智慧灌区信息化建设方案（45页 PPT）

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智慧灌区信息化建设方案 目录 CONTENTS PART 01 PART 02 PART 03 PART 04 PART 05 建设方案 系统介绍 设备选型 相关案例 灌区建设名单 加入星球获取更多更全的数智化解决方案 建设方案 01 建设背景 l 《 “十五五”重大农业节水供水工程实施方案》 明确提 出，要实现灌区管理和用水调度数字化、网络化和智能 化。将灌区信息化建设，作为灌区建设内容部分的重中 之重 ! 。 l 《全国中型灌区续建配套与节水改造实施方案》 中明确 提出：着力推进前期工作，力争尽早开工建设。强化项 目管理，确保工程质量、进度和资金安全。抓住春灌前 有利时机，加快完成年度灌区改造任务，强化农业用水 科学调度，做好春灌保春耕工作，确保粮食生产供水需 求。统筹推进大中型灌区改造与高标准农田建设，优先 将大中型灌区建成高标准农田。 l 2024 年水利工程建设情况国务院政策会 ，水利部表示今年要加强现有大中型灌区续建配套和改造，准备实施大约 90 处大型灌区、 480 多处中型灌区改造，完善灌溉水源工程、渠系工程和计量监测设施，推进标准化规范化管理。 现状描述 随着经济的快速发展，社会主义市场经济的逐步深入，人口的增加，水资源的短缺矛盾日益突出。我国灌区大多 兴建于 20 世纪 50~70 年代，工程运行年限较长，工程老化失修损坏现象普遍，处于超期服役或带病运行状态，致 使灌区水资源浪费严重，灌溉水利用率低，灌溉效益大幅度衰减，管理养护机制不健全，旧式管理运行机制适应 不了灌区现代化建设的需要，严重阻碍了灌区的发展。 主要存在以下问题： 信息采集点少 硬件设备老化不配套 水资源极度短缺 综合基础能力差 水费计收不合理 水资源利用不充分 解决方案 按照“ 需求牵引、应用至上、数字赋能、 提升能力 ”要求，以灌区业务应用为导 向，以以数字孪生为理念、以物联网为 基础，强化信息感知、资源共享、决策 支持、泛在服务等体系构建；提供全渠 道控制系统，通过对水雨晴、流量，气 象，农情等信息的采集，运用系统软件 对灌溉区域的输配水进行调度模拟计算。 并根据模拟计算的结果，最终实现调配 水合理化、量测水精准化、控制自动化、 收费规范化。 北斗卫星 智慧灌区总体架构 业务 支撑 平台 感知 层 业务 应用 平台 用户 罐区管理单位 工业、农业、城乡供水用户 水行政主管部门 其他授权用户 运 行 维 护 体 系 网 络 安 全 体 系 报表服务 工作流引擎 web 服务 数据同步交换 应用服务 数字 化基 础支 撑 设备运行维护管理 罐区专属模型 基础数据 模型库 智能识别模型 监测数据 预报方案 数字化底座 业务数据 业务规则 知识库 水利对象关联关系 地理空间数据 罐区一张图 供需水预警与决策 工程管理 水资源配置与供需水调度管理 量水与水费计收 远程监控 水旱灾害防御调度 水公共服务 一体闸门、电站、 泵站信息化配套基础设施 水情、水质、工情、气象、 土壤墒情、农情立体感知 视频监控 遥感影像、地图、地理地形等空间 感知 工程管理用户 可视化模型 历史场景 调度方案 外部共享数据 消息中间件 GIS 服务 三维服务 文件服务 运行监控 模型支持 ... 智慧灌区业务流程 运用物联网、智能感知，实时 准确的获取灌区的水雨情、土壤墒 情、气象信息、渠道水位、渠道流 量、泵站运行状态、闸门运行状态、 现场视频等信息。并对采集到的数 据进行加工处理，实现灌区信息资 源的实时共享，提高灌区的运行效 率，减少灌区的运营成本。