一、建设目标

    本设计方案旨在打造一个全面、高效、智能化的高标准农田灌区信息化系统，通过集成先进的信息技术、物联网技术、大数据分析和人工智能算法，实现对农田灌区的实时监控、精准调度和智能决策支持。

    本系统从保障安全可靠供水、科学水量调度、现代化综合管理、高清晰视频监控、高效办公自动化等综合需求为出发点，构建涵盖该灌区水资源信息化采集、传输、处理、存储、管理、服务、应用等信息流程，展现一体化运行管理信息化系统

    通过本系统能够及时、准确的对灌区流量、实时数据、泵站及闸门运行状态等实时监测，对信息进行自动化汇集、共享分发、预测预警和决策支持，实现对水资源的实时监测、实时调度和实时管理，通过实现这些目标，本系统将极大提升灌区的水资源管理效率，大降低输水调度管理成本，提高管理水平及效率增强农业抗风险能力，促进农业现代化，为实现国家粮食安全和农业可持续发展做出贡献。

二、建设原则

    本设计方案旨在打造一个既符合当前技术发展趋势，又能够满足未来挑战的高标准农田灌区信息化系统，遵循实用性、技术先进、性能稳定、安全可靠、节约成本、便于扩展的原则。综合考虑功能、维护及操作因素，并为今后的发展、改进完善等因素留有扩充的余地。

1.实用性

    系统设计首先考虑用户的实际需求，确保功能贴近农业生产和管理的实际应用场景。实用性体现在易用性、操作简便性以及对农业工作者友好的交互设计上，确保系统能够被快速采纳并有效运用于日常灌区管理中。

2.先进性

    采用当前最前沿的信息技术，如物联网（IoT）、云计算、大数据等，确保系统在技术上的领先性和创新性。先进性还体现在对新兴技术的快速适应和整合能力，以适应不断变化的技术发展和用户需求。

3.可靠性

    系统的稳定性和可靠性是其长期运行的关键。通过冗余设计、故障检测和自动恢复机制，确保系统在面对各种异常情况时仍能稳定运行，减少系统故障对农业生产的影响。

4.可拓展性

    随着农业规模的扩大和需求的增长，系统需要具备良好的可拓展性，以支持更多的用户、更广的地理范围和更复杂的数据处理。设计时采用模块化架构，便于未来功能的增加和升级。

5.可管理性

    系统应提供全面的管理工具和策略，以简化系统维护、升级和故障排除过程。包括但不限于用户权限管理、系统监控、日志记录和性能分析等，确保系统管理员能够高效地管理整个系统。

6.安全性

    在设计中融入多层安全机制，保护系统免受外部攻击和内部滥用。包括数据加密、访问控制、网络安全和物理安全等，确保系统和数据的安全。

7.兼容性

    系统需要与现有的农业设备和信息系统兼容，确保数据和信息的无缝对接。同时，遵循行业标准和协议，以便于与其他系统或服务进行集成。

三、建设依据

3.1国家标准及文件

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035   年远景目标纲要》（2021年3月12日发布）

《国务院办公厅关于印发国家政务信息化项目建设管理办法的通知》(国办发（2019）157号)

