平湖市區(qū)城市防洪工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

劉葉軍,何賢康,劉 鋒

(1.平湖市水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督站,浙江 平湖 314200;2.平湖市水利局,浙江 平湖 314200;3.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

平湖市城市防洪工程以城市規(guī)劃區(qū)為主要保護對象,面積約56.87 km2,其范圍東起上海塘、六平申航道,南界乍嘉蘇航道,西至乍嘉蘇航道和嘉平申河,北到嘉平申河。防洪工程采用“新建區(qū)抬高地面自排,中心區(qū)域建大包圍機排”的方案。其中,包圍圈面積為13.60 km2,堤線總長16.90 km,其中14.98 km以路為堤,1.92 km為新建防洪堤,沿堤各河口新建節(jié)制閘10座、泵站7座(與閘結(jié)合)。

為了實現(xiàn)防洪工程的現(xiàn)代化管理,平湖市水利局、項目業(yè)主決心建設(shè)城市防洪計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)建成后能夠?qū)崿F(xiàn)平湖城市防洪工程各閘站無人值守或少人值守,在各閘站實現(xiàn)全自動化操作,并具備在城市防洪管理調(diào)度中心高度可靠分析整個城防工程的水文、電氣、圖像等各方面的數(shù)據(jù);經(jīng)分析、綜合決策和語音交互,在城防管理調(diào)度中心對整個工程的所有閘站設(shè)備進行遠(yuǎn)程控制,達到防洪、換水等綜合效益。為解決在系統(tǒng)建設(shè)中遇到的技術(shù)問題,平湖市水利局和浙江省水利河口研究院向浙江省水利廳合作申報了《平湖市區(qū)城市防洪綜合管理系統(tǒng)開發(fā)和研究》科技研究課題。

2 系統(tǒng)功能需求

2.1 為城防決策提供支持

建成的城防監(jiān)控系統(tǒng)具備采集水位、閘位以及電氣參數(shù)等多種數(shù)據(jù),并匯總了圖像視頻,為城防決策提供了實時、可靠的數(shù)據(jù)來源。同時輔以交通指揮系統(tǒng)以及計算機監(jiān)控的命令執(zhí)行平臺,能夠有效、準(zhǔn)確地將城防調(diào)度指令傳輸?shù)浇K端閘站,并執(zhí)行相應(yīng)操作。平時在非汛期,也能完成市區(qū)河道換水等多種功能。

2.2 提高城防工程綜合管理效益

(1)時效性。高度自動化、集成化的城防監(jiān)控系統(tǒng),能夠?qū)鹘y(tǒng)的信息傳輸時效大為提高,通過高速、可靠的光纖以太網(wǎng),數(shù)據(jù)能夠在毫秒級的時間內(nèi)匯總到城市防洪指揮中心,在時效性上體現(xiàn)了極大的綜合效益。

(2)提升信息化水平。通過采用先進的自動化技術(shù)和設(shè)備,提高了整個城防系統(tǒng)的信息化建設(shè)水平,符合現(xiàn)代城市管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢。

(3)降低運行成本。傳統(tǒng)的運行管理方式需要在汛期每個閘站 (17個閘站)配備2～4個懂得電氣專業(yè)知識的運行管理人員。在建成該城防監(jiān)控系統(tǒng)后,只需要在城防監(jiān)控中心配備2～4個具備信息化管理能力的專業(yè)人士,另輔以幾名日常巡檢人員即可。既提高了運行管理人員的素質(zhì),又節(jié)約了運行管理成本,可謂一舉多得。

2.3 統(tǒng)一調(diào)度

由于城防監(jiān)控系統(tǒng)具有高度的集成度,故能夠使決策者全面地對數(shù)據(jù)進行分析并統(tǒng)一發(fā)布指令,實時監(jiān)視指令的執(zhí)行情況,做到了高度可靠的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

