土壤墒情采集系统.docx
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土壤墒情采集系统
洪水河灌区信息化系统介绍
目录
第一章概述06
1.1灌区基本情况6
1.2系统建设内容及要求8
1.2.1通信网络系统8
1.2.2计算机网络系统9
1.2.3水资源信息采集系统9
1.2.4闸门控制与视频监视系统10
第二章系统总体结构11
2.1系统逻辑结构11
2.2系统功能13
2.2.1基础数字信息系统平台15
2.2.2应用服务系统平台15
2.2.3综合决策系统平台15
第三章通信网络系统17
3.1通信方案17
3.1.1通信方案概述17
3.1.2系统结构18
3.2系统配置与通信设备19
3.2.1管理处信息中心19
3.2.2测控点现地19
3.3安装方式19
第四章计算机网络系统20
4.1硬件建设20
4.1.1系统拓扑图20
4.1.2主要硬件配置40
4.2软件系统50
4.2.1软件系统组成
4.2.2综合数据库管理系统51
4.2.2.1数据库结构
4.2.2.2灌区基础数据库类型
4.2.2.3系统功能
4.2.3综合应用管理系统51
第五章水资源信息采集系统140
5.1水位流量采集系统140
5.1.1系统配置与设备144
5.1.2系统功能148
5.2水质采集系统148
5.2.1水质采集点布置148
5.2.2设备配置148
5.2.3功能148
5.3雨量采集系统149
5.3.1雨量采集点布置：
149
5.3.2设备配置149
5.3.3设备安装图150
5.3.4功能150
5.4土壤墒情采集系统151
5.4.1土壤墒情采集点布置151
5.4.2设备配置151
5.4.3功能151
第六章闸门控制及视频监视系统153
6.1闸门控制点布置153
6.2设备配置154
6.3视频监视系统
附件1灌区基础属性数据库系统详细设计
第一章
第一章概述
一.1灌区基本情况
洪水河灌区位于甘肃省河西走廊中部的民乐县境内，南依祁连山北麓，北接张掖市，东西与童子坝灌区、海潮坝灌区接壤。
地理位置在东经100°23′—110°13′，北纬37°56′—33°43′之间。
灌区地势由南向北倾斜，南北长45公里，东西宽4-25公里，总面积625平方公里。
农业灌溉区海拔高度1700-2600米。
灌区内地表水资源主要来源于祁连山北麓黑水河水系的洪水河、玉带河和山城河。
多年平均径流量为1.4769亿立方米。
径流来源主要有三种类型，即冰雪融水、降水和岩基裂隙水，其中，大气降水占径流总量的63.9-66.4%，冰雪融水占2.2-4.5%，山区岩基裂隙水占径流总量的29.1-33.9%。
灌区属典型的大陆冷干旱气候，太阳辐射强，日照充足，夏季炎热，昼夜温差大，降水稀少，蒸发强烈，多年平均气温0-7.6℃，平均最高气温24℃，平均最低气温-21℃；多年平均风速4.5m/s。
降水量自南向北递减，南郊县城附近多年平均降水量达250-320毫米，北部则只有154毫米，且降水多集中在7-8月份。
蒸发量与降水量相反，自南向北递增，南部多年平均蒸发量1638毫米，北部则高达2500毫米。
年日照时数为2411-2997小时，多年平均最大冻土深度1.62米全年无霜期144天。
洪水河灌区设计灌溉面积32.2万亩，有效灌溉面积26.02万亩（其中，益民东西干渠控制22.0万亩，义得干渠控制2.8万亩，鹿沟干渠控制1.4万亩），是一个以农业灌溉为主的自流灌区。
灌区水资源主要来自双树寺水库。
双树寺水库为中型水库，总库容2530万立方米，洪水河经双树寺水库调节后进入总干渠。
义得干渠从玉带河引水，鹿沟干渠从山城河引水，二者均为无坝引水。
灌区设计引水流量22.5m3/s，共有干渠5条，总长105.4公里，水工建筑物242座。
支渠43条，总长140.08公里，水工建筑物647座。
