智慧灌區(qū)解決方案
1. 方案概述
隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的快速發(fā)展與成熟，為灌區(qū)信息化、智能化提升提供了有效的技術(shù)手段。智慧灌區(qū)信息化解決方案在“科學(xué)配水、節(jié)水灌溉、生態(tài)保護(hù)、智能控制”的目標(biāo)指引下，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)全域化數(shù)據(jù)“采、傳、存、用、管”，滿足灌區(qū)主管單位、水利部門(mén)、農(nóng)業(yè)部門(mén)，乃至農(nóng)戶、第三方維護(hù)單位的實(shí)際應(yīng)用需求，為灌區(qū)水利現(xiàn)代化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供可靠保障。
智慧灌區(qū)的建設(shè)，遵循以習(xí)近平總書(shū)記新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，按照水資源和諧發(fā)展的客觀規(guī)律，依據(jù)以水定需、量水而行、因水制宜原則，提升灌區(qū)全域物聯(lián)感知、互聯(lián)互通、多網(wǎng)融合、數(shù)據(jù)模型大腦、智慧應(yīng)用和態(tài)勢(shì)展示、水資源調(diào)度的能力，推動(dòng)灌區(qū)發(fā)展與水資源和水環(huán)境承載力相協(xié)調(diào)，發(fā)展完整的灌區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)，建立灌區(qū)永久水資源保障制度，構(gòu)建先進(jìn)的灌區(qū)水科技文化。
1.1 智慧灌區(qū)建設(shè)背景
我國(guó)水資源總量居世界第四位，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大。但是，我國(guó)人均水資源占有量為僅為世界平均水平的1/4，居世界第121位 ,被列為世界上13個(gè)貧水國(guó)之一。在這種水資源匱乏的狀況下，用于灌溉的農(nóng)業(yè)用水卻占了70%。全國(guó)擁有5.2億畝灌溉面積，占農(nóng)田總面積的41%，生產(chǎn)了占總產(chǎn)量75%的糧食和95%以上的其它作物，顯然，灌溉工程在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位和作用是顯而易見(jiàn)的。
2019年3月6日，水利部在北京部署安排2019-2020年全國(guó)重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造工作，要求各地于2020年底基本完成重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造任務(wù)，解決影響灌區(qū)正常運(yùn)行的“卡脖子”問(wèn)題。我國(guó)共有重點(diǎn)大中型灌區(qū)7800多處，多數(shù)位于國(guó)家糧食主產(chǎn)區(qū)，是保障國(guó)家糧食安全的重要基地，也是實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要領(lǐng)域。實(shí)施重點(diǎn)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造，加快補(bǔ)齊農(nóng)村水利領(lǐng)域工程短板，是落實(shí)“節(jié)水優(yōu)先”方針和“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”水利改革發(fā)展總基調(diào)的重要舉措。
1.2 指導(dǎo)思想與目標(biāo)
1.2.1指導(dǎo)思想
根據(jù)國(guó)家對(duì)水利信息化建設(shè)的宏觀要求，以及灌區(qū)管理的實(shí)際需要，在確保灌區(qū)信息化預(yù)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的前提下，充分考慮資金、技術(shù)發(fā)展以及現(xiàn)行管理水平等客觀因素，遵循“因地制宜、視需定建，突出重點(diǎn)、逐步擴(kuò)展、高效可靠、確保效果”的原則，堅(jiān)持先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性相兼容、超前性與實(shí)用性相兼顧的指導(dǎo)原則。在技術(shù)上采用先進(jìn)、成熟的智能化技術(shù)，使其具有較長(zhǎng)的生命周期；通過(guò)分層解耦的方式保證方案的開(kāi)放性和兼容性，為技術(shù)更新和功能升級(jí)留有余地。
1.2.2目標(biāo)
1.灌區(qū)水資源監(jiān)測(cè)設(shè)施智能化提升，配置一體化的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水資源及周邊相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)的物聯(lián)化采集與處理，獲取水位、壓力、流量、閘位、水質(zhì)、工情、墑情、泵站、閘門(mén)運(yùn)行信息以及現(xiàn)場(chǎng)視頻信息等各種格式化或非格式化數(shù)據(jù)，供有關(guān)職能部門(mén)分析和決策使用。