王明龙，李晓明

(1.德州市陵城区边临镇人民政府，山东 德州 253000；
2.德州市陵城区水利局，山东 德州 253500)

大数据分析应用是通过对大量的复杂数据进行分类、提炼，从中得到可被所属行业利用的资源和信息,并对具有价值的数据进行专业化预测性分析,即通过对数据的可视化分析、统计模型识别、数据描述等挖掘形式得到有价值的数据,然后将挖掘的数据分析结果应用在引黄灌区工程的实际运行管理中。陵城区引黄灌区农业节水工程目前已初步形成大数据分析系统，实现了通过物联网将安装在桥梁、水闸、河道等各种各样的传感器信息进行实时采集、分析、处理。但未来还需要进一步开展更多的技术升级工作,需要进一步突破以互联网为基础的数据链接、相似度连接为主导的大数据融合技术。

一般地，大数据分析应用系统包括数据采集、传输、处理、存储、应用、决策支持等环节，还涉及一些基础设施的建立。结合陵城区水利工程管理的特点，不同级别的业务处理逻辑以及数据访问逻辑等有可复制、共享的部分，可以考虑设计建设通用的业务处理服务和信息交换服务等。本工程大数据系统主要由基础设施、平台框架体系、业务应用系统以及系统运行实体环境等几部分组成[1-3]。

1.1 基础设施

主要由信息收集处理系统、信息传递处理系统、资料的存储和管理等组成。信息收集处理系统采用先进的信息自动采集设备和远程自动化控制技术，实现对陵城区内马颊河、德惠新河流域引水、用水信息自动化采集；
信息传输利用成熟的有线或无线传输技术和计算机网络技术实现管理各种信息的安全传递；
数据存储与管理利用数据库技术和相应的存储设备实现对引黄灌区基础数据的存储与管理。引黄灌区共建计量设施39处，为陵城区水利工程调度管理提供必要参考信息。

1.2 平台框架体系

平台框架体系为承上启下的逻辑层,为上级应用系统和下级的用户提供不同类型的方式和工具,主要功能包括信息共享服务、空间信息服务、业务办理服务、用户经验管理与认证服务。

1.3 业务应用系统

业务应用系统是整个系统的“大脑”部分，直接面向陵城区水利局工程管理科室，根据管理级别，结合所需信息和管理职能，为各层管理部门设计不同权限的用水管理与决策页面，将管理工作流程标准化、程序化，形象地展示出不同业务的功能，为各级调度管理提供相应的技术支持，从而达到陵城区引黄灌区管理“一张图”的目标。

1.4 系统运行实体环境

运行实体环境一方面指陵城区水管单位工程管理中心的办公环境，另一方面指按照管理组织机构，为各级管理机构设计相应监测(控)、监督和管理的设施设备和为系统的正常运行提供的硬件环境。

2.1 工程调度成果分析

德州市陵城区境内为黄河冲积平原,属海河流域,地势平缓,境内总体地势从西南至东北方向倾斜,呈西高东低之势。地面黄海高程最高点位于陵城区丁庄乡的一个小村庄,黄海高程24 m,最低点位于陵城区宋家镇的管饭堂村,黄海高程13 m,地势高低相差11 m。因为高程落差较大,陵城区境内的河流一般均能采用自流输送,主要通过节制闸和分水口来控制供给水量的分配。但是,就目前情况看来,陵城区境内的灌溉、饮用水量综合调度尚未能够充分发挥其核心功能,实际运行还多采用经验性的调度方法为主。未能实现根据降雨量和农作物生长周期的需水情况作出合理的调水计划，导致村民灌溉用水矛盾突出。

大数据技术为合理解决这一问题提供了重要方案，首先，大数据系统会收集到陵城区水利局各个管理段历史相同时期以往调度水量的关键数据，例如，水闸开启、关闭时的水位高度、放水时间、过水总量等。再综合地分析水流演变规律、机组效率、当下的降水、需要用水和乡镇土地面积等众多客观影响因素,为分配水量的计算和模型提供必要的数据资料,最终得出了最优调水方案和解决办法,这不仅可以有效地提高自然水资源的综合利用率，还能充分发挥水利工程的经济效益。