洪水河灌区辖洪水、三堡、六坝等6个乡83个行政村和43个机关单位的农场和林场。
灌区农业总人口8.4万，人均占有耕地3.83亩。
灌区农业作物主要以粮食作物为主，包括小麦、大麦、玉米和豆类等。
经济作物主要有油菜、大蒜、胡麻、洋芋、苹果等地方农林特产作物。
近年来，灌区林业和畜牧业发展较快，已建成防护林1.44万亩，经济林5.44万亩。
大牲畜存栏数已超过10万头，小牲畜存栏数超过16万只，畜牧业总产值超过3091万元。
洪水河灌区多年利用的水资源有1.49亿立方米。
可耕地面积46万亩，灌溉水源主要来自三条河流，这三条河流是洪水河、玉带河和山城河，其共同特点是，径流量年际变化大，变差系数为0.2，且年内水量分布不均，7-9月份来水量占全年来水量的59%。
径流来源于祁连山区中高山纵深地带的大气降水和冰雪融水以及基岩裂隙水。
洪水河灌区管理处下设1室、3股、2所、2站、1厂，现有管理人员225人。
灌区管理仍基本以计划经济体制下的运行方式进行管理，不强调水管单位自身生存和发展的内在需要，管理方法不科学，用水使用分散，各自为政，水量不能统一调度，导致水资源的不充分利用。
为了适应今后灌区的发展,提高灌区管理水平,迫切需要建设一套有效的信息化管理系统。
一.2系统建设内容
一.2.1通信网络系统
一.2.1.1建设内容
益民总干所有支口及5处渠首水位流量采集点，1处水质采集点，1处土壤墒情采集点，2处雨量采集点与管理处信息中心的数据通信；3处闸门监控制点与管理处信息中心的通信（控制信号及视频信号的传输）。
。
一.2.1.2建设要求
除18处支口水位流量采集点外,所有采集点通过电信GSM数据通信方式将所采集有关数据实时传输到信息中心,并具有随时招测与就地存储功能：
18处支口水位流量采集点通过IC卡定时将数据转载到管理处信息中心数据库中；3处闸门控制点由于距管理处距离较近而采用有线方式传输视频及控制信号；本网采用端局或汇接局方式接入当地公网.
一.2.2计算机网络系统
一.2.2.1建设内容
管理处大楼内建立一个计算机网络控制中心。
一.2.2.2业务要求
水情、工情等各类实用信息的及时传输、处理、查询，提供实时、详实的数据需求服务；数据存储服务，提供文件、图片等数据存储，提供数据安全保证；信息发布服务，为公众提供水情、水费查询。
一.2.3水资源信息采集系统
一.2.3.1建设内容
建设灌区总干渠所有支口及渠首5处水位流量采集点，水环境信息采集点1处、土壤墒情信息采集点1处、雨量采集点2处。
一.2.3.2建设要求
水位流量数据实时采集、存储、分析处理，实现准确计量，合理配水；同时结合水费改革进行示范性水费管理，实现按方收费；水源水质实时监测；降雨量实时监测。
一.2.4闸门控制与视频监视系统
一.2.4.1建设内容
实现？
？
？
？
？
3处闸门（2个节制闸、1个分水闸）的自动控制与视频监视。
一.2.4.2建设要求
对闸门实施就地和远程控制，并通过对渠道水位、流量、闸门开度的实时监控，实现示范自动配水。
第二章系统总体结构
2.1统逻辑结构
灌区信息化系统是将采集到的各类基础数据及通过通信网络传输的实时数据存储到数据库系统（包括基础数据库、专业数据库）而形成的以应用服务系统平台为核心的数据存储管理及应用体系统。
在数据库系统的基础上，一方面，按不同的主题构建数据仓库，在模型和规则的指导下通过数据挖掘，对综合数据库进行补充，另一方面，通过以数据共享服务为特征的数据存取接口（存取中间件），为应用服务和决策会商提供支持，同时，还为业务模型提供管理服务（模型库）。
应用服务系统平台中的应用服务中间件、数据仓库、模型库、服务管理等各部分之间没有固定的层次关系，而通过标准的操作协议，相互关联，协同工作，共同支撑各应用系统的实现。
因此，应用系统可以根据业务处理的需要，在标准服务协议的支持下，以数据库、模型库、综合数据库为基础实现各种中间过程服务，从而完成业务处理的功能。
