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灌區(qū)信息化與節(jié)水灌溉管控系統(tǒng) 

灌區(qū)信息化與自動化綜合管理平臺是為灌區(qū)現(xiàn)代化管理專門設計的智慧管理平臺，結(jié)合了當前先進的人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云服務技術(shù)、空間地理信息技術(shù)和移動應用技術(shù)等，涵蓋灌區(qū)泵站自動化控制、閘門自動化控制、遠程計量以及末端的節(jié)水灌溉業(yè)務，通過灌區(qū)管理“一張圖”及手機APP，實現(xiàn)從渠首到末端的業(yè)務全覆蓋。

通過傳感器(水位計、流量計、PLC控制柜、閘位計、水質(zhì)傳感器、智能墑情監(jiān)測站、智能氣象站等)進行信息采集，利用局域網(wǎng)、GPRS、4G、ZigBee、LoRa、有線通信網(wǎng)等進行監(jiān)測點和灌區(qū)控制中心之間的信息傳輸，實現(xiàn)灌區(qū)內(nèi)水雨情信息、水質(zhì)信息、墑情、閘位、氣象信息的實時監(jiān)測，并利用機電設施自動控制泵站、閘門、測流車等，實現(xiàn)灌區(qū)信息化和自動化管理。

隨著水短缺問題的加劇，供水工程缺乏必要的計量設施、管理體制改革滯后，現(xiàn)行農(nóng)業(yè)水價標準低、實收率低，水費難以維持灌排工程正常運行，灌溉高峰期“爭水搶水”現(xiàn)象突出。過去的水費僅收取動力費，主要以“電費”的形式收取，加上農(nóng)業(yè)水價形成機制不健全，收費價格差異波動較大，農(nóng)業(yè)灌溉水利用率低，水資源浪費現(xiàn)象比較明顯。另一方面，農(nóng)民承受能力低，農(nóng)業(yè)水價改革難度大。加大農(nóng)業(yè)節(jié)水投資力度是今后國家水資源政策的必然選擇。

農(nóng)業(yè)水價綜合改革與末級渠系節(jié)水改造是農(nóng)田水利建設的主要內(nèi)容之一，通過改革可加快灌區(qū)末級渠系改革、提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、減輕農(nóng)民水費支出。2008年開始，中央財政安排專項資金，在全國部分省份啟動農(nóng)業(yè)水價綜合改革試點，在節(jié)約用水、降低農(nóng)民水費支出、促進工程良性運行方面取得明顯成效。2013年，水利部協(xié)調(diào)財政部加大支持力度，在全國27個省55個縣深入開展農(nóng)業(yè)水價綜合改革示范。

農(nóng)業(yè)水價綜合改革的目標就是在保證農(nóng)民基本用水需求的同時，建立多用水多花錢，少用水少花錢，不用水得補貼的機制。既不在總體上增加農(nóng)民負擔，又促進節(jié)約用水。本項目啟動后，節(jié)水示范區(qū)管理單位將積極完善農(nóng)業(yè)水價形成機制，科學核定農(nóng)業(yè)供水成本，推動落實灌排工程運行維護費財政補助政策，從成本扣除財政補助部分確定最終水價，并推進定額內(nèi)用水實行優(yōu)惠水價、超定額用水累進加價。通過明確農(nóng)業(yè)水權(quán)，推行用水定額管理，逐級分配到農(nóng)民用水合作組織或用水戶，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水總量“封頂”目標，變“大鍋水”為“商品水”。同時，配套完善農(nóng)業(yè)供水計量設施體系。

1個骨干信息網(wǎng)，通過自建專網(wǎng)，形成覆蓋劉集管理段、柴集管理段所轄主渠道沿線的高速寬帶網(wǎng)絡；5類信息采集系統(tǒng)，通過水位、視頻、圖像、閘控、流量等信息的采集，輔之以量水建筑物，實現(xiàn)水位流量等信息的實時監(jiān)控，為切實算好水帳、水資源優(yōu)化配置提供基礎；5類數(shù)據(jù)庫，通過灌區(qū)基礎數(shù)據(jù)庫、工程三維仿真模型庫、空間地理數(shù)據(jù)庫、灌區(qū)工程監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、灌區(qū)供用水管理數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫建設，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效共享；1個基于三維地理信息的可視化平臺，基于GIS技術(shù)完成各信息化系統(tǒng)的整合，開發(fā)WEB端信息管理系統(tǒng)及手機移動APP，初步建成統(tǒng)一的漳河三干渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)水價綜合改革核心示范區(qū)信息化管理平臺。

