金华市安地灌区自动化测控系统的建设

郑 雷，叶根浩，王一峰

（1. 金华市安地渠道管理所，浙江 金华321000；2. 浙江禹贡信息科技有限公司，浙江 杭州310009）

0 引言

安地水库灌区位于浙江省中部，地处金华市婺城区和金东区。灌区设计灌溉面积12.85万亩，灌区以安地水库为主要水源，结合灌区内小型塘库蓄水以及区间引水、沿江提水等组成丘陵区灌溉系统。据2015年统计年鉴，安地水库灌区涉及金华市婺城、金东、经济技术开发区等6个乡镇、1个街道，180个行政村。2015年底，灌区总人口14.60万人（其中农业人口13.25万人），金华市区实现国内生产总值513.41亿元，完成财政总收入86.11亿元，固定资产投资251.91亿元，农民人均纯收入12 555元，城镇居民人均可支配收入32 280元。灌区设计灌溉面积12.85万亩，现状实际灌溉面积10.6万亩。灌区内主要种植水稻等粮食作物和蔬菜、花卉苗木、水果等经济作物。灌区内工业较为发达，乡镇企业及个体经济在当地经济中占有较大比重，促进了灌区范围工农总产值大幅度增长。据2015年资料统计，工农业总产值93.5亿元，其中灌区农业总产值9.50亿元，灌区粮食总产量0.89万t。灌区主要水源工程为安地水库，水库工程于1959年10月动工兴建，1965年12月竣工，控制集雨面积162 km2，水库目前正在进行除险加固施工，设计总库容7 043万m3。小型水库4座，总库容230.0万m³。

灌区的主要工程由总、东、中、西4条干渠组成，总长38.83 km，已全部衬砌，衬砌率为100%，已衬砌但破损段渠道长5.82 km，衬砌完好率占85%；支渠总长212.5 km，已衬砌支渠长58.49 km，衬砌率仅为27.5%，已衬砌但破损段渠道长14.6 km，衬砌完好率占75%；目前灌区内渠道衬砌率较低，对于渠道的正常运行、管理及人民生产生活带来诸多不便。为此，结合灌区及所属各工程现状，需要根据标准化管理要求对信息化基础设施不足部分进行补充完善。主要包括水雨情采集系统、工情采集系统、视频监视系统、闸门控制系统、调度管理中心、巡查系统、全景图等。

1 总体构架

本系统主要包括水雨情采集系统、工情采集系统、视频监视系统、闸门控制系统、调度管理中心、巡查系统、全景图等。各子系统都通过局域网有机地整合在一起，形成一个能够实现各个子系统间进行信息共享、协同工作的综合自动化管理平台。采用数据库技术集中处理信息，结合Web技术，开发基于B/S方式的Web综合信息发布系统，能够方便直观地让用户得到各系统的信息。通过租用光纤的方式接入互联网，以Web方式为管理人员提供信息查询平台。

视频监视系统包括前端摄像及控制设备、图像传输网络、图像传输设备、硬盘录像机等。主要实现对闸门上下游外景、闸门机组等重要设备的远方监视。

闸门监控系统按现地手动控制层、现地自动控制层、远程自动控制层3层结构设计，远程自动控制层实现闸门集中自动监控功能和客户端浏览的Web服务功能。主要实现对牛黄坝、瓦屋冲、钱坑边、梅林、鸽子坞5个站点的启闭机设备进行远程控制。

水情遥测系统包括现场采集设备、现场通信设备和接收端设备等。实现主要渠道的水位/雨量/流量数据的实时远传、存储。系统总体拓扑结构图如图1所示。

图1 系统总体拓扑图

2 主要建设内容

2.1 水雨情（流量）采集系统

补充灌区重要控制工程水位、雨量、流量实时监测，完善灌区基础水雨情采集网络。具体布置见表1。

表1 水雨情（流量）采集系统表

水雨情监测主要设备采用雷达水位计、雨量计、终端机，利用GPRS通信网络将水雨情数据传输到调度中心。

流量监测采用标准断面法利用水位流量关系表根据水位计算实时流量。需要对测流断面进行流量标定。汪家垅水库放水管流量采用超声波流量计采集。

2.2 工情采集系统

对灌区主要水闸工情进行监视，采集闸门开度情况。主要设备由闸位仪、终端机组成，利用GPRS通信网络将闸门开度数据传输到调度中心，同时利用宽带网络作为备用传输通道。汪家垄配3台终端，总干渠和祝公堂各配1台终端，参见表2。