综合决策会商是灌区信息化服务功能的最高层次的应用，它以各应用系统为主体，通过应用虚拟仿真技术为各应用集成提供模拟分析的软硬件环境和虚拟现实、业务仿真的可视化环境，完成对灌区重大事件和业务工作的分析、研究、预测、决策。
灌区信息化逻辑结构如图2－1所示。
图2-1灌区信息化逻辑结构
2.2系统功能
在支撑技术和技术标准支持下，通过基础数字信息系统平台、应用服务系统平台和综合决策平台，为灌区提供不同需求的基本查询功能、基本业务管理功能及决策支持。
灌区信息化覆盖了整个灌区，涉及到数据采集、传输、存储、数据标准与管理、交换、共享、应用系统等的建设，其关键在于实现灌区各种数据的整合、各种分析方法的融合以及为决策提供支持信息等。
灌区信息化总体框架包括三个方面的总体功能和两个外部条件，如图2-2。
2.2.1基础数字信息系统平台
完成各类数据从采集、传输、处理、管理、规范标准化和存储全过程的软硬件设备的有机组合，是灌区信息化工程建设的基础。
根据灌区业务流程和用户需求分析，广泛地采集灌区信息化工程建设所需的信息资源，并附以空间地理坐标；通过覆盖通信网络，快捷、实时地将采集的数据传输到数据存储与处理系统。
2.2.2应用服务系统平台
灌区信息化信息资源的管理者，也是决策支持服务的提供者。
应用服务系统平台由数据仓库、综合数据库、元数据库、模型库和数据存取接口、应用服务中间件等部分组成。
主要有以下作用：
对由于应用、决策系统的需求而调用的多源、异构、各种类型的数据进行存储与维护、更新、处理、综合集成使用。
应用服务系统平台是一个开放的资源共享和应用集成以及可视化表达的公用服务平台，是应用系统的重要支撑。
其开放性表现为本身随灌区需求的发展而不断拓展与完善。
2.2.3综合决策系统平台
根据需求，在灌区可视化的应用服务系统平台基础上，分别建设相关的应用系统的专业决策和基于虚拟仿真技术的决策会商，为水资源管理与调配、水利工程管理、防汛抗旱减灾、水环境保护、水土保持等主要水事活动的综合决策会商提供支持。
基础数字信息平台、应用服务系统平台、综合决策平台彼此相对独立，又相辅相成，可以分阶段、有步骤地自下而上逐步实施和完成。
第三章通信网络系统
三.1通信方案
三.1.1通信方案概述
信息点与管理中心的通信方式有三种可能选择:
无限超短波通信、光纤通信、电信GSM数据通信：
光纤通信的优点是可靠安全、带宽大、可传输图象信息，但光缆铺设及光端接入设备费用高，灌区一期建设工程信息点布置虽然主要集中在一条干渠上，但以后只要增加信息点就得相应铺设光缆，单位信息点通信费用投资远大于其它通信方式，并且不能根据灌区的实际业务需求随时增加遥测遥控点，因此不采用该通信方式；无限超短波通信与电信GSM数据通信虽不能大量传输图象信息，但均可满足灌区信息化建设一期工程对通信的要求，并都能随时增设通信信息点。
二者相比，前者单位投资费用及维护费用均大于后者，但后者需要一定的运行费用，考虑后者为公共通信平台，并且灌区所在地电信部门对集团用户采用特别的优惠政策（每个信息点短信通信包月费只有20元人民币，而且不收卡号月租费。
），其作为灌区一期信息化建设的通信方案不失为一种经济合理的选择。
考虑灌区18处支口水位采集点的数据不需实时传输到管理中心，因此不采用GSM手机数据通信，所采集的水位数据就地存储，并通过IC卡读写卡器按一定的时间间隔直接读取现地智能水位自动记录仪中所采集数据,并通过人工方式转存到管理中心的数据库中。
具体通信方案为：
益民总干各支口水位流量采集点（其中18处支口水位流量采集点除外）、5处渠首水位流量采集点、1处水质采集点、1处土壤墒情采集点、2处雨量采集点与管理处信息中心的通信采用电信GSM数据通信；3处闸门控制点由于距管理处距离较近而采用有线方式传输视频及控制信号。
18处支口水位采集点通过IC卡将采集数据转载到中心实时数据库中。
三.1.2系统结构
.
