無人值守水壩/水閘的水利監(jiān)控系統(tǒng)

　　一、 無人值守系統(tǒng)在水利安全監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)

　　湖泊、大小江河、河道等水資源豐富，將水力轉(zhuǎn)化為水利在中國自古以來就是一件利國利民的工程。如三峽工程、南水北調(diào)工程等等，都體現(xiàn)了水資源的良性運(yùn)用。但是，水利設(shè)施建設(shè)之后的安全運(yùn)行和維護(hù)更是重中之重。如果，后期管理不善，將可能直接導(dǎo)致水利設(shè)施的功能降低甚至喪失，反而給水利安全管理造成負(fù)擔(dān)。 隨著水利工程的不斷發(fā)展建設(shè)，國家對(duì)各種水利設(shè)施自身，以及水利設(shè)施的自動(dòng)化運(yùn)行和設(shè)備設(shè)施的安全提出了新的要求，加之現(xiàn)代通信技術(shù)和視頻技術(shù)的迅速發(fā)展，為水利建設(shè)的數(shù)字化提供了技術(shù)上的有力保證。因此，改造優(yōu)化水利設(shè)施的安全監(jiān)控，通過多種通信技術(shù)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)和控制，建設(shè)水利行業(yè)機(jī)房，實(shí)現(xiàn)“無人值守 (少人值班)”是水利水電行業(yè)發(fā)展的整體趨勢(shì)。

　　二、 目前水利設(shè)施監(jiān)控存在的問題

　　目前水利設(shè)施中主要有拱壩、重力壩、碾壓混凝土壩、心墻堆石壩、面板堆石壩等。由于水壩的體積相對(duì)比較大，橫截面比較寬。而水閘則主要以河道為主，相對(duì)于水壩整體體積小很多，基本上是一次成壩，例如位于天津河北區(qū)新開河上的耳閘。水利監(jiān)控系統(tǒng)要求信息的采集及時(shí)而且準(zhǔn)確、信息處理操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，并且要求系統(tǒng)安裝方便，運(yùn)作穩(wěn)定，維護(hù)周期長(zhǎng)。目前主要存在以下幾個(gè)問題：

　　1. 大型水利設(shè)施如水壩，主要控制室位于大壩的兩端，距離比較遠(yuǎn)，相互間通信不方便，出現(xiàn)問題后無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，即使安排固定人員也很難集中監(jiān)控管理。另外，有的地區(qū)水利監(jiān)控點(diǎn)分散而且自然環(huán)境惡劣，這種情況下安排專人進(jìn)行管理不僅反應(yīng)滯后而且非常危險(xiǎn)。

　　2. 傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控不僅帶寬占用大，而且無法實(shí)現(xiàn)壩體內(nèi)及總控室的設(shè)備安全管理和報(bào)警處理，功能單一，難以滿足要求安全警戒度高的壩體需求，也不便于上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的監(jiān)控監(jiān)督。而且，傳統(tǒng)的監(jiān)控方案將視頻監(jiān)控和大壩的安全監(jiān)測(cè)分開，形成兩個(gè)相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，這樣既增加了操作的復(fù)雜度又提高了軟硬件維護(hù)成本。

　　3. 如果在多個(gè)監(jiān)控室都采用監(jiān)控系統(tǒng)，維護(hù)成本太高，視頻監(jiān)控、周界報(bào)警和壩體周邊動(dòng)力環(huán)境設(shè)備，無法統(tǒng)一集中監(jiān)控和管理。

　　4. 水利設(shè)施發(fā)生警情時(shí)，僅靠就近值班人員到現(xiàn)場(chǎng)解決或者電話通知專業(yè)技術(shù)人員，都無法在第一時(shí)間獲取詳細(xì)視頻和設(shè)備的監(jiān)控信息，降低了系統(tǒng)的反應(yīng)速度，如果問題嚴(yán)重則后果將不堪設(shè)想。

　　5. 如果沿用傳統(tǒng)的安全保衛(wèi)工作，不僅浪費(fèi)了大量的人力資源，而且問題出現(xiàn)后處理周期比較長(zhǎng)，對(duì)問題也無法追蹤和回溯，也就很難快速找到問題根源，因而也不利于信息化管理。

　　三、 如何解決目前水利監(jiān)控中存在的問題

　　針對(duì)水利行業(yè)監(jiān)控的現(xiàn)狀，結(jié)合客戶實(shí)際情況推出“水壩/水閘水利無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)”，可以滿足上述問題。

