灌区信息化与节水灌溉管控系统

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灌区信息化与自动化综合管理平台是为灌区现代化管理专门设计的智慧管理平台，结合了当前先进的人工智能、物联网技术、云服务技术、空间地理信息技术和移动应用技术等，涵盖灌区泵站自动化控制、闸门自动化控制、远程计量以及末端的节水灌溉业务，通过灌区管理“一张图”及手机APP，实现从渠首到末端的业务全覆盖。

通过传感器(水位计、流量计、PLC控制柜、闸位计、水质传感器、智能墒情监测站、智能气象站等)进行信息采集，利用局域网、GPRS、4G、ZigBee、LoRa、有线通信网等进行监测点和灌区控制中心之间的信息传输，实现灌区内水雨情信息、水质信息、墒情、闸位、气象信息的实时监测，并利用机电设施自动控制泵站、闸门、测流车等，实现灌区信息化和自动化管理。

随着水短缺问题的加剧，供水工程缺乏必要的计量设施、管理体制改革滞后，现行农业水价标准低、实收率低，水费难以维持灌排工程正常运行，灌溉高峰期“争水抢水”现象突出。过去的水费仅收取动力费，主要以“电费”的形式收取，加上农业水价形成机制不健全，收费价格差异波动较大，农业灌溉水利用率低，水资源浪费现象比较明显。另一方面，农民承受能力低，农业水价改革难度大。加大农业节水投资力度是今后国家水资源政策的必然选择。

农业水价综合改革与末级渠系节水改造是农田水利建设的主要内容之一，通过改革可加快灌区末级渠系改革、提高农业综合生产能力、减轻农民水费支出。2008年开始，中央财政安排专项资金，在全国部分省份启动农业水价综合改革试点，在节约用水、降低农民水费支出、促进工程良性运行方面取得明显成效。2013年，水利部协调财政部加大支持力度，在全国27个省55个县深入开展农业水价综合改革示范。

农业水价综合改革的目标就是在保证农民基本用水需求的同时，建立多用水多花钱，少用水少花钱，不用水得补贴的机制。既不在总体上增加农民负担，又促进节约用水。本项目启动后，节水示范区管理单位将积极完善农业水价形成机制，科学核定农业供水成本，推动落实灌排工程运行维护费财政补助政策，从成本扣除财政补助部分确定最终水价，并推进定额内用水实行优惠水价、超定额用水累进加价。通过明确农业水权，推行用水定额管理，逐级分配到农民用水合作组织或用水户，从而实现农业用水总量“封顶”目标，变“大锅水”为“商品水”。同时，配套完善农业供水计量设施体系。

1个骨干信息网，通过自建专网，形成覆盖刘集管理段、柴集管理段所辖主渠道沿线的高速宽带网络；5类信息采集系统，通过水位、视频、图像、闸控、流量等信息的采集，辅之以量水建筑物，实现水位流量等信息的实时监控，为切实算好水帐、水资源优化配置提供基础；5类数据库，通过灌区基础数据库、工程三维仿真模型库、空间地理数据库、灌区工程监测数据库、灌区供用水管理数据库等数据库建设，实现数据高效共享；1个基于三维地理信息的可视化平台，基于GIS技术完成各信息化系统的整合，开发WEB端信息管理系统及手机移动APP，初步建成统一的漳河三干渠灌区农业水价综合改革核心示范区信息化管理平台。

通过信息化建设，实现漳河三干渠灌区农业水价综合改革示范区信息高效快速传输、共享，分渠、支渠及重要闸站可测、可视、关键部位可控，并基于GIS实现对整个灌区用水的动态管理，为示范区水资源优化配置、高效利用提供调度运行决策支持，为建立适应市场经济要求的用水体系提供信息、计量及管理支持。

通过管理手段和信息化技术手段，稳步推进农业水价综合改革，实行农业用水总量控制和定额管理，合理确定农业水价，建立节水奖励和精准补贴机制，提高农业用水效率。

通过创新研制的田间精准测控一体化装置，实现总量控制精准测控在渠首，定额管理定向精准管控到田间，建立农业灌溉用水量控制和定额管理制度，提高农业用水效率，促进实现农业现代化。保障粮食等重要农作物合理用水需求，总体上不增加农民负担。农业用水总量控制和定额管理普遍实行，可持续的精准补贴和节水奖励机制基本建立，先进适用的农业节水技术措施普遍应用，促进农业用水方式由粗放式向集约化转变。

