道、鄉(xiāng)村、公路、鐵道、作物生長(zhǎng)等)，使用GPS提出圖片信息內(nèi)容中所需的方位信息內(nèi)容(如灌區(qū)建筑的高程和寬度等)，并把使用GPS和RS所獲得的豐富地形資料和使用其他方法所獲得的各種信息內(nèi)容提交給GIS，由于運(yùn)用空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，GIS能夠完全集成于屬性數(shù)據(jù)的管理中，并允許對(duì)各種屬性數(shù)據(jù)的保存、分類(lèi)與管理工作[14]?？臻g技術(shù)能夠更高效地管理和處置各種地理信息和綜合分析數(shù)據(jù)信息，并實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的集中管理，有效促進(jìn)了灌區(qū)信息內(nèi)容的檢索、數(shù)據(jù)分析、決定、輸入與傳遞。

5.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以水利信息資源的短缺與共性問(wèn)題為切入點(diǎn)，以提升水利信息處理能力、提供高層次的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用服務(wù)為重點(diǎn)，緊緊圍繞“系統(tǒng)集成、資源釋放”主線，致力于防汛抗旱、水資源調(diào)配與管理、水質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、水土保持監(jiān)測(cè)與管理、水利工程建設(shè)與管理，農(nóng)村水電與電氣化管理水利規(guī)劃與規(guī)劃、行政資源管理與水利信息平臺(tái)整合為一個(gè)面向政府、企業(yè)和個(gè)人的多層次、綜合性水利信息平臺(tái)。運(yùn)用MSTP、3S、云計(jì)算、3G、智能傳感器等技術(shù)，準(zhǔn)確把握和科學(xué)地管理節(jié)水信息資源[15- 16]。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，智能水利系統(tǒng)分為感知、傳輸和應(yīng)用三個(gè)層次。感知層實(shí)現(xiàn)灌區(qū)內(nèi)所有遙測(cè)站點(diǎn)全方位物聯(lián)，傳輸層負(fù)責(zé)將遙測(cè)站點(diǎn)采集到的水位、雨量、墑情、圖像等信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至云計(jì)算平臺(tái)，進(jìn)行統(tǒng)一管理，為灌區(qū)的信息化建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。部署在云計(jì)算平臺(tái)的管理信息系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)所有遙測(cè)站點(diǎn)采集的信息進(jìn)行分析、處理，生成調(diào)度方案，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)下發(fā)指令，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)輸配水遠(yuǎn)程控制，為灌區(qū)內(nèi)水資源合理利用提供科學(xué)的依據(jù)。其中，安全體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工運(yùn)營(yíng)管理為整個(gè)系統(tǒng)提供了可靠的保障環(huán)境。系統(tǒng)總體框架如圖7所示。

6 結(jié)論

疏勒河智慧灌區(qū)利用物聯(lián)網(wǎng)水網(wǎng)感知技術(shù)、3S技術(shù)、測(cè)控技術(shù)等，對(duì)整個(gè)灌區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像監(jiān)控，完成灌區(qū)水況采集和用水測(cè)量自動(dòng)化、3大水庫(kù)調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)停和全方位監(jiān)控。。

疏勒河流域現(xiàn)代化灌區(qū)須加強(qiáng)智能綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，采用先進(jìn)信息采集技術(shù)與軟件系統(tǒng)耦合利用。加強(qiáng)綜合性、多領(lǐng)域人才的培養(yǎng)，使灌區(qū)管理水平、工作效率、管理水平得到顯著提升。結(jié)合水利信息化要求，采用傳感技術(shù)、定位技術(shù)、視頻技術(shù)等，對(duì)灌區(qū)水系、水利設(shè)施、水利管理活動(dòng)等進(jìn)行了全方位監(jiān)控，為灌區(qū)智慧化建設(shè)提供強(qiáng)有力支持和動(dòng)力。

圖7 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧水利系統(tǒng)總體框架圖