大（中）型灌區(qū)可以對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，以實(shí)現(xiàn)灌區(qū)引水泵站機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、水位、流量等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及閘門(mén)開(kāi)關(guān)的自動(dòng)控制，降低故障率和提高對(duì)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。對(duì)于點(diǎn)多面廣，末級(jí)渠系縱橫交錯(cuò)的小型灌區(qū)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小水池、小水窯、小水渠、小塘壩等灌溉水源地的水位、用水量、水質(zhì)等數(shù)據(jù)，滿足數(shù)據(jù)定時(shí)上報(bào)、歷史數(shù)據(jù)查詢、用水?dāng)?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析、異常事件報(bào)警等需求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制引水渠電子閘門(mén)的開(kāi)啟關(guān)閉。
2.根據(jù)灌區(qū)物理環(huán)境上的差異性和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，系統(tǒng)滿足多樣化的組網(wǎng)需求，可實(shí)現(xiàn)向下數(shù)據(jù)接收、向上信息轉(zhuǎn)發(fā)，在政務(wù)外網(wǎng)、政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、業(yè)務(wù)專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多網(wǎng)融合應(yīng)用；
3.以數(shù)據(jù)價(jià)值驅(qū)動(dòng)為指引，推動(dòng)灌區(qū)生產(chǎn)、環(huán)境、時(shí)空等內(nèi)外部數(shù)據(jù)的抽取、清洗、標(biāo)簽、聚合和專題化，構(gòu)建灌區(qū)水資源數(shù)據(jù)中臺(tái)。有助于事前預(yù)測(cè)預(yù)警、事中執(zhí)行調(diào)度、事后分析評(píng)價(jià)的體系目標(biāo)達(dá)成，最終形成可更新迭代的智能化模型大腦。
4.滿足灌區(qū)主管單位、水利部門(mén)、農(nóng)業(yè)部門(mén)，乃至農(nóng)戶、第三方維護(hù)單位的實(shí)際應(yīng)用需求，從監(jiān)測(cè)、管控、調(diào)度、便農(nóng)、運(yùn)維等角度促進(jìn)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)在灌區(qū)中的應(yīng)用與推廣。對(duì)于水資源調(diào)配進(jìn)行專項(xiàng)專題，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)-模型-預(yù)案-決策的方式建立線上線下預(yù)案，以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急處置。
5.構(gòu)建多維一體的水資源調(diào)度展示中心，實(shí)時(shí)掌握關(guān)鍵數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)異常事件的跟蹤與處理，通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用讓決策人員、分析人員隨時(shí)隨地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。自下而上夯實(shí)信息化、智能化基礎(chǔ)設(shè)施，從上往下應(yīng)用需求貫穿始終。 智慧灌區(qū)解決方案
1.3 設(shè)計(jì)依據(jù)
本方案主要遵循的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)如下：
? 《中華人民共和國(guó)水法》
? 《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革的意見(jiàn)》
? 《關(guān)于持續(xù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革工作的通知》（發(fā)改價(jià)格〔2020〕1262號(hào)）
? 水利部辦公廳關(guān)于《加強(qiáng)灌溉用水定額管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》
? 水利部《關(guān)于加強(qiáng)水文計(jì)量管理工作的通知》
? 水利部辦公廳《關(guān)于加強(qiáng)農(nóng)業(yè)取水許可管理的通知》
? 《地下水管理?xiàng)l例（征求意見(jiàn)稿）》
? 《國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)》
? 農(nóng)計(jì)發(fā)[2015]145號(hào)《全國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015-2030年）》
? 《大中型灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化管理指導(dǎo)意見(jiàn)（試行）》
? 《全國(guó)大型灌區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)指南》
? 《水法規(guī)建設(shè)規(guī)劃（2020—2025年）》
? 《灌溉渠道系統(tǒng)量水規(guī)范（2017）》
