淮涟灌区GMS设计与应用

杨添平

(沈阳智信佰达科技有限公司，沈阳 110000 )

1 系统建设背景

江苏省淮安市淮涟灌区自1958年兴建，自1999年列入国家大型灌区续建配套与节水改造规划以来，已立项实施12期项目，累计完成总投资4.38亿元，共建设涵闸渠首349座、泵站147座、其他配套建筑物164座，兴建防渗渠道282.87km,灌区工程得到进一步更新改造和完善提高，增加和改善灌溉面积3.83万hm2，增加和改善除涝面积2.98万hm2，新增粮食生产能力4905万kg，新增节水能力10213万m3，有效灌溉面积不断扩大，灌溉条件得到很大改善，经济、社会、生态效益显著提升。在工程措施和管理体制基本完善之后，灌区面临的问题是非工程措施滞后[1]。

目前，硬件方面：淮涟灌区支渠以上闸门基本实现现地电动控制，现场设施完备长期供电，但是缺少闸门开度监测设备。闸门控制房环境良好，设施齐全。水位监测设备基本失效或者损坏，部分穿线保护措施完好。灌区没有雨量监测站点，没有量水设施，过闸流量全部依据经验估算，灌区管理者不能及时了解灌区内的降雨和用水情况；软件方面：2008年曾建设灌区管理信息系统，经过10年信息化发展，目前已无人使用。目前灌区管理基本靠管理人员经验，淮涟灌区现行的管理方式主要以人工录入及纸质文档传送为主，没有完善的信息化系统来支持整个灌区的管理和决策，既无法实现对各类资料信息的有效管理、维护，也无法做到信息共享，灌区管理目标无法量化[2]。

因此，通过建设淮涟灌区GMS，实现灌区管理信息化，提高灌区管理的能效性、时效性势在必行。

2 平台总体架构

淮涟灌区GMS设立一个中心站和一个分中心站，中心站为淮涟灌区管理处，作为数据汇集、储存、整理、分析、共享的数据中心，中心站拥有大屏幕等展示系统，可以对灌区整体进行管理和决策；分中心站为淮安水利局作为展示中心。

本平台是通过网络系统实现信息远程传输，将监测点数据汇集至中心站，最终可以通过分中心站PC客户端与大屏显示终端实现对监测数据实时显示、查询、管理等功能。平台总体体系架构由感知层、传输层、智能物联层、延生应用层和展示层组成。

3 系统功能设计

3.1 数据采集及传输

3.1.1 数据采集

平台包括水位监测、雨量监、视频监测、闸门控制测这4种类型。

设计在淮涟灌区 14 个取水口门的闸门位置安装水位计、雨量计、闸位计、视频摄像头、闸门控制柜。建设水位监测点 20 个，一体化水位雨量监测点 5个，流量监测点 6个，视频监测点 21 个，覆盖整个灌区。

3.1.2 数据传输

淮涟灌区GMS数据通讯可采用有线或无线两种方式。

若位于各闸上现场有光纤，则充分利旧利用光纤有线传输，其中杰勋河地涵下游因与闸控室跨河，故下游监测设备采用无线方式传输；若位于渠道现场无光纤，可以采用DTU的方式，通过4G网络无线传输。

3.2 数据存储及处理

3.2.1 数据存储

平台建设地理信息系统数据库、水雨情信息数据库、水工建筑物数据库、灌区信息数据库、实时数据库、视频信息库、模型方法库、水费计收数据库。

各种数据经过人工录入，或利用已有地理数字信息转入，或经数据采集系统自动采集，形成数据库中重要的原始数据。而后，通过信息处理、资料分析等研究，对库中数据进行分析处理，建立一个方便、实用、可靠的数据库系统。

3.2.2 数据处理

淮安市水利局淮涟灌区管理工具的作用主要是用于对数据的管理和控制。数据无论在采集、传输、发送或者储存这几个过程中都可能会出现这样或那样的错误，为了纠正这些错误，让用户使用时都是正确及时的数据，建立管理工具是非常必要的。管理工具结构图如图1所示。

3.3 软件功能

3.3.1 灌区基础信息子系统

灌区基础信息子系统主要包括灌区简介、灌溉制度、土地利用、灌区水资源等，实现灌区基础信息电子化，用户可以查询历年的基础情况信息，基础情况信息支持在线编辑、导出、导入和打印功能。

图1 管理工具结构图

3.3.2 电子沙盘系统

通过建立淮涟灌区地理信息系统，完善灌区的全景展现，并对管理区域内各元素的分布有一个统一的了解。补齐电子地图的短板，建立灌区“一张图”的信息化管理模式，让灌区真正做到数字化、智能化和现代化。

应用GIS地理信息系统，将灌区信息布设在沙盘上，除展示水工建筑物的信息和资料等静态数据外，还支持动态监测点例如：水位站、雨量站、闸位站等的点击、查看、历史数据的统计和查询，监测信息以图表结合的方式展示。电子沙盘中还会展示预警信息，预警信息根据系统设定自动生成[4]。

