灌区智能监测系统研究与应用

胡正松 ，陆乙君 ，岑恩杰 ，陈洪飞 ，刘 锋 ，洪 侃 ，翁 敏 ，黄小彬 ，杨 勇

（1.杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；3.浙江省河口海岸重点实验室，浙江 杭州 310020）

1 问题的提出

我国水资源总量为2.81万亿m3，居世界第六位，人均水资源不及世界人均占有量的 1/4，是世界公认的 13个水资源匮乏国家之一，随着社会经济的快速发展，水资源供需矛盾日益突出，因此合理地使用水资源，实行节约措施十分必要[1]。

我国大部分灌区修建于20世纪50 — 70年代，涉及的范围较广，运行了数十年，工程设施设备陈旧，大部分处于年久失修，自动化和信息化程度较低，灌区内的水资源没有得到充分的利用，基础资料信息得不到有效的管理和维护，整体的管理水平低下[2]。

目前国外的发达国家，对于灌区的管理，朝着信息化、自动化和高效化的方向发展。美国垦务局将自动控制技术应用到灌区配水调度中，使配水效率从80 %提高到96 %[3]。

2016年浙江省人民政府办公厅发布浙政办发〔2016〕4号文件《关于全面推行浙江省水利工程标准化管理》。文件明确要求：以党的十八届五中全会精神和习近平总书记提出的新时期治水方针为指导，按照“五水共治”和“标准强省”建设的总体要求，围绕确保水利工程安全、持续、高效运行的目标，以落实水利工程管理责任和措施为核心，以全面建立水利工程标准化管理体系为基础，以深化水利工程管理体制机制改革为动力，坚持政府主导、社会参与，省定标准、分级实施，全面规划、稳步推进，全面落实水利工程标准化管理措施[4]。

针对我国灌区的现状，为了科学合理地管理和调度灌区的水资源，有效管理和维护相应的基础信息，显著提高灌区的整体管理水平，建设信息化系统对灌区来说是迫切需要的。

2 系统概述

灌区智能监测系统采用先进的微机处理技术、无线通信技术、物联网技术等，精准实现灌区水位、流量、雨量等关键数据的实时遥测，使灌区智能监测系统及时、高效地运行，为灌区水资源的优化配置提供支持，逐步提高灌区的管理水平和水资源配置效益，实现灌区管理信息化和标准化[5]。

灌区智能监测系统由硬件设备、软件平台和手机APP 3部分组成。其中硬件设备主要包括摄像机、遥测终端、水位计、雨量计、服务器等。灌区智能监测系统软件平台，可以对人员考勤、日常巡查情况、水位、雨量、流量等关键数据以及水位尺图像进行显示，配合地图浏览、短信提醒等功能。手机APP包括人员考勤、日常巡查情况输入等功能，可显示雨量、水位、流量以及水位尺图像等。灌区智能监测系统的系统结构见图1。

图1 系统结构图

在实地现场，水位计可实时采集渠道的水位，进行水位观测与计量，以便合理地控制引配水量，在满足工农业用水或农作物用水前提下，实行节约用水，提高水资源利用率；流量计可实时采集渠道流量，进行观测与计量，以便合理地控制引配水量，提高水资源利用率；监控摄像机用于抓拍渠道水面的情况以及水位尺的读数，便于观察渠道水面的突发情况，保障用水安全；雨量计实时采集灌区雨量数据，进行观测与计量，确保灌区的用水安全。遥测终端采集到考勤信息、水位数据、雨量数据和图像数据后，通过无线网络传输到中控室服务器端，通过软件平台显示各项数据，并可形成报表进行打印等，上级主管部门可以通过Web网络访问软件平台，进行实时数据的查询与监督。手机APP则方便工作人员随时随地查看和操作。因此，灌区智能监测系统满足灌区对于信息化建设的需要，以铜山源水库灌区水利工程标准化管理项目为例，进行建设运行。

3 硬件设备

无线遥测终端作为灌区智能监测系统的核心设备，采用工业级32位处理芯片，以实时嵌入式系统为基础，通过无线网络和平台服务器交互，提供开关量输入、开关量输出、翻斗式雨量计、RS485、RS232、模拟量输入等接口。该产品将信号处理技术和物联网技术完美地结合起来，适用于灌区智能监测系统。铜山源水库灌区水利工程标准化管理工程项目现场安装情况见图2。

