智能化預(yù)警系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用

陳 健

（深圳市龍崗排水有限公司，廣東深圳 518000）

1 智能化預(yù)警系統(tǒng)介紹

1.1 預(yù)警信息系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

智能化無(wú)線預(yù)警廣播系統(tǒng)采用B/S 模式設(shè)計(jì)，用戶通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一登錄進(jìn)入系統(tǒng)操作。系統(tǒng)主要功能分為六大部分，分別是電子地圖、廣播發(fā)送、狀態(tài)監(jiān)視、廣播設(shè)置、廣播日志、權(quán)限設(shè)置。

（1）電子地圖。用戶登錄系統(tǒng)后，進(jìn)入的是電子地圖界面，在本界面可以一目了然查看所有的在線廣播信息的狀態(tài)：正在廣播或待機(jī)狀態(tài)，對(duì)整個(gè)廣播系統(tǒng)的分布情況有具體的了解。

（2）廣播發(fā)送。如要發(fā)布廣播，可進(jìn)入此界面，通過(guò)本界面，有相應(yīng)權(quán)限的人員可以選擇要廣播的具體站點(diǎn)，可全選或單選，可選擇需要廣播的內(nèi)容，確認(rèn)后進(jìn)行廣播控制。

（3）狀態(tài)監(jiān)視。通過(guò)狀態(tài)監(jiān)視頁(yè)面，可查看廣播站點(diǎn)的當(dāng)前廣播狀態(tài)和電壓狀態(tài)，判斷廣播設(shè)備是否正常工作。

（4）廣播設(shè)置。通過(guò)設(shè)置頁(yè)面，可設(shè)置廣播的參數(shù)、音量大小、廣播語(yǔ)音選擇等參數(shù)。

（5）廣播日志?？刹榭此械膹V播日志，包括廣播點(diǎn)位置、廣播時(shí)間、操作人員、廣播內(nèi)容等。

（6）權(quán)限設(shè)置?？赏ㄟ^(guò)權(quán)限設(shè)置添加刪除用戶，并分配相應(yīng)的系統(tǒng)控制權(quán)限。

系統(tǒng)特色為：①中心平臺(tái)可遠(yuǎn)程開(kāi)啟或關(guān)閉遠(yuǎn)程廣播終端，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定點(diǎn)廣播。②中心平臺(tái)可分區(qū)域廣播，即選擇分組或特定的預(yù)警點(diǎn)進(jìn)行廣播。③中心平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)單個(gè)遠(yuǎn)程廣播終端單獨(dú)控制，并可調(diào)節(jié)音量大小。④中心平臺(tái)能實(shí)時(shí)監(jiān)控各遠(yuǎn)程廣播終端的工作和故障狀態(tài)，反饋故障信號(hào)及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)，并記錄各個(gè)設(shè)備故障狀態(tài)形成報(bào)表，便于以后檢修的記錄總結(jié)。⑤用戶根據(jù)每條河道、每個(gè)泵閘、每條排水渠的特點(diǎn)形成不同的語(yǔ)音播放文字。在運(yùn)行期間，如果需要添加語(yǔ)音，可以通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)制作成語(yǔ)音合成的播放文件，設(shè)置到系統(tǒng)內(nèi)部上傳至廣播終端。語(yǔ)音廣播方式：收到預(yù)警氣象信息通知后語(yǔ)音廣播報(bào)警一次，30 min 后再語(yǔ)音廣播報(bào)警一次，每次時(shí)長(zhǎng)為5 min，時(shí)間頻次可以調(diào)配。比如：“廣大市民請(qǐng)注意，由于上游河道來(lái)水，某泵站需要開(kāi)機(jī)抽排，請(qǐng)大家相互轉(zhuǎn)告，遠(yuǎn)離河道及泵閘出水口”或“廣大市民請(qǐng)注意，河洪水即將到達(dá)某某排水渠，請(qǐng)大家相互轉(zhuǎn)告，遠(yuǎn)離某排水渠”，提示沿河道及泵閘出水口及排水渠附近的群眾應(yīng)盡快撤離河道，保證人身安全。

