（计算机应用技术专业论文）灌区自动化监控和管理信息系统设计与实现.pdf

浙江工业大学硕士学位论文 灌区自动化监控和管理信息系统设计与实现 摘要 灌区管理即信息化管理是灌区发展的主要因素，是一项重要的非工程措 施。灌区信息化就是充分利用现代信息技术，深入开展和广泛利用灌区管理 的信息资源，提高信息采集和加工的准确性以及传输的时效性，做出及时、 准确的反馈和预测，为灌区管理部门提供科学的决策依据，提升灌区管理的 效能，促进灌区管理工作的健康发展。因而建立一个功能完善、实用性强、 运行可靠的灌区信息系统，对于提高灌区管理的效率和决策水平，具有极其 重要的作用。 本文通过对国内外资源管理信息系统研究发展状况的详细分析，阐述了 管理信息系统的基本理论。结合江苏省淮涟灌区的实际情况，设计出从数据 采集到用户查看等一系列功能的灌区管理信息系统。 淮涟灌区管理信息系统建设包括灌区信息自动采集与传输网络系统和灌 区综合数据库及基于g i s 的灌区信息管理系统。 整个系统通过雨量计、水位计等采集数据；通过g p r s 终端m d e v i c e 、 g p r s 网络和m - s e r v e r 无线通信服务软件协同完成数据传输、入库；通过 a d o n e t 整编数据建立综合数据库；通过采用n e t 技术，实现用户利用浏 览器终端对信息平台的访问、信息查询、打印报表等；系统还实现了地理信 息系统的查询功能。 关键词：信息管理，数据采集，n e t 技术，g i s 浙江工业大学硕士学位论文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fa u t o m a t i c m o n i t o ra n dm l a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m sf o ri r r i g a t i o na r e a s a bs t r a c t i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ti sac r i t i c a lp a r tf o r t h ed e v e l o p m e n to fi r r i g a t i o na r e a i ti so n eo f v e r yi m p o r t a n tn o n e n g i n e e r i n gm e a n s i tp r o c e s s i n gf o ri r r i g a t i o na r e am a k e sf u l lu s eo fm o d e r n i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , e x p l o i t st h ei n f o r m a t i o nr e s o u r c e si nt h ei r r i g a t i o na r e at oi m p r o v et h e p r e c i s i o no fc o l l e c t e dd a t aa n df a s tt r a n s p o r t a t i o ns ot h a ta c c u r a t ea n dt i m e l yf e e d b a c ka n d p r e d i c t i o nc a nb em a d eb a s e do nt h i s i n f o r m a t i o n i tp r o v i d e ss u p p o r tf o rt h em a n a g e m e n t d e p a r t m e n to fi r r i g a t i o na r e at om a k es c i e n t i f i cd e c i s i o n m a k i n ga n di m p r o v et h em a n a g e m e n t e f f i c i e n c y , a n df i n a l l yh e l p st h eh e a l t h yg r o w t ho ft h ei r r i g a t i o na r e a s o ，i ti sv e r yc r i t i c a lt o e s t a b l i s has t a b l e ，p o w e r f u la n dp r a c t i c a b l em i sf o rt h ei r r i g a t i o na r e at oi m p r o v et h e m a n a g e m e n te f f i c i e n c ya n dd e c i s i o n m a k i n gl e v e l t h i st h e s i sd e s c r i b e st h eb a s i ct h e o r yo