《国务院关于印发政务信息资源共享管理暂行办法的通知》（国发〔2016〕51号）

《水利信息系统初步设计报告编制规定(试行)》(SLZ332-2005)；

《中国水利信息化行业“十四五”前景规划》；

《关于加快推进水利信息化资源整合与共享指导意见》；

《视频安防监控系统工程设计规范》(GB50395-2007)；

《水利信息系统运行维护定额标准(试行)》；

《水资源监测数据传输规约》（SL/T 427—2021）

《水利工程建设与管理数据库表结构及标识符》(SL700-2015)；

《计算机信息系统安全保护等级划分准则》(GB17859-1999)；

《信息安全技术网络安全等级保护实施指南》GB/T 25058-2019

《信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》（ GB/T 22239-2019）

《信息安全技术网络安全等级保护安全设计技术要求》（ GB/T 25070-2019）

《信息安全技术 网络安全等级保护测评要求》（ GB/T 28448-2019）

3.2水利部文件

《水利部关于加快推动农村供水高质量发展的指导意见》水农〔2023〕283号

《水利部办公厅关于印发2024年农村水利水电工作要点的通知》办农水〔2024〕30号

《水利部办公厅关于开展县域农村饮水安全标准化建设工作的通知》办农水〔2024〕55号

《水利信息化顶层设计》（水文〔2010〕100号文）

《水利信息化资源整合共享顶层设计》（水信息〔2015〕169号文）

四、总体架构设计

4.1 系统介绍

    本系统基于GIS技术、网络信息技术、管理信息系统技术，采用多层架构体系，旨在打造一个集信息管理、统计分析、决策支持等功能于一体的智慧管理平台，以满足不同用户群体如领导和业务人员的需求，提升灌区的日常管理能力和水资源利用效率。

1.感知与传输层

    包括物联网感知设备、传输网络以及软硬件设施，为系统运行提供必要的环境支撑。这些设备如流量计、水质监测仪和视频监控等，通过多种网络方式将数据传输至数据支撑层进行集中管理和分析。

3.平台支撑层

    平台支撑层提供了包括综合信息调度，实时数据监控，闸门泵站自动化，统计报表试试报警等组件，支持业务应用和数据分析

4.业务应用层

    通过PC端和移动端的双端应用，为灌区管理提供具体的业务支持，如灌区总览、用水计划管理和灌区工程管理等。同时系统还包含GIS基础支撑、数据可视化服务、视频监视服务、用户管理与权限管控等功能模块

4.2关键技术

1）物联网技术

    物联网技术在灌区信息化系统中扮演着至关重要的角色。通过在灌区部署的大量传感器，如土壤湿度传感器、气象监测站、水位传感器等，系统能够实时监测和收集环境数据，包括但不限于土壤湿度、温度、降水量、蒸发量以及水流量等关键参数。这些传感器通过无线网络技术，如LoRa、NB-IoT或Wi-Fi，将数据实时传输至中心服务器。物联网技术的实施不仅提高了数据收集的准确性和实时性，还极大地降低了人工巡查的成本和时间，为灌区的精细化管理提供了坚实的数据基础。

2)大数据分析

    大数据技术在灌区信息化系统中发挥着核心作用。通过收集的海量数据，系统能够利用先进的数据分析工具和算法，如机器学习、模式识别和预测分析，对数据进行深入挖掘和分析。这些分析帮助管理人员理解灌溉用水的模式和趋势，识别水资源使用的效率问题，预测作物需水量和灌溉时机。此外，大数据还能辅助识别潜在的水资源浪费和分配不均的问题，为制定更加精准和可持续的灌溉策略提供科学依据。

3)物联网云平台

    物联网云平台是灌区信息化系统的数据管理和处理中枢。该平台采用云计算技术，将来自各个传感器的数据进行集中存储、管理和分析。云平台的弹性计算资源和大规模存储能力，确保了系统在数据量激增时仍能保持高效运行。此外，云平台的高可用性和灾难恢复能力，保障了数据的安全性和系统的稳定性。通过云平台，管理人员可以随时随地访问灌区的实时数据和历史记录，实现跨地域、跨设备的统一管理和控制。

4)智能决策支持系统

    智能决策支持系统是灌区信息化系统中的智能大脑。该系统基于大数据分析结果，结合作物生长模型、土壤特性和气候条件，自动生成灌溉计划。系统能够预测作物的水分需求，自动调整灌溉量和时间，以适应不同的生长阶段和环境条件。此外，智能决策支持系统还能够根据实时监测数据和历史数据分析，动态调整灌溉策略，以应对突发事件，如干旱或过量降水。这种智能化的决策过程不仅提高了灌溉的效率和作物的产量，还有助于实现水资源的可持续利用。

