关于构建现代农业数字化水网的探讨

王 建，尚庆明，包荣萍，徐树元

（江苏省淮安市水利勘测设计研究院有限公司，223005，淮安）

淮安市位于京杭运河与古淮河交汇处，水资源丰富，水网密布，农业生活用水富足，是名副其实的鱼米之乡。但是随着城市的扩张和人口的增长，加之农业水资源调配混乱，农业用水压力越来越大，用水时节农民到处找水的事情时有发生。因基层用水管理混乱，经常是各村镇自顾不暇，上游随意开闸放水导致下游无水可用的现象时有发生，不仅浪费水资源，也容易使农民在农业用水高峰期激化矛盾，所以通过虚拟现实技术、实时监控技术、远程操控技术等实现对农业水资源立体化、动态化调配，打造无人值守远程操控的数字化水网来更加合理地调配水资源，显得尤为重要。其建议设想是：

一、加强水网改造和闸站建设

1.现有水网改造

淮安市农村现有沟渠较多，但大多是人工开挖的土质沟渠，时间一长容易淤积，并且土质沟渠容易渗水造成水资源浪费。应当对其进行改造，将现有水网中主要支干渠改造为混凝土衬砌沟渠，在水渠间隔布设水位监测尺和监控探头，使控制中心实时掌握用水状况，方便更好地调配水资源。

2.闸站建设

淮安市农村现有闸站大多为单向流道，工程投资大,辅助沟渠占地多,工程调度控制中水能损失大，应对其进行改造，使其具备双向供排水功能。双向泵站既能灌溉，又能排涝，可以节约大量的资金，同时配合水位监测系统和泵站、闸门自动监控系统，达到全自动合理调配水资源的效果。但是双向流道泵站有很多问题需要研究解决，尤其是上下游水位落差较大时，电机启动阻力增加，过载问题更加突出，在进行闸站控制线路设计时应充分考虑到这一点。

二、进行三维数字化控制网建模

构建现代化农业数字化水网，除加强水网改造、建设闸站控制系统外，必须依据相关信息技术，构建三维数字化水网模型。其基础工作是：

1.数据准备

数字线划图是整个数字化系统的基础，一般通过测绘部门实地测量获取，水网系统对于高程精度要求极高，所以在采集数据时应精准控制好高程数据。同时为了构建三维模型，在内业数据处理时所有点、线、块应加带高程数据，如房屋除了地面高程外应加带房高数据，详细分层，便于后期数据处理各类地物。最终将处理好的线划图转换为dxf格式。

2.三维建模

（1）构建数字高程模型DEM

三维环境下的建筑物要与地貌吻合，再现真实的数字地面模型，首先要制作数字高程模型。可通过南方CASS7.0软件对外业采集的高程数据进行建模处理，由高程数据生成DEM（数字高程模型），再将地表影像叠加在DEM上，使其效果更贴近真实情况。

（2）地面建筑物的三维建模

在IMAGIS 3.0环境下，对导入的数字地图的各建筑物选用单个对象调整，可添加高度、颜色属性，然后统一自动创建建筑物。如个别建筑物需要修改，则先对其属性作修改，再进行人工创建建筑物。在水利领域，因为地物相对不是很多，建议选择人工建模。对于一些复杂的建筑物，可用CAD或者IMAGIS自带的图形编辑器先对dxf文件进行修改，然后再通过IMAGIS三维建模软件对其进行建模。

为了更好地对一些复杂地物建模，还可以通过3DMAX建模软件来实现。

3.纹理映射

三维建模完成后，对模型进行纹理映射是虚拟现实技术的关键，它直接影响到模型的视觉效果和逼真程度。利用数码影像纹理，不仅可以逼真、直观地表达现实世界，还可以弥补几何模型不能表达的详细信息，丰富地物的细节和材质。

三、建立实时监控系统

所需建立的实时监控系统主要由三部分组成，包括水位监测子系统，泵站、闸门自动监控子系统，视频实时监控系统。通过模型对三个子系统监控，达到对数字化水网的应用控制。

1.水位监测子系统

采用国内外先进的声学多普勒流速剖面仪，实时准确地监控各监测点的水位、流速及流量信息，该系统应具备各监测站历史数据查询功能，实现对各监测站水文数据的统计分析。

2.泵站、闸门自动监控子系统

该系统是运用现代传感器技术、自动控制技术、计算机控制技术及相关的通信技术组成的综合性泵站、闸门系统，实现对泵站、闸门开关的实时监控。监控中心可以根据常年的用水量，设定好区域内各沟渠的水位，让计算机实时调控少补多排，实现系统的自动化管理；也可以根据区域内农业作物需水情况实时调控沟渠水位，方便上级水利部门合理调配农业水资源，更好地解决农业生产中的给排水问题。

3.视频实时监控系统

通过各监控点的摄像头提供直观的实时现场图像和数据，为监控中心值班人员提供第一手资料，通过对各监测点的图像数据统计分析，能够更加直观地显示出水网内的水资源分配，方便职能部门有效地管理闸站。也可以在各闸站监控点设置监控探头（如红外、温度等）与摄像头联动，构建水患告警系统，当水位触发警戒水位时，触发告警，在监控中心大屏幕上该监控图像将显示声音告警，同时显示告警图像，以便相关部门及时采取措施。

四、结 语

构建农业数字化水网虽然是一项庞大复杂且繁琐的系统工程，但是可以想象一旦灌区水网实现了数字化操控，通过监控系统可实现对每一条沟渠水位的远程实时控制，就必然能够实现对农业水资源的合理调配，因此，针对当前农业用水特点构建农业数字化水网是时代发展的必然要求。

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