灌区信息系统化管理系统

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1、灌区信息化管理1、发展灌区信息化管理重要意义近几年，国家对水利建设投资不断加大，河道治理、水库水电建设、 灌区续建配套节水改造等工程陆续开工。2011 年中央一号文件更将 我国水利建设提到了前所未有的高度，大部分开建于20世纪 6070 年代，老化病险严重的灌区工程迎来了发展的好时机。灌区渠道工程、 配套设施、管理设施等的加固、续建、改扩建工程得到了有力的资金 支持，在当前水利科技快速发展的基础上，灌区水利工程建设正向全 面现代化快速迈进。灌区原有的管理模式和手段已不能适应当前管理 工作的需要，以先进、科学、高效为特征的信息化建设逐步得到重视， 信息化程度的高低也已成为衡量灌区建设、管理水平的

2、重要依据。灌区信息化管理是灌区发展的主要因素，是一项重要的非工程措施。 灌区信息化就是充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用灌区管 理的信息资源，提高信息采集和加工的准确性以及传输的时效性，做 出及时、准确的反馈和预测，为灌区管理部门提供科学的决策依据， 提升灌区管理的效能，促进灌区管理工作的健康发展。2、灌区信息化建设目标和容2.1 灌区信息化建设的目标是充分利用现代先进科学技术，尤其是电 子、计算机、网络技术，围绕灌溉管理，坚持以人为本，深入开发灌 区信息资源， 打造灌区工程管理及运行管理的全信息支持、应用 平 台，建立集约高效、人水和谐的灌区运行环境。2.2灌区信息化建设容根据建设目标

3、要求，作为水利现代化重要标志的灌区水利信息化，容 广泛，涉及系统工程，计算机软件和网络，数据库，自动化控制，通 讯和电子等技术在数据采集处理、信息传输、网络管理、决策支持等 方面的运用，且直接面向管理者，对灌区工程运行和效益的发挥影响 巨大。总的来说，灌区信息化建设的容应包括：灌区GIS地理信息、 雨水情测报、墒情监测、灌区工情监测，闸门远程监控、用水调度管 理、灌区防汛会商、办公自动化等子系统的建设以及通讯网络和数据 库构建。基于以上建设容的集成系统，能够完成灌区有关数据、图像、 水利活动等信息的采集、传输、处理、存储和应用，直接服务于灌区 防汛、工程管理和灌溉管理。系统应具备以下功能：1）

4、提供灌区水情、墒情、配水调度及工程状况数据，以及监视图像 等信息的采集、处理、查询、整编、输出、应用。2）实现闸门远程监控、工情水情远程监视，以及远程防汛会商。3）实现信息的分析、对比，以及利用数据信息建立决策模型，为灌 区灌溉、防汛提供支持。4）通过信息网络实现灌区管理单位局域的自动化办公。3、灌区信息化建设规划原则信息化建设规划是做好信息化系统设计的前提，规划质量的高低不仅 取决于规划人员的技术水平，还受灌区自然环境、工程条件、人文因 素的制约。要将先进的科学技术合理、协调地融入到实际的灌区管理 中，科学地做好信息化建设规划，应坚持以下几点原则：3.1 投资效益最大化。 对于众多子系统建设

5、，有限的资金投入要分 配合理，即不能集中投入到一套子系统的超标建设，也不能过于分散 到每个环节。应认真拆分整个信息化系统架构，认清主体、分部及其 之间的关系，在确保分部高效运行、主体逐步建立的基础上，确定投 资重点和度量，以保障取得最大的投资效益。3.2 保持科学先进性。 当前，计算机、电子、通讯技术发展迅速， 关系也越来越密切，其中任何一项细微的软、硬件技术革新，都有可 能造成系统的更新甚至换代。作为信息化系统建设的基础支撑，保持 各项技术的先进性至关重要，它决定着整个系统的生命周期和使用效 率。在规划中要尽可能利用各方面的前沿技术，避免走入系统刚建成 就已落后并且难以维护和运行的困境。3.

