臨沭縣小農水重點縣灌溉項目自動化系統

王麗芹，劉啟合

（臨沂市水利局，山東 臨沂 276000）

臨沭縣小型農田水利重點縣工程灌溉項目自動化控制信息系統將農田墑情自動測報系統和泵站自動化管理系統有機結合，集成為灌區用水科學管理信息系統。本系統結合華北平原作物需水規律和灌溉研究成果，對機井水位、墑情、取水量、泵站運行等信息進行實時監測，有效整合，并以地理信息系統、網絡通信技術及數據庫技術為基礎搭建灌溉決策與用水管理一體化信息平臺。本系統是一套按照國家水文數據信息建庫，集灌溉統計分析、水利計算、灌區分析計算、信息綜合服務于一體的大型信息化系統，形成了以“計量控制、計劃管理、合理收費、安全保障”為核心的臨沭縣灌區用水科學管理信息系統。

該系統分布在白旄和朱倉2個項目區。系統主要包含2部分：第一部分為白旄和朱倉兩個項目區控制系統；第二部分為白旄項目區、朱倉項目區各自的灌溉系統和控制子系統。灌溉系統主要包括泵站和管道，控制系統主要包括自動化管理子系統和農田墑情自動測報系統。

泵站自動化子管理系統通過遠程控制終端RTU實現對水量和水位的遠程監測及電動機的監控，并通過GPRS/GSM雙信道通訊實現與中心管理站的通訊連接，實現用水計量自動化和泵站安全運行的遠程監控。

農田墑情自動測報子系統的功能主要包括：實時監測每個墑情監測點的墑情數據；分時段查詢墑情數據，以曲線和報表2種方式顯示；隨時查看墑情數據變化曲線圖，實時動態監測土壤墑情狀態；生成預設格式的報表，如日報表、月報表、墑情記載表等；支持多種數據導出格式 （Excel、Word及文本文件等），對人工測量數據和導入的第三方數據進行處理；繪制分時段等值線、等值面；詳盡的監測點檔案及參數管理等。

1 系統總體設計

1.1 系統組成

臨沭縣小型農田水利重點縣工程灌溉項目自動化控制信息系統由控制室、現場監測站2部分組成。

1）控制室：本項目包括朱倉項目區2號泵站控制室和白旄項目區2號泵站控制室。這兩處控制室均在全時段對區域內所測取水量、水位、墑情、水泵工作狀態信息等實時數據進行接收、顯示，同時可遠程實現對水泵啟閉的控制；同時，將全時段所測得數據傳輸到已建成的臨沭縣水利局信息中心內。

2）現場監測站：本項目共涉及2個項目區的數十處監測站。監測站主要包括智能遙測終端、水位計、取水計量設備、供電系統、避雷接地系統、保護裝置等。可采集現場的各類監測信息，并按設定的測報規則向中心發送遙測數據，在無人值守的情況下可自動長期工作。監測站具備定時測報、閥值及時測報和上位召測功能，其中供電部分使用交流電及交流電浮充蓄電池供電，同時加強避雷接地。

3）通訊組網設計。現場監測站與控制室之間采用GPRS方式組網，為避免信號問題造成數據傳輸不及時，進一步提高數據傳輸的實時性、連續性，系統同時提供GSM短信信道作為備用信道。

1.2 系統功能設計

系統具有信息采集傳輸、信息存儲管理、信息管理分析、遠程測控、信息發布、信息安全等6大功能。

1）信息采集傳輸。系統以控制室軟硬件平臺為核心，通過穩定可靠的網絡傳輸，對各個監測站的水量、水位、墑情、設備運行狀態信息、系統運行參數等各類信息集中采集管理。各取水量、地下水位監測站實時采集水量、水位信息，本地存儲，并按行業規范及測報規則將數據實時送到各控制室?？刂剖腋鶕芾硇枨髮Ω鞅O測站遠程監控、信息召測，并將來自各測站的信息進行接收、糾錯、解析、歸類、入庫處理等。

2）信息存儲管理。監測站除將實測數據在本地存儲外，還將數據通過網絡傳送至控制室，在控制室建立數據庫管理系統。數據庫管理系統負責對系統所涉及的大量數據信息進行存儲、檢索、處理和維護，并從各類信息資源中提取轉換，使之成為系統所需求的各種數據。

本系統數據庫建設將有機整合原建各子系統數據信息，使之在統一的數據管理平臺下統一管理。根據管理需求，中心與相關業務單位可通過計算機網絡連接，按相應的權限訪問數據庫，達到數據的傳輸、共享及異地備份的目的。數據庫按照“統一規劃、統一標準、統一設計、數據共享”的原則建設，將數據信息歸納為實時數據庫、基礎數據庫、專用數據庫3類。