通過信息化建設，實現(xiàn)漳河三干渠灌區(qū)農(nóng)業(yè)水價綜合改革示范區(qū)信息高效快速傳輸、共享，分渠、支渠及重要閘站可測、可視、關鍵部位可控，并基于GIS實現(xiàn)對整個灌區(qū)用水的動態(tài)管理，為示范區(qū)水資源優(yōu)化配置、高效利用提供調(diào)度運行決策支持，為建立適應市場經(jīng)濟要求的用水體系提供信息、計量及管理支持。

通過管理手段和信息化技術(shù)手段，穩(wěn)步推進農(nóng)業(yè)水價綜合改革，實行農(nóng)業(yè)用水總量控制和定額管理，合理確定農(nóng)業(yè)水價，建立節(jié)水獎勵和精準補貼機制，提高農(nóng)業(yè)用水效率。

通過創(chuàng)新研制的田間精準測控一體化裝置，實現(xiàn)總量控制精準測控在渠首，定額管理定向精準管控到田間，建立農(nóng)業(yè)灌溉用水量控制和定額管理制度，提高農(nóng)業(yè)用水效率，促進實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。保障糧食等重要農(nóng)作物合理用水需求，總體上不增加農(nóng)民負擔。農(nóng)業(yè)用水總量控制和定額管理普遍實行，可持續(xù)的精準補貼和節(jié)水獎勵機制基本建立，先進適用的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)措施普遍應用，促進農(nóng)業(yè)用水方式由粗放式向集約化轉(zhuǎn)變。

通過基于4G公網(wǎng)分層分級數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、控制，多種靈活的通信組網(wǎng)方式，采用了手機網(wǎng)絡、Zigbee自組網(wǎng)絡、光纖等多種傳輸方式相結(jié)合，可滿足不同級別的管水人員遠程操控和查看閘門啟閉和視頻監(jiān)控等自動化設施，大大減輕工作人員勞動強度，節(jié)約時間成本，解放生產(chǎn)力。 管理人員可把更多的時間放在管理、決策、協(xié)調(diào)、執(zhí)行等工作中。

開創(chuàng)田間水層精測雷達采用非接觸式精準（毫米級）測量模式，促進農(nóng)業(yè)供水的智能化和精確化，真正實現(xiàn)總量控制精準測控在渠首，定額管理定向精準管控到田間。

通過改革可提高灌區(qū)末級渠系信息化水平，完善供水計量設施。加快供水計量體系建設，為實現(xiàn)從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變夯實了基礎，有力地帶動示范區(qū)水資源管理的現(xiàn)代化。

2.2建設任務

本次信息化建設包括硬件部分和軟件部分。

2.2.1硬件部分

根據(jù)全國水價改革示范區(qū)建設要求及三分干周邊實際情況，本次示范區(qū)信息化建設，硬件部分主要需要從以下幾部分進行建設：雨情自動遙測、視頻監(jiān)視、、傳輸網(wǎng)絡建設及電纜敷設、閘門監(jiān)測監(jiān)控（市電+光纖，含閘前水位）、；支渠節(jié)制閘太陽能閘門監(jiān)控、直灌口及斗口太陽能閘門監(jiān)控站點、管道式閘門自動化測控、自動灌排水示范田建設、堰塘水位遙測、信息中心、分中心建設等方面。

三干渠三分干示范區(qū)渠系眾多，范圍廣，降雨量分布不均勻，自動雨情監(jiān)測十分重要。本次建設自動雨量監(jiān)測站點3處：倉庫協(xié)會、陳池協(xié)會、洪廟協(xié)會。

在三分干沿線主要節(jié)制閘、支渠口及關鍵控制點建設高清視頻監(jiān)控站點共計37個。重點位置加設夜晚補光裝置，為渠道管理人員提供動態(tài)具象化的渠道實時狀況信息，對渠道安全防范提供保障，可大大減輕工作人員勞動強度，為渠道管理部門決策提供了可靠依據(jù)。

根據(jù)項目建設需要，按照主干線路布設光纖，輔以GPRS/GSM等專網(wǎng)、公網(wǎng)相結(jié)合的原則進行建設，并盡可能利用公用信道傳輸。由于視頻監(jiān)控實時高清畫面?zhèn)鬏斠�求，以及關鍵節(jié)制閘和主要分水口閘門遠程控制的需要，擬以劉集管理段分中心站為起點沿三分干渠道敷設光纜，所有視頻監(jiān)控點直接用光纜進閘房，然后通過主干光纜傳回中心站。內(nèi)容如下：