表2 工情采集系统表

2.3 视频监视系统

对渠首和重要闸站进行视频监视。对干渠和重要支渠进行监视，在总干渠、西干渠、东干渠、中干渠、汪家垄进水闸新建视频监视点，具体布置见表3。

表3 视频监视系统表

视频点主要用于监视闸门开启状况，渠道上下游情况、管理区域等，视频监视点主要设备由网络摄像头、立杆、硬盘录像机等组成。

2.4 闸门控制系统改造

对原有闸门控制系统进行改造，更换损坏配件，保证系统正常运行。原闸门控制系统布置在汪家垅水闸3台，总干渠1台，祝公堂1台，控制流程原理如图2所示。

图2 控制流程原理图

2.5 宽带网络

为灌区4处主要管理区域（总干渠、管理处、祝公堂、汪家垅水闸）配备宽带网络，网络带宽不小于20 M，宽带应配备固定IP地址。

3 基础数据建设

包括数据的收集、整理、校对、入库、更新等工作，数据范围包括水利工程属性信息（包括地理位置、工程图片、水工特征、控运计划等）、空间地理信息、管理单位信息、人员信息、管理制度、资料档案、预案方案等。

其他工程相关数据（如巡查、检查、台帐等数据）在工程日常运行中产生的数据在工程运行管理平台中随系统的使用产生，水雨情、视频等实时数据由基础设施建设中的采集系统或原有系统提供。

3.1 数据收集及整理

基于自动化控制、水雨情监测、视频监视、工情监测等各类实时系统的数据按照通信协议要求进行统一采集处理，并按标准接口要求写入综合数据库。

工程特性、工程图纸、人工观测、人工巡检等静态数据按照数据标准进行收集、筛选、整理、校核后采用人工录入的方法录入综合数据库。

采用GIS桌面软件和空间数据库引擎建立空间数据库，以权威测绘单位（如国家测绘局）提供的电子地图或公用网络地图为基础，根据水利地理信息分类与编码标准，利用空间数据库提供的多用户空间数据模型组织复杂的空间数据，以GIS桌面工具为开发平台，建立一个开放的、灵活的基础空间数据库。

3.2 数据集成及综合数据库

系统建设采用一体化平台化的设计思路，综合集成现有和新建系统，打通信息孤岛，建立统一的综合数据库，并提供统一的访问机制，实现不同权限用户的数据访问和业务应用，达到信息资源共享和业务协同的目标。

对灌区已建系统需要利用原数据库采用同步方法进行数据集成。

建立综合数据库，数据库主要由水雨情监测数据、安全监测数据、视频图像数据、工程管理业务数据等内容组成。对各已建系统数据综合分析后按照一定规则对数据进行同步、抽取，进行数据集成。

3.3 数据管理及数据服务

建立统一的数据资源管理和数据服务平台，提供实时数据库、关系数据库、文件数据库等标准接口，从而实现工程监控、安全监测、视频等各类信息的存储、管理及与应用系统、信息采集平台的交互。

形成统一的数据存储与交换和数据共享访问机制，提供数据共享服务，为一体化应用平台建设及水情、安全监测等应用系统提供统一的数据支撑。实现与浙江省水利厅、金华市水利局等上级主管部门的信息化系统通信互联。

3.4 全景图

对灌区渠首和干渠、重要支渠部分利用无人机进行飞测，形成全景图，共约50 km2。其中汪家垅水库、国湖泵站、铁堰水闸分别形成360°全景，汪家垅水库2张（大坝及溢洪道），国湖泵站和铁堰水闸各1张。

4 结束语

通过建设“金华市安地灌区自动化测控系统”，利用自动化手段对金华市安地渠道管理所所属工程各类水位、雨量、闸位工情、视频监视等基础设施完善和整合，形成工程统一管控平台，实现工程标准化管理要求，保障工程安全、提高工程效益和工作效率，切实提高工程管理水平。通过物联网、GIS、全景图、无人机等技术，实现灌区水雨情、工情、安全信息等相关数据的全景可视化，通过地图、工程布置图等对各类信息实现直观展现，便于掌握工程实时运行情况。同时，建设移动应用系统，可以随时随地通过手机、PAD等移动终端对工程情况进行查询。实现和上级平台，包括浙江省水利工程管理监督及服务平台和市级管理平台的无缝对接，保证上级平台的数据准确、及时。