三.2系统配置与通信设备
三.2.1管理处信息中心
管理处信息中心配备设备为：
工控前置机（1台，视频监视用）、监控前置机（1台，PC机兼用）、GSM数据通讯仪（1台、GSM-2000-A）、IC卡读写卡器（1套、RD-2000）。
三.2.2测控点现地
GSM收发装置（39台），型号为GSM-2000-A
三.3安装方式
现场:
通过GSM控制电缆与WR-2000-F自记式水位计连接，安装在水位测井中或现场监测柜中。
管理中心:
通过GSM控制电缆与监控计算机连接，安装在管理中心机房。
第四章
计算机网络系统
计算机网络系统建设是整个项目信息化建设的枢纽和核心工程之一。
其建设内容是在管理处大楼内建立一个计算机网络控制中心。
该网络中心在系统的软硬件环境上满足灌区的业务需求和信息安全的需求。
并使该系统具有良好的可扩充性，良好的网络自适用能力，良好的性能等网络特性。
四.1硬件建设
四.1.1系统拓扑图
4.1.2主要硬件配置
服务器2台曙光天阔S230XP
PC机10台联想P2.4
交换机1台3COMSuperStack324端口
投影仪1台3Mx65c
大屏幕硬质显示屏1张金峰120。
UPS电源1台APCSU5000I
四.2软件系统
4.2.1软件系统组成
系统软件由下述四个层次软件组成：
第四层灌区综合应用管理系统
第三层灌区综合数据库管理系统
第二层地理信息系统（GIS）商用数据库及其管理系统
第一层网络操作系统
其中:
网络操作系统选用:
MicrosoftWindows2003
商用数据库及其管理系统选用:
SQLSever2000。
地理信息系统选用:
织女星地理信息系统（VegaGIS）
灌区综合数据库管理系统及综合应用管理系统如下:
4.2.2综合数据库管理系统
4.2.2.1数据库结构见图4-1。
图4-1数据库结构图
4.2.2.2灌区基础数据类型见图4-2。
。
图4-2灌区基础数据分类一览
灌区基本数据：
灌区基本数据是指用来确定灌区的地理地质特征、灌排系统结构、组织管理结构等基础信息的数据。
包括灌区灌排系统、用水户系统和灌区管理系统三方面的基本数据。
灌区实时数据：
灌区实时数据是指那些在灌区运行过程中，为了用水管理和设施管理的需要而监测得到的实时数据，这类数据一般有一个时间的序列，数据库中除了存储事物当前状态的快照外，还需要存储其历史系列。
灌区实时数据包括灌区气象数据、实时水情（包括水源水情、渠道水情、闸坝水情、田间水情）、土壤墒情及地下水位监测数据、水质、作物生长状况、实时工险情等。
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静态影像、数字视频、数字音频等数据。
灌区超文本数据：
灌区超文本数据包括为表现、展示灌区管理运行现状的各种超文本数据。
具体包括与灌区管理有关的法律法规、业务规范规程规定、灌区主要工程的调度规则和调度方案、灌区通报简报等新闻发布内容以及有关的经验总结等数据。
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。
灌区几乎所有的数据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，这些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
4.2.2.3系统功能
综合数据库管理系统实现对综合数据库的管理，包括数据的输入、修改、删除、查询和统计分析功能，运用先进的因特网（Internet）技术、灵活的自定义数据库技术等，通过灌区通信和计算机网络系统收集系统所需的各种信息；并将其存入数据库，以便保存数据、进行查询和统计；系统将通过不同的表现手段为管理局和相关的部门提供精美的图形及数据分析结果。