1.2 預(yù)警信息系統(tǒng)架構(gòu)

預(yù)警信息系統(tǒng)架構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

（1）預(yù)警廣播終端.預(yù)警廣播終端主要接收中心發(fā)送過(guò)來(lái)的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)語(yǔ)音信號(hào)輸出給各站點(diǎn)喇叭。其主要特點(diǎn)如下：①環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。工業(yè)級(jí)可靠設(shè)計(jì)，耐嚴(yán)寒酷暑，–20～+75 ℃工作；適應(yīng)176～250 V 寬電壓，即使在電壓不穩(wěn)地區(qū)也可穩(wěn)定工作。②智能工作，永不掉線。預(yù)警廣播終端為智能型終端，上電即可進(jìn)入工作狀態(tài)；具備完整的防掉線機(jī)制，保證終端永遠(yuǎn)在線。③支持太陽(yáng)能/風(fēng)能供電。預(yù)警廣播終端可接駁太陽(yáng)能/風(fēng)能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在無(wú)市電環(huán)境下正常工作，解決某些項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)取電困難的問(wèn)題。蓄電池陰雨天可連續(xù)工作1個(gè)月，特別是在沿海地區(qū)的汛期發(fā)揮重要的作用。④低功耗。具有多級(jí)休眠和喚醒模式，最大限度降低功耗，待機(jī)功耗不大于1 W，工作功耗不大于4 W，有效節(jié)約能源。⑤防雷設(shè)計(jì)。包括AC 220 V 電源防雷，天線防雷和喇叭線防雷（可選）等，使預(yù)警系統(tǒng)在雷電等惡劣環(huán)境下依然可靠工作。⑥本智能化預(yù)警系統(tǒng)音響為三級(jí)負(fù)荷，推廣使用低損耗、性能優(yōu)的光源附件，如節(jié)能型音箱、低功耗無(wú)線傳輸模塊等。選用電氣節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品，本系統(tǒng)選用的均為節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，如選用免維護(hù)鹽酸蓄電池作為后備電力供應(yīng)。太陽(yáng)能光電產(chǎn)品的應(yīng)用，太陽(yáng)能作為清潔能源在本系統(tǒng)中作為主要電力來(lái)源，無(wú)污染。⑦安裝型式。本方案根據(jù)河道及泵閘站點(diǎn)的特點(diǎn)，分為兩種安裝型式：立桿式和壁掛式，見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 立桿式安裝示意圖

圖3 壁掛式安裝示意圖

本次設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)《中華人民共和國(guó)水法》、《中華人民共和國(guó)防洪法》、《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《公共廣播系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50526-2010、《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）、《泵站施工規(guī)范》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

（2）預(yù)警中心管理平臺(tái)。預(yù)警中心管理平臺(tái)架設(shè)在中心機(jī)房的獨(dú)立服務(wù)器上，服務(wù)器需連接至外網(wǎng)，進(jìn)出口帶寬保證2 M 以上，并且需提供固定IP 或域名，用于與預(yù)警廣播終端設(shè)備進(jìn)行連接，并配備相應(yīng)的安全網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)各無(wú)線預(yù)警廣播終端通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)連接到預(yù)警管理平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)警管理平臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)廣播終端的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、管理、預(yù)警信息發(fā)布等。

中心平臺(tái)信息管理權(quán)限由超級(jí)管理員控制，播放權(quán)限下放至區(qū)域管理員，可制定多個(gè)管理員權(quán)限賬戶，可實(shí)現(xiàn)分區(qū)域管理預(yù)警信息。①超級(jí)管理員。中心機(jī)房負(fù)責(zé)人持有，管理中心平臺(tái)登記信息和監(jiān)視信息發(fā)布情況。②區(qū)域管理員。各河道管理處中心管理平臺(tái)負(fù)責(zé)人持有，可控制其管理范圍內(nèi)的廣播設(shè)備，便于管理及處理、發(fā)布預(yù)警信息。③信息發(fā)布員。負(fù)責(zé)本轄區(qū)內(nèi)的廣播設(shè)備信息的發(fā)布和控制，根據(jù)上級(jí)指令發(fā)布相應(yīng)的廣播。