6、3 坚持系统开放性。 灌区信息化系统由多个子系统组成，各子系 统的信息输出和输入接口一般都使用国家标准，具有较好的兼容性， 为系统集成提供了可能。系统集成度是衡量其优越性的一项重要指标 集成度越高，系统占用的空间越小，性价比越高。系统集成也是减少 投资、后期管理和使用成本的重要手段。因此，信息化系统规划应重 视各子系统软硬件标准的使用，要求各子系统具有较好的开放性，以 利于系统集成。3.4坚持系统实用性。 系统的建立是以在满足一定要求的前提下能 够实际应用并产生可观效益为目的的，因此，在系统规划时就应以效 用为目的，做好系统需求分析，尽量避免表面花架子，将有限的资金 用在刀刃上。坚持系统在操作

7、、运行、效果方面的实用性，切实发挥 系统建设效益，是系统规划的基本原则。3.5坚持安全可靠性。 信息系统的安全可靠涉及运行中的软和硬环 境 2 个方面，软环境包括计算机网络的防毒防黑、程序软件运行维 护、人员误操作规避作等；硬环境包括野外设备多防保护、电子设备 防磁、供电系统稳定维护等。规划中应在这2方面联合设防，明确重 点，加强网络、电子、电源、采集设备等的安全防护措施。3.6具有良好扩展性。 灌区信息化是一个庞大的系统工程，且具有 子系统较多、涉及技术面广、技术更新快等特点。1次有限的投资建 设，不可能完善所有的设备和功能，为后期的续建和升级需要而保持 建设的可持续性是信息化建设规划不容忽

8、视的重要容。在系统正常运 行下增加测控点，添加、升级设备但不增加大量投资，都要求系统具 有较好扩展性的支持。因此，对系统中电子设备、计算机软硬件的可 扩展性要求较高，规划中应注意为系统扩展保留一定空间。3.7易于系统管理和维护。 系统设备多，分布面广，如果规划不合 理，就很容易增加管理难度和维护成本。规划中应尽可能将信息采集 点靠近管理人员工作地布置，将设备集中管理，各子系统通讯线路统 一规划，以减少日常维护中不必要的长途奔波、故障多点检测等环节，利于管理工作的高效进行。4、灌区信息化建设系统结构及信息传输型式4.1网络结构 通过对几种通信方式的比较，结合灌区涵闸建筑物 缺乏防雷措施，遥测站点

9、具有闸位传感器、水位传感器和雨量传感器， 且传感器数量较多，信息实时性有一定的要求等特点，数据采集系统 信息传输选用GPRS通信方式,每个遥测站配置一台GPRS通信MODEM, GPRS通信模式有UDP模式和TCP/IP模式，本系统选用TCP/IP模式。 另外，管理信息系统利用的是水利局域网，因此，用的INTERNET或 VPN网。系统通信网络中心站需要1个固定的公网IP地址。4.2平台架构4.2.1平台技术架构 为支持和满足灌区自动化监控和管理信息系 统实用性与先进性的要求，并考虑到灌区自动化监控和管理信息系统 的应用需求和安全需求，从适应性、可扩展性、经济性等多方面综合 评价，选择Web

10、Services构建自动化监控和管理信息系统的 服务架 构，最大限度实现防汛防旱业务功能组件的重用和分布，为自动化 监控和管理信息系统的扩展及其与其他系统的无缝 集成奠定基础， 实现信息资源的高度共享；选择Microsoft .NET作为平台的技术体 系。4. 22数据库平台 水利数据是防汛抢险决策的基础，灌区自动化 监控和管理信息系统的水雨情数据库需要存储和管理大量、多类型、 多属 性的信息，并且要求准确、及时和安全从而要求数据管理系统 必须具备高性能、高可靠性和易维护性的性能。尤其是大量空间信息、 图像信息、多媒体信息的存在，对数据管理系统的性能要求更高，必 须支 持空间信息和多媒体信息的

11、存储和管理。Sybasell和 Microsoft Sql Server 2000作为大型商用数据库管理系统，提供了 数据加密、并行查询、自动存调整及多表查询等功能，并运用高速缓 存融合技术提高系统的可伸缩性，同时提供了强大的空间数据支持能 力。因而，灌区自动化监控和管理信息系统采用Sybase11和 Microsoft Sql Server 2000作为数据库的管理平台。目前灌区信息化传输型式主要有三种，一是有线传输；二是无线传输； 三是有线加无线传输。 1 ）有线信息传输是指电子信息通过光缆进 行传输的一种传输方式，它的特点是信息通道稳定性高，可进行视 频传输，进行远程控制和操作，但相对建

12、设成本比较高，需要铺设 专用的光缆或租借电信等部门的专用光缆通道，而且终端设备配置 和功能要求较高，适合应用于大型灌区渠首进水闸、枢纽闸门、中 心管理站等关键部位，如滦下灌区的西灌区闸、十三支闸均是采用 了有线信息传输。2 ）无线信息传输是指通过GPRS、CDMA等无线 通道进行数据传递与交换的一种传输方式，它的特点是终端设备安 装简单，功能较少，成本较低，适用于功能要求简单、数据采集量 较小、控制功能要求不高的闸门、泵站、机井等，目前我市中小型 灌区的机井、扬水站、泵站水量计量大多采用这种型式。 3 ）有线 加无线信息传输型式是指数据传输与交换方式既包括有线传输又包 括无线传输，这种型式的特