fm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mb ya n a l y z i n gt h e c u r r e n tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ts t a t u so fm i sa th o m ea n da b r o a d c o m b i n e dw i t ht h er e a l i s t i c c a s e sa th u a i l i a nw a t e r i n ga r e ao fj i a n g s up r o v i n c e ，o n em i sw i t hw i d ef e a t u r e sf r o md a t a c o l l e o t i o nt ou s e rq u e r yi sd e s i g n e d h u a i l i a nw a t e r i n ga r e am i si n c l u d e sa u t o m a t i ci n f o r m a t i o nc o l l e c t i o ns u b s y s t e m ，n e t w o r k t r a n s p o r t a t i o ns u b s y s t e m ，i n t e g r a t e dd a t a b a s ea n dm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns u b s y s t e mb a s e do n g i s t h i ss y s t e mc o l l e c t sd a t ab ys o m ee q u i p m e n t ss u c ha sr a i n m e t e ra n dw a t e r m e t e r , s e n d s d a t at ot h ed a t a b a s ev i ag p r st e r m i n a lm d e v i c e ，g p r sn e t w o r ka n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s o f t w a r em s e r v e r i te s t a b l i s h e st h ei n t e g r a t e dd a t a b a s eb yu s i n ga d o n e ta n da l l o w su s e r st o b r o w s e ，q u e r yi n f o r m a t i o na n dp r i n tr e p o r t sb yp o p u l a rb r o w s e r s t h i ss y s t e ma l s oi m p l e m e n t s t h eg i si n q u i r yf e a t u r e k e yw o r d s ：i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，d a t ac o l l e c t i o n ，n e tt e c h n o l o g y , g i s 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包 含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大 学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名：i b1 嗽吼雌f 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“) 作者签名：i 勺i b 秋 刷磁辄缸 日期：p1 ) 年 日期：少呷年 日日 广7 一吖7 月月多r 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景、意义 水是生命的源泉，是人类赖以生存和发展不可替代的资源。随着社会的进步和技术的 发展，如何对有限的水资源合理使用越来越引起社会的关注。 我国是一个水资源贫乏的国家，我国的水资源总量在世界各国中排第六位，但人均水 资源占有量2 2 0 0 立方米，只相当于世界人均水平的1 4 ，是世界上十三个贫水国之一，居 世界第1 0 9 位【1 一。再加上管理水平落后、水资源低效配置、浪费和污染等进一步加剧了 水资源危机。 在我国的用水结构中，农业是大户，因此要解决水危机，就必须对农业灌溉用水加强 管理，而信息化是水资源管理现代化的前提。国民经济和社会发展第十个五年计划明 确提出要“加速发展信息产业，大力推进信息化”。水利部也十分重视信息化工作，制定了 全国水利信息化规划，提出要加快水利信息化发展【4 1 。因此，作为水利事业的一部分， 灌区信息化建设必然是水利信息化建设的重要内容之一，灌区信息化建设正在经历着脱胎 换骨的改造【5 】。 