金華市安地灌區自動化測控系統的建設

鄭 雷，葉根浩，王一峰

（1. 金華市安地渠道管理所，浙江 金華321000；2. 浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州310009）

0 引言

安地水庫灌區位于浙江省中部，地處金華市婺城區和金東區。灌區設計灌溉面積12.85萬畝，灌區以安地水庫為主要水源，結合灌區內小型塘庫蓄水以及區間引水、沿江提水等組成丘陵區灌溉系統。據2015年統計年鑒，安地水庫灌區涉及金華市婺城、金東、經濟技術開發區等6個鄉鎮、1個街道，180個行政村。2015年底，灌區總人口14.60萬人（其中農業人口13.25萬人），金華市區實現國內生產總值513.41億元，完成財政總收入86.11億元，固定資產投資251.91億元，農民人均純收入12 555元，城鎮居民人均可支配收入32 280元。灌區設計灌溉面積12.85萬畝，現狀實際灌溉面積10.6萬畝。灌區內主要種植水稻等糧食作物和蔬菜、花卉苗木、水果等經濟作物。灌區內工業較為發達，鄉鎮企業及個體經濟在當地經濟中占有較大比重，促進了灌區范圍工農總產值大幅度增長。據2015年資料統計，工農業總產值93.5億元，其中灌區農業總產值9.50億元，灌區糧食總產量0.89萬t。灌區主要水源工程為安地水庫，水庫工程于1959年10月動工興建，1965年12月竣工，控制集雨面積162 km2，水庫目前正在進行除險加固施工，設計總庫容7 043萬m3。小型水庫4座，總庫容230.0萬m3。

灌區的主要工程由總、東、中、西4條干渠組成，總長38.83 km，已全部襯砌，襯砌率為100%，已襯砌但破損段渠道長5.82 km，襯砌完好率占85%；支渠總長212.5 km，已襯砌支渠長58.49 km，襯砌率僅為27.5%，已襯砌但破損段渠道長14.6 km，襯砌完好率占75%；目前灌區內渠道襯砌率較低，對于渠道的正常運行、管理及人民生產生活帶來諸多不便。為此，結合灌區及所屬各工程現狀，需要根據標準化管理要求對信息化基礎設施不足部分進行補充完善。主要包括水雨情采集系統、工情采集系統、視頻監視系統、閘門控制系統、調度管理中心、巡查系統、全景圖等。

1 總體構架

本系統主要包括水雨情采集系統、工情采集系統、視頻監視系統、閘門控制系統、調度管理中心、巡查系統、全景圖等。各子系統都通過局域網有機地整合在一起，形成一個能夠實現各個子系統間進行信息共享、協同工作的綜合自動化管理平臺。采用數據庫技術集中處理信息，結合Web技術，開發基于B/S方式的Web綜合信息發布系統，能夠方便直觀地讓用戶得到各系統的信息。通過租用光纖的方式接入互聯網，以Web方式為管理人員提供信息查詢平臺。

視頻監視系統包括前端攝像及控制設備、圖像傳輸網絡、圖像傳輸設備、硬盤錄像機等。主要實現對閘門上下游外景、閘門機組等重要設備的遠方監視。

閘門監控系統按現地手動控制層、現地自動控制層、遠程自動控制層3層結構設計，遠程自動控制層實現閘門集中自動監控功能和客戶端瀏覽的Web服務功能。主要實現對牛黃壩、瓦屋沖、錢坑邊、梅林、鴿子塢5個站點的啟閉機設備進行遠程控制。

水情遙測系統包括現場采集設備、現場通信設備和接收端設備等。實現主要渠道的水位/雨量/流量數據的實時遠傳、存儲。系統總體拓撲結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體拓撲圖

2 主要建設內容

2.1 水雨情（流量）采集系統

補充灌區重要控制工程水位、雨量、流量實時監測，完善灌區基礎水雨情采集網絡。具體布置見表1。

表1 水雨情（流量）采集系統表

水雨情監測主要設備采用雷達水位計、雨量計、終端機，利用GPRS通信網絡將水雨情數據傳輸到調度中心。

流量監測采用標準斷面法利用水位流量關系表根據水位計算實時流量。需要對測流斷面進行流量標定。汪家垅水庫放水管流量采用超聲波流量計采集。

2.2 工情采集系統

對灌區主要水閘工情進行監視，采集閘門開度情況。主要設備由閘位儀、終端機組成，利用GPRS通信網絡將閘門開度數據傳輸到調度中心，同時利用寬帶網絡作為備用傳輸通道。汪家壟配3臺終端，總干渠和祝公堂各配1臺終端，參見表2。