按照不同的工作内容，该系统可以分为六个大的功能模块，分别是：
数据库定义模块：
可以按照用户的要求定制数据库，并可以随时修改。
系统初始运行时定义数据库的结构，在系统运行过程中也可以随时修改已经定义好的数据库结构，其它的输入、查询和统计分析不受影响。
网络数据输入模块：
实现各报告单位通过网络通讯系统上报数据的功能。
通过数据库定义系统定义好的各种报表将显示在网页上，各相关单位通过Internet进行身份验证后可以填报报表，并把数据通过Internet直接传送到管理处的数据中心。
服务器端数据输入模块：
向数据库中添加数据除可以通过Internet由各相关单位完成外，还可以在服务器端直接输入，也可以从Excel（MicrosoftExcel）先生成一个Excel模板文件，各单位填写该Excel文件后通过导入功能即可将数据输入到数据库中。
数据、分析模块：
以多种方式查询各报告单位上报的数据，并将查询结果以报表的形式输出，还可以生成相应的折线图、柱状图、饼状图等各种图形以提高表现效果；根据对数据的统计、分析要求，提供相应的统计分析功能。
电子公告栏模块：
提供一个定制的电子公告栏系统，方便各种文字信息的上传下达。
联机帮助模块：
提供该系统使用、维护、数据备份等的联机帮助
各模块的具体功能如下：
数据库定义模块
这是一个用户自定义报表数据库的功能模块。
现在是信息社会，信息的量不仅日益增加，信息的质也在不断的变化，以使人们更方便、更快捷地进行决策。
因此灌区管理所涉及到数据、材料会不断变化，这就导致数据库内容的增、删、改，从而导致系统处理的数据的内容和结构发生改变，这就使得系统在某一阶段定义的数据库结构不再适应以后的需要。
因此，系统必须提供用户自定义数据库结构的功能。
网络数据输入模块
该模块要建立一个网上的数据输入系统。
其基本原理如下：
系统建立一个Internet上的网站，在管理处设置服务器，各报告单位通过特定的网址访问该服务器。
网站采用Asp技术，给每个报告单位定义个性化的网页，网页上显示该报告单位应当上报的报表（报表在数据库定义模块中由管理处定义）和其它相关的内容，与该报告单位无关的内容将不予显示，以免影响该报告单位需要上报的数据。
该模块可提供给报告单位丰富的提示、告警功能，根据管理处对报表上报的要求和该报告单位的工作情况，以声音、文字、颜色等多种方式提醒报告单位在规定时间内已经上报的报表、应当上报的报表、应当上报而没有上报的报表和拖延的时间等信息，使报告单位对管理处的要求和自己的工作情况一目了然，使数据上报工作方便、快捷、及时。
另外，该模块还要提供全面的权限管理功能。
管理处作为超级用户拥有全部权限：
查看、修改、删除信息等，而其它用户则具有与其职能相适应的权限。
权限管理的目的是为数据的准确性和安全性提供保证。
服务器端数据输入模块
某些单位有些时候可能暂时无法通过网络输入数据，但可以通过电话、传真、软盘等传统方式将数据传送到管理处。
在服务器端系统提供两种方式将数据输入到数据库：
一是直接输入，系统提供一个数据输入的窗口，将数据直接输入即可；二是通过Excel文件导入。
统计信息查询、分析模块
该模块提供信息的查询、报表的输出、有关的统计分析功能等。
系统通过数据库定义模块定义报表的结构，通过网络数据输入模块和服务器端数据输入模块上报数据，而信息的查询和统计则通过统计信息查询、分析模块进行。
用户可以按照多种条件进行查询，并将查询的结果输出到Excel表中进行打印和其他处理，还可以将查询的结果以折线图、柱状图、饼状图等图形表示，以增强表现效果；用户还可以按照既定的方案进行统计，可以进行数据的最大、最小、平均及求和统计，可以进行数据间的加减乘除运算，可以进行排序统计等，以用于不同的分析目的。
