论文部分内容阅读
摘要：探讨农业灌溉工程信息化管理系统的架构，以提升农业灌溉用水信息化管理服务水平，实现为农业精准高效节水灌溉工程建设提供保障，同时为深化农业水价综合改革工作奠定基础。
关键词：农业灌溉；信息化管理；系统平台构建
引言
我国是一个农业大国，也是一个水资源相对贫乏的国家，随着人口数量的增长和居民生活水平的不断提高，我国北方地区可供利用的水资源已面临严重不足。我国传统的农业灌溉模式对水资源造成了极大的浪费，农田灌溉水有效利用系数只有0.4左右，而发达国家则已达到了0.8以上，我国的农业用水效率与发达国家差距明显，合理高效地利用有限的水资源在未来国民经济发展中显得尤为重要。
一、概况
通辽市位于内蒙古东部，总土地面积6万平方公里，辖9个旗县市区，总人口321万人。1998年之后的持续干旱使我市地表水资源入境量不足多年平均值的45%，河流常年断流，95%的水库出现蓄水不足、干涸的现象，全市生产生活用水基本长期以开采地下水为主。通辽市市现有耕地面积2000万亩，其中有效灌溉面积966万亩，农牧业用水比重大，用水效率低，直接加剧了区域性缺水、季节性缺水、资源性缺水、工程性缺水和结构性缺水。
二、系统平台建设必要性
农业灌溉用水信息化管理系统通过现代通信、计算机网络等先进的信息技术，深入、广泛地利用信息资源，为农户、灌区以及管理部门提供科学的决策和依据。
信息化管理是实现农业节水灌溉、推动农业水价综合改革、形成农田灌溉设施长效运行管护机制的重要手段，是高效利用农业水资源的有力抓手，根据通辽市农业精准高效节水灌溉工程建设总体安排，为全面提升农业灌溉用水信息化管理服务水平，同时为深化农业水价综合改革工作奠定基础，推进和规范信息管理系统平台建设势在必行。
三、系统平台开发原则
（一）统一标准、规范兼容的原则。市、县两级信息化管理系统应当采用相同标准的软件系统，以及相同标准的数据采集、处理及传输规约，使用一套综合数据库、一张GIS地图、一个总体架构，避免信息孤岛，便于数据融合和大数据分析应用。
（二）实用、先进并重的原则。系统在设计上应当能够贴近目前各级用户的使用习惯，例如将移动支付缴费、手机APP、微信公众号等引入系统中。在系统设计时还需参考上级总体部署和安排，避免重复开发，提升资金使用效率。
（三）系统开放、稳定可靠的原则。各级平台要在统一的开放标准下建设结构化、模块化和标准化的系统平台，以利于未来调整和扩展。软、硬件须适应对应的工况环境，确保数据传输、系统运行稳定可靠。
四、系统平台开发的技术要求
信息化管理系统软、硬件建设的重点在于实现项目区灌溉用水量、地下水位的有效监测、水权配置的层级管理、水权水价制定后水费的有效征收、水权交易平台的节水变现。实现数据入库、工程上图，可远程查询统计、节水工程分布情况、灌溉机井等基础设施的坐标数据；建成覆盖粮食功能区灌溉用水量、用电量、地下水位动态变化的实时监测网，监测数据能够实时传输至自治区级平台；通过信息管理系统实现从灌溉用水管理、农业水费收取、水权交易全过程信息化管理，为水权配置层级管理、水权水价制定后水费的有效征收、水权交易平台的节水变现提供保障。主要技术要求如下：
（一）系统平台应支持在Windows32/64位、Linux或MacOS操作系统下运行；支持IE、Chrome、Safari等常见类型浏览器。数据存储管理平台采用云服务方式部署和数据存储管理，保证了数据的安全和系统扩展升级的便捷性。
（二）支持多级权限设置，采用至上而下的水权分配管理理念和自下而上的用水统计数据分析路径相融合，上级管理员可设置下一级取水总量，下级管理员可在上级管理员设置的配额总量内对各个井及用水户进行配额。
（三）取用水全面在线监测及数据实时上报，通过对灌溉井全面安装监控系统，实现水量、电量数据实时在线监测，数据上报细分到用户及灌溉机井，为精准计量收费、精准补贴、节水奖励奠定基础。
（四）依据阶梯水价制度，对水价进行分类、分级设置、管理。水权交易平台、水权管理系统自动记录交易信息，杜绝人工录入信息可能出现的纰漏或者人为更改信息，便于水资源管理。
（五）支持用水户在线发布、浏览售水需求、购水需求、交易价格等意向；支持管理人员在线审核交易，交易意向信息经审核通过后方可进入交易环节，同时对交易双方的用水卡充值、减值操作信息进行自动记录存储。
五、系统平台的构架及主要建设内容