4.3总体架构图

五、灌区信息化应用系统说明

5.1灌区信息综合调度系统

    灌区综合调度系统是集信息采集、处理、分析和调度为一体的智能管理平台，该系统通过现代信息技术，对灌区内水情、雨情、土壤墒情和气象等要素进行实时监测，并通过视频监控实现对泵站、闸门和蓄水池的远程管理。

    系统提供了多种监控数据展示形式，如地图GIS、数据可视化、实时视频等，并整合了水利设施信息、基础气象数据、土壤墒情等多个应用子系统，形成一体化运行监控平台。该平台支持实时数据的可视化展示，适用于大屏幕显示，并具备数据对比、查询、分析和视频监控等功能，供各级管理人员调度使用。

5.1.1灌区概况

    该功能为用户提供灌区的全面概况，包括介绍、灌区GIS信息，水情检测、设备运行等关键信息。

    通过功能，用户可以快速了解灌区的基本情况，了解灌区基本信息、GIS信息，水情信息、设备运行信息、报警信息，重点视频监控区域等功能

    灌区概况功能，通过数据可视化大屏展示展现方式，为客户通过系统进行数据分析和管理决策提供基础支撑。

5.1.2监测站点信息汇总

    此功能详细展示灌区所有监测站点的基本信息，如站点编号、地理位置、监测项目（水位、流量、降雨量等）、设备状态和历史数据记录。用户可通过此功能对各监测站点进行有效管理和维护。

5.1.3实时报警信息查询

    系统通过实时监测数据，结合预设的阈值，自动生成报警信息。当监测到的数据超出正常范围时，系统会立即发出报警，并通过多种渠道（如短信、邮件等）通知相关管理人员，确保及时响应可能的风险。

5.1.4站点实时监测

    该功能提供实时更新的站点监测数据，包括但不限于水位、流量、降雨量、土壤湿度等关键指标。用户可以实时查看这些数据，以评估灌区的当前状态，并据此做出相应的管理决策。

5.1.5闸门泵站开关状态查询

    允许用户查询灌区内所有闸门和泵站的实时开关状态。此功能对于远程监控和调度至关重要，确保管理人员能够根据实时状态调整灌溉计划和水资源分配。

5.1.6监测站实时视频

    提供监测站点的实时视频流，使用户能够直观地观察现场情况，及时发现并处理异常情况。视频监控功能增强了灌区的安全管理，提高了响应速度和处理效率。

5.2 实时数据监测

    通过实时监测灌区内的供水量数据、气象信息数据、水情数据、土壤墒情等数据，能够为灌区管理部门提供科学的决策依据，提高灌区的运行效率并减少运营成本。

5.2.1气象信息监测

    实时数据监测在灌区管理中具有重要作用，是实现智慧灌区信息化管理系统的核心功能之一。通过实时监测灌区内的水情、土壤墒情、气象信息等，能够为灌区管理部门提供科学的决策依据，提高灌区的运行效率并减少运营成本。

5.2.2供水流量的监测

    通过对引水、输水、配水、分水点和分界点的水位和流量进行实时监控，灌区总调度和分中心能够获取准确的数据支撑，实现水资源的优化配置。这种自动化监控不仅提高了数据采集的准确性，还减少了人力资源的消耗，使管理更加高效。

5.2.3土壤墒情监测

    系统可以实时监测土壤含水量、温湿度和气温、气压、风向、风速、雨量等气象要素。这些数据为水循环规律研究和农牧业灌溉提供了基础，有助于合理利用水资源及抗旱救灾基本信息的收集。

5.2.4水情监测

    系统集成了水位监测、流量计算、降雨量记录以及地下水位跟踪等多个子系统，通过高精度传感器和自动化设备收集数据，能够实时分析水情变化，评估水资源的可用性和分布情况。

    通过水情管理，管理人员可以优化灌溉计划，合理分配水资源，提高灌溉效率，同时确保灌区水资源的可持续利用。该功能还具备异常水情自动报警机制，能够在水位异常或降雨量突增时及时通知管理人员，以采取必要的应对措施。

