金華安地灌區數字化平臺建設實踐

鄭 雷，施蘭霞

（金華市梅溪流域管理中心，浙江 金華 321000）

0 引言

灌區是一個依靠自然環境，加上人工調控手段而組成的一個具有很強社會性質的開放式生態系統，在保障國家儲備糧食及安全方面發揮著特殊的作用。由于自然原因，金華市的水資源時空分布不均，季節性缺水嚴重，依靠原有的人工經驗判斷體系已無法支撐管理決策的需求。在堅持“水權集中、統一調度、分級管理”的原則下，我們可以利用信息化手段，結合灌區實際情況，優化構建水資源優化配置體系[1]。即保障從上游到下游洪旱無憂，切實履行灌區灌溉、防洪、抗旱等公益性任務，亟需建立完善的動態預警體系，涵蓋全空域的感知覆蓋、全時序的動態預測、多種類的模型分析、多維度的實時展示，實現灌區水資源優化配置、優化調度、優化利用的水管理目標[2]。

為保障安地灌區工程安全運行和持續發揮效益，根據水利部《加快推進新時代水利現代化的指導意見》《水利工程管理考核辦法》等要求[3-4]，結合灌區工程建設與管理實際，本文提出安地灌區數字化平臺建設，實現灌區水資源優化配置、優化調度、優化利用。

1 平臺建設背景

安地灌區位于浙江省中部，是金華市主要的產糧區、浙江省重點糧食生產功能區和國家農業綜合開發項目區，興建于上世紀50年代末。灌區自建成以來，對當地農業經濟發展起到了重要作用[5]。安地灌區是以安地水庫為主要水源的中型灌區，灌區總面積28.5萬畝，設計灌溉面積12.85萬畝，有效灌溉面積10.60萬畝，受益范圍包括金華市婺城區、金東區，涉及6個鄉鎮、1個街道，248個行政村，人口14.60萬人，是金華市主要產糧區和國家農業綜合開發項目區。安地灌區現有4條干渠，其中總干渠3.35 km、東干渠21.48 km、中干渠7.28 km、西干渠6.72 km，干渠總長38.83 km；有支渠5條，支渠總長20.21 km。主要配套建筑物有隧洞、渡槽、倒虹吸、水閘、灌溉涵管、機耕便橋等300多處，蓄、提結合，灌、排配套的灌區工程網絡較完整。

為提高安地灌區水利工程的管理水平[6]，確保灌區水利工程運行安全且長久充分發揮效益，我們利用信息化手段，提出安地灌區數字化平臺，以實現灌區水資源優化配置、合理調度、規范利用的水管理目標，為水資源調度管理提供科學、高效的決策支持手段，從而達到大中型灌區的工程完備、用水科學、運行安全、服務良好的要求，充分發揮灌區的功能。

2 數字化平臺建設

圖1為安地灌區數字化平臺總體框架設計圖。該平臺主要包括灌區物聯網感知體系、灌區通信網絡體系、灌區集中監測監控中心、灌區標準化管理平臺升級研發與應用四個模塊，可實現對安地灌區實際信息采集、全流域的管控及運行，提供數據互通、共享和實時互動，提供可靠通道、與省、市數據倉之間的數據共享交換和從宏觀層面掌握工程的隱患發生及處置情況，從而提升安地灌區水利數據資源質量和共建共享水平和推進水利數字化改革提供了堅實的基礎。

圖1 總體框架設計圖

2.1 灌區物聯網感知體系建設

根據水利工程管理數字化要求，結合灌區特性和運行管理需求，對安地灌區工程感知對象和感知手段進行深入分析。感知手段從傳統的以傳感器直接監測為主的方式，轉變為基于物聯網、北斗高精度GNSS、高精度GPS監測等傳感、定位、遙感技術，建立空天地一體化的監測網絡，實現水情、雨情、流量、閘位、工程安全及圖像六大感知系統的實時在線監測監控，跨區域、行業交換和共享，形成新型的一體化的自動感知體系。感知控制體系包括水情（流量）感知系統、雨量感知系統、土壤墑情監測系統、水質感知系統、安全監測系統、工情采集系統和視頻監視系統，主要對安地灌區進行水位、雨量、流量、水質、土壤墑情、工程安全、閘位的采集和管理，幫助管理人員更加了解灌區用水量測信息，做出更好的決策分析，實現全流域的管控及運行。