（1）劉集管理段～ 三分干進水閘～ 柴集管理段；

（2）劉集管理段～蘇冢節(jié)制閘附近；

（3）柴集節(jié)制閘～柴集管理段；

（4）柴集管理段～二支干測流斷面；

（5）沿線光纜分支～節(jié)制閘～37個視頻監(jiān)控點。

由于部分視頻監(jiān)控點離節(jié)制閘房較遠，需敷設室外防水專用電纜進入視頻監(jiān)控設備箱。

經(jīng)過對三分干沿線、柴集管理段周邊及洪廟、倉庫支渠的實地踏勘，閘門主要包括三分干主干主要節(jié)制閘10處（有市電和電機），采取本地手動、本地自動、遠程自動三種方式相結(jié)合的閘門控制方式，遠程通過光纜傳輸來控制電機的運轉(zhuǎn)。

洪廟、倉庫支渠沿線29處節(jié)制閘（太陽能供電），三分干主干沿線及洪廟支渠、倉庫支渠沿線直灌口和斗口共185處采取本地手動、本地自動、遠程自動三種方式相結(jié)合的閘門控制方式，通過GPRS傳輸控制信號，采用太陽能+蓄電池控制直流電機運轉(zhuǎn)。

在示范區(qū)內(nèi)選擇一塊田塊平整、交通方便、渠道良好的示范田作小面積自動控制灌水、自動測量田間水位、根據(jù)田間水位排水閘門自動啟閉排水。達到試驗田灌、排自動智能灌排水的目的。擬安裝灌、排水閘門各8處、節(jié)制閘門5處、田間水層8處。

三分干水價改革示范區(qū)內(nèi)共建設千方以上堰塘共8處自動水位監(jiān)測站。根據(jù)堰塘水位初步判斷示范區(qū)內(nèi)自有水量。通過結(jié)合雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)初步判斷灌區(qū)灌溉的時機和灌溉水量。

對三干渠中心站機房進行建設改造，包括接入交換機、核心路由器、應用服務器、三維系統(tǒng)服務器、基礎軟件服務器、終端設備、UPS、機房專用空調(diào)、防靜電地板、布線系統(tǒng)、市電系統(tǒng)、機房防雷接地、LED顯示屏、攝像頭、工業(yè)級交換機、打印傳真一體機等。并在劉集控制中心安裝音響設施、顯示控制設備。并在劉集村和劉集段安裝無線預警廣播設施、太陽能、風能路燈及LED顯示屏。

2.2.2軟件部分

數(shù)據(jù)是灌區(qū)信息化系統(tǒng)的基礎，是水利信息化最重要的基礎設施。采用最新的電子科技設備，進行灌區(qū)流量數(shù)據(jù)進行自動采集、處理及存儲。軟件采用實時采集界面。設置單元格個數(shù)、單元格尺寸、盲區(qū)距離、采集時間間隔、鹽度、磁偏角、流量計安裝高度、平均采樣時間間隔和單元格區(qū)間、面積、流速系數(shù)、原始數(shù)據(jù)文 件前綴、原始數(shù)據(jù)文件存放路徑等參數(shù)進行實時數(shù)據(jù)采集。該軟件應具有很高的兼容性，運行穩(wěn)定可靠，界面美觀，人性化。

基于J2EE體系和WebSERVICE標準,為系統(tǒng)管理、流媒體、報警轉(zhuǎn)發(fā)、集中存儲檢索等所有應用服務器提供統(tǒng)一WEB訪問配置界面，為前端監(jiān)控設備提供統(tǒng)一遠程監(jiān)視查詢WEB訪問界面。客戶端接入網(wǎng)關是平臺和客戶端對話的模塊，負責本地區(qū)授權(quán)客戶端（包括C/S、B/S客戶端）的接入，接受和轉(zhuǎn)發(fā)客戶端和站端接入網(wǎng)關發(fā)來的信令；對于客戶端發(fā)出的請求消息，先在客戶端接入網(wǎng)關進行鑒權(quán)，鑒權(quán)通過后轉(zhuǎn)發(fā)給對應的服務器。

1.主要功能

(1)實時圖像監(jiān)看

(2)遠程控制功能

(3)通過先進的壓縮方式降低對帶寬需求

(4)視頻影像存儲

(5)圖像回放

(6)圖像監(jiān)視

(7)圖像輸出

(8)圖像遠程傳輸

軟件采用WindowsDNA體系架構(gòu)，基于COM/COM+組件化編程技術(shù)，編程語言則采用VisualStudio.Net專業(yè)版編制。

本軟件將采用按紐的方式產(chǎn)生各監(jiān)控畫面。人機界面友好，對于未學過計算機的人，只要學會使用鍵盤和鼠標，即可進行整個系統(tǒng)的計算機操作。

