基于灌區節水灌溉工程的水利信息化處理技術

李雪青

(新疆昌吉市二六工鎮農業(畜牧業)發展服務中心，新疆 昌吉 831108)

水利信息化技術是專門針對節水工程運行的技術，該技術工作過程不需要布線，也不需要電源，擁有大量水文遙測點，工作效率高，耗費時間短。在國家信息化建設方針的指導下，水利信息化處理技術發展越來越快，不僅能夠滿足國家建設小康社會的要求，同時也能推進水利行政管理政策，提高水利工程技術水平[1]。水利信息化技術的水文遙測終端擁有成套的RTU設備，消耗功率極低，能夠有效降低太陽能供電成本。由于水利信息化處理技術的優越性，因此被廣泛應用于各個領域。

灌區需要大量的水資源，研究相應的節水灌溉工程對于保護水資源有重要意義[2]。傳統的水利信息化處理技術存在信息資源不足、資源配置難以共享等問題，難以建設水利信息的技術設施。信息化技術已經成為如今社會和經濟發展的趨勢之一，在我國各個工業產業中發揮著關鍵性的作用，也是未來產業優化必然使用的技術，對于促進經濟發展，強化我國綜合實力有十分重要的意義[3]。

綜上所述，本文將現代信息處理引入水利信息工程中，新增內置GPRS模塊，使得數據遠程傳輸成為可能，對于水位遙測、降雨(雪)質量分析、流量排查、流速監測、蒸發量檢測、泥沙成分分析、冰凌遙測、墑情檢查、水質判斷等方面有很大的幫助。為了檢驗本文研究的水利信息工程中的有效性，深入開展實驗調查，由實驗結果可知，所研究的水利信息化處理技術能夠將信息的采集、傳輸、存儲、處理和服務工作融為一體，使工作效能和工作效率大大提高，該技術能夠大力推進水利信息化進程，使水利工作科技含量上升到一個新的高度，保障國家經濟發展，提高國民生活水平，優化資源配置。尤其是在農村水利水電和水利政務等水利業務中，該技術的效果更為顯著。

1 基于灌區節水灌溉工程的水利信息化處理技術架構

水利工程已經成為目前我國重大緊迫的戰略任務,也是“十二五”的主要任務之一。在我國，治水工程有著深遠歷史，現代 “數字水利工程”的成熟極大地推進了水利工程的發展，水利建設與人民的生活質量有著密切的關系，直接影響著人民的根本利益[4]。我國在 “十二五” 規劃中明確提出要從各個領域加快水利改革發展，深化水利技術研究。在灌區節水灌溉工程中引用水利信息化處理能夠強化建設防洪薄弱環節，有效降低水利災害。

科技的創新推動著灌區節水工程的發展，也使水利信息化處理技術的科技體系更加健全。近幾年來，我國不斷加大重大水利科技問題研究的力度，不斷推廣和普及各項研究成果，強化信息化建設[5]。通過幾十年的發展，灌區節水水利工程已經基本成型，能夠及時有效地預測出洪澇災害、及時通報險情、監控水庫運行狀態。盡管如此，灌區節水工程的水利信息化處理技術仍然面臨著很多嚴峻的問題，最大的問題就是水利信息資源難以共享，在檢測時很難對水資源做出統一管理。

本文引用先進的物聯網技術設計了一種新的水利信息化處理技術，技術架構如圖1所示。

圖1 灌區節水灌溉工程的水利信息化處理技術架構

分析圖1，本文設計的水利信息化處理技術架構主要包括如下三方面內容：

(1)建設基礎信息系統。在全國范圍內所有灌區的信息都屬于基礎信息，根據這些信息建立基礎信息系統[6]。

(2)建設數據庫資源。灌區節水工程的水利信息數據庫必須是專業數據庫，里面的內容要來自于國家。數據庫資源作為公共信息資源，可以幫助決策者做出正確決策。

(3)建設綜合管理信息系統。該系統主要負責統籌標記水利信息數據庫中的信息，將得到的信息放在不同模塊中，并及時做出數據更新。

圖1的水利信息化處理技術由感應網、傳輸網以及應用網三個層次連接，同時負責不同區域的工作：感應網負責采集灌區節水工程中的水文信息，利用各類傳感設備采集水質信息和雨量信息；傳輸網負責將感應網采集到的信息以不同的傳輸方式傳送給不同的信息系統中；應用網負責將信息中心的結果展示在各級水利部門的指揮顯示器上[7]。感應網、傳輸網以及應用網三個網絡同時工作，不僅能夠有效提高處理質量，同時能夠保證工作速度。