为灌区 管理部门提供科学的决策依据。最 终实现灌区管理信息化、调配水合 理化、量测水精准化、控制自动化、 收费规范化 , 为实现高效现代农业提 供技术保障。 数据采集控制 数据传输 信息化平台 应用系统 系统介绍 02 系统介绍 监测前端 监测设备 前端监测 — 闸门监控站 闸门监控站对渠道进水闸门、节制闸门或重点支渠、水源的渠首闸门变化情况进行远程控制与管理。根据系 统下达的指令，将目标流量或水位远传至闸门控制器，调节闸门的开度，并使渠道的流量或水位达到目标值。 从而摆脱传统的粗放人工管理模式，提高运行效率、减轻工作强度，提升管理水平。 实时监测： 实时采集 水位、流量、闸位 等 水情、工情 数据及 电压、电流 数据 遥感终端机 前端监测 — 量测水监测站 灌区量测水监测站实现对引水、输水、配 水、分水点和分界点全过程的水位、流量自动 实时监控，为灌区总调度、分中心提供数据支 撑，实现水资源优化配置。 可采用雷达流量计、雷达水位计、超声波 流量计、压力式水位计等设备进行测量，所采 集数据通过有线或无线方式上传至智慧灌区综 合管理平台。 实时监测： 实时采集 罐区引水、输水、配水、排水 等数据 前端监测 — 水雨情监测站 水雨情监测站主要实现水情、雨情全过程的远程自动采集、拍照监视，实时记录河道、水库、渠 道水位的动态变化过程。系统根据监测 水位及警戒水位、汛限水位，时段降雨量、日累计降雨量 实现声音、颜色、短信的防汛排洪预警功能。实现河道、渠道、水库及闸门等工程现场情况水雨 情实时照片的采集，及时方便的了解工程安全运行情况。通过对监测的水情、雨情数据进行分析， 为灌区管理部门提供灌区的需水量和来水量的辅助决策依据，实现水量的科学配置。 遥感终端机 视频遥感终端机 监测中心 前端监测 — 视频 监测站 视频监控站能将被监控现场的实时图像和数据等信息准确、清晰、快速地传送到管理中心，管理 中心通过视频监控系统，能够实时、直接地了解和掌握各被监控现场的实际情况。同时，中心值 班人员根据被监控现场发生的情况做出相应的反应和处理，因此能有效地管理水利设施的运行情 况及其周边现场情况。 前端监测 — 土壤墒情监测站 土壤摘情监测站是水循环规律研究、农牧业灌溉、水资源合理利用及抗旱救灾基本信息收集的基 础工作。土壤摘情信息主要监测 土壤含水量 和 土壤温度 ，为灌区信息化系统提供决策依据。 前端监测 — 农业气象站 农业气象站主要监测灌区的 气温、气压、相对湿度、风向、风速、雨量、光照、土壤温湿度 等气 象要素，实现对灌区农田小气候的全天候监测。为灌区信息化平台提供系统数据支撑。 系统介绍 应用系统 灌区总览 闸门远程监控系统 综合信息管理系统 灌区管理一张图 量测水管理系统 设备管理系统 信息采集监测系统 运维管理系统 水费管理系统 工程管理系统 防汛抗旱监测系统 配水调度管理系统 移动智能终端 应用系统介绍 智慧灌区综合服务管理平台运用物联网、互联网、云计算、大数据分析等先进技术，聚焦灌区现场信息感知。对渠道闸门、输水管道闸阀、 抽水水泵等设备的自动化控制，对灌区用水、土壤墒情、降雨量、气象等数据的实时监测采集、统计、分析。集灌区用水调度、智能灌溉、 工程运行、应急处置、便民服务等多个方面为一体， 是一个以信息系统采集为基础、以高速安全网络通讯为手段的灌区综合管理平台。 