? GB 50288-2018 《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》
? GB/T 29404-2012 《灌溉用水定額編制導(dǎo)則》
? GB 5084-2005 《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》
? SL/T246－1999 《灌溉與排水工程技術(shù)管理規(guī)程》
? SL 364-2015 《土壤墑情監(jiān)測(cè)規(guī)范》
? SL 365-2015 《水資源水量監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》
? SL/T 769-2020《農(nóng)田灌溉建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》
? SL 21-2015 《降水量觀測(cè)規(guī)范》
? SL 254-2000 《泵站技術(shù)改造規(guī)程》
? GB/T28714 《取水計(jì)量技術(shù)導(dǎo)則》
? SL 256-2000 《機(jī)井技術(shù)規(guī)范》
? SL380-2007 《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》
? SZY206-2016 《水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》
? SL/Z332-2005 《水利信息系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制規(guī)定》
? SL/T 783-2019 《水利數(shù)據(jù)交換規(guī)約》
? SL/T 415-2019 《水文基礎(chǔ)設(shè)施及技術(shù)裝備管理規(guī)范》
? SL 730-2015 《水利空間要素圖式與表達(dá)規(guī)范》
? SL 620-2013 《水利統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集技術(shù)規(guī)范》
? SL 434-2008 《水利信息網(wǎng)建設(shè)指南》
? SL 340-2006 《流速流量記錄儀》
? SL/Z 589-2013 《水利信息化業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)方法通用指南》
? SL 415-2007 《水文基礎(chǔ)設(shè)施及技術(shù)裝備管理規(guī)范》
? SL 180-2015 《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)備遙測(cè)終端機(jī)》
? SL 61-2015 《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》
? SL 292 《水利系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)導(dǎo)則》
? SL231-98 《水利工程基礎(chǔ)信息代碼編制規(guī)定》
? SL323-2005 《實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》
? SL324-2005 《基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》
? SL330-2005 《水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)》
? SL61-2003 《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》
? SL/T102-95 《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件》
? SL/T243-1999 《水位計(jì)通用技術(shù)條件》
? SL324-2005 《基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》
? SL325-2005 《水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》
? SL/Z349-2006 《水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》
? SL426-2008 《水資源監(jiān)控設(shè)備基本技術(shù)條件》
? SL427-2008 《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》
1.4 預(yù)期效益
1．通過(guò)智慧灌區(qū)信息化系統(tǒng)的高效運(yùn)行，為灌區(qū)管理決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)的信息，管理者能夠隨時(shí)了解灌區(qū)管理的運(yùn)行狀態(tài)、掌握安全隱患，做到防患于未然，強(qiáng)化灌區(qū)管理的安全機(jī)制，提高其水資源能力，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理從被動(dòng)反應(yīng)式走向主動(dòng)前瞻式，并由此產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
2．系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中積累的寶貴數(shù)據(jù)資源能夠?yàn)橄嚓P(guān)信息系統(tǒng)建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，能夠進(jìn)一步提供各種社會(huì)增值服務(wù)，打造全方位的灌區(qū)管理服務(wù)體系。
