潁河河道管理信息化建設(shè)探討

王馨

（潁上淮河河道管理局，安徽 阜陽(yáng) 236200）

1 概述

潁河是淮河最大的支流，全長(zhǎng)620km。流域范圍北抵黃河南堤，西北鄰黃河支流伊、洛河，西南與漢水水系的唐白河流域分界，南與洪汝河、谷河、潤(rùn)河地區(qū)接壤，東北與渦河、西淝河水系相鄰。潁河上建有阜陽(yáng)閘樞紐和潁上閘樞紐。水閘是河道管理的重要單位。通過(guò)在河道上修建水閘，可以控制河道流量及調(diào)節(jié)上下游水位，以滿足灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、水產(chǎn)、環(huán)保、工業(yè)和生活用水等需要。潁河段有多個(gè)小型涵閘，河道堤防線路長(zhǎng)，流域影響范圍大，信息化建設(shè)對(duì)于河道管理有較好的應(yīng)用價(jià)值。

2 潁河河道管理難點(diǎn)

2.1 河道違法采砂屢禁不止

潁河河道內(nèi)砂量較為豐富，建筑行業(yè)需求量大，催生了違法采砂行業(yè)鏈，給河道管理帶來(lái)了困難。對(duì)于采砂頻發(fā)的地域，管理人員往往要數(shù)次巡查或夜間突襲，才能達(dá)到較好的震懾效果。

2.2 堤防灘地違建情況多

在河道管理范圍內(nèi)，灘地及堤防對(duì)河道安全影響較大。由于河道戰(zhàn)線長(zhǎng)，河道涉及的灘地及堤防區(qū)域內(nèi)建設(shè)單位對(duì)于建設(shè)工程報(bào)備程序不熟悉或其他原因?qū)е逻`建情況時(shí)有發(fā)生。管理人員很難第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，從而導(dǎo)致清理違章建筑需要較大的時(shí)間及成本。

2.3 管理工作的難點(diǎn)

日常的河道管理中，需要對(duì)河道情況進(jìn)行定期巡查，一般模式為車(chē)輛堤防巡查和船只沿河巡查結(jié)合。但面對(duì)日益復(fù)雜的河道“四亂”情況，需要引入遙感、無(wú)人機(jī)等更高效率的巡查方式。

3 潁河河道管理信息化建設(shè)內(nèi)容

3.1 水閘供配電系統(tǒng)

1）大型水閘供配電現(xiàn)狀。潁河上現(xiàn)有兩大節(jié)制閘——潁上閘、阜陽(yáng)閘。潁上閘為24 孔卷?yè)P(yáng)提升水閘，阜陽(yáng)閘為12 孔卷?yè)P(yáng)提升水閘（中間4 孔為淺孔加深孔組合），兩座水閘分別處于阜陽(yáng)市區(qū)、潁上縣區(qū)中心，水閘及管理處使用單獨(dú)的變壓器進(jìn)行供電，供配電與市電為同一系統(tǒng)，運(yùn)行較為穩(wěn)定。為防止汛期降雨引起的斷電，采用柴油發(fā)電機(jī)做備用供電。通過(guò)和當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)合作，具備專用供電車(chē)臨時(shí)供電能力。水閘啟閉機(jī)還備有手搖接入裝置，當(dāng)自動(dòng)控制、電源保障出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，還可以通過(guò)手搖控制閘門(mén)啟閉。

2）小型水閘供配電現(xiàn)狀。潁河沿岸的小型水閘由于遠(yuǎn)離鄉(xiāng)鎮(zhèn)，供電成本較高，啟閉閘門(mén)采用手搖或柴油發(fā)電機(jī)臨時(shí)供電；為了確保流域整體水資源調(diào)度有序可靠，需要對(duì)閘門(mén)進(jìn)行更為精確及頻繁的調(diào)度啟閉。為滿足小型水閘啟閉供電需求，根據(jù)實(shí)際情況新建專用變壓器或敷設(shè)供電線纜，保障了水閘的穩(wěn)定供電。