科学的调水、取水、量水、用水是灌区管理信息化、自动化建设的目标。由于水资源 信息涉及与水有关的各个部门，结构十分复杂，数据量非常庞大，用传统的手工管理方法 已不能适应当今高节奏的发展变化对水资源管理的要求【3 1 。为此灌区用水管理必须采用现 代化的手段，充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用灌区管理的信息资源，包括信 息的采集、传输、存储和处理等，大大提高信息采集和加工的准确性以及传输的时效性， 做出及时、准确的反馈和预测，为灌区管理部门提供科学的决策依据和提高管理效率、降 低管理成本，提高灌区管理的效率和水平，以促进灌区实现科学管理和高效管理【6 】。 1 2 灌区管理信息系统概述 1 2 1 管理信息系统 管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，m i s ) 是一个不断发展的概念【7 1 。广义 的管理信息系统是指对企业、组织或个人的信息进行管理和运用的系统，它不一定要求有 1 塑坚三些奎堂婴主堂垡丝塞 计算机的加入【8 】。狭义的管理信息系统是指一个收集、传输、存储、加工、输出、维护、 管理和使用信息的人机系统，它利用计算机、数学、经济、管理等多种模型，以及数据库 或数据仓库对信息进行收集、转换、分类、统计、加工、存储、传输、维护和使用，以支 持企业或组织内部的作业、管理、分析和决策【1 0 , 1 1 】。 1 2 2 灌区管理信息系统 灌区管理信息系统是一个为灌溉水利服务的，集水雨情信息、水利工程信息、运行控 制、水资源配置与调度、行政事务管理于一体的、完整的、复杂的管理信息系统，旨在实 现灌区信息的采集、处理、加工、存储、传输、反馈的一体化和自动化。灌溉管理是灌区 管理信息系统的基础和中心内容，合理灌溉、科学用水、提高灌溉效益的一切措施均取决 于准确、可靠、及时的灌溉用水管理信息【8 1 。 传统的管理信息系统，主要是完成信息的收集、整理、统计分析，通过各类报表进行 输出。近年来，随着地理信息系统( g i s ) 软件的成熟和应用，将地理信息系统加入到管理信 息系统，已成为一种趋势。 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是2 0 世纪6 0 年代迅速发展起 来的地理空间处理新技术【1 2 】。它是随着计算机辅助制图和空间数据分析技术的迅猛发展而 产生的，是集特殊的空间数据采集、存储、检索、分析、传输和显示为一体的功能强大的 - 1 - 新兴的交叉技术【1 3 】。在灌区管理工作中引入g i s ，利用g i s 的空间信息管理和分析的 功能，将已成熟的图形技术与数据库技术揉合在一起，将普通的m i s 升华为具有可视信息 的m i s + g i s 系统，这将使灌区用水数据的实际情况更加直观化，为灌区管理者全方位、多 角度的分析和决策提供了方便【1 4 1 。 我国的g i s 研究工作是从2 0 世纪8 0 年代开始的，起步较晚。但随着国家的重视、有 关方面的资助和专业技术人的不懈努力，经过“七五”、“八五”十余年的研制与开发，g i s 得到蓬勃发展，相继建立了一批全国、省市和区域的数据库和大型应用系统，如全国1 ： 1 0 0 万基础数据地理数据库、重大自然灾害监测与评估系统等，解决了一系列技术方法和 应用实际问题，积累了较为丰富的经验【删。 1 3 灌溉信息管理系统国内外的发展现状 1 3 1 国外灌区信息化建设的现状 西方发达国家水利信息化建设起步早，注重将高新技术与传统的农业技术相结合，完 善程度高，现代科技及时用于水利事业发挥效益，软件的标准化和通用程度也比较高，以 利于提高节水技术及产品的高科技含量。从整体上看，农业节水技术日益走向精准化和可 2 塑坚三些奎堂堡主堂篁笙壅 控化，并从传统的单一重视节水技术逐步转到重视灌溉用水管理在节水农业中的巨大作 用，满足对灌溉系统管理的灵活、准确、快捷的要求。发达国家灌溉水管理日益朝着信息 化、自动化、高效化发展，这种先进的灌溉水管理流程为“信息采集一分析加工_ 指导实践 _ 信息反馈，【1 5 1 ，即主要由水信息管理中心、 用水管理、灌溉渠系自动化紧迫等系统组成。 用水信息采集传输系统、用水数据库、灌溉 它们普遍把计算机技术、自动控制技术、信 息技未、系统工程技术、地理信息系统等应用于水管理，实现集信息采集、处理、决策、 信息反馈、监控为一体的调度系统，以实现水资源的合理配置和灌溉系统的优化调度【4 6 4 9 1 。 1 3 2 国内灌区信息化建设的现状 目前，我国灌区的灌溉管理水平和信息化程度，从总体上讲还处于比较低的水平。主 要表现在以下几个方面： 1 、灌区信息采集点少、手段落后 有关调查资料显示，大型灌区平均0 3 7 万k m 2 ，有一个水位、流量观测点，单位测点 控制渠道长度9 4 k i n 。靠如此稀少的观测设施，根本无法对用水户的用水量进行实时监控。 同时，观测手段也相对落后，现在灌区大部分仍是采用简单的、经验的方法进行观测，测 量精度较低【1 6 】。