章广腾，孙涛

（山东省德州市水利局，山东 德州 253014）

0 引言

文章以灌区运行实际为依托和基础，结合现代化信息技术手段的综合应用，进行灌区各级渠道及各级水工建筑物、构筑物运行状况实时监测，水位流量及流速信息的实时获取及共享，以便充分响应国家在农村水利管理信息系统构建方面的最新政策精神，并最终形成以互联网信息数据为中心，以灌区子项目运行及高效管理为任务重点，以节水改造甚至是电子政务为亮点的专用性运管平台。

1 灌区概况

潘庄灌区为山东省第二大灌区，位于德州市境内，潘庄灌区是鲁北主要粮棉生产基地之一，承担着德州市西部8 个县（市、区）农村农业生产及作物灌溉、引黄济冀跨流域供水任务。

随着潘庄灌区渠道工程及配套设施的改扩建和续建，灌区传统的灌溉模式在改革及根据现代化技术要求进行优化升级前，所采用的管理手段已非常落后，难以满足该灌区拟升级为现代化灌区后在区域高效管理方面的实际要求，在传统的管理模式下，突出存在以下问题：①用于灌溉现状、流量渠道监测、水文水资源优化监控等方面的硬件设施十分欠缺。直接导致灌区各个级次的管理人员难以对实时运行的灌区水情数据有基本了解更谈不上准确掌握，造成水资源使用效率低下，水费征收管理困难；更有甚者，在当前这种落后的管理模式下，管理人员更是没有办法对该灌区所设置的干渠、支渠、斗渠、农渠等各级次渠道险峻工段实际运行过程全面展开并落实实时监控操作，并基于这种操作保证灌区各级渠道实际存在及潜在的坍塌、滑坡等病害得以在第一时间被发现，并得到有效的处理；②绝大部分渠首和所配套的闸门安装着视频监控、水位测站等现代化的视频获取设备，但是现状所获得的监测信息均为碎片式割裂形式，并未在灌区各个管理分站以及各级次渠道管理站展开实时共享，也并没有有效纳入该灌区综合信息业务管理系统，且现状手段下所获取的各级渠道、各模块运行监测数据因为数据接收和拍摄口径存在较大差异，所以后期整合也是问题，很难向该灌区高效实时管理提供科学合理、及时有效的指导、调度决策和预警预报；③专用通信网络缺失。灌区现有管理站段虽有通信网络，但并未实现灌区水利信息化所涉及的水库、山洪预警、农田供水灌溉等垂直信息化管理系统的兼容，信息孤岛现象突出，信息传送效率低，数据资源无法实时共享、利用，难以实现精准灌溉及配水管控。

潘庄灌区管理局于2020年初开始进行灌区信息化综合应用系统建设，并按照四个阶段具体实施，第一阶段（2020年1月至3月）：表示层和应用层构建；第二阶段（2020年4月至6月）：公用支撑平台及数据集成平台构建；第三阶段（2020年7月至9月）：数据支撑层构建及系统试运行；第四阶段（2020 年10 月）维护及最终完成。

2 系统架构设计与实现

2.1 系统关键技术

潘庄灌区信息化综合应用系统充分借助微信公众号平台实现灌区各测站信息移动查询。微信公众平台服务主要借助和依据人们较为常用的微信公众号进行接入路径开发及接口服务功能的提供，结合国内大型灌区信息化管理系统构建相关经验及成功做法，为保证灌区管理效果，必须以开发者为核心，尤其借助微信应用软件的公众平台网站构建公众号服务模块，通过服务协议、接口调用等具体操作得到其应用平台的服务及全过程运维权限。微信公众号的服务形式具体包括网页和消息回话两种，为提供更为复杂的场景应用服务，潘庄灌区信息化综合应用系统则采用网页形式，使之具备上传图片、拍摄、定位等功能。

此外，潘庄灌区信息化综合应用系统基于MVC 模式轻量级web 的SSH 框架进行开发，具体见图1。SSH 框架由Struts、Spring 和Hibernate 等框架通过Servlet 和Jsp 等技术集成，框架逻辑系统主要通过Struts的MVC设计模式变得更加清晰；数据信息持久化及数据库完全面向对象操作则通过Hibernate 实现，简化关系型数据库处理。

图1 SSH框架图

Web GIS技术属于internet环境中地理空间信息存储、传输、分析、处理、显示及应用的软件系统，其使GIS功能超越局部计算机限制，能同时提供REST还能随时调用其基于API功能接口所开发的地图应用，并具备地理信息模块查询、编辑、定位功能。