3．通過(guò)智慧灌區(qū)建設(shè)，保障灌區(qū)管理日趨高效。將完善灌區(qū)農(nóng)村水資源調(diào)配網(wǎng)絡(luò)體系，提高灌區(qū)供水保證率，緩解灌溉用水矛盾，減少水事糾紛，促進(jìn)社會(huì)和諧穩(wěn)。同時(shí)，極大的提高了數(shù)據(jù)的全面性、準(zhǔn)確性和適應(yīng)性，提高了管理水平和效率，推動(dòng)灌區(qū)管理和決策從此向縱深、精細(xì)和高水平方向發(fā)展。
2. 需求分析
2.1 灌區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需求
隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能的快速進(jìn)步與發(fā)展，在社會(huì)民生的各行各業(yè)越來(lái)越意識(shí)到數(shù)據(jù)所帶來(lái)的巨大意義和價(jià)值，在智慧灌區(qū)領(lǐng)域也不例外。按照DIKW體系的金字塔層次分級(jí)，數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)、智慧是逐級(jí)上升，每一層都比下一層賦予多一些的特質(zhì)。原始觀察及計(jì)量獲得了數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)間的關(guān)系并加工獲得了信息，通過(guò)對(duì)信息運(yùn)用產(chǎn)生了知識(shí)，知識(shí)指引現(xiàn)實(shí)便是智慧，智慧是模型也是未來(lái)。這是數(shù)據(jù)的進(jìn)化論，也是灌區(qū)智能化的必經(jīng)路徑，更是國(guó)家以深化數(shù)據(jù)要素市場(chǎng)化配置改革的核心方向。通過(guò)多年建設(shè)，灌區(qū)已經(jīng)在水資源管理、水量調(diào)度、水利工程設(shè)計(jì)等方面建立了初步信息化基礎(chǔ)設(shè)施，具備了信息化的管理雛形。但從全國(guó)2200多處重點(diǎn)中型灌區(qū)的體量上來(lái)看，對(duì)各個(gè)點(diǎn)位全面、快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集和大量信息加工的需求依舊巨大，包括水雨情、流量水位、土壤墑情、灌區(qū)用水、農(nóng)戶用水、管灌用水、機(jī)井用水、工業(yè)用水等格式化數(shù)據(jù)，也包含視頻、圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這使得智能的物聯(lián)感知設(shè)備和采集加工技術(shù)，以及一體化站點(diǎn)的需求呼之欲出；同時(shí)讓無(wú)序的數(shù)據(jù)在前端就被加工成可識(shí)別的信息，降低后端計(jì)算資源的投入與耗費(fèi)，讓邊緣計(jì)算技術(shù)的融合也順理成章。
2.2 傳輸適應(yīng)性的需求
由于灌區(qū)物理環(huán)境的差異性影響，對(duì)信息傳輸?shù)囊笠灿兴煌Ｊ紫?，由于前端監(jiān)測(cè)采集設(shè)備大量安裝于郊區(qū)農(nóng)村、丘陵、群山中，障礙物越密集，對(duì)無(wú)線通訊距離的影響就越大。其次，直流電機(jī)、高壓電網(wǎng)、高頻電子設(shè)備等電磁環(huán)境對(duì)通信信號(hào)的質(zhì)量也有著很大的影響。第三，溫度也會(huì)對(duì)信號(hào)的傳輸有著明顯的影響，當(dāng)溫度越高發(fā)射功率越低，接受的靈敏度也會(huì)降低，從而減少了通訊距離；相反溫度越低，通信距離越長(zhǎng)。最后，因?yàn)槿珖?guó)各省市基站建設(shè)的進(jìn)度不同，還可能會(huì)出現(xiàn)覆蓋不足的情況。因此對(duì)于不同情況下的適應(yīng)性傳輸技術(shù)需求成為在具體實(shí)踐中必須要考慮的因素。除了已逐步成熟的Nbiot、LoRa等物聯(lián)網(wǎng)窄帶傳輸技術(shù)以外，Zigbee，Cat.1技術(shù)能夠更好適應(yīng)更大數(shù)據(jù)量傳輸、移動(dòng)性和語(yǔ)音功能的需求；與此同時(shí)5G的大規(guī)模覆蓋讓行業(yè)級(jí)的切片應(yīng)用也提上日程，北斗短報(bào)文功能更讓我們不再受制于傳統(tǒng)蜂窩技術(shù)的局限，但在應(yīng)對(duì)大容量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用上，光纖仍然是較為穩(wěn)妥的一種方法。
2.3 多網(wǎng)數(shù)據(jù)融合的需求
單一業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)只能展示出業(yè)務(wù)的過(guò)去和現(xiàn)在，隨著數(shù)字政府、數(shù)據(jù)共享理念的深化，讓大家切身體會(huì)到挖掘不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性具有巨大的二次價(jià)值，而建立在相關(guān)關(guān)系分析法基礎(chǔ)上的預(yù)測(cè)更是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的核心。數(shù)字政府是指在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)支撐下，一種遵循“業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化”的新型管理模式。