图2 遥测站点现场安装图

4 软件平台

灌区智能监测平台主要面向的用户是灌区的管理人员、负责人、巡查人员以及相关领导。针对不同类型的用户开发不同的模块功能，可进行定制。灌区智能监测系统软件平台包括灌区信息管理、灌区巡查、办公自动化于一体，主要服务于灌区管理的信息化、灌区巡查的自动化，并能为灌区的管理决策提供参考依据。以铜山源灌区智能监测系统软件平台为例进行展示。

平台包括首页模块、代办事项模块、灌区概况模块、组织管理模块、日常巡查模块、实时数据模块、地图浏览模块、短信管理模块、系统报表模块和系统设置模块。

日常巡查模块，包括日常巡查、隐患管理和考勤统计3个子模块，可展示各个线路的巡查情况、隐患事项、隐患部位和人员考勤的相关情况。

实时数据模块，包括雨量监测、水位监测、水量监测、资料备份、资料整编和设备监控6个子模块，从中可以查询各个水利元素实时和历史数据，并且通过现场水位尺图片的采集，在后台可将其与水位计采集的数据进行对比，以校对水位数据，可实时掌握设备系统现场运行的情况。同时，管理人员也可对资料进行备份和整编。

点击实时数据，再点击设备监控，在页面上可以查询各个灌区站点采集水位尺图片的情况，接着点击某一具体时间的图片，便可显示现场的实际工况。

电子地图服务在水利工作中的应用越来越广泛，用户在电子地图上可以清楚地查看铜山源灌区地理位置以及周边地形以及重要地物。电子地图见图3。

图3 地图浏览图

短信业务在办公自动化中是不可缺少的，很多信息、事件都需要对用户进行短信提醒。当巡查员多天没有按照巡查路线进行巡查时，用户可以在系统中发送短信提醒该巡查员，发送后的短信可以在系统中进行查看。

图4为系统短信管理图用户在人员列表中选择要发送短信的对象，再输入短信内容，点击发送按钮则可将信息发送到对应人员的手机。

统计报表模块，包括电子台账、纸质档案和电子档案3个子模块，可以显示日常巡查档案、问题汇总档案、管理人员上传的各类电子档案等，方便管理人员随时查询以往的各类档案，了解灌区的运行情况。

图4 系统管理信息图

5 手机APP实例

铜山源灌区智能监测系统手机APP主要包括登录界面、手机APP主页、考勤签到模块、水尺图模块、工程巡查模块、水雨情模块和调度运行模块。

登录手机APP主页，页面主要包括3个部分，第1部分是当前用户的登录信息，点击用户头像可以进行检查更新、注销和退出操作；第2部分是系统主要的功能模块，包括代办事项、考勤签到、水尺图、工程巡查、水雨情和调度运行；第3部分是运行监管部分，包括非标准工程数、亚标准工程数和标准工程数（见图5）。

图5 手机APP主页图

在办公楼或监测站附近200 m范围内，工作人员可以通过手机APP上的签到按钮进行考勤签到，相应的记录会传到灌区智能监测系统的软件平台上，供管理人员查询，作为日常考核的一部分。

点击APP上工程巡查模块，进入灌区的工程巡查列表，在列表上可以选择要巡查的路线；点击某一巡查路线，便可以看到最后一次完成巡查的时间和巡查人；点击开始新的巡查，便可以进行新一次的巡查。点击调度运行模块，进入灌区内各个需要调度站点的列表，在列表中，可以查看各个站点最近一次操作的时间；点击相应需要操作的站点，可以对该站点进行调度。

6 结 语

灌区智能监测系统在铜山源水库灌区水利工程标准化管理工程项目的应用，实现了对人员考勤、日常巡查情况、调度运行的情况、水位、雨量、流量、水位尺图片等信息的实时智能监测。系统投入运行后，实践证明该系统功能齐全、运行稳定、操作方便，大大提高了铜山源水库灌区的日常管理效率，减轻管理人员的负担，降低运营成本，提高水资源配置效益，实现铜山源水库灌区的信息化和标准化，达到了预期的效果。