平湖市城市防洪工程自動控制系統(tǒng)由計算機監(jiān)控系統(tǒng)、交通指揮系統(tǒng) (內(nèi)含語音系統(tǒng))、圖像監(jiān)視系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等組成(見圖1)。各子系統(tǒng)最終通過計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有機地整合起來,形成一個系統(tǒng)間資源共享、協(xié)同工作的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)。通訊介質(zhì)采用高效可靠的光纖通訊。采用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)集中處理信息,結(jié)合Web技術(shù)應(yīng)用,開發(fā)基于B/S方式的Web綜合信息發(fā)布系統(tǒng),能夠方便直觀地讓用戶得到各系統(tǒng)的信息。通過電信寬帶方式接入互聯(lián)網(wǎng),以Web方式為上級主管部門提供信息查詢平臺 (見圖2)。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)(包含交通指揮系統(tǒng))主要用于10個水閘的工況、8個閘站內(nèi)閘門和水泵的工況以及相關(guān)水位等水文數(shù)據(jù)采集,流量控制,為城防調(diào)度提供技術(shù)支撐,執(zhí)行城防調(diào)度的指令;并可通過互聯(lián)網(wǎng)將監(jiān)控信息傳輸至上級管理機構(gòu),為平湖城市防洪工程的運行控制提供設(shè)備狀態(tài)信息依據(jù)。

圖1 平湖城市防洪工程自動監(jiān)控系統(tǒng)圖

圖像監(jiān)視系統(tǒng) (包含安防系統(tǒng))主要用于對工程中重要區(qū)域和設(shè)備的情況進行遠(yuǎn)程自動監(jiān)視,對工程現(xiàn)場狀況進行定期巡視及安全保衛(wèi)。系統(tǒng)能對監(jiān)視場景進行錄像,便于閘站控制和事故分析。同時可通過互聯(lián)網(wǎng)將圖像信息傳輸至上級管理機構(gòu),為平湖城市防洪工程的運行控制提供圖像信息依據(jù)。

圖2 平湖城市防洪工程自動監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)集成中的問題及其解決方法

4.1 各信息子系統(tǒng)之間的集成

(1)在計算機監(jiān)控系統(tǒng)和圖像監(jiān)視系統(tǒng)之間,需要密切配合,當(dāng)操作者操作某臺設(shè)備,或者是某臺設(shè)備出現(xiàn)報警信號,圖像監(jiān)視軟件得到信號后,立即把監(jiān)視該設(shè)備的攝像頭畫面調(diào)到前方,供工作人員查看處理。這些功能需要在軟件中加以實現(xiàn)。

(2)計算機監(jiān)控系統(tǒng)和交通指揮系統(tǒng)之間必須有相互閉鎖的關(guān)系,只有當(dāng)閘門已經(jīng)開啟,并且被安全鎖定時,一側(cè)的交通信號燈才能是綠色的。這種閉鎖關(guān)系,需要在硬線連接和軟件2方面進行設(shè)置。

平湖地區(qū)由于經(jīng)濟發(fā)達,外來人員比較多,防盜任務(wù)艱巨。根據(jù)業(yè)主的要求,當(dāng)安防報警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)情況時,可以利用燈光、視頻監(jiān)控、和交通廣播等多個手段進行防范。

4.2 與防汛會商系統(tǒng)的集成

該項目的實施,尤其是全面的水位等監(jiān)測信號采集,為平湖市區(qū)防汛決策工作提供了極大的便利,因此,系統(tǒng)也應(yīng)該和防汛會商系統(tǒng)進行對接。系統(tǒng)采集的閘站上下游水位等圖像信號,匯集到城防中央控制室后,統(tǒng)一接入市防汛辦,通過圖像矩陣,選取需要監(jiān)視的攝像頭,并且進行攝像頭的調(diào)節(jié)控制。

5 結(jié) 語

城防工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,整合了計算機監(jiān)控系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、交通指揮系統(tǒng),并且與城防中心會議系統(tǒng)、上級防汛會商系統(tǒng)有機結(jié)合,融合了數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子工程、自動控制等技術(shù),已經(jīng)在平湖市的防汛排澇中發(fā)揮作用,并將為防洪調(diào)度決策提供有效的技術(shù)支持。