由于不能及时准确获得水流的各项特征指标和灌区灌溉管理所需的其他信 息，使得用水调度大多凭经验进行，多数灌区不能动态制定用水计划，无法适应水情，作 物种植结构等的变化情况，不可避免地造成一些无效放水。 2 、灌区传输手段比较单一、落后 我国水利信息公共网还未在全国范围内实现共享，某些地区通信手段仍较为落后。大 多数灌区的信息传输手段限于传输模拟信号的电话线，监测的水情，墒情和作物长势等信 息只能人工通过电话或整编后的纸媒介进行传输，时效性差，难以满足实时调水的需求。 互联网建设的落后严重制约着我国水利信息化建设。 3 、灌区管理人员信息化意识和技术水平有需提高 部分灌区也尝试进行信息化方面的建设，但由于灌区管理人员信息化技术水平差，使 得建成的信息系统使用难、管理维护更难，无法充分发挥已建系统的作用。一项新技术的 推广应用，必须伴随着人们观念的改变和对新技术的掌握。灌区要实现信息化，也必须从 提高灌区管理人员的信息化意识和技术水平入手，使得灌区有信息化的迫切要求，并能够 很好的使用信息化系统，对信息化系统能够进行必要的管理和维护。只有这样，才能推动 信息化建设；也只有这样，才能使得信息化建设落在实处，对实际工作发挥其应有的作用。 4 、灌区信息化建设没有一个统一的规划，信息的共享性差 由于灌区信息化建设长期以来没有一个统一的规划和标准，各灌区自己搞自己的，各 3 浙江工业大学硕士学位论文 自为政、各自封闭，使得灌区之间的信息难以共享，也难以与其他相关系统实现联网，共 享信息。我国目前所开发出的信息化软件大多存在着通用程度不高、性能单一的问题。由 于水利信息化软件的开发刚刚起步，并且软件研发公司之间存在技术垄断，开发出的软件 无法保证通用性【1 7 1 。 5 、灌区信息系统的综合集成能力差 灌区信息化系统在设计和建设时，雨量采集、灌溉需水分析、水资源监控、供水调控、 水费收缴、内部管理、决策咨询等系统各自独立，无法满足日常管理工作的要求。其结果 使得硬件资源利用率低，维护费用增加，投入高。而目前水价较低，灌区管理单位经济实 力弱，实行自动化往往得不偿失。 但我国也有一些灌区信息化建设搞得很好，发挥了很大的作用。例如： 金塔河灌区管理信息系统是在灌区范围内的降雨径流等历史资料的基础上，用系 统工程的理论，对南营水库进行优化调度，对渠系用水配水进行计算机管理，以提高灌区 的灌溉效益【1 8 1 。 流溪河灌区渠首枢纽管理信息系统已开始全面投入运行，为水利管理、灌区信息 管理和办公服务，系统运行状况良好，能够完成数据实时采集与发布、办公应用等任务【1 9 1 。 为实现灌区管理方式和手段的现代化，洮儿河灌区应用g i s 技术和计算机网络技术开 发了洮儿河灌区g i s & w s 综合管理信息系统1 2 0 。 李亚卿、裴小婉【加】结合南阳市鸭河口灌区的实际情况介绍了g i s 在鸭河口灌区应用 情况。 范吴明、杨国范等【4 l 】利用g e o s t a r 及g e o m a p 为二次开发工具混合v i s u a lb a s i c 研制了 应用型地理信息系统进行了沈阳市浑北灌区g i s 的二次开发。此系统有基本的视图操作功 能、数据库操作功能、对图形的基本编辑功能和对渠道等建筑物的查询功能等。 江苏渠南灌区在灌区改造的同时，进行了灌区自动化、信息化建设试点，由灌区自动 化综合数据采集d c s 、数据库、地理信息系统g i s 、网络与通讯、计算机及控制等技术组 成了一个高可靠性的科学管理系统。 文献【2 1 】根据江苏淮安洪金灌区的现状，研制开发了洪金灌区管理信息系统。该系 统利用g i s 的空间信息管理和分析的功能，将已成熟的图形技术与数据库技术揉合在一起， 建立了具有可视化的灌区管理信息系统。 4 浙江工业大学硕士学位论文 1 4 本文的主要研究内容及结构 本文是以淮涟灌区为研究背景，根据功能需求和客户要求，设计了“淮涟灌区自动化监 控和管理信息系统”，本系统主要分两部分，一是灌区信息自动采集与传输网络系统；二是 灌区综合数据库及信息管理系统。 灌区信息自动采集与传输网络系统包括淮涟灌区市属涵闸遥测站建设、信息传输网络 建设、市三防办数据接收中心站建设。整个工作流程是遥测站自动采集闸门开度、水位、 雨量的实时数据信息，通过通信网络传送到数据接收中心站；数据中心站接收各测站的实 时数据信息，并检验后存入基础水情数据库。 灌区综合数据库及信息管理系统包括灌区管理所信息管理中心站建设和基于g i s 的灌 区管理信息系统的设计。管理中心站通过市水利局局域网，读取数据中心站数据库的基础 水情数据，通过整编、计算后存入应用数据库，为灌区管理信息系统服务。另外，设计基 于g i s 的灌区管理信息系统，满足灌区信息管理、日常管理和办公自动化的要求。 论文的结构如下： 第一章绪论 主要介绍课题背景和国内外现状及本文的主要研究内容； 第二章淮涟灌区概况及系统总体设计 主要包括需求分析、系统设计目标、系统总体结构； 第三章灌区信息系统整体体系结构与数据库设计 主要包括系统设计开发工具、系统结构、数据库设计； 第四章灌区信息自动采集与传输网络系统设计 介绍了淮涟灌区市属涵闸遥测站设计、信息传输网络设计和信息采集平台设计； 第五章灌区综合数据库和信息管理系统设计 包括建立应用中心站灌区综合数据库和基于g i s 的灌区信息管理系统； 第六章结论与展望 并提出了系统的不足之处与存在的问题，提出了今后研究的方向； 5 浙江工业大学硕士学位论文 第二章淮涟灌区概况及系统总体设计 2 1 。