13、点是建设成本相对较低，既能保证重点 枢纽工程远程控制、视频等功能、又能保证数据传输量较小的闸门、 泵站、扬水站等终端的数据传输，保证数据收集的全面性，适用于 灌 区覆盖面积较大、灌区水利单元层次较多的灌区，滦下灌区自动化系 统设计总体思路就是采用这种型式。5、灌区信息化建设系统构成 灌区信息化建设系统构成系统一般分为两个子系统，信息采集系统和 信息管理系统。5.1 信息采集系统该模块主要负责采集各测站的雨量、水位、闸位数 据，并对采集来的数据进行处理、利用GPRS传输、中心站接收、解 析数据、入库。信息采集是处理硬件发送的GRPS包的核心平台。它 主要完成了接收GPRS数据、解析分析数据、处理

14、错误以及数据入 库 等功能，所以在功能结构上将信息采集平台分为接收数据（通过 M-server软件系统完成）、解析数据、出错处理以及输入入库（由 转换程序完成）4个模块。M- server软件和转换程序都安装在基础 数据库服务器上。5.1.1数据接收模块 接收数据是信息采集与硬件通信最关键的一 个过程，其通过SOCKET编程以及TCP通信协议实例化客户端，不断 接受m-Server服务程序（gprs数据包接收程序）发送过来的数据，同 时采取互斥以及缓存的方法保证数据的完整性，不会发生丢包的情况。5.1.2 解析分析数据模块 在数据达到中心接收服务器后，服务器 就会对数据进行解析分析，该操作由解

15、析分析数据模块来完成。因为 传送的数据可能会发生错误的情况，所以解析的过程首先要判断数据 包的格式是否符合预定义的格式，然后才能解析对用户有用的数据， 由于水情数据有多种，包括水位、雨量、闸位等信息，而这些信息都 是通过相同的数据包发送过来，所以在程序中对各个闸站的各种数据 进行了分类和判断，这样就能保证数据的完整性和准确性。在该过程 中检测到的数据错误将由出错处理模块来处理。5.1.3 出错处理模块 出错处理模块针对接收过程、分析过程和入 库过程中检测到的错误数据进行处理。5.1.4 数据入库模块 当数据经过解析分析过后，如果程序判定数 据合法，就将其写入数据库。这里数据入库采用了 ODBC

16、方法。5.2信息管理系统基于Web的信息管理系统（IS）用Browser/Server 结构，浏览器部分包括数据采集管理、物料管理、数据查看。这些部 分通过浏览信息网上的实时动态信息，向Web服务器提出数据录入、 查询、修改、删除、统计等请求，Web服务器在获得这些请求后，将 它们交给后端的 CGI 程序来对数据进行处理。该 CGI 接口负责对数据 库的连接、读写、访问和控制，然后数据库又将结果通过CGI程序送 回给Web服务器，最后再由Web服务器将该访问结果以动态网页形式 发送到用户的浏览器中。Web信息服务模块主要是数据表现，常用报 表和数据查询。主要包括以下子功能 ：（1）实时查询 实

17、时查询分为综合、当日八时、水位、雨量和闸位 五个部分。在综合即所有闸站的实时信息中，主要包括了测站名称、 上游水位、下游水位、闸门开度、瞬时流量、当日累计水方和降雨量。 当日累计水方需要经过计算得出。在该浏览页面上也提供了导出数据 表的功能。 在当日八时即当天八点所有闸站的实时信息中，主要包 括了测站名称、上游水位、下游水位、闸门开度、瞬时流量、 累计 水方和降雨量。累计水方需要经过计算得出。在该浏览页面上也提供 了导出数据表的功能。在水位的实时信息中，主要包括了测站名称、 上游水位、上游测量时间、下游水位和下游测量时间。在该浏览页面 上 也提供了导出数据表的功能。 在雨量的实时信息中，主要包

18、括了 测站名称、雨量和测量时间。在该浏览页面上也提供了导出数据表的 功能。在闸位的实时信息中，主要包括了测站名称和各闸测量时间。 如果某个闸站没有某个闸位，表格中会加以提示。在该浏览页面上也 提供了导出数据表的功能。（2）历史查询 历史查询分为历史水情和历史报表两个部分。历史 水情部分为所有测站的历史水位、雨量和闸位信息。历史报表部分分 为日报表，月报表和年报表。（3）多媒体模块制作一些有关灌区的多媒体，利用语音、图片、视 频对淮涟灌区的进行情况介绍。（4）GIS 模块 在此操作中，用户将地图当作查询工具，而不仅仅 是数据载体。空间目标之间的拓扑关系可以有两类：一种是几何元素的结点、弧段和面块

