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

　　湖泊、大小江河、河道等水資源豐富，將水力轉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、南水北調工程等等，都體現(xiàn)了水資源的良性運用。但是，水利設施建設之后的安全運行和維護更是重中之重。如果，后期管理不善，將可能直接導致水利設施的功能降低甚至喪失，反而給水利安全管理造成負擔。 隨著水利工程的不斷發(fā)展建設，國家對各種水利設施自身，以及水利設施的自動化運行和設備設施的安全提出了新的要求，加之現(xiàn)代通信技術和視頻技術的迅速發(fā)展，為水利建設的數(shù)字化提供了技術上的有力保證。因此，改造優(yōu)化水利設施的安全監(jiān)控，通過多種通信技術的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)和控制，建設水利行業(yè)機房，實現(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。

　　二、 目前水利設施監(jiān)控存在的問題

　　目前水利設施中主要有拱壩、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比較大，橫截面比較寬。而水閘則主要以河道為主，相對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而且準確、信息處理操作簡單、維護方便，并且要求系統(tǒng)安裝方便，運作穩(wěn)定，維護周期長。目前主要存在以下幾個問題：

　　1. 大型水利設施如水壩，主要控制室位于大壩的兩端，距離比較遠，相互間通信不方便，出現(xiàn)問題后無法及時發(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)控點分散而且自然環(huán)境惡劣，這種情況下安排專人進行管理不僅反應滯后而且非常危險。

　　2. 傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控不僅帶寬占用大，而且無法實現(xiàn)壩體內(nèi)及總控室的設備安全管理和報警處理，功能單一，難以滿足要求安全警戒度高的壩體需求，也不便于上級領導的監(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)測分開，形成兩個相互獨立的子系統(tǒng)，這樣既增加了操作的復雜度又提高了軟硬件維護成本。

　　3. 如果在多個監(jiān)控室都采用監(jiān)控系統(tǒng)，維護成本太高，視頻監(jiān)控、周界報警和壩體周邊動力環(huán)境設備，無法統(tǒng)一集中監(jiān)控和管理。

　　4. 水利設施發(fā)生警情時，僅靠就近值班人員到現(xiàn)場解決或者電話通知專業(yè)技術人員，都無法在第一時間獲取詳細視頻和設備的監(jiān)控信息，降低了系統(tǒng)的反應速度，如果問題嚴重則后果將不堪設想。

　　5. 如果沿用傳統(tǒng)的安全保衛(wèi)工作，不僅浪費了大量的人力資源，而且問題出現(xiàn)后處理周期比較長，對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

　　針對水利行業(yè)監(jiān)控的現(xiàn)狀，結合客戶實際情況推出“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)實時視頻瀏覽，而且可實現(xiàn)門禁及動力環(huán)境設備報警時聯(lián)動燈光打開、警鈴以及發(fā)送短信或彩信、控制水壩和水閘內(nèi)的開關設備等多種操作。報警信息同時上傳到網(wǎng)絡管理中心和網(wǎng)絡管理分控，也可以由中心進行遠程指導或者操作排除險情，做到事故及時處理。

　　2. 軟件平臺整體設計上按照兩層或者三層網(wǎng)絡結構進行設計，在前端作業(yè)區(qū)設置本地監(jiān)控系統(tǒng)，包括水壩水閘設備監(jiān)控、水壩水閘周邊區(qū)域監(jiān)控，周界報警系統(tǒng)、消防報警系統(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)動力環(huán)境監(jiān)控。監(jiān)控中心通過監(jiān)控中心端軟件對前端監(jiān)控點進行統(tǒng)一監(jiān)管，包括警情處理，數(shù)據(jù)報表分析，遠程管理。

　　3. 前端監(jiān)控系統(tǒng)可以通過擴展RS232標準工業(yè)接口，采用相關的設備通信協(xié)議，增加各種所需的監(jiān)測設備。如：針對水文監(jiān)測的儀器，針對壩體安全的滲流壓力計，測斜儀，測縫計等等。這樣用戶無需增加計算機設備，而且使用一套監(jiān)控軟件也大大降低了操作的復雜度。

　　4. 通過前端作業(yè)區(qū)視頻監(jiān)控，可以實時觀測水域的各種變化、機房內(nèi)設備以及涵閘的運行情況，為領導決策提供了直觀的圖像信息，同時可以改善觀測、測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)測使用多種報警和處理措施，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時視頻監(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，防止污染;

　　5. 通過代理轉發(fā)服務器軟件可以大大降低帶寬的占用，另外在前端監(jiān)控主機上安裝 IE 分控軟件后，各級領導可以在世界各個地方通過網(wǎng)絡使用IE瀏覽器查看水利設施的運轉情況。