5.3闸门泵站自动化控制及监测

5.3.1闸门泵站自动化远程控制

    系统支持对闸门和泵站的自动化控制与管理，通过传感器和网关控制器，系统能够实时监测并自动调节水流的分配和控制。

    自动化控制系统基于预设的逻辑和算法，根据实时水情数据和灌溉需求，自动调整闸门的开闭状态和泵站的运行速度，以优化水资源的分配和利用效率。

5.3.2闸门泵站数据实时监测

1.用户可以通过GIS地图直观了解泵站闸门的空间分布情况

2.用户可查看泵站管道出水流量、出水压力、取水量以及泵站运行电流、电压、消耗电能等电参数的实时监控，实时传输至监控平台，供管理人员进行分析和决策。

3.系统还具备闸门泵站的故障报警提醒功能，能够及时发现并报告设备异常，减少因设备故障导致的水资源浪费和灌溉中断。

5.4配水调度管理

5.4.1需水计划

    需水计划模块是配水调度系统的核心，负责根据作物生长周期、土壤类型、气候条件以及历史用水数据，制定科学合理的灌溉计划。

通过集成的气象站和土壤湿度传感器数据，实时分析作物需水量，并结合水资源的可用性，自动调整灌溉计划。

5.4.2调度指令

    调度指令模块负责将需水计划转化为具体的操作指令，发送至各个灌溉控制单元。该模块具备高度的自动化和智能化，能够根据实时数据动态调整灌溉指令，确保灌溉的精确性和及时性。调度指令模块还包括异常情况的应急响应机制，能够迅速调整灌溉计划以应对突发的气候变化或设备故障。

5.4.3流量跟踪

    流量跟踪模块通过安装在灌溉系统中的流量计，实时监测水流的动态变化。该模块能够精确记录每个灌溉区域的用水量，并与调度指令进行对比分析，确保灌溉计划的执行精度。流量跟踪数据为灌溉系统的优化提供了重要的参考依据，有助于进一步提高水资源的使用效率。

5.4.4用水统计

    用水统计模块负责汇总和分析整个灌区的用水数据。该模块能够提供日、周、月以及季节的用水报告，帮助管理人员了解用水趋势和模式。通过对用水数据的深入分析，用水统计模块能够识别出潜在的水资源浪费点，为制定更加合理的灌溉策略提供数据支持。

5.5统计报表

5.5.1历史数据存储

    从灌区的各个监测点和系统中收集数据，包括但不限于用水量、水位、流量、灌溉效率、气象数据等。这些数据通过自动化的数据采集系统进行实时或定期收集，并整合到数据库中，以便于进行统一的管理和分析。根据收集的数据，系统能够自动生成多种统计报表，如日报表、月报表和年报表。

5.5.2历史报表分析

    统计报表功能支持多维度数据分析和曲线图标分析，允许用户根据不同的需求，选择不同的时间尺度、区域、作物类型等维度进行数据对比和趋势分析。支持历史数据的查询和对比，帮助用户了解水资源使用和灌溉管理的长期趋势和周期性变化。

5.5.3数据导出与分享

    用户可以方便地将生成的统计报表导出，以便于进行进一步的分析或分享给其他利益相关者。

5.6视频监控

5.6.1现场实时视频监控

    通过实时视频监控或图像抓拍，灌区监控管理中心可以及时了解和掌握监控现场的实际情况，通过部署多个摄像头，实现对灌区的全方位、无死角监控,确保管理人员迅速、准确、全面地掌握灌渠的流量、水位信息，为农田水利管理工作提供有效支撑。