通過(guò)構(gòu)建大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)新機(jī)制、新平臺(tái)，進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)作程序和管理服務(wù)，全面提升在治理、服務(wù)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的能力，形成“用數(shù)據(jù)對(duì)話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)服務(wù)、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”的現(xiàn)代化治理模式。雖然灌區(qū)各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息化建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模，但由于管理業(yè)務(wù)分散在不同的網(wǎng)絡(luò)上，有互聯(lián)網(wǎng)、有業(yè)務(wù)專網(wǎng)，還有政務(wù)網(wǎng)，使得實(shí)際數(shù)據(jù)相互獨(dú)立，依舊存在數(shù)據(jù)孤島的現(xiàn)象。反觀在灌區(qū)管理、監(jiān)測(cè)預(yù)警、全域資源調(diào)配等現(xiàn)實(shí)需求面前，通過(guò)數(shù)據(jù)的抽取、清洗、標(biāo)簽化乃至聚合形成專題庫(kù)等數(shù)據(jù)融合技術(shù)的需求實(shí)際已經(jīng)迫在眉睫。通過(guò)內(nèi)部業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的聚合，將外部行業(yè)數(shù)據(jù)接入融合已經(jīng)成為必選項(xiàng)，同時(shí)也能為更及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警模型、預(yù)測(cè)模型、水利模型、調(diào)度模型提供足夠豐富的數(shù)據(jù)信息支撐。
2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用智能化的需求
業(yè)務(wù)應(yīng)用智能化是灌區(qū)主管單位、水利部門(mén)、農(nóng)業(yè)部門(mén)，乃至農(nóng)戶、第三方維護(hù)單位的實(shí)際工作需求，是數(shù)據(jù)信息化后用好和管好的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。從國(guó)家治理的角度來(lái)看，科學(xué)配水、節(jié)水灌溉、保護(hù)生態(tài)是綠色可再生戰(zhàn)略基本綱領(lǐng)，同時(shí)在面對(duì)水資源缺乏時(shí)也要能夠提供必要的預(yù)警預(yù)判、調(diào)度來(lái)保障人民生產(chǎn)生活安全，逐步構(gòu)建線上預(yù)警線下預(yù)案的行動(dòng)模式。對(duì)于灌區(qū)主管單位來(lái)說(shuō)，則更專注于灌區(qū)本身的水源與渠道、地下水、農(nóng)田灌溉的分配、管理與監(jiān)測(cè)以及閘門(mén)控制等，通過(guò)水資源一張圖的方式讓管理單位能夠直觀地在調(diào)度中心就實(shí)現(xiàn)全域數(shù)據(jù)的可視化以及資源和人員的調(diào)度工作，并且在安全的前提下賦能到移動(dòng)端，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地資源管控的能力需求。同時(shí)及時(shí)向社會(huì)提供水利信息相關(guān)服務(wù)，比如國(guó)家政府的政策、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、各用水單位用水量和用水費(fèi)用，使電子政務(wù)透明、公正、公開(kāi)、公平。從便農(nóng)助農(nóng)的角度來(lái)看，如何能夠合理制定年度水量分配預(yù)案，保證農(nóng)業(yè)灌溉用水，實(shí)現(xiàn)高水高用、低水低用的用水置換，避免水資源的浪費(fèi)和過(guò)度開(kāi)采地下水。同時(shí)能夠充分考慮到農(nóng)戶技能水平不高、老齡化的特點(diǎn)，利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)戶簡(jiǎn)單易用、隨用隨結(jié)的目標(biāo)。從設(shè)施維護(hù)和日常巡防的需求來(lái)說(shuō)，由于灌區(qū)前端設(shè)備布設(shè)的設(shè)備大多位置分散，且信息化設(shè)備有天然的人員維護(hù)需求，如何通過(guò)智能化的方式制定或調(diào)整巡檢計(jì)劃、臨時(shí)檢查計(jì)劃，并管理巡檢人員的巡檢情況，如巡檢員到位率及各類巡檢結(jié)果報(bào)表等也是在整體方案規(guī)劃過(guò)程中不可缺少的一部分。 智
3 智慧灌區(qū)總體設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)理念