19、之间的关联关系，用以描述和表达几何元素间的 拓扑关系；另一种是GIS中地物之间的空间拓扑关系，可以通过关联 关系和位置关系隐含表达，用户需通过特殊的方法查询。GIS的面向用户的应用功能不仅仅表现在它能提供一些静态的查询、检索数据，更有意义的在于用户可以根据需要建立一个应用分析的模 式，通过动态的分析，从而为评价、管理和决策服务。主要实现：能进行地图的多层显示、漫游、放大、缩小及图层控制等 操作；能实现基于地图的图形属性双向查询及SQL复合查询；能实现 基于地图的图形属性测站基本数据信息查询。6. 农业灌区农业高效用水管理系统设计及实现6.1 2 系统总体逻辑结构分析根据灌区管理部门要求和对系统

20、的目 标分析,整个系统由五个子系统组成,其总体逻辑结构见下图。灌区用水管理系统系统服务项目简介数据库系统数据分析数据输入 数据查询 数据维护 项目概况 灌区示意图 系统维护 系统帮助天优作作作作 然化物物物物 径配腾腾需需 流水发发水水 量计量量量量 计算计预计预相关曲线 文字报表打印6.2 系统设计 系统设计采用模块化程序设计方式,各模块间相互 独立,且各模块子程序之间也相互独立,因而系统可根据需要进行编 制和修改代码对象,便于分析处理复杂多变的实际问题,有利于软件 的维护和功能的增减,从而使系统具有较好的通用性和可扩充性。6.3 系统功能 系统提供灌区的气象、水文、作物、土壤等基础资 料的

21、输入,资料经归纳汇总后对灌区作物需水量进行分析计算并作 出预报,拟定作物灌溉计划,根据实测资料对土壤水分进行动态模拟 预报,修正并确定作物灌溉计划,最终根据来水及渠系分布情况对灌 区进行优化配水,实现灌区决策的及时性、准确性。系统通过以下几 个模块实现上述功能。6.3.1 主控模块(mai n. frm)主控模块是系统的主界面，起着管理、 协调各功能模块的作用。模块的主菜单包括:文件、编辑、数据分析、 图形、打印、帮助共六个菜单项。其中文件项主要包括数据库及应 用程序以文件格式打开、存盘及退出返回;编辑项通过调用菜单命令 对工作表(数据)进行插入、删除、复制和退出返回;数据项则是通过 对数据进

22、行分类、排序和数据等以汇总方式后对数据进行的分析计 算，经模拟分析、变量求 解和规划求解，提供优化计算成果;图形项 主要是调用输入的图像和图片文件和显示模拟计算成果; 打印项是 对各项功能模块、数据、报表及计算成果进行设置打印;帮助项主要 提供系统软件版本信息、说明及指导使用本系统。 系统在进入次级 功能模块后，用户必须选择该模块中的退出返回项，才能回到主控模 块，进行下一步工作。6.3.2 基础数据库管理模块(dat. frm)本模块提供系统运行所需 的各种气象、水文、土壤、作物基础数据及灌区概况、渠系分布、 农业生产等方面基本概况数据的输入、修改、查询等功能。6.3. 3 作物需水分析管理

23、模块(pdc. frm)本模块提供五项选择， 即参考作物模块腾发量计算,腾发量预测,灌溉作物需水量计算,需 水量预测及程序退出返回。6.3. 4 土壤水份分析管理模块(swc. frm)根据实测土壤含水量资 料，模块提供动态分析模型对土壤含水状况进行模拟预报，据此对作 物灌溉计划进行调整。6.3. 5 渠系配水管理模块(dwm. frm)根据灌区径流分析及来水预 测和渠系分布情况，分“按需配水”、“比例配水”和“优化配水”三 种模式确定渠系用水计划的编制，各种模式按其相应目标函数进行 分析计算，确定用水计划，并编制相应报表。6.3. 6图形显示模块(imag. frm)采用VB的图形图像控制，将灌 区的图片和资料通过扫描仪和数字化仪转化为图片文件，利用 PictureBox和image控件对其进行控制；利用VB的作图功能模 拟显示计算成果，提高系统管理操作的直观性和可视性。6.3. 7 打印模块(pri nt. frm)本模块可根据用户要求对基础数 据、表格、计算成果等进行打印