电子沙盘中所有展示的数据都支持关联查询，例如：地块与渠道关联、渠道与闸门关联、渠道与渠道关联等等。关联的目的是在点击一个内容时能够快速的找到与其相关的其他内容，提高查询效率。

3.3.3 实时监控与告警系统

3.3.3.1 实时监控

1)水雨情监控。通过水雨情监控系统，实时掌握灌区的水位信息和降雨信息，降雨信息为灌区用水调度和防洪提供数据依据，还为决策模型计算提供数据来源；水位数据用来计算闸门过闸流量，还为防洪提供告警信息。

2)视频监控。通过视频监控系统，对灌区现场的真实情况有一个全面的展现，将视频监控与闸门远程控制相结合，实现对闸门状态进行精准控制，同时对灌区决策支持提供检验方法和决策依据。例如闸门是否按照规定开启，水位是否真如系统所示已经超出警戒水位，灌溉制度执行后是否顺利进行等。

3)闸位监控。通过闸位监控系统，展示各闸门实时开度信息，结合上下游水位信息利用水力学公式推求各闸门实时流量，用于计算引水量，为灌区供水提供服务。

3.3.3.2 告警信息

将告警信息统一统计，单独分类列表，对不同等级的告警可以分类查询。主要包括水位告警、降雨告警、监测设备故障告警等。

3.3.4 闸门控制子系统

闸门控制子系统有三种运行方式：“微机集控”(调度中心上位机集中控制)、“现地自动”(触模屏设定高度控制)和“现地手动”(常规手动控制)。系统正常情况下，通过调度中心上位机集中控制；在网络中断或现地的情况下，现场控制柜可置为“现地自动”；现地控制柜触模屏故障，还可实现常规“现地手动”控制，保证淮涟灌区闸门在任何情况下都可正常运行。

3.3.5 辅助决策支持系统

辅助决策支持系统是整合灌区现有的信息资源，以告警级别为主线，以预案为辅线，以事件为驱动，以各负责人员的职责为切入点，通过设计一个科学合理的业务协同模式，构建一个内容丰富、性能稳定、界面友好、扩展方便的辅助决策支持系统。

辅助决策系统对灌区的水位、雨量、水量、气象、墒情、作物分布、水文年型、灌水方案、上游来水量(渠首闸)、规划用水量等信息进行整理、分析、计算、优化，进而通过气象、作物、地块用水、渠道灌溉、闸门量水这五大类计算模型的整理分析，综合在应用层，形成一套适合于灌区的闸门调度方案，供管理者参考决策。根据灌区现状对灌区内一干闸、二干闸、三干闸、四干闸、古寨退水闸、杰勋河地涵提供科学的调度管理计划。

3.3.6 运行管理子系统

通过了解淮涟灌区管理处的整体业务，结合地图及灌溉制度等辅助信息，建立一套适用于灌区政务办公系统，主要功能包括：水情统计、监控工程实时报表、值班管理、人工巡检管理、通讯录、通知公告、公文资料管理等。

1)水情统计：以各闸为统计单元，以日为单位，实时统计每次开闸、关闸及放水量记录，最后汇总成月(年)的水情统计表，支持查询、导出、打印。

2)监控工程实时报表：按照各个工程划分统计闸门工程实时统计闸门工程的上游水位、下游水位、每孔闸门开启状态和灌溉的水量信息。

3)值班管理:值班管理主要包括：值班安排和记录、内部值班安排、日常值班记录、突发事件核实和记录、记录管理、值班日历导出、替班、换班、值班签到。

4)人工巡检管理：人工巡检管理由主站软件和前端机APP构成，主要具有巡检路线制定及管理、巡检任务派送及管理、巡检结果查询、巡检轨迹查看与查询等功能。

5)通讯录、通知公告、公文资料管理：支持通讯录、通知公告、公文资料的查看、增加、删除、修改、查询等功能。

3.3.7 APP应用

APP集成 PC 服务端的大部分功能，主包括地图数据展示、实时监视与告警、值班管理、通讯录、通知公告、公文资料、数据上报、系统更新、用户管理等。结合手机具备 GPS 定位的特点再为客户开发一些基于地图定位的使用功能，如随手拍、人工巡检管理等。

8 结 语

淮涟灌区GMS通过在灌区安装监测设备，采集相关数据并结合水利、农业、气象、信息化等相关行业的标准、模型和经验等，在灌溉、防汛、抗旱、电子政务等四个方面对灌区进行了整体的改造。

淮涟灌区GMS已运行一年有余，设备方面成熟稳定，平台方面因地制宜。通过GMS建立，实现淮涟灌区各主要控制闸的视频监视、数据监测、远程调度、运行实时管理等，实现了灌区基础设施建、管、用相结合，确保了灌区建筑物及渠道工程安全运行，提高了水量调度的时效性，通过辅助决策子系统合理分配水资源，按需灌溉，提高了水资源利用效益、提高了灌区灌溉效益，充分发挥了灌区的潜力，实现了效益最大化，体现出GMS较原始在灌区管理方面的卓越性。