罐区一张图 监测数据 水情监测 雨情监测 农情监测 工情监测 气象监测 水费计收 工程管理系统 工程分布图 工程监测 工程巡检 工程计划管理 工程统计 量水与水费计收 城乡用水管理 用水效果评估 用水计量 水费收缴 水质监测预警 配水调度系统 水资源配置 水资源调度 水资源需求 平衡分析 调度预案 调度方案预演 防汛预警系统 洪水预报 汛情预演 汛险预警 防汛预案 物资管理 旱情监测评估 抗旱调度 旱灾预警 旱灾评估 水质监测预警 调度评价 GIS 地图 渠道闸门控制 工程信息 监测信息 巡检信息 配水调度 应用系统——灌区管理一张图 灌区管理“一张图”是以灌区 GIS 地图为蓝本，聚合基础地形图、行政区图、土地利用现状图、基本农田保护 图、水系分布图、防汛工程分布图、灌溉工程分布图、灌溉面积分布图、水雨工情监测分布图、水资源红线 图、遥感影像图等多源信息的地图，叠加灌区水资源及工程管理等业务管理系统，构建统一的“地下测、网 上控、平台管”的灌区综合监管“一张图”。 灌区管理一张图 应用系统——信息采集监测系统 灌区信息采集监测系统主要对 水雨情、农情、气象、工情 等监测监控信息进行采集与处理，为业 务应用系统对数据、图像、视频等信息的查询、统计分析、决策指挥等基础信息支撑。 水情 水位 流量 流速 水质 农情 作物耗水 灌溉面积 田间水层 作物长势 气象 降雨量 温度 湿度 大气压强 工情 引水 配水 排水 用水 u 实时监测：全天候准确掌握灌区状况 u 数据展示：直观展现各个监测点信息 u 数据处理：对各类监测数据进行维护、查询和统计 u 自动报警：当水位超限自动报警 应用系统——工程管理系统 对水利工程项目实现全过程动态监管，等实现统一的信息管理。可在线查看项目基础信息、实施工程信息、分布 位置、相关文件资料、多媒体、项目进展、工程实施过程数据，以及工程相关无人机三维模型、 BIM 模型等。 工程项目管理系统 首页 工作台 项目统计 待审核项目 消息通知 一张图 项目列表 项目位置 工程项目 业务填报 项目录入 项目审核 实施进度 项目进度总览 逾期项目 项目统计 投资统计 进度统计 综合统计 资料管理 资料查询 多媒体 三维模型 BIM 模型 应用系统——量测水管理系统 量测水管理系统对统计城乡、工业用水情况进行统计，依托采集的水情数据，进行水位流量关系测算、 渠系水利用系数测算、水情整编等运算操作，通过曲线拟合手段推导适用性较强的水位流量关系曲线， 为灌区的水资源调度提供科学依据，为灌区信息化管理工作提供数据基础。 应用系统——水费计费管理系统 灌区水费计收管理系统，根据灌区的具体业务特点，可根据按方收费、按亩收费、水费任务分摊等不同的水费计 算方式，计算各用水单位或用水户水费，并利用物联网、大数据等技术实现快速、精准的水费结算与统计。 农业水费 工业水费 水费计收管理 其他水费 用水量统计 统计报表 水费分析 应用系统——配水调度管理系统 配水调度管理系统依照灌区用水单位 需水情况 及灌区工程 供水能力 ，融合气象及来水预报、需耗水预 测、流域及工程供水能力，利用决策模型，辅助管理人员制定灌区配水调度方案，通过系统向灌区直 属站和基层站下达配水指令，并根据遥测终端上报的各用水计量点测报的数据情况，对配水计划及执 行情况进行分析和考核，从而有效提高灌区用、配水管理效率和统计分析数据的准确性。 灌区配水调度管理系统 用 水 单 位 管 理 用 户 管 理 月 供 水 平 衡 月 供 水 计 划 用 水 需 水 量 配 水 指 令 农 业 灌 溉 用 水 情 况 登 记 农 户 用 水 情 况 登 记 调 度 预 案 流 量 数 据 统 计 渠 道 日 报 轮 期 水 量 分 摊 应用系统—— 农业水价改革监管系统 农业水价改革监管系统具有省、市、县、镇等用水协会多层级管理体系，上级管理员可设置下级部门的取水部门 的取水权限、取水总量，超出总量停止取水，便于实施严格的水权配额层级管理，融合初始水权分配，用水指标 （水权配额）、水权交易、水权管理、基础信息管理、 GIS 展示等多项功能，借此建立完善水权运营管理制度。 