灌区简介 淮安市淮涟灌区位于淮沭河以东，张河以西，盐河以北、北六塘河以南，北与宿迁市 沭阳县及连云市灌南县接壤，东和涟水县的涟西灌区毗邻，灌区涉及淮阴区和涟水县两区 县的部分乡镇。总面积为8 6 0 k m 2 。 灌区地势比较平坦，并呈南高北低和西高东低的平原扇形，地面高程( 废黄河零点) 在1 3 5 0 - 6 o o m 左右，自然坡降约为1 7 5 0 0 q 5 0 0 0 。 灌区处于北亚热带和温带过度气候区，气候温和，四季分明，阳光充足，雨量充沛。 根据降雨量统计资料显示，多年平均降雨量为9 5 4 5 m m ，汛期降雨量平均在6 0 9 m m ，占全 年降雨量的6 3 ，最大降雨量1 3 1 3 5 m m ( 1 9 5 6 年) ，最小降雨量5 7 7 4 m m ( 1 9 7 8 年) ，因 此降雨量年际变化较大，年内分配不均，旱涝灾害多发，一般每4 年发生涝旱灾一次，每 8 年发生大涝、大旱灾一次。另外灌区多年平均气温在1 4 c ，历史最高气温3 9 i * c ，最低 气温_ 1 7 c ，年无霜期2 2 0 天左右，年平均日照时数为2 2 4 3 6 小时，年平均蒸发量为 1 2 2 6 6 m m 。 灌区自1 9 8 5 年建成运行以来，经过多年的续建、配套和改造，现已形成“灌得上、排 得出、降得下”的灌排体系，其渠系水利用率达到0 6 ，灌溉保证率达到7 5 ，除涝标准达 到五年一遇，各类工程完好率达到5 5 左右。 灌区内现有总干渠一条长1 4 3 k m ，总干渠首闸一座( 淮涟闸) ，干渠四条长1 2 2 4 k m ， 干渠首和节制闸四座，分干渠二条长2 9 5 0 k m ，支渠十一条长5 5 2 k m ，斗渠2 7 1 条长8 1 3 k m ， 农渠2 4 3 5 条长2 3 1 5 k m ，骨干排涝河道六条长1 6 2 7 k m ，大中沟4 2 8 条长1 4 9 0 k m ，小沟 2 6 4 0 条长2 3 7 6 k m ，已建成防渗渠道长2 3 8 k m ，提水泵站3 8 8 座4 6 5 台，装机容量1 7 7 3 4 k w ， 提水能力为1 4 2 5 m 3 s 。 灌区灌概用水主要靠洪泽湖供水和拦蓄回归水，洪泽湖水经二河，由淮涟闸引水到总 干渠，然后再分流到四条干渠。另外由夏码大沟闸站，翻身河闸站、盐西补水站提取补充 水源，灌区尾部还引用民便河、南六塘河、东西张河拦蓄回归水灌溉。 灌区经过了五期的续建配套节水改造项目建设实施，工程条件和管理体制基本完善。 6 浙江工业大学硕士学位论文 2 2 水利工程介绍 截至2 0 0 6 年底，灌区内斗渠以上配套建筑物2 7 9 2 座，斗沟以上建筑物4 6 2 7 座，骨 干灌溉工程有淮涟渠首闸，一、二、四干渠首闸，三干节制闸，杰勋河地涵，其骨干灌溉 工程规模如下： 1 、淮涟闸 淮涟渠首闸位于淮阴区杨庄，淮阴闸东侧，一九五九年四月建成，直接从二河引水， 闸身为砼结构，计6 孔，每孔净宽4 m ，净高3 5 m ，底板高程v 7 5 m ，闸顶高程v 1 5 0 0 m ， 设计流量1 1 0 m 3 s ，上游设计水位1 1 0 0 m ，下游水位1 0 9 0 m 。 2 、一干渠首闸 一干渠首闸位于淮阴区袁集乡桂塘村，距淮涟渠首闸约4 0 0 m ，1 9 7 2 年5 月建成。计 1 孔，孔径为3 5 0 m x 3 5 0 m ，底板高程v 7 8 m ，闸顶高程v1 3 8 0 m ，设计流量为1 5 m 3 s ， 上游设计水位1 0 5 0 m ，下游1 0 4 0 m 。引水灌溉淮阴区徐溜和古寨两乡。 3 、二干渠首闸 二干渠首闸位于淮阴区袁集乡干庄村境内，1 9 6 8 年4 月建两孔，因输水能力不足，于 1 9 9 6 年4 月在其闸身西侧增建1 孔，其3 孔闸孔径为1 2 0 m x l 4 0 m ，底板高程v 7 9 5 m ， 设计流量为7 m 3 s ，2 0 0 7 年4 月由于引水量供不应求，加之闸身老化，对该闸进行了拆除 重建，现新闸规模为1 孔，孔径3 5 0 m x 3 0 8 m ，底板高程v 8 0 0 m ，门顶高程v1 1 0 8 m ，设 计水位上游1 0 5 0 m ，下游1 0 4 0 m 。引水灌溉范围为淮阴区袁集、丁集和五里三个乡镇的 部分村。 4 、三干节制闸 三干节制闸位于淮阴区刘老庄乡刘皮街东首，老闸建于1 9 7 1 年4 月，计5 孔，孔径 为2 0 0 mx 2 7 0 m ，该闸为本灌区调节淮阴区与涟水县灌溉用水的主要涵闸，鉴于闸身老化， 2 0 0 7 年4 月对老闸进行拆除重建，现新闸规模为3 孔，孔径为3 5 m x 3 0 5 m ，底板高程 v 6 8 0 m ，设计水位上游1 0 9 0 m ，下游8 5 0 m ，设计流量4 0 5 0 m 3 s 。 5 、四千闸 四千闸位于淮阴区丁集镇共和村，1 9 9 0 年2 月建成运行。计2 孔，孔径3 5 m ，为开 敞式结构，采用绳鼓式启闭机，底板高程v 7 0 0 m ，设计流量3 0 m 3 s 。