边玉国，李积军，郭志成

(1.兰州工业学院电气工程学院，甘肃 兰州 730050；2.甘肃省人民医院，甘肃 兰州 730030)

作为甘肃省一项跨流域大型自流灌溉工程—引大入秦工程，1976年动工兴建，1981年缓建，1987年全面复工建设。工程主要包括引水枢纽、总干渠、干渠、分干渠、田间配套工程和移民安置等项目。

引大入秦工程将发源于青海省的大通河河水由天堂寺渠首引水东调，跨越庄浪河后灌溉秦王川地区。总干渠全长86.81km，设计引水流量32m3/s，加大流量36m3/s，设计年引水量4.43亿m3。工程灌溉面积配套48980hm2，其中农业灌溉面积44086.67hm2，生态灌溉面积4893.33hm2，安置移民5.64万人。

1 设计思路

引大入秦灌区信息化系统，是一项以引水信息监测、水工设施安全监视和调水配水分析决策为核心的信息化系统工程。其设计思路是以兰州新区供水中心为调度监控管理中心站，在灌区内的总干渠、干渠、分干渠、支渠、分支渠、斗渠、水库进出水口部署量水自动测报站和视频监视站，配置量水测、控、报设备、视频监控设备，利用或改造水工建筑物或量水建筑物，完成流量、水位、图像的自动获取，实现流量水位的远方自动采集，实现输水工况和水工设施视频图像的实时监视。中心平台接收测控报信息，经调度决策系统生成调度指令，建立各专业数据库系统，为灌区运行管理制定科学的运行及配水调度方案、科学的资源配置和优化调度方案，强化内部信息共享、信息化管理和利用水平，提供一套切实可用的信息系统。

系统设计紧密围绕运营机制、业务模式、功能需求、数据特性、传输体制和运行维护，合理选择通讯体系和组网方式；根据现地环境特征、渠系特点和功能需求，配置现场测流摄像监测设备、集控设施和供电方式；根据管控一体、集中调度、可视运行、系统集成、深度融合需求，部署中心平台设施；根据组织机构、基层管理、业务流程、信息共享和功能需求规划设计架构。

2 总体框架

引大入秦灌区信息化系统，是一个多学科、多专业的IT系统，是以系统集成为主，分子系统设计为辅，设计合理的信息流和数据库。系统的核心是一个集远程数据监测、视频图像监控、通信传输网络及灌区应用系统于一体的综合信息处理系统。

根据引大入秦灌区管理部门现行的管理和运行机制，结合灌区信息化系统在各管理控制层的职能和功效，系统采用4级树状管理控制层。领导决策层，提供领导数据查询、辅助决策支持等功能；业务管理层，实现水量计量、水费计收、成本核算、历史数据分析、报表统计、水利调度渠系参数模拟、信息发布等功能；生产执行层，实现水情监测、视频监视、水利调度、状态监控等实时功能；现场测控层：完成数据采集、设施控制、视频摄像等功能。

图1 灌区信息化系统管理控制模型

图2 灌区信息化系统信息流层级关系

具体系统管理控制模型如图1所示。

灌区信息化系统的设计，关键是系统集成的设计。分为应用层、通信层、控制层及外部层信息流。

应用层信息流指中心平台内部各子系统，如：水量调度子系统、水量计量子系统、灌区地理信息子系统、信息查询子系统。数据库系统之间交换的信息，通信层信息流指现场装置与中心设备、通信设备之间的信息，控制层信息流指现场(控制站、控制器、传感器、控制对象)各部分之间的信息，外部层信息流指中心与现场、中心与办公之间的信息，以及中心各部门之间的信息。

图2为系统中各信息流的层级关系。

经过对引大入秦灌区信息化系统的需求分析、管理模型、功能模型、信息模型、系统集成模型、安全保障和标准规范体系的充分分析，可得出信息化系统具体架构和网络总体部署示意图，如图3、4所示。

图4 灌区信息化系统网络总体部署示意图

3 系统划分

依照引大入秦灌区信息化系统建设要求，从基础支撑、技术架构、功能分层、施工界面、项目组织的角度，该工程的需求可概括为通信网络系统、重点分水口水情测报系统、重要水工设施视频监视系统、调度中心和分中心平台建设、协同办公系统、统一信息门户、灌区管理应用软件系统、信息化中心平台基础设施等。

其中，基于光纤通讯网络，建设覆盖局机关、各管理处所的调度语音系统；基于基础设施，建设水情测报、视频监视、工程安全观测、机房环境监控的管控一体化运行平台；基于基础支撑和运行管控平台，建设基于GIS的水资源监测、水量计量计费、水量调度运行、供水调度决策、数据查询和综合信息服务模块等灌区应用软件系统。

管控一体化系统与灌区应用系统形成了信息化系统的控制区和管理区，控制区和管理区应该考虑信息访问单向性。协同办公系统与灌区管理信息系统共享数据资源，实现业务的深度融合；统一信息门户实现灌区信息化系统应用中的安全统一认证、登录验证、界面集成和应用导航。

灌区信息化系统的系统组成如图5所示。

图5 灌区信息化系统组成

4 安全体系

安全体系，包含硬件、软件2方面，主要目的是使信息化系统高效安全运行。信息化引大入秦灌区建设是以“应用软件为主，基础设施为辅”的建设模式，从物理层面到逻辑层面，从网络到应用，层层防护信息安全的体系和策略，具体措施如下。

(1)Internet接入。内部访问网关建立，保护网络，实施内网、外网分离；WEB和私有云服务器设在网络军事区。

(2)防火墙安全策略。安全性分析及过滤进出网络的数据流量，通过NAT、VLAN策略，有效隔离广播域和广播风暴。防火墙集成强大的网络状态化监测，具有威胁感知、智能情景适应、主动防御报警的能力。

(3)用户认证系统。设置安全登录认证和访问密钥，记录、监控上网行为，以防止敏感数据外泄。

(4)外部入侵及病毒防范系统。做到内网与外网的隔离，阻止不正当的访问；配置专业软件并及时有效杀毒，减少电脑感染，集中升级病毒库。

(5)VPN通道。建设专用VPN通道，确保与上级部门信息的交换、数据上报和共享。

(6)控制系统防护方案。利用核心交换机对控制区和管理区网络进行VLAN划分，控制系统数据访问进行单向隔离。

(7)数据备份系统。实现数据的存储、备份，发生故障时能及时恢复数据。同时可实现异地数据备份。

(8)上网行为管理。规范制度学习，操作人员上网培训，设定访问使用权限，确保重要信息的安全性。

5 结论

水利是国家经济发展的基础。传统水利灌区由于自动化水平不高，在水资源利用方面存在很多不足，经济效益低下。随着社会的发展，科技的进步，信息化技术得到了广泛应用。本文从引大入秦灌区自身状况和发展需求入手，结合新的工程理念，设计了灌区信息化系统方案，为合理、有效利用水资源提供了技术支持。