灌区用水管理信息化建设的信息传输途径

张承泉

（宁夏唐徕渠管理处，宁夏 银川 750001）

1 信息传输技术概述

概括来讲，目前主要的通讯手段和技术包括光纤、公共电话、微波、无线超短波、无线扩频、卫星、移动等通信。光纤通信 11～81传输带宽大、稳定，可靠，不导电、不产生感应，适合于传输图形、图像视频等多媒体表现形式的信息，但投资一般较大，施工困难，维护成本高，目前在宁夏唐徕渠灌区，除部分扬水灌区（盐环定、红寺堡、固海扬水等）开始使用外，一般用在骨干通信网络上；公共电话通信作为话音传媒已广泛使用，且分布范围广，不需要重新建设，只要增设通信连接和转换设备即可构成通信系统。但公共电话网带宽小，一般只能满足话音和低带宽的数据传转需要；微波通信是一种无线通信技术，工作频率高，能运载极大数量的信息，但需要间隔一定距离设立1个中继站，且中继站之间的距离与微波塔高度的平方成正比，主要缺点是传输质量受环境因素的影响较大，在南部山区扬水灌区易受到阻挡，需要建设相当数量的子站，造价较高；无线超短波通信特点是投资较小，无中断通信半径50km，比较适合灌区特别是平原灌区使用，缺点是在恶劣气候或有同频或近频信号存在时，干扰较大，通信距离超过50km 或有高大的自然物或建筑物遮挡时要增设中继站；无线扩频通信具有无线超短波通信的特点，同时可以对音频和视频数据进行打包处理，因此为多媒体通信奠定了基础；卫星通信组网方式灵活，地域范围广，独立性强，移动性好，不受地域限制，主要缺点是传输延迟较大；GSM 通信具有覆盖范围广、网络能力强的特点，克服了传统的专网通信系统投资成本大，维护费用高，网络覆盖范围和用户数量有限的弊端。同时利用 GSM 短消息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，运行费用低，为远程监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。

现代通讯技术的迅速发展为水利信息化建设提供了丰富的传输途径和灵活的传输方式，由于每一种通信方式都有其特定的适用范围和条件，因此在实践中应根据具体需要，因地制宜选择不同的传输技术和手段。

2 灌区管理信息需求分析方法

尽管对灌区信息分析和处理有各种不同分类方法，但总体看来，动态信息仍是最为基本和有效的分类途径。依据需要检测的时间尺度，定义经常发生变化的信息为动态信息，当然，绝对静止的信息是不存在的，定义在一定的时间尺度内和一定的检测手段条件下，没有明显变化的信息为静态信息。因此，动态信息都具有时效性，所不同的是，动态信息时间尺度较短。一般而言，灌区管理包括工程、供水、组织、财务、土地与环境管理等多个方面。不同的管理方面涉及不同的信息需求，同时也对信息的时效性提出不同的信息要求。在灌区信息化建设过程中，要确定信息传输的组网方式，首先必须进行信息需求分析，这种分析一般而言应是自上而下，也可以自下而上。

自上而下分析法，也就是从存在的信息出发，在明确信息的基本属性之后，向上传递，根据可能的需求对象，送达不同的管理部门，由相应的管理部门进行取舍，并为相应的决策目标服务。对一个灌区而言，存在的信息是十分巨大的，其中部分信息在一定阶段可能是并不急需的，或者并不是灌区管理部门这阶段所关心的。显然，这种方式存在某种浪费和不确定性，一方面，收集到的信息可能是不需要的；另一方面，所需要的信息也可能没有收集到。因此，实践中，这种方式有一定的局限性。

就灌区用水管理而言，动态配水是实现计划用水和定额管理的关键技术，为实现这一目标，需要了解渠道的过流能力、渠系建筑物的调控能力、渠道断面的实际过流量和灌区的需水情况等，其中部分信息具有时间特性。为满足灌溉管理实际需求，对不同的信息选择不同的时间尺度是十分必要的，在灌溉系统运行过程中，每分钟更新1次过流信息，可视化监控每个闸门的自动启动，未必是必要和切合实际的，而所有这一切都将或多或少地要影响灌区信息建设的信息传输网络方案的选择。