整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圍繞“科學(xué)配水、節(jié)水灌溉、生態(tài)保護(hù)、智能控制”的目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)在灌區(qū)應(yīng)用中的實(shí)時(shí)性、有效性、穩(wěn)定性、科學(xué)性、適應(yīng)性，堅(jiān)持先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性相兼容、超前性與實(shí)用性相兼顧的指導(dǎo)原則。整體上采用分層解耦、多維構(gòu)建的設(shè)計(jì)，有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，采用主流先進(jìn)、成熟的智能化技術(shù)，保證系統(tǒng)在十年內(nèi)的技術(shù)不落后。系統(tǒng)設(shè)備要適應(yīng)灌區(qū)信息化管理的實(shí)際場(chǎng)景需求，具有科學(xué)性、適應(yīng)性，長(zhǎng)期穩(wěn)定；在數(shù)據(jù)上需確保一定實(shí)時(shí)性、有效性，保證數(shù)據(jù)在多場(chǎng)景、多網(wǎng)絡(luò)中的傳輸、共享的準(zhǔn)確和安全，保證系統(tǒng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、管理、應(yīng)用等的多層次安全。系統(tǒng)保持開(kāi)放性和兼容性，對(duì)于不同的系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互和不同設(shè)備的互聯(lián)簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，提供對(duì)外應(yīng)用接口，支持高并發(fā)、大數(shù)據(jù)的場(chǎng)景應(yīng)用。同時(shí)，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，支持一定冗余，并且保證經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，不做過(guò)多拓展。設(shè)計(jì)符合水利部門(mén)、灌區(qū)管理、灌溉農(nóng)戶等相關(guān)人員和組織單位的使用習(xí)慣，在實(shí)現(xiàn)信息化需求的同時(shí)，支持系統(tǒng)功能拓展。
3.2 設(shè)計(jì)原則
為確保系統(tǒng)的成功應(yīng)用與可持續(xù)發(fā)展，在系統(tǒng)建設(shè)及方案設(shè)計(jì)時(shí)我們遵循如下原則：
3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)化原則
平臺(tái)設(shè)計(jì)、建設(shè)的各項(xiàng)技術(shù)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)的相關(guān)規(guī)范和要求。對(duì)外接口根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言規(guī)范設(shè)計(jì)，管理、維護(hù)等符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范、要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)既要全面，同時(shí)建設(shè)內(nèi)容又要符合當(dāng)前需求以及發(fā)展的需要。
3.2.2 先進(jìn)性原則
系統(tǒng)構(gòu)成必須采用成熟、具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，采用先進(jìn)的管理方法、先進(jìn)的決策支持方法，并符合國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)、軟件產(chǎn)品和設(shè)備。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分依照國(guó)際上的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，借鑒國(guó)內(nèi)外目前成熟的主流網(wǎng)絡(luò)和綜合信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，以保證系統(tǒng)具有較長(zhǎng)的生命力和擴(kuò)展能力。保證先進(jìn)性的同時(shí)還要保證技術(shù)的穩(wěn)定、安全性。
3.2.3 統(tǒng)一性原則
系統(tǒng)應(yīng)遵循統(tǒng)籌規(guī)劃和統(tǒng)一設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，尤其是系統(tǒng)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)擴(kuò)展規(guī)劃等內(nèi)容，均需從全局出發(fā)、從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮到業(yè)務(wù)未來(lái)發(fā)展的需要，盡可能設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)明，降低各功能模塊耦合度，并充分考慮兼容性，并能夠支持對(duì)多種格式數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
3.2.4 高可靠原則