灌溉信息化管理平台系统是由局控制中心主机、现场控制系统、田间控制系统及传感器构成的具有三级结构的集散型控制系统，采用先进实用的云服务大数据技术、安全技术、物联网技术和测控技术搭建系统平台。控制中心计算机作为中央控制级，其主要功能是对管理区域内各种数据的远程监测，必要时也可以对现场仪表进行控制；现场控制计算机作为中间控制级，负责灌区现场数据的采集及对各仪表的控制以及上传数据；田间控制系统作为就地控制级，控制现场电动闸阀和水泵动作，并对采集的数据进行存贮、预处理。其主要内容包括：
（一）基础信息管理系统
包括对机井信息、水泵信息、位置信息、取水许可证编码、取水许可证批准单位、许可水量、取水终止日期、计费信息、取水限额、预警金额、所在用水源编码、水量计量设施类型、控制器配置型号、灌溉面积等等详细的基础信息进行编辑、录入和查询修改；能够对监控设备信息进行维护编辑修改。
（二）GIS管理系统
基于地理信息系统（GIS）的二次开发，可在计算机上以地图、卫星地图、卫星地图混合、地形图、地形混合图形式等展现，包括相关的行政区划、道路、水系、农田、机井井位及地块、重点建筑等空间要素，并把相关的业务数据进行集成展示、信息查询、信息管理。
（三）实时监测控制管理系统
将用水、电计量、水位监测终端采集的电量、水量、流量、水位等实时数据汇聚到平台数据库，实现平台远程监测。用水计量终端实现远程监测和控制。
（四）水权配额层级管理
各级管理部门采用身份账号登录水权管理系统，对水权进行层级分配，IC卡读卡管理机只在水权配额指标内对用水户水卡进行充值配水。
（五）基本水费及超额水费的计收系统
根据基本水价及超额水价，IC卡水价处理器通过控制水泵，自动计量并扣除用水卡里的配额水费，自动按设定的基本水价或超额水价计费征收。
（六）节水变现水权交易管理
提供高效，方便，易操作的交易平台，系统的功能包含整个水权交易的过程，并提供对水权转让信息的在线发布、查询，提供交易合同签订及实施监督。
（七）安防监控管理
安防监控管理主要对非法操作进行监控，能够在非法操作發生时触发警报，同时上传报警信息至管理系统及储存非法操作信息，包括报警时间、地点、机井编号信息，同步发送短信息通知管理人员。
作者简介：郭金城（1985-），男，蒙族，现主要从事农田水利工程设计工作
（作者单位：1通辽市西辽河枢纽工程管理处；
2 通辽市西辽河枢纽工程管理处；
3通辽市水利规划设计研究院）
关键词：农业灌溉；信息化管理；系统平台构建
引言
我国是一个农业大国，也是一个水资源相对贫乏的国家，随着人口数量的增长和居民生活水平的不断提高，我国北方地区可供利用的水资源已面临严重不足。我国传统的农业灌溉模式对水资源造成了极大的浪费，农田灌溉水有效利用系数只有0.4左右，而发达国家则已达到了0.8以上，我国的农业用水效率与发达国家差距明显，合理高效地利用有限的水资源在未来国民经济发展中显得尤为重要。
一、概况
通辽市位于内蒙古东部，总土地面积6万平方公里，辖9个旗县市区，总人口321万人。1998年之后的持续干旱使我市地表水资源入境量不足多年平均值的45%，河流常年断流，95%的水库出现蓄水不足、干涸的现象，全市生产生活用水基本长期以开采地下水为主。通辽市市现有耕地面积2000万亩，其中有效灌溉面积966万亩，农牧业用水比重大，用水效率低，直接加剧了区域性缺水、季节性缺水、资源性缺水、工程性缺水和结构性缺水。
二、系统平台建设必要性
农业灌溉用水信息化管理系统通过现代通信、计算机网络等先进的信息技术，深入、广泛地利用信息资源，为农户、灌区以及管理部门提供科学的决策和依据。
信息化管理是实现农业节水灌溉、推动农业水价综合改革、形成农田灌溉设施长效运行管护机制的重要手段，是高效利用农业水资源的有力抓手，根据通辽市农业精准高效节水灌溉工程建设总体安排，为全面提升农业灌溉用水信息化管理服务水平，同时为深化农业水价综合改革工作奠定基础，推进和规范信息管理系统平台建设势在必行。
三、系统平台开发原则
（一）统一标准、规范兼容的原则。市、县两级信息化管理系统应当采用相同标准的软件系统，以及相同标准的数据采集、处理及传输规约，使用一套综合数据库、一张GIS地图、一个总体架构，避免信息孤岛，便于数据融合和大数据分析应用。
（二）实用、先进并重的原则。系统在设计上应当能够贴近目前各级用户的使用习惯，例如将移动支付缴费、手机APP、微信公众号等引入系统中。在系统设计时还需参考上级总体部署和安排，避免重复开发，提升资金使用效率。
