昌南城市防洪工程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

夏軍良 胡 波

1 南昌市防洪排澇工程事務(wù)中心 江西南昌 330038 2 江西武大揚(yáng)帆科技有限公司 南昌市 330029 3 南昌市水利安全監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)預(yù)警工程技術(shù)研究中心 江西南昌 330029

0 引言

2000年以來(lái)，南昌市防洪工程管理處先后開(kāi)展了一些信息化建設(shè)工作，對(duì)南昌市的整體發(fā)展起到了積極作用。昌南城市防洪工程監(jiān)控系統(tǒng)主要限于水情采集、視頻監(jiān)視等方面，且僅在部分點(diǎn)位布設(shè)了自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備，其他的觀(guān)測(cè)項(xiàng)目如工程安全等未進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？楷F(xiàn)有的信息化采集和監(jiān)控設(shè)備無(wú)法對(duì)整個(gè)管轄區(qū)內(nèi)水利工程進(jìn)行全覆蓋，距離現(xiàn)代化管理需求還有較大差距。主要問(wèn)題表現(xiàn)在水利信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集體系不完善，信息化應(yīng)用水平不高，信息化覆蓋業(yè)務(wù)不全，應(yīng)用系統(tǒng)功能不完善，缺乏智能決策支持等功能。

1 建設(shè)需求

從昌南城市防洪工程管理處業(yè)務(wù)職能和管理需求實(shí)際為著手點(diǎn)開(kāi)展信息化建設(shè)，結(jié)合信息化建設(shè)現(xiàn)狀及實(shí)際存在的問(wèn)題，提出以下監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)需求如下：

（1）泵閘站監(jiān)控：對(duì)各電排站進(jìn)行集控管理，實(shí)現(xiàn)管理轄區(qū)內(nèi)所有泵閘站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（2）視頻監(jiān)視：視頻監(jiān)視主要監(jiān)視泵閘站、堤防運(yùn)行狀態(tài)等情況，解決無(wú)人值班、少人值守的管理問(wèn)題。幫助管理者對(duì)控制區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景觀(guān)察，為工程安全運(yùn)行管理提供有力保證。

（3）水雨情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：對(duì)重要節(jié)點(diǎn)的降水量、水位及流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，解決水位的精確計(jì)量和監(jiān)測(cè)預(yù)警問(wèn)題。

（4）工程安全監(jiān)測(cè)：通過(guò)電子測(cè)量技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信及軟件技術(shù)的集成化作業(yè)實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)化管理，以提高監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和可靠性，解決重要工程運(yùn)行工況數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析、診斷、預(yù)警及啟動(dòng)處理方案，確保工程安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（5）內(nèi)部通信專(zhuān)網(wǎng)：解決語(yǔ)音、圖像和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題，為信息化管理和自動(dòng)監(jiān)控構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)。

2 建設(shè)方案

2.1 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)

昌南城市防洪工程監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)層次：用于將各泵站同信息中心互聯(lián)的骨干通信網(wǎng)絡(luò)，以及各泵站內(nèi)部、信息中心內(nèi)部的局域網(wǎng)絡(luò)［1］。由于骨干網(wǎng)的通信數(shù)據(jù)量大，骨干網(wǎng)的質(zhì)量對(duì)數(shù)據(jù)通信會(huì)產(chǎn)生全局性影響，因此，建設(shè)要求相對(duì)較高。通信網(wǎng)絡(luò)在昌南城市防洪工程監(jiān)控系統(tǒng)中分為控制數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和視頻數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。控制數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)則用于滿(mǎn)足泵站的控制，視頻數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)用于傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。

2.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

利用電排站原有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息采集及調(diào)度指令的下達(dá)，各站點(diǎn)采用以工控機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，以及以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的電排站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)各站點(diǎn)進(jìn)行集中監(jiān)控模式，監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布結(jié)構(gòu)，由中控室主控層、現(xiàn)地控制單元層、以太網(wǎng)絡(luò)等部分組成［2］。電排站的所有設(shè)備通過(guò)TCP/IP協(xié)議與本地控制層通信，傳輸速率為100Mbps，通過(guò)光纖與遠(yuǎn)程控制層連接并通信，傳輸速率1000Mbps。主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

（1）數(shù)據(jù)采集與處理

監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)采集電氣量和非電氣量等電排站主要運(yùn)行參數(shù)，系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、分析和統(tǒng)計(jì)，并存儲(chǔ)到相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于系統(tǒng)的記錄檢索、控制、顯示、統(tǒng)計(jì)、操作、更新、管理指導(dǎo)和事故分析等。

（2）安全運(yùn)行監(jiān)視

安全運(yùn)行監(jiān)視包括實(shí)時(shí)監(jiān)控電排站運(yùn)行狀況及參數(shù)，根據(jù)授權(quán)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)修改、過(guò)程監(jiān)視、越限檢查、趨勢(shì)分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視等［3］。