表2 工情采集系統表

2.3 視頻監視系統

對渠首和重要閘站進行視頻監視。對干渠和重要支渠進行監視，在總干渠、西干渠、東干渠、中干渠、汪家壟進水閘新建視頻監視點，具體布置見表3。

表3 視頻監視系統表

視頻點主要用于監視閘門開啟狀況，渠道上下游情況、管理區域等，視頻監視點主要設備由網絡攝像頭、立桿、硬盤錄像機等組成。

2.4 閘門控制系統改造

對原有閘門控制系統進行改造，更換損壞配件，保證系統正常運行。原閘門控制系統布置在汪家垅水閘3臺，總干渠1臺，祝公堂1臺，控制流程原理如圖2所示。

圖2 控制流程原理圖

2.5 寬帶網絡

為灌區4處主要管理區域（總干渠、管理處、祝公堂、汪家垅水閘）配備寬帶網絡，網絡帶寬不小于20 M，寬帶應配備固定IP地址。

3 基礎數據建設

包括數據的收集、整理、校對、入庫、更新等工作，數據范圍包括水利工程屬性信息（包括地理位置、工程圖片、水工特征、控運計劃等）、空間地理信息、管理單位信息、人員信息、管理制度、資料檔案、預案方案等。

其他工程相關數據（如巡查、檢查、臺帳等數據）在工程日常運行中產生的數據在工程運行管理平臺中隨系統的使用產生，水雨情、視頻等實時數據由基礎設施建設中的采集系統或原有系統提供。

3.1 數據收集及整理

基于自動化控制、水雨情監測、視頻監視、工情監測等各類實時系統的數據按照通信協議要求進行統一采集處理，并按標準接口要求寫入綜合數據庫。

工程特性、工程圖紙、人工觀測、人工巡檢等靜態數據按照數據標準進行收集、篩選、整理、校核后采用人工錄入的方法錄入綜合數據庫。

采用GIS桌面軟件和空間數據庫引擎建立空間數據庫，以權威測繪單位（如國家測繪局）提供的電子地圖或公用網絡地圖為基礎，根據水利地理信息分類與編碼標準，利用空間數據庫提供的多用戶空間數據模型組織復雜的空間數據，以GIS桌面工具為開發平臺，建立一個開放的、靈活的基礎空間數據庫。

3.2 數據集成及綜合數據庫

系統建設采用一體化平臺化的設計思路，綜合集成現有和新建系統，打通信息孤島，建立統一的綜合數據庫，并提供統一的訪問機制，實現不同權限用戶的數據訪問和業務應用，達到信息資源共享和業務協同的目標。

對灌區已建系統需要利用原數據庫采用同步方法進行數據集成。

建立綜合數據庫，數據庫主要由水雨情監測數據、安全監測數據、視頻圖像數據、工程管理業務數據等內容組成。對各已建系統數據綜合分析后按照一定規則對數據進行同步、抽取，進行數據集成。

3.3 數據管理及數據服務

建立統一的數據資源管理和數據服務平臺，提供實時數據庫、關系數據庫、文件數據庫等標準接口，從而實現工程監控、安全監測、視頻等各類信息的存儲、管理及與應用系統、信息采集平臺的交互。

形成統一的數據存儲與交換和數據共享訪問機制，提供數據共享服務，為一體化應用平臺建設及水情、安全監測等應用系統提供統一的數據支撐。實現與浙江省水利廳、金華市水利局等上級主管部門的信息化系統通信互聯。

3.4 全景圖

對灌區渠首和干渠、重要支渠部分利用無人機進行飛測，形成全景圖，共約50 km2。其中汪家垅水庫、國湖泵站、鐵堰水閘分別形成360°全景，汪家垅水庫2張（大壩及溢洪道），國湖泵站和鐵堰水閘各1張。

4 結束語

通過建設“金華市安地灌區自動化測控系統”，利用自動化手段對金華市安地渠道管理所所屬工程各類水位、雨量、閘位工情、視頻監視等基礎設施完善和整合，形成工程統一管控平臺，實現工程標準化管理要求，保障工程安全、提高工程效益和工作效率，切實提高工程管理水平。通過物聯網、GIS、全景圖、無人機等技術，實現灌區水雨情、工情、安全信息等相關數據的全景可視化，通過地圖、工程布置圖等對各類信息實現直觀展現，便于掌握工程實時運行情況。同時，建設移動應用系統，可以隨時隨地通過手機、PAD等移動終端對工程情況進行查詢。實現和上級平臺，包括浙江省水利工程管理監督及服務平臺和市級管理平臺的無縫對接，保證上級平臺的數據準確、及時。