（3）預(yù)警信息發(fā)布方式。①聯(lián)網(wǎng)發(fā)送方式。本系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)模式，用戶可用電腦、手機(jī)、平板等終端設(shè)備在任何可以連接互聯(lián)網(wǎng)的地方通過(guò)登錄中心管理平臺(tái)來(lái)控制廣播設(shè)備。當(dāng)終端設(shè)備通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)連接到中心管理平臺(tái)后，用戶即可通過(guò)中心平臺(tái)軟件發(fā)送預(yù)警信息和遠(yuǎn)程控制信息。設(shè)備接收到預(yù)警信息后，將預(yù)警信息轉(zhuǎn)成語(yǔ)音信息進(jìn)行預(yù)警廣播。②人工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送。在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，管理人員可通過(guò)無(wú)線遙控器現(xiàn)場(chǎng)控制播放語(yǔ)音，可供巡查泵閘及巡河工作人員實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布預(yù)警或測(cè)試設(shè)備，盡早地告知附近民眾撤離現(xiàn)場(chǎng)。③信息反饋。預(yù)警系統(tǒng)無(wú)論是通過(guò)中心發(fā)布信息、區(qū)域管理員發(fā)布信息、人工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布信息后，中心都會(huì)收到各發(fā)出過(guò)預(yù)警信息點(diǎn)位的反饋信息，可供中心管理人員查看；管理平臺(tái)可實(shí)時(shí)向上一級(jí)管理單位報(bào)送河道及泵閘各主要站點(diǎn)是預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息的多級(jí)協(xié)同管理，有利于泵站樞紐工程的科學(xué)合理調(diào)度、安全運(yùn)行。

（4）預(yù)警流程。根據(jù)氣象臺(tái)發(fā)布的信號(hào)，在做出預(yù)警決定后，可設(shè)置系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警或人工預(yù)警。預(yù)警流程如圖4所示。

圖4 預(yù)警流程

1.3 預(yù)警系統(tǒng)的站點(diǎn)選址及安裝要求

（1）站點(diǎn)選址。站點(diǎn)布置原則為，在河道重要節(jié)點(diǎn)及泵閘進(jìn)出水口做預(yù)警廣播布置，根據(jù)人流量的大小進(jìn)行選址，盡量選擇在人員聚集區(qū)、河道出入口、泵閘出入口、天橋底下等人員容易聚集的地方，把警示效果最大化。一般間隔300～500 m 設(shè)置站點(diǎn)，保證語(yǔ)音的覆蓋范圍。

（2）立桿式安裝。本方案采用景觀立桿，一體化設(shè)計(jì)，即立桿、設(shè)備、喇叭均安裝于一體，兼顧美觀和功能的實(shí)用。每根立桿在顯眼位置噴涂防洪L(zhǎng)ogo標(biāo)志和警示標(biāo)語(yǔ)，并印制唯一的編號(hào)，便于管理；立桿表面設(shè)置防水廣告位，可內(nèi)置宣傳標(biāo)語(yǔ)和內(nèi)容，并可根據(jù)需要進(jìn)行更換；立桿設(shè)遙控按鈕，巡查人員可在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)遙控器控制播放語(yǔ)言和測(cè)試設(shè)備；立桿頂部安裝LED 警報(bào)燈，在播放語(yǔ)音的同時(shí)閃爍，達(dá)到聲光同時(shí)提醒的效果；立桿采用鋼材料制作，與底部防雷基礎(chǔ)連接一體，防止直擊雷的損壞。立桿的安裝：在需要安裝立桿的底部開(kāi)挖制作0.4 m×0.4 m×0.6 m的混凝土基座，立桿通過(guò)底座螺栓固定在基座上面，立桿與防雷接地極連接在一起。立桿式安裝示意詳見(jiàn)圖5。