本文設計的水利信息化處理技術引用現代信息處理技術(計算機通信技術、微電子技術、電信號遙感技術、GPS定位技術、GIS技術以及自動化技術)，充分利用科學技術發展創造的有利條件，對傳統技術進行深入改造，使得處理結果更加精準，處理速度大大提高。在數據交換、數據處理和數據采集等方面，本文設計的技術都有很大程度的改進，系統的應急處置能力也有所提高[8]。

2 灌區節水灌溉工程的水利信息化處理技術實現過程

2.1 灌區節水灌溉工程的水利信息化處理技術實現模式

灌區節水灌溉工程中的水利信息化處理技術覆蓋的層面很大，涉及內容廣泛，該技術的實現是一個復雜繁瑣的過程[9]。本文結合目前水利工程中的基礎設施研究了水利信息化處理技術的實現過程，并給出了實現的通用模式，如圖2所示。

圖2 灌區節水灌溉工程的水利信息化處理技術實現模式

圖2中的通用模式引用物聯網技術，能夠有效實現各中間系統和設備之間的通信。在服務器上進行了一定的創新，傳統服務器計算模式是利用存儲器計算的，這種計算方式只能針對普通數據，很難針對大數據做出計算，而灌區節水工程中包含的數據信息極多，因此，本文引進了一種新的計算服務器——HANA服務器，此款服務器的計算模式為內存模式，相較于傳統服務器而言，計算速度有了極大的提高。傳統服務器的存儲方式為“行存儲”，而HANA服務器的存儲方式為“列存儲”，在處理相同的數據報表時，二者速度有明顯不同。例如，在處理一個億級數據報表時，使用傳統存儲服務器處理方式需要花費29.415 s才能得到精準的處理結果，而使用HANA服務器的處理方式，只需要花費101 ms就能得到精準的處理結果，效果可以達到傳統服務器效果的1000倍以上[10]。

本文設計的水利信息化處理技術能夠確保水利信息公開化，使灌區節水灌溉工程的水利信息資源共享，實現水利信息資源的統一管理。目前的水利行業已經成為政府行業，良好的水利信息化處理技術不僅能夠優化辦公方式，同時能夠有效降低工作成本。本文利用中心系統查詢校驗信息、傳遞信息指令，并對工程的工作狀態進行視頻監控，設計的技術既能夠支持擴展管理，也能支持多途徑處理任務。

在數據中心中，統一管理水利信息，建設中心數據庫，滿足運維的需要。研究的水利信息化處理技術滿足國家的技術標準，能夠將各地的水利信息進行編制，達到資源共享的目的[11]。

2.2 灌區節水灌溉工程的水利信息化處理技術工作流程

基于上文研究的水利信息化處理技術實現模式設計了工作流程，如圖3所示。

圖3 水利信息化處理技工作流程

分析圖3工作流程，具體步驟分析如下：

第一步：信息數據采集。引用多個網絡采集灌區節水灌溉工程中的各項數據，將采集到的數據與數據庫中的數據做對比，找出有用信息，篩選無用數據。

第二步：信息數據處理。將采集到的信息放入中心系統中，集中處理，信息編碼成統一符號，在統一符號中構建處理系統，得到處理結果。

第三步：下發信息處理結果。編程處理結果指令，將處理結果指令下發到各個部門中，在各個部門的顯示器上進行顯示。

第四步：信息實時追蹤。對處理結果做出實時追蹤，確保處理結果在一段時間內不會出現問題。一旦處理結果出現問題，警報器將會立即發出報警聲，提醒工作人員及時采取解決措施[12]。