通过基于4G公网分层分级数据采集、监测、控制，多种灵活的通信组网方式，采用了手机网络、Zigbee自组网络、光纤等多种传输方式相结合，可满足不同级别的管水人员远程操控和查看闸门启闭和视频监控等自动化设施，大大减轻工作人员劳动强度，节约时间成本，解放生产力。 管理人员可把更多的时间放在管理、决策、协调、执行等工作中。

开创田间水层精测雷达采用非接触式精准（毫米级）测量模式，促进农业供水的智能化和精确化，真正实现总量控制精准测控在渠首，定额管理定向精准管控到田间。

通过改革可提高灌区末级渠系信息化水平，完善供水计量设施。加快供水计量体系建设，为实现从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变夯实了基础，有力地带动示范区水资源管理的现代化。

2.2建设任务

本次信息化建设包括硬件部分和软件部分。

2.2.1硬件部分

根据全国水价改革示范区建设要求及三分干周边实际情况，本次示范区信息化建设，硬件部分主要需要从以下几部分进行建设：雨情自动遥测、视频监视、、传输网络建设及电缆敷设、闸门监测监控（市电+光纤，含闸前水位）、；支渠节制闸太阳能闸门监控、直灌口及斗口太阳能闸门监控站点、管道式闸门自动化测控、自动灌排水示范田建设、堰塘水位遥测、信息中心、分中心建设等方面。

2.2.1.1雨情自动监测

三干渠三分干示范区渠系众多，范围广，降雨量分布不均匀，自动雨情监测十分重要。本次建设自动雨量监测站点3处：仓库协会、陈池协会、洪庙协会。

2.2.1.2视频监视

在三分干沿线主要节制闸、支渠口及关键控制点建设高清视频监控站点共计37个。重点位置加设夜晚补光装置，为渠道管理人员提供动态具象化的渠道实时状况信息，对渠道安全防范提供保障，可大大减轻工作人员劳动强度，为渠道管理部门决策提供了可靠依据。

2.2.1.3传输网络建设

根据项目建设需要，按照主干线路布设光纤，辅以GPRS/GSM等专网、公网相结合的原则进行建设，并尽可能利用公用信道传输。由于视频监控实时高清画面传输要求，以及关键节制闸和主要分水口闸门远程控制的需要，拟以刘集管理段分中心站为起点沿三分干渠道敷设光缆，所有视频监控点直接用光缆进闸房，然后通过主干光缆传回中心站。内容如下：

（1）刘集管理段～ 三分干进水闸～ 柴集管理段；

（2）刘集管理段～苏冢节制闸附近；

（3）柴集节制闸～柴集管理段；

（4）柴集管理段～二支干测流断面；

（5）沿线光缆分支～节制闸～37个视频监控点。

由于部分视频监控点离节制闸房较远，需敷设室外防水专用电缆进入视频监控设备箱。

2.2.1.4闸门自动控制（市电+光纤）

经过对三分干沿线、柴集管理段周边及洪庙、仓库支渠的实地踏勘，闸门主要包括三分干主干主要节制闸10处（有市电和电机），采取本地手动、本地自动、远程自动三种方式相结合的闸门控制方式，远程通过光缆传输来控制电机的运转。

2.2.1.5闸门自动控制（太阳能+GPRS）

洪庙、仓库支渠沿线29处节制闸（太阳能供电），三分干主干沿线及洪庙支渠、仓库支渠沿线直灌口和斗口共185处采取本地手动、本地自动、远程自动三种方式相结合的闸门控制方式，通过GPRS传输控制信号，采用太阳能+蓄电池控制直流电机运转。

2.2.1.6自动灌排水示范田建设

在示范区内选择一块田块平整、交通方便、渠道良好的示范田作小面积自动控制灌水、自动测量田间水位、根据田间水位排水闸门自动启闭排水。达到试验田灌、排自动智能灌排水的目的。拟安装灌、排水闸门各8处、节制闸门5处、田间水层8处。