3）信息管理分析。在建立數據庫的基礎上，開發基于GIS的綜合應用管理軟件系統，實現對各類信息的應用管理。可將遠程監測數據應用于指揮調度，將日常業務需求與管理分析功能相結合，借助于豐富的數據信息開展管理和分析工作。系統可實現信息的快速檢索查詢、分類統計匯總、表格生成及報表打印、信息分析、預測預報等功能，為指揮調度管理部門信息管理、指揮調度、信息共享與發布搭建平臺。

4）遠程測控。除實時接收來自各測站的信息外，將根據管理需求對各測站設備的運行狀況、供電情況等遠程監控，同時通過指令可實現對各測站參數的設置、校時，數據召測及泵站、閥門的遠程控制等。

5）信息發布。系統對所監測的信息定時上報或網絡發布。定時上報可采用電子郵件或傳真的方式向數據需求單位提供；網絡發布時，省、市、區（縣）相關領導可通過客戶端工作站或隨身網絡PDA即時查詢水資源信息，同時能確保信息內容采集、存取、處理、使用和傳輸中的機密性、完整性、可用性，以確保信息在信息系統主體的可控性。

6）系統安全。綜合工程建設情況和發展要求，系統規劃設計網絡信任域，合理地界定網絡劃分范圍。充分考慮成本、效率以及安全等方面因素，采用防火墻和入侵檢測等設備進行網絡邊界的防護；綜合衡量不同用戶的特點和安全需求，科學、合理地劃定信息安全域，實施不同安全級別的安全保護，確保不同信息安全域之間的信息安全交換。

2 建設內容

建設內容分以下幾個方面：

1）控制室建設：主要包括朱倉項目區2號泵站控制室和白旄項目區2號泵站分中心。

2）朱倉項目區建設：主要包括1臺泵的遠程控制、5條主管道的流量自動測報和控制、10條支管道的流量自動測報以及1處土壤墑情自動測報等。

3）白旄項目區建設：主要包括1臺泵的遠程控制、5條主管道的流量自動測報和控制、10條支管道的流量自動測報以及1處土壤墑情自動測報等。

4）各項目區控制室的網絡建設。朱倉項目區網絡控制面積333hm2，白旄項目區網絡控制面積1000hm2。

3 系統特點

1）充分利用已有系統。系統充分利用了前期已建的各類水位、水量監測數據：對已有的、且對本項目有用的數據，提供數據接口導入；對于實時監測數據要求可實時導入到系統數據庫中。注重系統操作性與標準化的特點，注重對現有的支撐性應用軟件系統的改造升級和完善。通過系統集成將其納入系統并提供良好的數據資料和運行環境，具備靈活的數據組織和整理功能。

2）滿足實際業務需求。自動化控制信息系統遵循總體規劃、分布實施、滾動發展的原則。為使系統能夠全面支撐灌區用水管理工作，滿足水利局業務管理工作不斷深化與發展的需要，系統設計注重技術先進性、功能綜合性和適度前瞻性。系統在總體規劃指導下分布分節實施，滿足了當前工作的迫切需要，并隨著工作的深化和外部環境的變化，系統功能逐步發展。

3）技術規范性與先進性并重。自動化控制信息系統保證了系統在技術上的規范性與先進性。系統按國家、水利部以及山東省信息辦信息化建設的有關標準規范進行系統建設；同時，注重系統的兼容性、可維護性，確保前期投資的利用和保護。

4）實用性與易用性相結合。自動化控制信息系統充分考慮了實用性和易用性，系統操作界面完善簡潔，充分利用圖像、圖表等直觀的界面，為灌區管理部門逐步提高決策的科學化和透明度提供支持。

5）系統安全性與可靠性較高。系統從硬件到軟件系統均建立安全體系，以確保不被非法竊取；同時，做到數據的實時備份，以保證系統可靠地運行。

6）良好可維護性和可擴展性。由于系統充分考慮到結構設計的合理行、規范性，系統的維護可以在短時間內完成，并為系統以后的升級預留了空間。

7）良好便利性和服務性。自動化控制信息系統適應多功能、外向型的要求，達到了提高工作效率、節省人力及能源的目的，可使工作效率提高80%以上，日節省人力1.5個。

8）易操作、易管理。自動化控制信息系統具備良好的操作界面，方便用戶操作，可使勞動強度降低60%以上。