科技进步奖提名的公示

( 2021年度)

一、项目名称
灌区智能水网构建关键技术及应用

二、项目简介
灌区在区域经济社会发展、生态环境保护、水文化建设中具有重要地位，然而当前我国灌区来水情势和用水结构均发生变化，加之水资源短缺、水生态损害、水环境污染等问题凸显，严重制约了区域经济发展。如何推动灌区精细化、智慧化管理和水资源动态调配能力，成为灌区当下亟待解决的难题。课题研究整体推进过程用时接近4年,创新突破灌区智慧水利建设关键技术难题，形成如下创新成果：
1．发明了灌区明渠水位监测及其报警技术方法及其装置，采用干簧管浮球水位计监测水位，太阳能配合可充电电池低压直流供电，GSM 短信收发监测信息，实现了野外山区等环境长距离输水明渠的水位监测报警，装置安全、可靠、耐用；提出了利用卫星遥感数据辅助地面站网选址的雨量站网优化布局方法，解决了传统方法站网空间代表性的优化问题，无法获取监测区域降水特征、站网布局优化时低、计算步骤复杂和普适性差的问题。
2．发明了一种多用户多天线数能一体化通信网络吞吐量优化方法，通过空间域、时间域、功率域的多维资源动态调度，达到满足用户能量需求的同时提升网络通信性能的目的。提出了分别基于ARIMA和GM模型的灌区水利物联网流量异常检测方法，前者适用于流量非均衡、不平稳的网络条件，后者适合大规模节点能量及计算能力受限的条件；提出了抑制恶意程序传播控制方法，构建了更贴近实际的网络模型，实现了网络安全性能提升。
3．研发了灌区干渠、支渠重要枢纽闸板式集成闸井装置，基于单元化设计理念，将传统的易失控、可靠性低的集中控制发展为分布式控制系统，克服传统测流投资高、安装难、耗时长的缺陷，提高各个单元自身独立性的同时加强了系统整体性能。并应用采用管段式非满管电磁流量计进行计量，采用玄武岩纤维制作闸板解决了腐蚀问题，实现了水闸的远程测控一体化。
4．提出了基于3S技术的灌区智能水网多维仿真信息集成方法，研发了灌区量测水管理系统、灌区信息化软件平台系统和灌区信息采集处理系统软件，系统应用无人机倾斜摄影技术实现了灌区渠道及其周边地形、地貌信息的采集，应用物联网技术构建了灌区关键水利信息采集体系，并基于GIS技术建立了水网多维、多源异构信息的应用集成方法，实现了灌区水网地理空间、水雨情、工情、水事影像等多维信息的应用集成与在线仿真。
5．提出了一种渠道闸门过流精准调控方法，制定了灌区水量调配制度，研发了灌区配水调度管理系统，应用系统达到了智能化水平。其以闸门远程控制系统和水量调配方案为基础，以过闸流量和目标流量为输入，以闸位调控目标值为输出，应用机器学习算法和PID控制算法，构建了“定量调控、自动调控”的闸门过流精准调控方法，该法简单实用且稳定可靠，实现了灌区重要支口的水资源的精准调配管理。
项目产生了一批高质量的知识产权，共授权国家发明专利16项、实用新型专利4项、软件著作权6项；公开发表高水平论文11篇，其中SCI论文10篇，被国内外知名学者广泛引用与高度评价。经王浩、邓铭江、李乐民、苏才江等院士和全国工程勘察设计大师杜雷功在内的专家评价：“项目研究思路新颖，研究成果丰富，总体符合灌区智能水网建设设计要求，关键技术研究难度较大，整体达到同领域国际先进水平。”项目成果直接应用于都江堰黑龙滩灌区、人民渠第二管理处、绵阳市游仙区水利建设发展中心、德格县水利局、唐家山堰塞湖管理中心等。仅试点区人员经费即可节约百万元，推广至四川省可节约工程投资和人员经费达5亿元以上。