2.2.1.7千方以上堰塘水位自动监测

三分干水价改革示范区内共建设千方以上堰塘共8处自动水位监测站。根据堰塘水位初步判断示范区内自有水量。通过结合雨量监测数据初步判断灌区灌溉的时机和灌溉水量。

2.2.1.8信息中心、分中心

对三干渠中心站机房进行建设改造，包括接入交换机、核心路由器、应用服务器、三维系统服务器、基础软件服务器、终端设备、UPS、机房专用空调、防静电地板、布线系统、市电系统、机房防雷接地、LED显示屏、摄像头、工业级交换机、打印传真一体机等。并在刘集控制中心安装音响设施、显示控制设备。并在刘集村和刘集段安装无线预警广播设施、太阳能、风能路灯及LED显示屏。

2.2.2软件部分

2.2.2.1流量在线监测管理软件

数据是灌区信息化系统的基础，是水利信息化最重要的基础设施。采用最新的电子科技设备，进行灌区流量数据进行自动采集、处理及存储。软件采用实时采集界面。设置单元格个数、单元格尺寸、盲区距离、采集时间间隔、盐度、磁偏角、流量计安装高度、平均采样时间间隔和单元格区间、面积、流速系数、原始数据文 件前缀、原始数据文件存放路径等参数进行实时数据采集。该软件应具有很高的兼容性，运行稳定可靠，界面美观，人性化。

2.2.2.2视频监控软件

基于J2EE体系和WebSERVICE标准,为系统管理、流媒体、报警转发、集中存储检索等所有应用服务器提供统一WEB访问配置界面，为前端监控设备提供统一远程监视查询WEB访问界面。客户端接入网关是平台和客户端对话的模块，负责本地区授权客户端（包括C/S、B/S客户端）的接入，接受和转发客户端和站端接入网关发来的信令；对于客户端发出的请求消息，先在客户端接入网关进行鉴权，鉴权通过后转发给对应的服务器。

1.主要功能

(1)实时图像监看

(2)远程控制功能

(3)通过先进的压缩方式降低对带宽需求

(4)视频影像存储

(5)图像回放

(6)图像监视

(7)图像输出

(8)图像远程传输

2.2.2.3闸门控制软件

软件采用WindowsDNA体系架构，基于COM/COM+组件化编程技术，编程语言则采用VisualStudio.Net专业版编制。

本软件将采用按纽的方式产生各监控画面。人机界面友好，对于未学过计算机的人，只要学会使用键盘和鼠标，即可进行整个系统的计算机操作。

系统将由主界面和监控、报表生成及打印、参数设置、帮助等若干个子界面组成。

2.2.2.4农业水价综合改革示范区信息管理系统软件

农业水价综合改革示范区信息管理系统软件基于统一的数据库，综合管理灌区调查成果数据、基础信息、空间信息、工程监测与运行管理信息、供用水信息等。其中，供用水信息管理是系统的核心，灌区用水定额多少、运行成本高低、供水质量好坏，以及配水数量是否准确等直接关系到灌区工程效益的发挥、水资源的合理利用以及经济效益和社会效益的提高。本系统的供用水管理涉及从用水申报、供水计划制定、实时闸门调度控制与配水管理、供水计划调整、供水量统计与水费计算、水费收缴、供水效果评价等环节，从信息管理层面保证科学的水资源配置与管理、高效的水量调度控制与运行管理、透明公开的供用水管理，达到灌区供用水管理可视、可测、可控的目标。

该系统基于灌区的空间地理数据，采用三维仿真技术建立展示灌区地理形态、水工建筑物或设施分布以及水系、道路、居民点、土地利用等自然人文要素的三维可视化平台，并与灌区调查成果数据库、灌区基础数据库、水情监测数据库、灌渠闸控数据库、视频监控数据库、灌区用水管理数据库、土地利用数据库等建立接口与连接，以灌区供用水管理业务为核心，对灌区的地理信息、工程信息、监测信息、供用水管理信息、工程运行管理与调度信息等进行数字化处理，实现基于三维仿真的灌区供用水综合信息管理与发布，并开发基于手机移动端的灌区供用水信息管理与发布平台，提高灌区供用水综合信息管理的水平与效率。