水权分配 指标配额 水权交易 节水奖励 水权管理 应用系统—— 防汛调度系统 灌区防汛调度系统根据灌区的防汛现状，采用物联网技术，加强防汛指挥的科学性，提高防汛调度决策的时效性 和准确性。充分发挥灌区工程防洪、防泄、防灾减灾的作用，统筹防洪、供水、发电、生态用水等调度目标。基 于工程二 / 三维可视化场景和数据底板构建，融合展示降水及水情信息，对洪水淹没影响、工程泄流、应急抗旱、 水量调度等场景进行模拟推演，并动态展示最终调度成果。 应用系统——泵站远程控制系统 灌区远程控制系统可实现远程监视泵站的运行状态、运行参数以及远程控制水泵的启停。提高了 灌区的管理效率，大幅度降低管理成本，满足泵站无人值守需求。 应用系统——视频监控系统 灌区视频监控系统通过在枢纽工程、重要建筑物以及安防点安装视频监视设备和传输系统的方式，实 现远程、实时了解灌区的运行和安全情况。 提供 AI 智能识别涉水相关的水面、指定物体、漂浮物、污 染情况、非正常闯入等等内容，设定告警数值和位置，推送预警信息。 监视对象一旦出现异常，可立 即采取处置设施，消除和解决事故隐患，增强应对突发事件的能力，提高灌区的管理效率。 满足长期无人或少人现场操作需求 为水利调度和抗洪抢险等科学决策提 供依据 通过图像监控结合远程和本地人员操 作经验优势，避免误操作 及时对可能或正在发生的汛情 、险 情 、灾 情 进行动态监视 1 2 3 4 应用系统——移动终端 移动终端系统可以通过移动设备在线查看灌区运行的所有信息，当有报警或有预警信息时，将第一事 件推送到移动终端，通过 APP 对工程巡查情况进行上报，使系统管理更加高效，信息获取更加便捷。 设备选型 03 设备名称 设备组件 主要配置 ⼀体化监测站 传感器（可选配） 翻斗雨量计、雷达水位计、压⼒式 ⽔ 位计、裂缝计等 智能 RTU 智能采集器 RTU 供电系统 太阳能板 电源控制器 蓄电池 供电系统 设备名称 技术参数 160W+100A h 太阳能板 最大功率 160W 最大工作电压 20.16V 最大工作电流 7.937A 电源控制器 系统额定电压 12V 额定充电电流 15A 蓄电池 额定电压（ V ） 12 容量（ Ah ） 100 ⼀体化监测站 ...... 4G/ 北斗 / 行云卫星 ⼀ 体化监测站（可选配传感器） 智能 RTU 参数类型 l l l l l l l l l l l l l 支持 5G/4G/3G/Ethernet/LoRa/NB-IoT/WIFI/ 蓝牙等通信功能，具备内置双通道通信能力，可外接北斗、超短 波、 SUB-1G 、 ZigBee 等通信方式； 支持有线、 5G\4G\3G 双链路主备同时在线、主备信道智能自动切换，保证数据完整性和及时性； 具备一站多发功能，支持多中心上报模式，可向不少于 5 个及以上中心站发送数据； 支持 IPv6 地址并默认开启 IPv6 功能； 具有电压、信号强度等运行信息自动监测功能，具有定时自检发送、死机自动复位、站址设定、掉电数据保护、 实时时钟校准，支持电池容量及机内温湿度监测等功能。 具有测站基本信息、通信模式、测点信息、采集设备、采集频率、报送频率、加报阈值等信息远程设置功能。应 实现远程遥测查询，根据用户需要，使用平台端操作界面对遥测站进行召测，发送相应的查询指令，遥测站可以 按照指令实时上报查询的数据内容。可以实时比较数据的变化，当监测发现数据超出阈值时，可立即唤醒并上报 监测数据。 