數(shù)字灌區(qū)實(shí)現(xiàn)方法及其技術(shù)應(yīng)用綜述--數(shù)字灌區(qū)軟硬件

數(shù)字灌區(qū)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要一套先進(jìn)的、可靠的和完善的測(cè)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，首先需要可靠實(shí)用的硬件，這些硬件首先必須要有抗各種惡劣環(huán)境的能力，因?yàn)槲覀児鄥^(qū)設(shè)備環(huán)境都是潮濕的，有時(shí)甚至是要在水下的環(huán)境工作的，這就要求我們的電子硬件具有高等級(jí)的IP68防水功能。在數(shù)字灌區(qū)內(nèi)使用的硬件需要防水功能以外，還需要有合適的通訊傳輸功能的硬件，這個(gè)通訊傳輸硬件不可能只采用一種通訊網(wǎng)就能簡(jiǎn)單解決的，必須要有局部的通訊和遠(yuǎn)距離通信，近程物聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)的上網(wǎng)功能，它是全網(wǎng)融合，互聯(lián)互通的，多種網(wǎng)關(guān)互相配合的通訊系統(tǒng)。數(shù)字系統(tǒng)數(shù)據(jù)是多種多樣的、使用場(chǎng)景十分不同，操作人員知識(shí)技能結(jié)構(gòu)不同等，現(xiàn)場(chǎng)操作員工除了必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)以外，還需要針對(duì)是有著巨大差異的管理隊(duì)伍，選擇合適的硬件設(shè)備，對(duì)于終端使用的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，必須要在安裝、使用和維護(hù)上簡(jiǎn)單化，理想的使用產(chǎn)品必須要達(dá)到以下的要求：

(1)終端盡量小型化，降低產(chǎn)品成本；

(2)設(shè)備安裝方便，讓用戶不需要很多知識(shí)輕松自助安裝；

(3)盡可能實(shí)現(xiàn)少維護(hù)，最好免維護(hù)，這樣需要終端的續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品盡量設(shè)計(jì)成終身免換電池或免充電的一次性消耗品。

數(shù)字灌區(qū)需要搭建以硬件設(shè)備、通訊、數(shù)據(jù)、模擬和分析決策的功能實(shí)現(xiàn)為核心的系統(tǒng)架構(gòu)。實(shí)現(xiàn)數(shù)字灌區(qū)需要在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)以下軟硬件內(nèi)容：

網(wǎng)絡(luò)層 

網(wǎng)絡(luò)層為信息共享和數(shù)據(jù)傳輸提供云服務(wù)平臺(tái)基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)的配置根據(jù)實(shí)際情況采用公用云服務(wù)器和本地云服務(wù)器相結(jié)合的方式。 

數(shù)據(jù)層 

數(shù)據(jù)層通過(guò)建立所有與灌區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)的模型或結(jié)構(gòu)，使應(yīng)用層能夠更方便、更快捷地獲得各種灌區(qū)數(shù)據(jù)，完成灌區(qū)的應(yīng)用構(gòu)建。數(shù)字灌區(qū)孿生模型需要海量的、異構(gòu)的數(shù)據(jù)，還要兼顧人機(jī)交互的應(yīng)用。數(shù)據(jù)格式的建立必須遵循水利部門(mén)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以便為上級(jí)或下級(jí)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。

應(yīng)用層 

應(yīng)用層建立在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立各種應(yīng)用模型如作物生長(zhǎng)模擬模型、配水模型等，提供農(nóng)村用水與灌區(qū)管理相關(guān)的應(yīng)用功能。如灌區(qū)配水計(jì)量和服務(wù)、統(tǒng)計(jì)分析、灌區(qū)數(shù)字孿生、預(yù)報(bào)決策等。 表示層 表示層以瀏覽器和APP為載體，直接面向從事灌區(qū)工作的各級(jí)人員和灌區(qū)用水戶提供其所需要的相關(guān)用水和配水管理功能和服務(wù)。 

執(zhí)行層 

執(zhí)行層實(shí)現(xiàn)放水的水閘（閥）群、水泵站群、堰壩群的工況遠(yuǎn)程測(cè)控、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集和分析處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)調(diào)度決策指令執(zhí)行，以及執(zhí)行后狀態(tài)工況收集，設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)修正，來(lái)水?dāng)?shù)據(jù)收集、蓄水?dāng)?shù)據(jù)收集和用水量數(shù)據(jù)收集的全過(guò)程測(cè)控與調(diào)度，包括感知設(shè)備和控制設(shè)備的各類(lèi)感知器、控制器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器的協(xié)調(diào)測(cè)控。