2.2 灌區通信網絡體系建設

如圖2所示，灌區通信網絡體系由無線網絡與有線網絡組成，主要包含GPRS網絡、運營商專線VPN、固定IP網絡等。其中，水情感知系統、水質感知系統、土壤墑情監測、一體化閘門控制系統、安全監測采用無線網絡。而視頻圖像監控（其中廣播音柱與視頻共用網絡）、調度指揮、入侵預警、數字大屏、閘門遠程監控均采用有線網絡。該網絡體系可構建一個高速穩定的信息傳輸網絡，能夠充分滿足當前及今后一段時間內信息的高速、穩定傳輸要求，為數據互通、共享和實時互動提供可靠通道。

圖2 中心網絡拓撲結構圖

2.3 灌區集中監測監控中心建設

如圖3所示，系統主要由工作站、顯示屏獨立主控和LED大屏組成。LED大屏通過顯示屏獨立主控將電腦端的界面實時展示。調度指揮中心為安地灌區信息化系統的主要工作場所，中心配置多功能、多參數的監測控制系統，對調度運行管理人員提高要求，向來賓展示和傳遞豐富信息，真切感受調度中心強大智能技術的支撐能力。

圖3 大屏顯示系統結構圖

2.4 灌區標準化管理平臺建設

灌區標準化管理平臺主要由灌區能力中心和安地智慧灌區云應用組成。

2.4.1 灌區能力中心

灌區能力中心主要由灌區前置庫、灌區三維模型和灌區模型庫組成。按照《浙江省水管理平臺統一數據建設指南（試行）》相關技術標準要求，以及浙江省水利物業管理指導意見和浙江省數字水庫試點建設要點中關于灌區數據庫建設的要求，結合安地灌區現有的數據成果，按照“一數一源”的原則，搭建安地灌區前置庫，同時考慮打通省廳和金華市級水利數據倉，實現與省、市數據倉之間的數據共享交換。其中，安地灌區前置庫的定位是通過充分借鑒當前業界的數據中臺的建設實踐經驗，從安地灌區自身的核心需求出發，以垂直業務數據入手，打通從數據資源匯聚、數據治理、數據交換與共享、數據API共享服務的工作全流程，建設合理且符合安地灌區需求的前置庫。

灌區三維地圖是基于天地圖三維地圖，同時加載灌區的傾斜三維攝影數據和盧家閘BIM模型，集成一期拍攝的傾斜攝影。三維地圖主要實現基于三維地圖的大場景的瀏覽、空間漫游、BIM模型的漫游瀏覽、BIM模型的構建屬性信息查詢等。在三維地圖的基礎上，提供灌區內工程信息的查詢，并展示工程的動態及靜態信息，并構建灌區三維模型，主要包含傾斜攝影三維建模、盧家閘BIM模型建模、三維模型發布的預處理、三維模型發布等工作。

結合安地灌區實際，提出創建安地灌區智慧灌溉決策模型庫。該模型庫主要包括種植物遙感識別模型、深度學習的多源感知實時灌溉預報模型、基于強化學習的智能灌溉決策模型、渠系多目標動態配水模型、灌區工程安全評估模型。根據灌區農業產業數據和基礎布局數據融合工情、水情、墑情、氣候等數據，實現灌區的灌溉需水量實時預報，開展灌溉方案的智能化決策，為灌區多級渠系提出優化的配水方案。

2.4.2 云應用

安地智慧灌區云應用主要包括場景分析數字大屏、業務應用、移動看板和與其他平臺的集成對接。在場景分析方面，包含頂層總覽數字大屏、動態預警數字大屏、防汛態勢數字大屏、聯合調度數字大屏、工程安全數字大屏、運行管理數字大屏等內容。業務應用方面包含灌區綜合地圖、用水計量、灌區遙感監測、用水決策管理、聯合調度、防汛專題管理、工程安全監測分析系統、公眾參與、后臺數據中心等內容。移動看板主要包含掌上一張圖、汛情警戒看板、工程安全看板、視頻監控看板、灌區計劃看板、公眾反饋看板、省公共服務看板等內容，可完成滿足灌區管理人員、灌區百姓需求的移動應用。在其他平臺的集成對接方面，本平臺可對接省、市水管理平臺、金華數字河湖管理平臺、省廳協同管理模塊等部門平臺和模塊，實現與金華市水管理平臺與浙江省水管理平臺等平臺的互聯互通。

3 總結

安地灌區在保障國家糧食安全方面發揮著特殊的作用。為全面提升安地灌區管理水平，保障安地灌區工程安全運行和持續發揮效益，本文提出金華安地灌區數字化平臺，對安地灌區工程感知對象和感知手段進行深入分析，實現水情、雨情、流量、閘位、工程安全及圖像六大感知系統的實時在線監測監控，進行跨區域、行業交換和共享，實現了科學、高效的灌區水資源管理，幫助管理人員做出更好的決策分析，實現全流域的管控及運行。