该闸主要是为淮阴 区王兴、棉花、老张集等乡镇送水。 6 、杰勋河地涵 杰勋河地涵位于涟水县成集乡境内，2 0 0 1 年4 月建成，其洞身横穿杰勋河河床底部， 7 浙江工业大学硕士学位论文 计3 孔，孔径为2 8 0 m x 2 8 0 m ，进口段底板高程为6 0 0 m ，设计水位上游9 1 9 m ，下游9 0 9 m ， 设计流量2 0 1 4 m 3 s 。 2 3 系统需求分析 随着淮涟灌区续建配套节水改造项目的建设实施，灌区的工程条件得到了改善。在工 程措施和管理体制基本完善之后，灌区面临的问题是管理措施的建设与提高相对滞后。长 期以来，灌区灌溉管理部门花费了大量的时间、人力、物力和财力，获得了许多珍贵的数 据和图文资料，但是由于长期采用手工绘制，档案积压、无法进行信息的查询与变更，更 不能实时进行水资源的动态管理、方案调整和信息共享，造成了管理滞后于现实的局面。 因此，急需建立相应的管理信息系统，可以使各级水利行业主管部门做到及时、准确和全 面了解掌握灌区及行业发展的状况及变化趋势：并且通过系统的运行，不断地充实完善， 逐渐实现灌溉管理部门办公自动化。 灌区管理即信息化管理是灌区发展的主要因素，是一项重要的非工程措施。磋区信息 化就是充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用灌区管理的信息资源，提高信息采集 和加工的准确性以及传输的时效性，做出及时、准确的反馈和预测，为灌区管理部门提供 科学的决策依据，提升灌区管理的效能，促进灌区管理工作的健康发展。 灌区信息化建设最主要的任务是实现水管理的信息化、科学化，达到节水、水资源高 效利用的目的。为此建设淮涟灌区自动化监控和管理信息系统。 2 3 1 功能需求 灌区管理信息系统是一类规模较大的软件系统。对其进行需求分析的重点是调查、收 集和分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。灌区的管理工 作客观上是由一些存在着一定独立性的具体管理业务组成的。灌区管理信息系统模块结构 化的客观基础是灌区管理信息系统的功能具有可划分性。在进行灌区管理信息系统的功能 模块结构化设计时，必须对灌区的管理业务做全面的研究分析。对灌区的各项管理业务进 行分i - - j 另u 类，把灌区的整体管理业务划分成一系列有较高独立性的子业务，以便在此基础 上设计出独立性强的模块体系【3 2 】。 在对灌区管理工作进行分析的基础上，灌区管理信息系统大致分为以下几个功能： 1 、信息采集 信息采集包括将各遥测站的闸门开度、水位、雨量等实时数据信息采集，并通过网络 传送、保存。 8 浙江工业大学硕士学位论文 2 、信息查询 信息查询包括对灌区现状基本情况及自然概况查询，实时灌区水位、降雨量等信息查 询，历史灌区水位、降雨量等信息查询，灌区图片、文字信息查询。 3 、信息维护 信息维护主要是实现对数据的增加、删除、修改、备份、导入与导出等功能，以保证 信息的正确性和时效性。 4 、打印功能 对各项查询结果可进行导出表格并且可以打印出来。 5 、电子地图查询 能进行地图的多层显示、漫游、放大、缩小及图层控制等操作；能实现基于地图的图 形属性双向查询及s q l 复合查询；能实现基于地图的图形属性测站基本数据信息查询。 2 3 2 数据需求 按照信息在灌区灌溉用水管理、工程维护管理、日常行政事务管理中的作用，可将灌 区的基本信息分为以下几类【1 5 】。 1 、灌区基本数据 灌区基本数据指那些用来描述灌区基本情况，信息更新周期比较长的资料。 2 、灌区实时数据 灌区实时数据指那些在灌区运行过程中，为了用水管理和设施管理等方面的需要而监 测得到的实时数据，包括灌区降雨量、实时水情、实时工险情等。 3 、灌区多媒体数据 灌区多媒体数据包括为灌区管理所需的不同种类的数字视频、数字音频、图片等数据。 4 、灌区空间基础数据 灌区空间基础数据指与灌区空间数据有关的基础地图类数据。灌区所有的数据几乎都 具有空间信息的属性，但不是所有这些数据都是空间基础数据，只有当有较多其他的空间 信息需要依赖某一空间数据定义时，该空间数据才被称为空间基础数据。这类数据包括航 空航天遥感图、灌区基础电子地图和各种专题地图等【3 3 1 。 2 4 系统设计总体目标 根据全国水利发展“十五，计划和2 0 1 0 年规划、全国水利信息化规划所确定 的目标，结合全国大型灌区建设与管理现状，按照“科学规划、分步实施、因地制宜、先 浙江工业大学硕士学位论文 进适用、高效可靠”的原则，以需求为导向，长远目标与近期目标相结合，因地制宜，讲 求效益，通过试点、示范，逐步建立起能有效促进灌区技术优化升级和提高灌区管理水平 的信息系统【捌。 系统建设主要分两大部分：一是灌区信息自动采集与传输网络系统；二是灌区综合数 据库及信息管理系统。具体包括建设淮涟灌区市属涵闸遥测站、信息传输网络、市三防办 数据接收中心站和灌区管理所信息管理中心站。