（3）控制和操作

系統(tǒng)值班人員可以通過(guò)主操作員的工作站向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)出各種控制命令，監(jiān)視設(shè)備的整個(gè)執(zhí)行過(guò)程，必要時(shí)干預(yù)控制流程的執(zhí)行。

（4）統(tǒng)計(jì)與制表

監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)采集到的電排站各種設(shè)備工況和運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行預(yù)處理和分析統(tǒng)計(jì)、按管理要求生成各種表單，推送給相應(yīng)的管理人員，管理人員根據(jù)需要進(jìn)行下一步技術(shù)管理的工作。

（5）人機(jī)接口

電排站系統(tǒng)值守人員通過(guò)主操作員工作站、報(bào)警裝置、輸出設(shè)備等設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)電排站運(yùn)行過(guò)程安全監(jiān)控和在線(xiàn)分析診斷等。還可以通過(guò)人機(jī)接口對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、調(diào)試、新功能開(kāi)發(fā)、程序修改以及技術(shù)培訓(xùn)等。

（6）系統(tǒng)自診斷

對(duì)主用單元、外圍設(shè)備、通信接口等設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行在線(xiàn)和離線(xiàn)診斷，故障點(diǎn)診斷可以實(shí)現(xiàn)到具體模板［4］。當(dāng)主用單元發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并實(shí)時(shí)切換到備用單元。當(dāng)系統(tǒng)診斷出外圍設(shè)備故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)切斷外圍設(shè)備，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（7）運(yùn)行維護(hù)管理

積累電排站運(yùn)行數(shù)據(jù)，為提高電排站運(yùn)行維護(hù)水平提供依據(jù)。

2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)視系統(tǒng)由視頻監(jiān)視中心和前端系統(tǒng)構(gòu)成，視頻監(jiān)視中心設(shè)在信息中心，主要設(shè)備包括視頻工作站、視頻監(jiān)視器等設(shè)備，負(fù)責(zé)視頻信息的采集及展示。前端系統(tǒng)由部署在泵站、閘門(mén)、堤防、玉帶河等處的監(jiān)控?cái)z像機(jī)、云臺(tái)、控制解碼器、室內(nèi)外防護(hù)罩等組成，負(fù)責(zé)圖像和數(shù)據(jù)的采集及信號(hào)處理［5］。

各電排站目前均配置了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但攝像機(jī)都存在失效老化的問(wèn)題，需要進(jìn)行更換。每站各需網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)16只，其中固定攝像機(jī)6只，帶云臺(tái)攝像機(jī)10只，泵站視頻監(jiān)控終端重新更換為網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)。昌東站視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行良好，根據(jù)實(shí)際要求，增加閘門(mén)等處的攝像頭。攝像機(jī)位置及數(shù)量表1所示。

表1 攝像機(jī)位置及數(shù)量

2.4 堤防安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

南昌市昌南城市防洪工程管理處負(fù)責(zé)富大有堤、青山湖電排站、魚(yú)尾電排站、南塘湖電排站、吳公廟電排站、昌東電排站、魚(yú)尾自排閘、青山自排閘、昌東自排閘等水利工程的運(yùn)行管理和日常維護(hù)。由于受建設(shè)年代及工程投資影響，原有堤防工程及穿堤建筑物監(jiān)測(cè)設(shè)施匱乏，且年代久遠(yuǎn)，受城市工程建設(shè)影響，原有監(jiān)測(cè)設(shè)施老化破壞嚴(yán)重。為了監(jiān)視富大有堤及穿堤建筑物的運(yùn)行狀態(tài)和工況，特別是在汛期能夠及時(shí)提供建筑物的運(yùn)行狀況和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，并為后續(xù)防汛管理積累資料，在富大有堤及部分穿堤建筑物處設(shè)置安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，包括滲流監(jiān)測(cè)、位移沉降監(jiān)測(cè)和水位監(jiān)測(cè)等。如圖1所示。

圖1 滲流監(jiān)測(cè)典型斷面布置圖

3 結(jié)束語(yǔ)

昌南城市防洪工程監(jiān)控系統(tǒng)從提高昌南片區(qū)城市防洪排澇能力和水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)信息化手段，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像識(shí)別、信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)富大有堤、玉帶河等重點(diǎn)部位的水利工程和水面環(huán)境的監(jiān)控，以及昌南城市防洪工程管理處管轄范圍內(nèi)的青山湖電排站、魚(yú)尾電排站、吳公廟電排站、南塘湖電排站、昌東電排站、魚(yú)尾自排閘、青山自排閘、昌東自排閘的集中控制，從而提高水利工程管理水平，使水利工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最大化。