支持蓝牙 APP 配置功能，支持蓝牙 APP 、 TF 卡插入、串口、远程等多种升级方式； 设备带 LCD 显示屏及 16 键操作键盘，全中文界面； 支持休眠唤醒工作方式，能够通过软件设置和远程设置数据传输体制、数据报送频次等，所有外部接口具有光电 隔离能力； 具备加密采集功能，加密采集周期可根据需求设置； 设备数据持久化存储，可存储 8 年以上的、采集频率为 1 次 / 小时的原始观测数据，具备空间不足自动覆盖旧文件 功能。 具备低功耗设计支持多种工作模式（包括自报式、查询式、兼容式等）配置； 支持接入摄像头，支持图片人工抓拍、定时抓拍等功能； 设备照片 PLC 一体化闸门控制柜 参数类型 l 电源状态、故障状态、闸门电流监测 l 可就地控制闸门升、降、停 l 闸门运行状态监测、指示 l 智能化接口，输出闸门各种状态数据 l 可接入水位、流量等数据 l 支持主令控制及限位停闸等功能 l 带 10 寸触摸屏显示及控制 l 至少支持 1~4 孔闸门的控制 设备照片 闸位计 参数类型 l 蜗轮蜗杆减速比 : 15: 1; 30: 1; 64: 1; 100: 1; 128:1 等 l 上下限控制精度 :3cm 。 l 行程开关工作电压 :220V 。 l 行程开关工作电流 3A 。 l 行程开关常开常闭触点可任意选择 l 工作电压 :DC12-24V 。 l 使用环境温度 :-20C~+75C( 不结露 ) l 消耗电流 : ≤70mA 。 l 防护等级 :IP64 。 l 输出信号 ( 可选 ): A-4-20 毫安 ; B- 并行格雷码 ;M-RS485;S- 串行 SSI 信号 l 可带显示仪表。 设备照片 雷达水位流速一体机 产品特点： u 非接触式测量，结合断面参数计算流量，不受风、温度、雾霾、泥沙、漂浮物等影响； u 适用于多种测量条件，可以输出流速、水位、流量的测量数据； u 功能强大的测流软件，可以进行数据接收，查询，流量统计等； u 低功耗，可以使用太阳能供电，方便安装，免维护。 雷达水位计 产品特点： u 波束角小，能量集中，具有更强抗干扰能力 , 大大提高了测量精度和可靠性天线尺寸小，便于安装和加防尘罩等天线防护装置 u 重量较轻约 1KG ，便于安装测量范围大，覆盖大型水库等水位测量 u 多种输出电路接口与采集系统配合采用脉冲工作方式，雷达水位计发射功率极低，对人体及环境均无伤害 量水堰计 产品特点： u 设备供电方式灵活，接线方法多种且极为方便，可满足各种测量、控制、检测的要求； u 测量精度高、工作稳定可靠、结构精巧、安装简单 ; u 测量数据可远距离传送 , 方便联网和参与控制； u 具有很大的使用灵活性和很强的环境适用性 视频球机 相关案例 04 用户端 平台端 移动端 相关案例 案例 1 ：广东省水库安全监测平台 广东省小型水库安全提升工程建设，与广州水科院合作正在进行方案的详细设计编制以及相关部分系统功能建设 工作，主要包括数据接收、数字孪生、无人机三维建模、基于 loRA 的小型水库边缘计算模块研发等工作。 相关案例 案例 2 ：荔浦市小型水库雨水情与水库大坝安全监测项目 广西荔浦市水文局小型水库雨水情与水库大坝安全监测项目是广西第 一批水库监测系统，主要实施 41 个水库从踏勘、选点、设计、安装实 施、设备上线、系统对接等全套野外工作及信息化平台建设。 相关案例 案例 3 ：数字漓江水质与山体监测项目 山体与水质监测信息化平台 小型水库雨水情和大坝安全监测平台 案例 4 ：灌阳县小型水库数字化监测项目 相关案例 案例 5 ：云龙水库三维可视化 基于三维建模、物联网、 WebGIS 等技术，构建基