3 灌溉用水管理中动态信息点类别

灌溉用水管理是整个灌区管理的中心工作，也是灌区信息化建设的重要内容。依据动态信息的时效性，将用水管理的测控信息点分为5类，实践中可依据实际情况和需求分析，因地制宜选择不同的信息点类别。

3.1 影像可视化监测点

即在现场安装摄像设备，通过一定的信息传输途径，将现场的环境和工况“搬入”监控中心，对这类信息点，首先必须明确监测的目的、内容、范围、频率，同时根据目的的不同，对图像质量和色彩、信息使用方式和使用对象也应有明确的界定。就关键闸门的图像可视化监测而言，在确有必要的前提下，应明确监测点的监测内容：闸室的环境监测？上下游水面的监测？闸门开度的监测？电机运行状况的监测？监测范围固定还是可变？所有这些方面，必须在需求分析的基础上，合理确定，脱离实际需求的配置不仅造成信息点投资的浪费，也势必加大信息传输系统的投资。

3.2 模拟可视化监测点

即在现场仅仅安装传感器，通过一定的手段将数字取回，并在计算机上模拟现场对象的运行工况，如对闸门的监测，不仅可以通过影像来可视化监测，而且也可以通过对闸门开度、上下游水位的实时监测，通过数据分析，在控制中心计算机上模拟闸门的运行状态，在现场背景照片的衬托下，同样可以达到可视化监测的目的，而与图像可视化监测相比，不仅可以减少现场的设备费用，也可以大幅度降低信息传输系统的费用，由于这种监测传输方式运营成本低、传输途径便捷，在宁夏自治区大部分自流灌区应用较多。

3.3 实时采集信息点

在灌区用水管理中，为实现计划用水和动态配水，对一些重要的区域如水源地、上下游交水点、有防汛要求的渠段、特定用水户、重要建筑物、水位变化频繁的断面等，需要可靠实时地予以监测，在完成需求分析后，依据要实现的相应功能，设计信息传输系统，必要时也可以考虑备用信息传输通道。

3.4 实时记录定期采集信息点

在灌区用水管理中，部分信息更新的频率并不是要求特别快，对这类信息完成可以以一个相对较短的时间间隔进行实时记录，由于每条记录均带有时间标识，即便相隔较长的时段采集存储于就地设备中的数据也完全可以满足管理决策的要求。实践中，可以根据信息点的重要程度、反映信息变化和制定决策需要的时间尺度等因素，综合考虑以确定实时记录的时间和定期采集间隔，由于实时记录由就地仪表完成，因此，信息传输网络则主要由定期采集时间间隔和传输信息量的多少来确定。

3.5 人工观测记录信息点

总体来讲，根据我国特别是宁夏现阶段生产力发展水平，灌区完全实现信息采集自动化还有相当长的路要走，在可以预计的将来，全国大部分灌区中仍有相当数量的信息采集需要依靠人力来完成，人工观测取得信息也是灌区信息化建设的重要组成部分，这一点宁夏引黄灌区表现更为明显。事实上，灌区信息化并不排斥人工观测，人工观测也是信息的一个重要来源。在灌区信息化建设中，关键问题是如何处理和利用从不同途径得到的信息。

4 结语

信息需求分析和信息点分类完成之后，如何将分散的、孤立的信息进行汇总和处理是规划信息传输网络的重要依据。根据传输的时效性，根据部分灌区的经验，有线电话、短消息服务和无线超短波混合模式可以满足阶段大多数实时数据采集需要；对非实时采集的信息点，介质转储可以满足实际需求；对需要进行图像可视化监控的信息点，由于传输系统投资一般较大，实际中应详细规划与比较，对确有必要的信息点才应考虑图像可视化监控的问题。需求分析应成为所有工作的基础。信息传输方案的选择应从基础设施和通讯设备投资、管理维护费用、更新升级费用、运行可靠性、人力资源等多方面予以综合评估，总体上应以满足实际需要为原则，并尽可能利用现有的或者公共通讯资源。