遥测站自动采集闸门开度、水位、雨量等 实时数据信息，通过通信电路传送到数据中心站：在数据中心站建设基础数据库，通过数 据接收软件接收各测站发送的实时数据信息，并进行转换、校验和存储入库；应用中心站 建立灌区综合数据库和基于g i s 的灌区信息管理系统，应用中心站通过水利局局域网读取 基础数据库信息，并进行整编、处理后存入应用数据库，采用b s 模式为灌区灌溉调度工 作提供及时、准确、完整的灌区信息，为灌区管理信息系统服务，提高灌区的现代化管理 水平。灌区信息管理系统提供录入工具，根据灌区的实际情况将灌区的非实时资料输入到 数据库，包括文字、图表、照片、音像等资料，使数据库成为一个具有丰富资料的数据库 仓库。建立基于g i s 平台的灌区信息管理系统，满足灌区信息管理、日常管理、决策支持 和办公自动化的要求。 系统要求具有很高的稳定性和容错性。考虑到系统的使用人员大部分为非计算机专业 人员，系统必须易操作、易使用。另外，系统还应该易扩充、易维护。 系统设置5 个涵闸测站，1 个数据中心站和应用中心站，站点设置和布局分别如表2 - 1 和图2 1 所示。 q i 译7 i 三干 l 四干竺 ； 1i 1 i 1i 1 l ： i q 、， 一誉二誊妥_ 景3 站 、j i 1 0 浙江工业大学硕士学位论文 表2 1 淮涟灌区站点设置表 涵闸孔数中心距离 序号站点名称水位计雨量计备注 ( 闸位计)( k m ) l 一千闸1211 2 2 二干闸 1 21 0 3 三干闸 3 2 12 5 4 四干闸 2211 2 5 杰勋河 3213 0 6 数据中心站 市三防办 7 应用中心站灌区管理所 2 5 系统的主要功能 针对灌区具体业务，系统应具有以下功能： i 、信息监测、采集系统主要完成水情、工况、墒情、气象等信息采集和报送，为灌 区的水资源合理配置、监控调度，提供准确及时、可靠的基础信息服务。具体如：灌区内的 所有数据( 如水位、雨量等) 通过网络实现传输【2 6 1 。 2 、满足灌区信息管理、日常管理、决策支持和办公自动化的要求，行政办公自动化 系统是各个子系统都必不可少的部分【2 7 1 。利用计算机网络技术、通讯技术以及多媒体技术， 不断使人们的一部分办公业务借助于各种设备，并由这些设备与办公人员构成服务于某种 目标的人机信息处理系统。其目的是尽可能充分地利用信息资源，提高工作效率和水平。 其作用是为各级部门提供信息交流的平台，可以进行数据处理、文档管理、计划管理、信 息通讯、音像处理等【3 0 1 。 2 6 系统的总体结构 整个系统从其功能可分为：1 、闸站现场水情、工情信息采集子系统；2 、水情、工 情信息g p r s 传输子系统：3 、三防办水情、工情信息数据库子系统；4 、灌区管理所 w e b 数据库及信息管理子系统。 系统从其施工性质可分为：1 、自动化监测机柜及闸门、水位和雨量监测设备及安装； 2 、涵闸测站嵌入式监测程序；3 、数据中心站接收转换软件；4 、应用中心站g i s 管 理系统软件。系统总构成如图2 2 所示。 1 1 浙江工业大学硕士学位论文 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一广一一一一一一一一一一一t 一一一一一一一一一一一一一一一i ：应妇趁缆茁：盛盗避：崖拦擅逐筮：氇砑 ： l l t ，i 图2 - 2 系统构成图 1 2 厂； 浙江工业大学硕士学位论文 2 7 系统设计指导思想和原则 灌区信息自动化采集管理系统总的设计原则为技术先进、性能可靠、使用方便、经济 合理q 技术上采用当前先进成熟的、并且实际工程检验过的技术。系统和设备使用简单， 免维护或少维护。为了节省开支，系统应充分利用灌区现有的水文、工情、气象采集站点， 减少设备购置费和土建费用。根据系统具有的综合性、网络性和集成性等主要特征，在系 统的开发建设中还须考虑以下原则： 1 、开放性符合开放性规范，方便接入不同厂商设备和网络产品。 2 、扩展性易于增加新设备、新用户，易于和各种公用网连接，随着政府信息化的 逐步推进不断延伸和扩充，能保护现有投资效益。 3 、可靠性具有容错和容灾能力，具有抵御外界环境和人为操作失误的能力，单点 故障不影响全网的正常运作。 4 、标准化符合各种相关国际标准和国家标准。 5 、实用性具有良好的性能价格比，经济实用。 6 、安全性保证信息安全，防止信息丢失和被窃。 7 、易升级设备的软件可以方便升级。 8 、高性能高负荷情况下具有较高的吞吐能力和效率，延迟低。 系统在设计时也必须满足下列技术规范要求： 1 、s l 6 1 - - 2 0 0 3 水文自动测报系统技术规范 2 、s l 3 4 - - 9 2 水文站网规划技术导则 3 、s l t 1 0 2 1 9 9 5 水文自动测报系统设备基本技术条件 4 、s u 0 8 9 水文仪器术语 5 、g b j 9 5 - - 8 6 水文测验术语和符号标准 6 、s l l 9 9 - - 9 7 水文自动测报系统通信电路设计规定 7 、s l 2 1 3 - - 9 8 水利工程基础信息代码编制规定 8 、d 5 7 8 9 5 水电厂计算机监控系统基本技术条件 9 、g b 3 4 5 3 数据通信基本型控制规程 1 0 、i e e e 8 0 2 3 网络技术标准 1 1 、j b 厂r 5 2 3 4 工业控制计算机系统验收大纲 1 