水利信息化處理技術工作過程較為復雜繁瑣，尤其是在處理大規模數據時，各個環節必須要相互配合，同時啟動工作，如果有一個環節出現問題，那么整個工作都將無法進行。因此工作人員必須要及時對水利信息處理技術的各個設置進行檢查，分析設置是否有效，如果設置出現問題，要及時檢修和更換，確保水利信息化處理工作順利進行。

3 實驗研究

為了檢測本文研究的水利信息化處理技術實際工作效果，設計了對比實驗。

3.1 實驗參數

實驗參數如表1所示。

表1 實驗參數

3.2 實驗過程

根據上述設定的參數進行實驗，選用傳統的水利信息化處理技術和本文研究的水利信息化處理技術同時處理灌區節水灌溉工程的信息，計算處理耗費時間，并對結果準確率進行分析。

3.3 實驗結果與分析

(1)耗費時間實驗，實驗結果如圖4所示。

圖4 耗費時間實驗結果

觀察圖4可知，傳統技術在處理水利信息時，花費的時間一直居高不下，而本文研究的技術隨著所處理水利信息數量的增多，花費時間不斷減少。當信息數量為20個時，傳統處理技術耗費時間為8.8 s，本文研究的處理技術花費時間為6.0 s；當信息數量為40個時，傳統處理技術耗費時間為8.9 s，本文研究的處理技術花費時間為5.7 s；當信息數量為60個時，傳統處理技術耗費時間為8.1 s，本文研究的處理技術花費時間為5.6 s；當信息數量為80個時，傳統處理技術耗費時間為8.0 s，本文研究的處理技術花費時間為4.0 s；當信息數量為100個時，傳統處理技術耗費時間為8.3 s，本文研究的處理技術花費時間為3.8 s；當信息數量為120個時，傳統處理技術耗費時間為9.1 s，本文研究的處理技術花費時間為3.5 s。

(2)準確性實驗，實驗結果如圖5所示。

圖5 準確性實驗結果

分析圖5得出：在不同的工作時間下，本文研究的處理技術和傳統處理技術對灌區節水工程的水利信息處理效果不同。當工作時間為0.1 s時，傳統處理技術的處理效果精準度為15%，本文研究的處理技術的處理效果精準度為30%，處理效果是傳統技術的2倍；當工作時間為0.3 s時，傳統處理技術的處理效果精準度為25%，本文研究的處理技術的處理效果精準度為55%；當工作時間為0.5 s時，傳統處理技術的處理效果精準度為32%，本文研究的處理技術的處理效果精準度為63%；當工作時間為0.7 s時，傳統處理技術的處理效果精準度為40%，本文研究的處理技術的處理效果精準度為75%；當工作時間為0.9 s時，傳統處理技術的處理效果精準度為61%，本文研究的處理技術的處理效果精準度為92%。

3.4 實驗結論

根據上述實驗結果，得到如下實驗結論：水利信息化處理技術對于空間的跨度要求非常大，傳統的水利信息化處理技術的傳感器專業性不足，多是使用人工操作代替傳感器操作，這種操作方式主觀性強、準確性差。本文引用最新的HANA服務器，不僅能夠提高水利信息化處理工作性能 ，同時擴大管理規模，實現水利、交通、公安的同時管理。本文研究的水利信息化處理技術擁有完整的處理產業鏈，在監控設備上完成信息的采集、測試、處理和上傳工作，處理效果能夠得到有效保障，同時處理速度大大提高。

綜上所述，本文研究的水利信息化處理技術在處理灌區節水工程中的信息時有著得天獨厚的條件，更值得推廣使用。

4 結 語

灌區每年需要引用大量水資源，因此國家研究了多種節水灌溉工程。水利信息資源處理是灌區節水灌溉工程的重要環節之一，傳統的處理技術耗費時間較長，但是取得的工作效果并不好。本文引用了最先進的HANA服務器，利用感應網、傳輸網以及應用網三個網絡控制技術工作。該處理技術在處理效果和花費時間上都有著明顯的提高，該技術具有的優勢是傳統技術難以比擬的，因此具有廣闊的市場發展空間。本研究對于節水灌溉工程有一定的指導意義。