圖5 立桿式安裝示意

（3）防雷地網(wǎng)制作：在每個(gè)廣播點(diǎn)制作固定基座的時(shí)候，同時(shí)需要制作防雷地網(wǎng)，保證設(shè)備的接地電阻值滿足規(guī)定要求。防雷地網(wǎng)制作采用2.5 m 鍍鋅角鋼作為接地極，圍繞立桿基座四周打入地下，采用鍍鋅扁鋼焊接與基座連為一體，形成防雷接地網(wǎng)。

2 系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

2.1 智能預(yù)警便于泵站與水閘聯(lián)合調(diào)度

當(dāng)臺(tái)風(fēng)或暴雨黃色預(yù)警時(shí)，對(duì)泵站水閘樞紐工程進(jìn)行防洪調(diào)度。調(diào)度方案為：依據(jù)潮汐特征預(yù)報(bào)表，上游雨情水情工況，結(jié)合排澇河口的實(shí)時(shí)水位，滿足運(yùn)行條件時(shí)調(diào)度水閘并開(kāi)啟排澇泵站水泵機(jī)組進(jìn)行防洪抽排。在此之前應(yīng)做好充分的預(yù)警發(fā)布和信息傳達(dá)工作，通過(guò)智能化預(yù)警信息系統(tǒng)廣播氣象預(yù)警信息、降雨信息、水位信息等，以語(yǔ)音報(bào)警2次，為泵閘的聯(lián)合調(diào)度提供實(shí)時(shí)預(yù)警信息。該系統(tǒng)順利完成了為期半年的泵閘進(jìn)出水口的預(yù)警廣播試運(yùn)行，充分發(fā)揮了提前預(yù)警、有效疏散關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處人員聚集的作用。運(yùn)行兩年后取得了良好的效果，市民經(jīng)常稱贊該系統(tǒng)的播放警示內(nèi)容，增強(qiáng)了自己的安全意識(shí)。

2.2 智能預(yù)警便于宣傳安全及保護(hù)環(huán)境

該系統(tǒng)不僅能有效提高預(yù)警的覆蓋面，而且還有助于加強(qiáng)涉河關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的安全宣傳，包括涉水安全知識(shí)、洪水避險(xiǎn)自救常識(shí)和突發(fā)涉水事件提醒，以及水庫(kù)泄洪前、泵閘運(yùn)行前的及時(shí)預(yù)警，形成立體的防洪安全預(yù)警管理體系。平時(shí)也可以對(duì)居民傳遞環(huán)境保護(hù)知識(shí)，形成耳濡目染，增強(qiáng)了市民保護(hù)河道愛(ài)護(hù)環(huán)境的意識(shí)，加大了綠色宣傳力度。長(zhǎng)久的運(yùn)行不僅能減少人員因洪澇災(zāi)害造成的傷亡，達(dá)到民生水利和社會(huì)防洪的目的，而且也加強(qiáng)了臺(tái)風(fēng)暴雨來(lái)臨前河道周邊人員的安全管理。

3 結(jié)束語(yǔ)

在此項(xiàng)目中，不僅掌握了智能化預(yù)警系統(tǒng)在水利工程中的有效應(yīng)用，也增強(qiáng)了項(xiàng)目統(tǒng)籌管理經(jīng)驗(yàn)。在本次設(shè)計(jì)中涉及很多方面的專業(yè)知識(shí)，比如水利水電機(jī)電輔助系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)、智能化的理解、泵閘聯(lián)合調(diào)度方案的優(yōu)化執(zhí)行、設(shè)備選型及運(yùn)用、系統(tǒng)運(yùn)行程序的編輯、數(shù)據(jù)的采集及傳輸、軟硬件的配置與兼容、站點(diǎn)選址及安裝等。在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中態(tài)度決定一切，耐心也是決定成功的關(guān)鍵。目前深圳市水利工程河道泵閘機(jī)電設(shè)備的智能化監(jiān)管項(xiàng)目還有很大的發(fā)展空間，本文中的設(shè)計(jì)理念及應(yīng)用在河道智能化預(yù)警及泵閘聯(lián)合調(diào)度領(lǐng)域就是一個(gè)不錯(cuò)的嘗試，能夠?yàn)轭愃祈?xiàng)目做借鑒參考。