系統(tǒng)和數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮系統(tǒng)的安全和可靠，需符合氣候異常變化的野外場(chǎng)景的應(yīng)用可靠性和系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，有多個(gè)衡量指標(biāo)，包括機(jī)器設(shè)備常用可靠度、平均故障間隔時(shí)間(MTBF)、平均修復(fù)時(shí)間(MTTR)、可用度、有效壽命、和經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)表示，系統(tǒng)統(tǒng)要有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。系統(tǒng)通過(guò)設(shè)備安全、鏈路安全、數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全、管理安全等手段來(lái)保證系統(tǒng)的安全性。從前端設(shè)備的安全建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)、平臺(tái)安全建設(shè)和制度安全建設(shè)等多維度保證系統(tǒng)安全。采用符合國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)成熟、先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具，以保障安全設(shè)計(jì)對(duì)建設(shè)內(nèi)容的全覆蓋，并建立統(tǒng)一的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)與系統(tǒng)一致性和標(biāo)準(zhǔn)化符合性測(cè)試檢驗(yàn)規(guī)范，確保項(xiàng)目信息與系統(tǒng)管理制度的建設(shè)和落實(shí)，為平臺(tái)的安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。
3.2.5 適用性原則
系統(tǒng)采用的技術(shù)平臺(tái)，應(yīng)采用國(guó)際主流、成熟的體系架構(gòu)來(lái)構(gòu)建，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的應(yīng)用，在滿足應(yīng)用需求的前提下，盡量降低建設(shè)成本。遵循“應(yīng)用框架＋功能模塊＋客戶化改造”的基本原則，平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有高強(qiáng)壯性、集成性、靈活性、開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，以此來(lái)滿足未來(lái)的擴(kuò)展需求，平臺(tái)應(yīng)提供友好的界面操作性，簡(jiǎn)單易用。
3.2.6 持續(xù)性原則
平臺(tái)應(yīng)具備一定的動(dòng)態(tài)負(fù)載能力，可以支持平臺(tái)系統(tǒng)性能升級(jí)與數(shù)量擴(kuò)充，并可支持高并發(fā)用戶。平臺(tái)應(yīng)具備開(kāi)放性，應(yīng)滿足新業(yè)務(wù)范圍的擴(kuò)展，當(dāng)出現(xiàn)新的業(yè)務(wù)時(shí)，可以輕松添加進(jìn)來(lái)；平臺(tái)應(yīng)具備良好的用戶設(shè)計(jì)體驗(yàn)，并需采用兼容性比較高的系統(tǒng)接口，可以與外部系統(tǒng)或平臺(tái)進(jìn)行低耦合的集成，并與其他商業(yè)伙伴之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
3.2.7 易維護(hù)性原則
系統(tǒng)充分考慮使系統(tǒng)管理員便于檢修與維護(hù)，支持遠(yuǎn)程維護(hù)，設(shè)備和系統(tǒng)狀態(tài)自動(dòng)感知，能輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí)。
3.3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
整個(gè)智慧灌區(qū)管理系統(tǒng)分成七層架構(gòu)，包括物聯(lián)感知層、互聯(lián)互通層、多網(wǎng)融合層、數(shù)據(jù)中臺(tái)層、模型大腦層、智慧應(yīng)用層、展示座艙層，面向水利廳、農(nóng)業(yè)局、灌區(qū)管理局等管理單位和農(nóng)戶、維保人員等使用人員。系統(tǒng)遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和相關(guān)政策要求，在設(shè)備、鏈路、數(shù)據(jù)、應(yīng)用、管理各方面保障系統(tǒng)運(yùn)行安全。從底層感知系統(tǒng)到最終業(yè)務(wù)應(yīng)用，再到水資源調(diào)配的重大專項(xiàng)處理，真正實(shí)現(xiàn)智慧系統(tǒng)的“采、傳、存、用、管”全流程，達(dá)到科學(xué)配水、節(jié)水灌溉、生態(tài)保護(hù)、智能管控的目標(biāo)。
3.4 主要建設(shè)內(nèi)容
構(gòu)造一個(gè)從前端到中心，從數(shù)據(jù)到需求的整體信息化系統(tǒng)，主要建設(shè)物聯(lián)感知——實(shí)現(xiàn)前端數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集，互聯(lián)互通——實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不同場(chǎng)景的多樣化通信傳輸，多網(wǎng)融合——多網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享交換，數(shù)據(jù)中臺(tái)——實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的融合處理，模型大腦——實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)重構(gòu)，智慧應(yīng)用——實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理和便農(nóng)服務(wù)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用，展示座艙——滿足多樣化的數(shù)據(jù)可視化需求共七大層級(jí)體系。