（三）系统开放、稳定可靠的原则。各级平台要在统一的开放标准下建设结构化、模块化和标准化的系统平台，以利于未来调整和扩展。软、硬件须适应对应的工况环境，确保数据传输、系统运行稳定可靠。
四、系统平台开发的技术要求
信息化管理系统软、硬件建设的重点在于实现项目区灌溉用水量、地下水位的有效监测、水权配置的层级管理、水权水价制定后水费的有效征收、水权交易平台的节水变现。实现数据入库、工程上图，可远程查询统计、节水工程分布情况、灌溉机井等基础设施的坐标数据；建成覆盖粮食功能区灌溉用水量、用电量、地下水位动态变化的实时监测网，监测数据能够实时传输至自治区级平台；通过信息管理系统实现从灌溉用水管理、农业水费收取、水权交易全过程信息化管理，为水权配置层级管理、水权水价制定后水费的有效征收、水权交易平台的节水变现提供保障。主要技术要求如下：
（一）系统平台应支持在Windows32/64位、Linux或MacOS操作系统下运行；支持IE、Chrome、Safari等常见类型浏览器。数据存储管理平台采用云服务方式部署和数据存储管理，保证了数据的安全和系统扩展升级的便捷性。
（二）支持多级权限设置，采用至上而下的水权分配管理理念和自下而上的用水统计数据分析路径相融合，上级管理员可设置下一级取水总量，下级管理员可在上级管理员设置的配额总量内对各个井及用水户进行配额。
（三）取用水全面在线监测及数据实时上报，通过对灌溉井全面安装监控系统，实现水量、电量数据实时在线监测，数据上报细分到用户及灌溉机井，为精准计量收费、精准补贴、节水奖励奠定基础。
（四）依据阶梯水价制度，对水价进行分类、分级设置、管理。水权交易平台、水权管理系统自动记录交易信息，杜绝人工录入信息可能出现的纰漏或者人为更改信息，便于水资源管理。
（五）支持用水户在线发布、浏览售水需求、购水需求、交易价格等意向；支持管理人员在线审核交易，交易意向信息经审核通过后方可进入交易环节，同时对交易双方的用水卡充值、减值操作信息进行自动记录存储。
五、系统平台的构架及主要建设内容
灌溉信息化管理平台系统是由局控制中心主机、现场控制系统、田间控制系统及传感器构成的具有三级结构的集散型控制系统，采用先进实用的云服务大数据技术、安全技术、物联网技术和测控技术搭建系统平台。控制中心计算机作为中央控制级，其主要功能是对管理区域内各种数据的远程监测，必要时也可以对现场仪表进行控制；现场控制计算机作为中间控制级，负责灌区现场数据的采集及对各仪表的控制以及上传数据；田间控制系统作为就地控制级，控制现场电动闸阀和水泵动作，并对采集的数据进行存贮、预处理。其主要内容包括：
（一）基础信息管理系统
包括对机井信息、水泵信息、位置信息、取水许可证编码、取水许可证批准单位、许可水量、取水终止日期、计费信息、取水限额、预警金额、所在用水源编码、水量计量设施类型、控制器配置型号、灌溉面积等等详细的基础信息进行编辑、录入和查询修改；能够对监控设备信息进行维护编辑修改。
（二）GIS管理系统
基于地理信息系统（GIS）的二次开发，可在计算机上以地图、卫星地图、卫星地图混合、地形图、地形混合图形式等展现，包括相关的行政区划、道路、水系、农田、机井井位及地块、重点建筑等空间要素，并把相关的业务数据进行集成展示、信息查询、信息管理。
（三）实时监测控制管理系统
将用水、电计量、水位监测终端采集的电量、水量、流量、水位等实时数据汇聚到平台数据库，实现平台远程监测。用水计量终端实现远程监测和控制。
（四）水权配额层级管理
各级管理部门采用身份账号登录水权管理系统，对水权进行层级分配，IC卡读卡管理机只在水权配额指标内对用水户水卡进行充值配水。
（五）基本水费及超额水费的计收系统
根据基本水价及超额水价，IC卡水价处理器通过控制水泵，自动计量并扣除用水卡里的配额水费，自动按设定的基本水价或超额水价计费征收。
（六）节水变现水权交易管理
提供高效，方便，易操作的交易平台，系统的功能包含整个水权交易的过程，并提供对水权转让信息的在线发布、查询，提供交易合同签订及实施监督。
（七）安防监控管理
安防监控管理主要对非法操作进行监控，能够在非法操作發生时触发警报，同时上传报警信息至管理系统及储存非法操作信息，包括报警时间、地点、机井编号信息，同步发送短信息通知管理人员。
作者简介：郭金城（1985-），男，蒙族，现主要从事农田水利工程设计工作
（作者单位：1通辽市西辽河枢纽工程管理处；
2 通辽市西辽河枢纽工程管理处；
3通辽市水利规划设计研究院）