3 浙江工业大学硕士学位论文 第三章灌区信息系统整体体系结构与数据库设计 3 1 系统运行环境和开发工具 3 1 1 系统运行环境 根据具体要求将系统整体运行环境设置为：通信网络选用移动接入网g p r s 、g s m 以 及内网；网站服务器选用w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 和i n t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e r5 0 作为运行 环境；数据库服务器选用w i n d o w sx p 操作系统；选用s y b a s e l l 和m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 做数据库设计；在客户端要求安装w i n d o w s 9 8 、w i n d o w s2 0 0 0 ，w i n d o wx p 系统或i e 6 0 及以上版本。 3 1 2 系统开发工具 整个系统的设计选用下列一些软件开发工具： 1 、n e t 为支持和满足淮安市自动化监控和管理信息系统实用性与先进性的要求，并考虑到淮 安市自动化监控和管理信息系统的应用需求和安全需求，从适应性、可扩展性、经济性等 多方面综合评价，选择w e bs e r v i c e s 构建自动化监控和管理信息系统的服务架构，选择 m i c r o s o f t n e t 作为平台的技术体系。 w e bs e r v i c e s 从本质上是一种应用计算模式，是一种在i n t e r n e t 上共享数据和功能的手 段，是一种面向服务的体系结构。w e bs e r v i c e s 通过使用标准的互联网应用层协议( 如超 文体传输协议h t t p 和x m l ) ，提供计算机系统之间的通信，将软件功能表现在i n t r a n e t 或i n t e m e t 上【2 8 1 。在w e bs e r v i c e s 的体系中，软件应用被分割为高内聚、弱耦合的单项服 务，分别提供特定的应用业务功能，并可以通过w e b 平台加以调用和访问【4 8 1 。这些基于 w e b 平台分布的可重用功能组件之间通过协同工作，最终灵活地构成实现特定功能的应用 系统( 如图3 - 1 所示) 。 1 4 浙江工业大学硕士学位论文 萋l ：鼠：皂喜匕：皂基型芝塞叁芝；邕：竺量塞皇 w e bf o n n s 劁 w i n d o w sf o r m s 奠 n e t 框架基础类库 自 1 。“”8 。”“d 5 m m m 日船l a “。”2 。”。口口m 粥_ u n c t 运行环境 囊 图3 1m i c r o s o f t n e t 框架不意图 正是由于w e bs e r v i c e s 所具有的上述优点，在淮涟灌区自动化监控和管理信息系统的 建设中将采用该技术来最终构建服务架构，最大限度实现防汛防旱业务功能组件的重用和 分布，为自动化监控和管理信息系统的扩展及其与其他系统的无缝集成奠定基础，实现信 息资源的高度共享。 ( 1 ) v i s u a ls t u d i o n e t n e t 的核心是w e bs e r v i c e s 技术，它提供了支持w e bs e r v i c e s 技术的运行与开发环境。 v i s u a ls t u d i o n e t 是一个功能强大、高效并且可扩展的开发工具，用于迅速生成企业级a s p w e b 应用程序，高性能桌面应用程序和移动应用程序。它把v i s u a lb a s i c n e t 、v i s u a l c + + n e t 、v i s u a lc 舞n e t 都集成在一个开发环境中，这个共有的环境允许它们共享工具并 有乃至于创建混合语言解决方案。在v i s u a ls t u d i o n e t 中，可以从用一种语言编写的类中 派生出用另一种语言编写的类，并且可以使不同语言开发的类相互调用【3 3 1 。 ( 2 ) a d o n e t a d o n e t 是全新的数据存取对象模型，它可以用来存取任何形式的数据源，用来设 计简单的桌上型系统、客户机月艮务器结构的数据库应用程序【3 4 1 。a d o n e t 又被称为 a c t i v 9 x 数据对象，它可以自动连接网络，并让w e b 数据访问变得更加简单和高效。它的 一个主要创新是引入了数据集( d a t a s e t ) 。一个数据集是内存中提供数据关系图的高速缓冲 区。数据集对数据源一无所知，它们可以由程序或通过从数据仓库中调入数据而被生成、 填充。不论数据从何处获取，数据集都是通过使用同样的程序模板而被操作的，并且它是 使用相同的潜在数据缓冲斟3 5 1 。 2 、数据库软件选用 水利数据是防汛抢险决策的基础，淮安市自动化监控和管理信息系统的水雨情数据库 需要存储和管理海量、多类型、多属性的信息，并且要求准确、及时和安全。从而要求数 据管理系统必须具备高性能、高可靠性和易维护性的性能。尤其是大量空间信息、图像信 1 5 浙江工业