5.6.2视频录像存储

    系统具备录像存储功能，能够保存一定时间范围内的视频资料，便于事后分析和回溯。

5.6.3视频控制

    支持远程控制云台控制，图片抓拍、视频对讲等功能，管理人员可以根据需要调整摄像头的方向和角度，实现抓拍，视频对讲等功能，方便对现场情况进行及时处理。

5.7实时报警

5.7.1异常监控与预警

    通过实时监的水流、土壤等信息，系统能够识别超出预设范围的数据并触发报警。使管理人员能够快速采取措施，可防止水位过高引发溢流或水位过低导致灌溉不足的情况，减少由于天气、水流等异常情况造成的损失

5.7.2设备故障报警

    对泵站、闸门等设备的运行状态进行实时监控，一旦检测到故障或异常情况，如电流电压异常、水泵运行不正常等，系统会立即发出报警通知。这有助于管理人员及时排查问题，恢复设备正常运行，减少因设备故障带来的影响。

5.7.3环境风险报警

    通过对气温、气压、风向等气象要素的监测，系统可以检测出恶劣天气的信息并执行应对措施，例如，在暴雨、干旱等极端气象条件即将发生时，管理人员可以根据预警提前做好准备，提前开启灌溉或关闭阀门，以减少自然灾害对农业生产的影响。

5.7.4报警记录

    所有的报警事件都会进行存储，用于进行报警数据的分析和查询，用户可根据报警条件、时间、情况等多种查询条件进行报警记录分析。

5.8用户角色权限

5.8.1角色定义与管理

    系统允许定义不同的用户角色，并为每个角色配置特定的权限集合。角色可以基于职责（如管理员、操作员、观察员等）进行设置，以确保用户只能访问与其职责相关的功能和数据。

5.8.2角色权限细分

    权限细分为多个级别和类型，包括数据访问权限、功能操作权限、系统配置权限等。系统支持对每个角色的权限进行细粒度的控制。可管控可使用哪些功能

5.8.3用户账户创建

    管理员可以创建用户账户，并将用户分配到相应的角色中。新用户账户的创建需要经过严格的审批流程，确保账户的合法性和安全性。

5.9系统日志

5.9.1记录系统事件

    系统日志功能详细记录所有用户的操作行为，包括但不限于登录、注销、设备访问、修闸门开启、关闭、开启泵站等事件，明确记录用户执行的具体操作，包括操作的对象、操作类型、操作结果等。

    每条日志记录都包含一个精确的时间戳，记录事件发生的确切时间，有助于追踪和分析问题。

5.9.2日志查询

    用户可以查询存储在系统中的日志数据，进行历史事件的回溯和分析。可以根据不同的条件进行日志查询，如时间范围、用户ID、操作类型、日志级别等，快速定位特定事件。

5.10   移动端功能说明

    系统支持在移动端使用相关功能，包括可以在App端和微信公众号使用

移动端应用程序不仅能够提供实时监控和报警功能，还能够为用户提供数据分析、历史记录和个性化服务，极大地提升了灌区管理的智能化和便捷性。

5.10.1灌区概况

    在移动端查看灌区的全面信息，了解灌区概况、检测站点信息、实时报警信息、实时监测信息、闸门泵站开关信息等实时了解灌区的运行状态。

5.10.2实时数据监控

    在移动端查看实时监测数据，包括气象信息数据、供水流量数据、土壤检测数据、水情监测数据，站点设备运行监测信息、报警信息、泵站开关信息等用户可以实时查看这些数据，以了解灌区的当前状态，并据此做出相应的管理决策。

5.10.3视频数据监控

    在移动端查看实时视频监控或图像抓拍，以及时了解和掌握监控现场的实际情况，通过部署多个摄像头，实现对灌区的全方位、无死角监控。

5.10.4报警记录

    在移动端可查看报警记录，了解报警发生的时间、报警情况和处理情况，便于用户进行报警分析分析，对报警事件进行统计分析，帮助用户识别常见问题和风险区域。

5.10.5历史报表

    在移动端查看灌区的所有历史报表，包括用水量、水位、流量、灌溉效率、气象数据。

六、软件平台功能清单

七、硬件平台功能清单（建议）

7.1 自动化控制中心

7.2骨干输配水工程

7.3管网监控设备建设