2.2 系统架构及网络结构

由图2可知，潘庄灌区信息化综合应用系统架构主要包括表示层、应用层、公用支撑层、集成层和数据支撑层等层次：①表示层由门户网站（外网）和灌区管理信息（内网）两部分组成，还包括通过微信公众平台查询灌区测站信息功能；②应用层属于灌区管理信息系统，由灌区水位流量监测、视频监测、业务管理、信息发布及管理等子系统构成；③公用支撑层主要提供数据接收、存储、读取、检索、查询及成员管理、权限管理、业务逻辑管理等功能；④集成层由基础数据库、电子地图、动态数据库等模块构成，便于数据查询及存储；⑤数据支撑层则由灌区基础数据、监测点水位、流量、视频、图片、空间数据、专题图等构成。

图2 灌区信息化综合应用系统层次划分图

根据相关经验及设计思路，所构建起的潘庄灌区自动化监控中心使用的局域网主要通过星形结构形式进行线路布置，并同时结合布线技术将IP地址以自动的方式任意分配，使之与相应的客户端连接。灌区渠道水位实时观测、流量流速等参数监测以及灌区常见水工建筑物和各级灌溉渠道工程完善及管理图像的可能的视频的监测以及相适应的采用通讯TCP/IP 协议。水位流量监测点及图像视频监测点信息传递则通过运营商提供的通信网络实现，能满足视频、图片、语音数据在线查看。

2.3 系统功能设计

潘庄灌区信息化综合应用系统由门户网站、灌区信息管理系统及微信公众平台构成，具体见图3。门户网站：是潘庄灌区对外展示灌区运行状况的主渠道，并为灌区管理提供统一登录入口及包括灌区管理制度检索、法律法规、水利百科、天气预报、信息检索、友情链接等在内的个性化信息服务；灌区信息管理系统：是潘庄灌区信息化综合应用平台的核心模块，该系统主要基于GIS技术，可实现灌区电子地图缩放、平移、距离测量、图层管理；其电子底图为应用Java Script方式调用的天地图，数据资料更具权威性和普适性。微信公众平台：潘庄灌区信息化综合应用系统可直接通过关注公众号进入，并获取灌区测站水位流量、渠系建筑物运行状况、水文气象等相关数据，并具备移动监控功能。

图3 潘庄灌区信息化综合应用系统功能模块图

3 系统应用与测试

3.1 灌区信息管理系统

登录潘庄灌区网址后进入门户网站首页，根据栏目标题便可查看内容，首页还包括灌区信息管理系统登录界面。输入用户名和密码后登录灌区信息管理系统，同时会显示出基于GIS的结合灌区遥感地图、水利底图等的地理信息模块，地图上同时还标示有灌区水源、测站、渠系建筑物、排水沟等节点，具备实时定位功能。点击测站名称后会显示出具体灌区水位、流量实时监测数据，且该模块按照15min/次的频次显示监测结果；根据时间范围及测站名称等关键词还能查询测站历史水位、流量信息。

在图像监控界面可以通过测站条件、时间范围等进行测站全部历史图像监控信息查询。点击灌区名称及相关信息，还可以进行在线修改、添加、删除及批量管理操作。

3.2 微信公众平台

通过微信公众号中的GIS 地理信息系统进行灌区地理位置、渠系建筑物运行状况、水位流量信息的实时查询，并具有即时抓拍、随时召测等功能。测试结果表明，该灌区新新华综合应用平台各功能模块均正常运行，且在系统稳定性、可维护性、兼容性等方面良好。

当前，潘庄灌区信息化综合应用系统正常运行后，以GIS技术、J2EE 架构和微信公众平台为依托的灌区信息化管理模式已经在全省大中型灌区中推广应用，效果良好，且在灌区综合管理中发挥着越来越重要的作用。随着信息化管理新技术的不断涌现，云平台、智能感知在灌区信息化综合应用系统中必将得到更为广泛的应用，灌区智能化管理水平将不断提升。

4 结论

灌区信息化系统建成并投入正式运行后之前传统管理模式下必须由相关人员手写填入并当面递交的6 张灌区基本情况填写表、10张灌区立项项目管理情况表、12张灌区渠系改扩建工程表等文档资料全部改为电子化、无纸化方式，填写人员只需通过该信息化应用系统相应的模块，便可在线填写并点击提交，录入系统，数据会在同一时刻传输至接收审核人员。基于大数据的潘庄灌区信息化综合应用系统运行后，以其为参考和借鉴，GIS技术、J2EE架构、微信公众平台等技术已经在全省多个灌区信息化建设中得到应用，且在灌区管理中用户掌握灌区水情、工情等更加及时全面，灌区运行情况测报能力明显提升，为灌区运行维护及管理提供了强有力的技术支撑。大数据技术与B/S架构系统、GIS技术等的结合应用，使用户省去了安装软件的操作，直接通过浏览器便可访问使用，且系统兼容性较高；系统外部人员也可登录门户网站或搜索关注微信公众号了解灌区运行信息，宣传效果较佳。潘庄灌区信息化综合应用系统的设计与应用是水利现代化、信息化建设的重要践行。