　　1. 安全監(jiān)控系統(tǒng)中不僅提供前端作業(yè)區(qū)實(shí)時(shí)視頻瀏覽，而且可實(shí)現(xiàn)門禁及動(dòng)力環(huán)境設(shè)備報(bào)警時(shí)聯(lián)動(dòng)燈光打開、警鈴以及發(fā)送短信或彩信、控制水壩和水閘內(nèi)的開關(guān)設(shè)備等多種操作。報(bào)警信息同時(shí)上傳到網(wǎng)絡(luò)管理中心和網(wǎng)絡(luò)管理分控，也可以由中心進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)或者操作排除險(xiǎn)情，做到事故及時(shí)處理。

　　2. 軟件平臺(tái)整體設(shè)計(jì)上按照兩層或者三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在前端作業(yè)區(qū)設(shè)置本地監(jiān)控系統(tǒng)，包括水壩水閘設(shè)備監(jiān)控、水壩水閘周邊區(qū)域監(jiān)控，周界報(bào)警系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、燈光語音控制系統(tǒng)、水壩水閘工作區(qū)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控。監(jiān)控中心通過監(jiān)控中心端軟件對(duì)前端監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管，包括警情處理，數(shù)據(jù)報(bào)表分析，遠(yuǎn)程管理。

　　3. 前端監(jiān)控系統(tǒng)可以通過擴(kuò)展RS232標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)接口，采用相關(guān)的設(shè)備通信協(xié)議，增加各種所需的監(jiān)測(cè)設(shè)備。如：針對(duì)水文監(jiān)測(cè)的儀器，針對(duì)壩體安全的滲流壓力計(jì)，測(cè)斜儀，測(cè)縫計(jì)等等。這樣用戶無需增加計(jì)算機(jī)設(shè)備，而且使用一套監(jiān)控軟件也大大降低了操作的復(fù)雜度。

　　4. 通過前端作業(yè)區(qū)視頻監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)水域的各種變化、機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備以及涵閘的運(yùn)行情況，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供了直觀的圖像信息，同時(shí)可以改善觀測(cè)、測(cè)量工作人員的工作環(huán)境，減少工作人員，做到無人值守、少人值班，真正體現(xiàn)現(xiàn)代化管理，智能化操作。例如：

　　1) 水位監(jiān)測(cè)使用多種報(bào)警和處理措施，可以通過視頻監(jiān)控水庫的蓄水水位情況，保證水位安全;

　　2) 水閘、水泵站及水庫溢洪道使用實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，避免誤操作，做到無人值守;

　　3) 利用視頻監(jiān)控，分析河道水文情況，監(jiān)控河道上下游及兩岸情況，并監(jiān)控河道的水質(zhì)，防止污染;

　　5. 通過代理轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器軟件可以大大降低帶寬的占用，另外在前端監(jiān)控主機(jī)上安裝 IE 分控軟件后，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)可以在世界各個(gè)地方通過網(wǎng)絡(luò)使用IE瀏覽器查看水利設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

　　6. 通過多播語音對(duì)講技術(shù)，可以使得多個(gè)前端和中心進(jìn)行語音通信，通過語音對(duì)講功能，中心技術(shù)人員就可以通過視頻和對(duì)講對(duì)前端人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，大大提高了維護(hù)效率，降低了維護(hù)成本。

　　四、 水利無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

　　水利應(yīng)用的行業(yè)特點(diǎn)是被監(jiān)控的地點(diǎn)如河道、水庫、閘門分布散、距離遠(yuǎn)，這種特點(diǎn)使得傳統(tǒng)的模擬電視監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)需求，同時(shí)需要瀏覽監(jiān)控圖像的水利部門和相關(guān)單位、人員比較多。如何有效地在現(xiàn)有帶寬條件下使用戶獲得流暢的、清晰的監(jiān)控視頻是系統(tǒng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵?！八麩o人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)”正是在多年實(shí)際應(yīng)用中不斷總結(jié)，通過合理的架構(gòu)有效地解決了水利行業(yè)的多種難題，很好地滿足了水利用戶的實(shí)際需求。

　　水利無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)”遠(yuǎn)程通信全部采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，可直接應(yīng)用在局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)上，針對(duì)各閘站距離比較遠(yuǎn)，不易鋪設(shè)有線線路的情況，也可采用無線擴(kuò)頻技術(shù)或者使用衛(wèi)星通信來解決遠(yuǎn)距離通信的問題。同時(shí)軟件采用當(dāng)前比較流行的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使得整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，易于管理和擴(kuò)展，同時(shí)系統(tǒng)支持代理功能。此外，系統(tǒng)還支持網(wǎng)絡(luò)分控和IE分控，這樣使得整個(gè)系統(tǒng)可以不受地域的限制而自由連接。