　　6. 通過多播語音對講技術，可以使得多個前端和中心進行語音通信，通過語音對講功能，中心技術人員就可以通過視頻和對講對前端人員進行技術指導，大大提高了維護效率，降低了維護成本。

　　四、 水利無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

　　水利應用的行業(yè)特點是被監(jiān)控的地點如河道、水庫、閘門分布散、距離遠，這種特點使得傳統(tǒng)的模擬電視監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能適應需求，同時需要瀏覽監(jiān)控圖像的水利部門和相關單位、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)設計成敗的關鍵。“水利無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)”正是在多年實際應用中不斷總結，通過合理的架構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際需求。

　　水利無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)”遠程通信全部采用標準的TCP/IP協(xié)議，可直接應用在局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)上，針對各閘站距離比較遠，不易鋪設有線線路的情況，也可采用無線擴頻技術或者使用衛(wèi)星通信來解決遠距離通信的問題。同時軟件采用當前比較流行的三級網(wǎng)絡架構，使得整個系統(tǒng)結構清晰，易于管理和擴展，同時系統(tǒng)支持代理功能。此外，系統(tǒng)還支持網(wǎng)絡分控和IE分控，這樣使得整個系統(tǒng)可以不受地域的限制而自由連接。

　　整個系統(tǒng)分為四個部分：前端為無人值守視頻服務器及視頻，動力環(huán)境和門禁部分;代理轉發(fā)服務器(可選);

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

　　該系統(tǒng)可對所有前端水壩/水閘的重點部位進行 24 小時視頻監(jiān)控，并可以按照不同的方式對不同的前端設置錄像。

　　系統(tǒng)可連接大量報警設備，例如門磁、紅外、煙感、水浸等，一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)能自動報警，上傳報警信息，并聯(lián)動進行數(shù)字錄像或聲光電報警。

　　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，以加強對水壩/水閘進出人員的管理。通過音視頻監(jiān)控使管理人員能夠隨時隨地看到設備和現(xiàn)場工作人員的工作情況，還可以與前端工作人員對話，加強管理的互動性。在系統(tǒng)中還可結合大量專業(yè)的環(huán)境監(jiān)測設備，實現(xiàn)及時反映空調系統(tǒng)、溫濕度等保障設備的數(shù)據(jù)。

       報警時可以聯(lián)動完備的錄像策略，可以發(fā)送彩信或者短信通知值班人員或相關領導和技術人員。

　　另外，如果要真正實現(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。

　　針對水位的監(jiān)控的解決方法：

　　目前針對水文的監(jiān)控多數(shù)是使用單獨使用專業(yè)的水位測量計，計算機通過 RS232 與設備通信，實時采集數(shù)據(jù)，軟件通過用戶設置的報警參數(shù)進行相應的處理。這種方法存在弊端，如果設備損壞或者受到外界強干擾很可能會造成數(shù)據(jù)的失真進而產(chǎn)生誤報信息。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)采用視頻技術和測量設備相結合的方法，除了使用水位測量設備，同時采用目前比較先進的視頻分析技術，設置一個獨立的水位監(jiān)測視頻通道，在視頻窗口中設置水位警戒線，如果水位越過警戒線則產(chǎn)生報警信號，通過這種方式，使得報警信息更加直觀和準確，同時監(jiān)控中心通過視頻分析可以提前發(fā)現(xiàn)警情。這樣不僅可以實現(xiàn)報警及時處理，也可以達到預警的功能。同時配合短信或者彩信將報警信息及時傳達給相關責任人。

　　針對大壩的水平位移，我們在使用定點位移計測量的同時，使用視頻疊加技術將坐標軸疊加到視頻圖像中，將位移計的測量點對準視頻坐標的中心，中心監(jiān)控端可以通過視頻對位移進行分析，但是壩體的位移是十分緩慢的，所以需要結合測量儀器的雙重測量。

　　在進行大壩安全的監(jiān)控的同時，我們也不能忽視廊道的視頻監(jiān)控，因為廊道是水滲流進入壩體后打導流通道，如果廊道的積水過多說明壩體的滲流問題非常嚴重，對壩體的安全也構成重大的威脅。 水壩/ 水閘水利無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)，其關鍵技術實現(xiàn)了對中大型水壩水閘的“無人值守，少人看管”的全自動化控制管理，為水壩水閘減員增效提供了條件。當系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控后，可實現(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)必將在實際工作中起到至關重要的作用。