三、主要知识产权和标准规范等目录
[1] 发明人：杨刚、李洪斌、陈川，发明名称：“一种明渠水位远程报警装置”，申请号：CN201921096156.9，公开号：CN209979023U，公开日：2020.01.21；
[2] 发明人：万忠海、刘双美、白文彬、张洪军、李劲、郭凌、喻弘、黄翔，发明名称：“一种封闭式启闭闸集成闸井预制件”，申请号：ZL 2018 2 2269027. 7，公开号：CN 209457048 U，公开日：2019.10.01；
[3] 发明人：于秦、吕柯思、胡杰、杨鲲，发明名称：“一种数能一体化通信网络的最大化上行吞吐量方法”，申请号：201610728358 .5，公开号：CN 106376011 B，公开日：2019.06.04；
[4] 发明人：于秦、吕柯思、胡杰、杨鲲，发明名称：“在数能一体化通信网络中上行用户吞吐量公平性优化方法”，申请号：201610728778.3，公开号：CN 106330608 B，公开日：2019.03.26；
[5] 发明人：于秦、吕吉彬，发明名称：“一种基于GM模型的无线传感器网络流量异常检测方法”，申请号：201510388135 .4，公开号：CN 105025515 B，公开日：2018.03.30；
[6] 发明人：于秦、吕吉彬，发明名称：“一种基于ARIMA模型的无线传感器网络流量异常检测方法”，申请号：201510385615 .5，公开号：CN 104994539 B，公开日：2018.03.30；
[7] 发明人：于秦、洪明龙、杨鲲、胡杰，发明名称：“一种无线传感器网络中抑制恶意程序传播的控制方法”，申请号：201610255831 .2，公开号：CN 105959262 B，公开日：2019.02.01；
[8] 发明人：丁荣生、熊兵，发明名称：“具有视频监控功能及低功耗特性的遥测终端机”，申请号：CN201310226061.5，公开号：CN103281523A，公开日：2013.09.04；
[9] 发明人：丁荣生、熊兵，发明名称：“一种精巧型水情遥测终端机”，申请号：CN201320372456.1，公开号：CN203352983U，公开日：2013.12.18；
[10] 发明人：万忠海、刘双美、白文彬、张洪军、李劲、郭凌、喻弘、黄翔，发明名称：“一种闸板式集成闸井”，申请号：ZL 2018 2 2268985. 2，公开号：CN 209653094 U，公开日：2019.11.19。

四、论文专著目录
[1] X. Hu, K. Wong and K. Yang, "Wireless Powered Cooperation-Assisted Mobile Edge Computing," in IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 17, no. 4, pp. 2375-2388, April 2018, doi: 10.1109/TWC.2018.2794345.
[2] K. Lv, J. Hu, Q. Yu and K. Yang, "Throughput Maximization and Fairness Assurance in Data and Energy Integrated Communication Networks," in IEEE Internet of Things Journal, vol. 5, no. 2, pp. 636-644, April 2018, doi: 10.1109/JIOT.2017.2727517.
[3] Yanyan Huang et al. A Method for the Optimized Design of a Rain Gauge Network Combined with Satellite Remote Sensing Data[J]. Remote Sensing, 2020, 12(1).(SCI)
[4] Huang, Y.; Zhao, H.; Jiang, Y.; Lu, X.; Hao, Z.; Duan, H. Comparison and Analysis of Different Discrete Methods and Entropy-Based Methods in Rain Gauge Network Design[J]. Water 2019, 11, 1357.(SCI)
[5] 卢鑫,刘双美,麻泽龙,阚飞,景康,樊毅.温室智能管控应用系统研发[J].灌溉排水学报,2020,39(S2):109-114.

五、主要完成人
杨鲲，于秦，万忠海，刘双美，李洪斌，周勤文，麻泽龙，卢鑫，杨刚，李劲，陈川，阚飞，程家富，李腾

六、主要完成单位
电子科技大学、四川省水利科学研究院、四川省都江堰人民渠第二管理处、四川省都江堰东风渠管理处、四川晨光信息自动化工程有限公司