点击查询、有单表（指定某一个数据表）组合查询、多表（有查询者选定若干个数据表）组合查询；查询结果可以采用报表屏幕显示和打印输出形式，也可以用图示方式，以便直观地了解数据的演变过程。
直观图示有过程线、直方图等多种形式。
多表组合查询
地图点击查询
电子公告栏模块
该模块要建立一个信息交流的网站，提供给用户发布信息、查询信息的功能。
管理处的通知、通报等都可以通过该模块发布，各管理所及相关单位的反馈信息也可以通过该网站发送，各单位之间还可以通过该网站进行交流等。
系统将提供密码、权限管理的功能，不同的用户拥有不同的用户名和密码，并具备不同的权限，便于对系统的信息进行维护，也便于网络安全的管理。
四.2.1灌区综合应用管理系统
灌区综合应用管理系统的结构及功能如下:
该系统主要业务应用如下：
1、灌区信息查询
（1）基础地理信息的双向查询
基础地理信息包括行政区划、水系、地形、土地利用等。
查询其空间位置、长度、面积、编码、名称、等级、性质等方面的信息。
具备图形和属性间的双向查询，即可从图形上选择地物来查询其属性信息，也可以根据属性信息构造表达式，查询对象的空间位置。
（2）灌区水利工程信息查询统计
查询统计内容：
渠首枢纽（闸、坝）、渠道（灌、排）、闸（节制闸、分洪闸、排涝闸）、涵洞、渡槽、倒虹吸、隧洞、跌水、船闸等灌区水利工程的基本情况、历史资料与现状信息、工程运行信息等。
具备图形和属性间的双向查询统计。
（3）雨情、水情等信息查询与分析
包括灌区信息采集站（雨量、闸位、渠道流量、水质等）的基础信息查询、实时水情查询（实时降雨量、实时流量、水位、闸位），并与历史数据进行比较与分析。
具备图形和属性间的双向查询。
（4）图层分层管理与显示
主要实现对地图和图层的管理、维护及显示。
地图是指图类，如地形图、水利工程分布图等，每一类地图又包括一些图层，如地形图又包括公路、铁路、等高线等图层。
考虑到系统的扩展性，系统留有一些与未来图层的接口。
系统该部分功能包括地图的创建、删除、属性修改以及图层的添加、删除、属性修改。
（5）基本GIS功能
包括图形缩放功能（放大、缩小、漫游、自由缩放）以及图版制作与打印输出（制作与编辑图版，打印输出）。
2、统计
（1）水情、雨情统计
按指定范围或渠道等级等方式对该范围渠道水情点指定时间的实时水情（流量）进行统计。
以及对某一时段的灌区雨量进行统计。
（2）工情统计
按指定范围或渠道等级等方式对灌区各类基础工程相关信息进行统计。
统计内容主要包括：
（1）各级渠道数量、长度；
（2）各级渠道相应建筑物情况；（3）某一渠道相应耕地面积、灌溉面积、用水户数量等信息。
3、配水管理
在灌区网格GIS系统中,采用GIS空间叠加方法可以方便地构造水资源分析单元，将各个要素在空间上联系起来。
同时还可以进行灌区内各类供用水对象的空间关系分析，配置各类基础背景信息、水资源实时监控信息，实现灌区的可视化管理，为灌区的用水决策创造条件。
该系统可实现包括用水需求、引水计划、用水计划、用水调度、用水统计等功能。
（1）用水需求
（2）引水计划
（3）用水计划
（4）用水调度
（5）用水统计
4、灌区建设项目管理
对灌区的在建项目和历史项目进行汇总上报、查询统计和浏览。
5、有关政策法规管理
管理国家的各种法律、政策和规定以及本单位的各种政策、文件。
第五章水资源信息采集系统
五.1水位流量采集系统
五.1.1系统配置与设备
各测点配置为：
水位传感器、智能水位自动记录仪、电源、防雷接口及软件。
水位传感器为数字浮子传感器，即SWJ-2003浮子水位计。
智能水位自动记录仪为WR-2000-F型自记式水位计,该水位计采用6V直流供电,避免了向各测点拉线送电,符合洪水河灌区电力
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