3.4.1 物聯(lián)感知
對(duì)灌區(qū)前端各項(xiàng)要素指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，包括灌區(qū)水位、灌區(qū)流量、灌區(qū)氣象、農(nóng)田水質(zhì)等要素，并對(duì)閘門(mén)、機(jī)井、水泵進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和聯(lián)動(dòng)。主要建設(shè)包括渠道量測(cè)水、閘門(mén)監(jiān)測(cè)控制在內(nèi)的多個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，滿足采集、供電、傳輸、控制、儲(chǔ)存、顯示的多樣化監(jiān)測(cè)需求。
3.4.2 互聯(lián)互通
通過(guò)遙測(cè)傳輸終端對(duì)采集的水情、墑情等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線/有線傳輸，支持多種傳輸方式，包括2.5G/3G/4G/Ethernet/LoRa/NB-IoT/WIFI/衛(wèi)星/北斗等，支持水文/水資源/MQTT等多種國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，可根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)場(chǎng)景需求選擇不同的設(shè)備，適應(yīng)不同需求。
3.4.3 多網(wǎng)融合
系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如視頻數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)等等，還有其他平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互，互聯(lián)網(wǎng)端的數(shù)據(jù)傳輸，涉及政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、政務(wù)外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、專網(wǎng)等多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，需要適應(yīng)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)共享交換，進(jìn)行一定的策略管控和安全隔離。
3.4.4 數(shù)據(jù)中臺(tái)
數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸、共享匯聚到數(shù)據(jù)中臺(tái)，在數(shù)據(jù)中臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)標(biāo)簽處理、數(shù)據(jù)整合成數(shù)據(jù)專題，給各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)應(yīng)用的有效數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)取水、輸水、用水、測(cè)控、管理的數(shù)據(jù)專題服務(wù)，對(duì)外提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)處理服務(wù)。
3.4.5 模型大腦
對(duì)數(shù)據(jù)中臺(tái)的數(shù)據(jù)需進(jìn)行一定的模型處理，才可更好的滿足灌區(qū)管理的業(yè)務(wù)應(yīng)用。輸入灌區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)信息數(shù)據(jù)，通過(guò)分析模型、水利模型、預(yù)測(cè)模型、預(yù)警模型、評(píng)價(jià)模型、調(diào)度模型的處理分析，對(duì)灌區(qū)管理提供能力支撐。
3.4.6 智慧應(yīng)用
構(gòu)建灌區(qū)智慧管理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉、科學(xué)配水的多個(gè)管理目標(biāo)，建設(shè)信息化平臺(tái)和移動(dòng)應(yīng)用APP，功能包括但不限于灌區(qū)全域時(shí)空數(shù)據(jù)可視化、監(jiān)測(cè)預(yù)警、灌區(qū)配水調(diào)度、灌區(qū)巡檢、灌區(qū)信息發(fā)布、便農(nóng)服務(wù)、工情管理、水權(quán)管理在內(nèi)的多個(gè)應(yīng)用服務(wù)。
3.4.7 展示座艙
給管理用戶和使用用戶提供多個(gè)維度的展示方式，讓用戶直觀看到數(shù)據(jù)變化，掌握灌區(qū)情況。展示的方式包括移動(dòng)終端，水資源一張圖和調(diào)度中心大屏。