系統(tǒng)將由主界面和監(jiān)控、報表生成及打印、參數(shù)設置、幫助等若干個子界面組成。

農(nóng)業(yè)水價綜合改革示范區(qū)信息管理系統(tǒng)軟件基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，綜合管理灌區(qū)調(diào)查成果數(shù)據(jù)、基礎信息、空間信息、工程監(jiān)測與運行管理信息、供用水信息等。其中，供用水信息管理是系統(tǒng)的核心，灌區(qū)用水定額多少、運行成本高低、供水質(zhì)量好壞，以及配水數(shù)量是否準確等直接關系到灌區(qū)工程效益的發(fā)揮、水資源的合理利用以及經(jīng)濟效益和社會效益的提高。本系統(tǒng)的供用水管理涉及從用水申報、供水計劃制定、實時閘門調(diào)度控制與配水管理、供水計劃調(diào)整、供水量統(tǒng)計與水費計算、水費收繳、供水效果評價等環(huán)節(jié)，從信息管理層面保證科學的水資源配置與管理、高效的水量調(diào)度控制與運行管理、透明公開的供用水管理，達到灌區(qū)供用水管理可視、可測、可控的目標。

該系統(tǒng)基于灌區(qū)的空間地理數(shù)據(jù)，采用三維仿真技術(shù)建立展示灌區(qū)地理形態(tài)、水工建筑物或設施分布以及水系、道路、居民點、土地利用等自然人文要素的三維可視化平臺，并與灌區(qū)調(diào)查成果數(shù)據(jù)庫、灌區(qū)基礎數(shù)據(jù)庫、水情監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、灌渠閘控數(shù)據(jù)庫、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)庫、灌區(qū)用水管理數(shù)據(jù)庫、土地利用數(shù)據(jù)庫等建立接口與連接，以灌區(qū)供用水管理業(yè)務為核心，對灌區(qū)的地理信息、工程信息、監(jiān)測信息、供用水管理信息、工程運行管理與調(diào)度信息等進行數(shù)字化處理，實現(xiàn)基于三維仿真的灌區(qū)供用水綜合信息管理與發(fā)布，并開發(fā)基于手機移動端的灌區(qū)供用水信息管理與發(fā)布平臺，提高灌區(qū)供用水綜合信息管理的水平與效率。

2.3建設原則

漳河三干渠灌區(qū)國家級農(nóng)業(yè)水價綜合改革示范項目規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復雜、功能強，為確保達到預期目標，并結(jié)合灌區(qū)的具體情況，同時考慮今后信息化建設擴展的需要，建設過程中，應遵循以下一些主要原則：

1.遵循“科學設計、因地制宜”的原則

科學設計實施方案是對試點區(qū)信息化建設做出統(tǒng)籌安排，是本次信息化建設的第一道保障，信息化實施方案是否科學關系到信息化建設的成敗。與此同時，編制信息化實施方案時，要因地制宜、重在實用，切實滿足灌區(qū)管理實際需要，切忌盲目追求“自動化”、“現(xiàn)代化”，不講效益的傾向。

2.遵循“統(tǒng)籌兼顧、資源最大共享”的原則

在編制試點項目信息化實施方案時，要充分考慮三分干周邊各方面的具體情況，統(tǒng)籌兼顧，以實現(xiàn)灌區(qū)內(nèi)部的資源最大化共享，避免信息孤島的出現(xiàn)，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源與信息資源的最大共享。

3.遵循“實用、可靠、先進、標準、開放”的原則

①實用性：系統(tǒng)的實用性和可操作性是首要考慮的因素，根據(jù)實際需要設計系統(tǒng)，并充分利用現(xiàn)有資源，避免重復建設；

②可靠性：要求在汛期惡劣條件下、在地理位置偏僻的地方、在各種突發(fā)事件的狀況下，確保系統(tǒng)能正常運轉(zhuǎn)；

③先進性：在滿足實用性和可靠性的基礎上，要求采用的技術(shù)起點要高，盡量選用當前相對先進的軟件、硬件及通訊技術(shù)，采用先進的管理方法，確保系統(tǒng)高效運行；

④標準性：各類信息、系統(tǒng)之間的接口應遵循統(tǒng)一標準，以便能夠集成一個有機整體；

⑤開放性：在統(tǒng)一的開放標準下建設系統(tǒng)，使之結(jié)構(gòu)化、模塊化和標準化，以利于調(diào)整和擴展，做到界面清晰，接口標準，鏈接通暢，既有完整性，也有靈活性；