2.2 水情监测系统分析

陵城区引黄灌区农业节水工程水情监测系统主要安装有20处断面流量监测、15处闸门测量站、11处扬水泵站流量监测、2处超闸门全自动化监测、273处机井计量控制站，可实现水位采集测量、水深淤积测量、分层流速测量、断面流量自动计算，利用无线传输实时将测得信息和状态数据发送到上位机软件，管理人员可远程监控测量过程。另外，也可实现将上报的数据和预先设定的预警条件进行比较，针对异常情况进行声音和颜色报警，目前主要报警类型包括:水资源预警、水生态预警、水雨情预警、防汛预警、抗旱预警，并且不同报警类型按预设的不同颜色、图例加以显示和区分，形成符合现代化灌区要求的水情监测系统，有效防范化解水灾害重大安全风险。

2.3 视频监控安防分析

陵城区引黄灌区农业节水工程选择重要的渠系建筑物建设视频监控系统，如重要节制闸、灌渠进水闸等。可以轻松地实现干渠节制闸及周围的现场情况监测功能,并且该摄像机还具备了红外夜视的功能,在光线昏暗时亦可以轻松看清被监测的对象。通过现场的监控设备,视频监测器系统能够把现场的全部实时影像经由无线网络准确、迅捷、清晰地传输到监测管理中心。大数据系统用户可筛选和查看在管理范围内的所有视频,根据管理站内部所属项目、监测类型、状态查询、视频显示等信息进行筛选,并利用预警声音及时发出提示,值班人员和管理者可根据视频影像所反映出来的现场状态做出分析决策。视频监控系统还可以将各个监控视频数据经智能化分级后存储在互联网主机中,这些信息对于后期的事故分析、责任排查、提高整个灌区的运行和管理水平,都具有十分重要参考价值。

3.1 管理云平台建设分析

陵城区引黄灌区农业节水工程管理云平台包含了灌区物联网平台、灌区数据能力中心、大数据分析驾驶舱、灌区信息服务平台、GIS 一张图、灌区指挥调度中心、应用支撑平台和灌区智能应用体系。管理云平台是灌区系统数据利用承上启下的关键部分,引黄灌区中涉及众多的物联网前端感知设备和控制设备,各种控制设备之间通信协议也有所差别,通过为灌区建立统一的物联网管理云平台,适配各种控制设备的异构性，确保实现了数据的高效传输,有效解决了数据的丢失、重传问题,最终达到了链路一体化、协议解析通用化、数据调整动态化、参数监测智能化,为上层业务系统开发提供了基础支撑。云平台的建设不仅为后期工程运行维护提供了便利，还大大节省了人力、物力、财力。

3.2 设备及人力资源配置分析

陵城区引黄灌区农业节水工程通过大数据系统记录的日常维护管理情况，形成了海量人员巡逻班次记录、设备维护保养记录、易损件型号与采购厂家记录、储备件出入库使用情况记录、储备件出入库时间使用情况记录等信息,通过对这些记录数据进行数据分析和综合挖掘之后,其分析结论对于优化配套装备、易损件存储储备和运维专业人力资源配置具有重要意义；
对于编制的设备维修与保养方案，指导、监督、检查、考核运维管理工作，水利设备升级改造,保障各项水利工程设备的正常运转,都具有重要的参考价值；
对指导陵城区水利项目规划、初步设计、费用估算、方案实施、计划完成时间都有借鉴意义。

3.3 设备故障、质量监测分析

陵城区引黄灌区农业节水工程总投资3.06亿元，包括大量的不同行业、不同生产厂家的设备设施，设备质量的好坏决定着工程是否能够发挥效益，引黄灌区设备巡查系统利用物联网技术、可视化软件技术，以状态传感、图像处理、缺陷搜索与定位为核心技术，对工程设备进行日常巡检、检修维护，实现设备的在线情况、通信情况、设备故障情况智能巡查，对设备全生命周期的异常进行跟踪统计，基于大数据分析与挖掘技术，形成设备质量多维度的研究分析结果，并将分析结果及时通过短信或邮件的方式通知运维负责人员，为后期优化运维管理及新设备选型、采购提供重要的依据。

陵城区在引黄灌区采用大数据技术对于推动水利工程的良性高效运转,缓解水资源的短缺供需矛盾,推动陵城区现代农业的健康可持续发展,具有十分重要的战略意义。虽然陵城区通过引黄灌区农业节水工程，在大数据应用方面取得了一定的成绩，但目前对大数据的认识和利用还不够充分，现实应用过程中对大数据的分析能力较差，完全适合引黄灌区的理论指导体系尚未建立。随着大数据理念的进一步发展，数据世界里的基础理论和算法不断丰富，大数据应用技术可更好地为水利行业提供更全面的技术服务支持。

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