　　整個(gè)系統(tǒng)分為四個(gè)部分：前端為無人值守視頻服務(wù)器及視頻，動(dòng)力環(huán)境和門禁部分;代理轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器(可選);

　　中心為網(wǎng)絡(luò)分控、無人值守中心服務(wù)器系統(tǒng);IE分控。基于無人值守視頻服務(wù)器的解決方案系統(tǒng)如圖2 所示：

　　該系統(tǒng)可對(duì)所有前端水壩/水閘的重點(diǎn)部位進(jìn)行 24 小時(shí)視頻監(jiān)控，并可以按照不同的方式對(duì)不同的前端設(shè)置錄像。

　　系統(tǒng)可連接大量報(bào)警設(shè)備，例如門磁、紅外、煙感、水浸等，一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)能自動(dòng)報(bào)警，上傳報(bào)警信息，并聯(lián)動(dòng)進(jìn)行數(shù)字錄像或聲光電報(bào)警。

　　在系統(tǒng)中可以加入門禁接口，可以將門禁系統(tǒng)無縫接入，以加強(qiáng)對(duì)水壩/水閘進(jìn)出人員的管理。通過音視頻監(jiān)控使管理人員能夠隨時(shí)隨地看到設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作情況，還可以與前端工作人員對(duì)話，加強(qiáng)管理的互動(dòng)性。在系統(tǒng)中還可結(jié)合大量專業(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)及時(shí)反映空調(diào)系統(tǒng)、溫濕度等保障設(shè)備的數(shù)據(jù)。

       報(bào)警時(shí)可以聯(lián)動(dòng)完備的錄像策略，可以發(fā)送彩信或者短信通知值班人員或相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員。

　　另外，如果要真正實(shí)現(xiàn)智能化的無人值守監(jiān)控還需要在系統(tǒng)中增加水壩自身安全要素和水文的監(jiān)控。真正做到全方面，一體化、集成化、智能化的監(jiān)控。

　　針對(duì)水位的監(jiān)控的解決方法：

　　目前針對(duì)水文的監(jiān)控多數(shù)是使用單獨(dú)使用專業(yè)的水位測(cè)量計(jì)，計(jì)算機(jī)通過 RS232 與設(shè)備通信，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，軟件通過用戶設(shè)置的報(bào)警參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。這種方法存在弊端，如果設(shè)備損壞或者受到外界強(qiáng)干擾很可能會(huì)造成數(shù)據(jù)的失真進(jìn)而產(chǎn)生誤報(bào)信息。而且，中心得到的只是數(shù)字信息，缺乏感官信息。

　　無人值守系統(tǒng)采用視頻技術(shù)和測(cè)量設(shè)備相結(jié)合的方法，除了使用水位測(cè)量設(shè)備，同時(shí)采用目前比較先進(jìn)的視頻分析技術(shù)，設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的水位監(jiān)測(cè)視頻通道，在視頻窗口中設(shè)置水位警戒線，如果水位越過警戒線則產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，通過這種方式，使得報(bào)警信息更加直觀和準(zhǔn)確，同時(shí)監(jiān)控中心通過視頻分析可以提前發(fā)現(xiàn)警情。這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警及時(shí)處理，也可以達(dá)到預(yù)警的功能。同時(shí)配合短信或者彩信將報(bào)警信息及時(shí)傳達(dá)給相關(guān)責(zé)任人。

　　針對(duì)大壩的水平位移，我們?cè)谑褂枚c(diǎn)位移計(jì)測(cè)量的同時(shí)，使用視頻疊加技術(shù)將坐標(biāo)軸疊加到視頻圖像中，將位移計(jì)的測(cè)量點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)視頻坐標(biāo)的中心，中心監(jiān)控端可以通過視頻對(duì)位移進(jìn)行分析，但是壩體的位移是十分緩慢的，所以需要結(jié)合測(cè)量?jī)x器的雙重測(cè)量。

　　在進(jìn)行大壩安全的監(jiān)控的同時(shí)，我們也不能忽視廊道的視頻監(jiān)控，因?yàn)槔鹊朗撬疂B流進(jìn)入壩體后打?qū)Я魍ǖ?，如果廊道的積水過多說明壩體的滲流問題非常嚴(yán)重，對(duì)壩體的安全也構(gòu)成重大的威脅。 水壩/ 水閘水利無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)中大型水壩水閘的“無人值守，少人看管”的全自動(dòng)化控制管理，為水壩水閘減員增效提供了條件。當(dāng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控后，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為管理工作提供了極大的便捷性。隨著汛期的臨近，高集成度，高穩(wěn)定性，智能化的無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)必將在實(shí)際工作中起到至關(guān)重要的作用。