3）不間斷電源（UPS）的使用。水閘或者水閘管理單位一般采用城鄉(xiāng)居民用電，特殊情況下斷電可能會(huì)影響流域水資源調(diào)度。UPS 在市電停電時(shí)能將蓄電池直流電源逆變成為交流電繼續(xù)為負(fù)載供電，一般要求后備時(shí)間為2 小時(shí)以上；市電電壓容易受到電力輸送線路的距離影響，離變壓器較近的用電點(diǎn)電壓較高，反之則較低，UPS 可以提供穩(wěn)定電壓；市電的正常頻率為50Hz，部分情況下市電頻率可能會(huì)有波動(dòng)，UPS 可以通過(guò)濾波功能穩(wěn)定電源頻率。目前潁河河道部分管理單位已布設(shè)不間斷電源（UPS），能有效保證水閘信息化系統(tǒng)的電源穩(wěn)定。

3.2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

1）常用設(shè)備。視頻監(jiān)控的前端設(shè)備一般為IP 高清攝像機(jī)，按照使用場(chǎng)景可以分為室內(nèi)外云臺(tái)球機(jī)、半球機(jī)、槍機(jī)等多種類型，后端存儲(chǔ)設(shè)備為硬盤(pán)錄像機(jī)。當(dāng)前端設(shè)備數(shù)量較多或者分部較為分散時(shí)，可以使用多臺(tái)硬盤(pán)錄像機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，也可以使用視頻管理平臺(tái)同時(shí)在線監(jiān)控多臺(tái)硬盤(pán)錄像機(jī)及多臺(tái)攝像機(jī)，通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行視頻展示、回放、分析等。

2）系統(tǒng)架構(gòu)。河道管理特點(diǎn)是線路長(zhǎng)、跨度大，需要視頻監(jiān)控的場(chǎng)景多而散。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，視頻編碼存儲(chǔ)技術(shù)也有校大的提升，網(wǎng)絡(luò)上交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的交換容量也在增加，從技術(shù)層面上已經(jīng)具備視頻監(jiān)控大規(guī)模使用的條件。河道監(jiān)控適宜建設(shè)以水閘為基礎(chǔ)的本地集成監(jiān)視，以本地為存儲(chǔ)單元，再通過(guò)專線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻平臺(tái)集成。

由于位置原因，偏遠(yuǎn)河道上視頻監(jiān)控點(diǎn)電力供應(yīng)及網(wǎng)絡(luò)通信成本較高。網(wǎng)絡(luò)通信可以采用5G 通信流量卡代替，電力供應(yīng)可以采用太陽(yáng)能或風(fēng)力發(fā)電互補(bǔ)的方式代替，建設(shè)綜合成本可以得到有效控制，相比傳統(tǒng)電力供應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)通信方式的成本降低50%以上。

3）重點(diǎn)監(jiān)控。水閘需要對(duì)某些區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，而一般需監(jiān)控的區(qū)域地處偏遠(yuǎn)，無(wú)補(bǔ)充照射光源。這時(shí)可以選擇使用黑光球機(jī)或者紅外球機(jī)，同時(shí)對(duì)視頻進(jìn)行后臺(tái)AI 分析，通過(guò)AI 分析區(qū)域內(nèi)的異常情況類型。閘門(mén)前后安裝上下游攝像機(jī)、閘門(mén)攝像機(jī)等，確保開(kāi)閘過(guò)程無(wú)監(jiān)控死角，防止安全事故發(fā)生。

4）移動(dòng)視頻。固定視頻可以實(shí)現(xiàn)24 小時(shí)無(wú)間斷監(jiān)控，但由于成本限制，會(huì)出現(xiàn)監(jiān)控上的死角；移動(dòng)監(jiān)控可以通過(guò)車(chē)載或者無(wú)人機(jī)搭載視頻吊艙方式，彌補(bǔ)固定視頻的死角，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)24 小時(shí)的無(wú)間斷監(jiān)控。通過(guò)兩種監(jiān)控方式的配合使用，可以實(shí)現(xiàn)有效河道24 小時(shí)無(wú)死角視頻監(jiān)控。

3.3 閘門(mén)現(xiàn)地/遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及水工情監(jiān)測(cè)

閘門(mén)的控制模式分為本地手動(dòng)、本地觸摸屏、遠(yuǎn)程單控、遠(yuǎn)程成組集中控制等模式。大型水閘的閘門(mén)啟閉，遠(yuǎn)程單控、遠(yuǎn)程成組集中控制兩種模式使用頻次較多，往往一天內(nèi)要數(shù)次啟閉閘門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)流量及上下游水位。

閘門(mén)控制啟閉分電氣控制和自動(dòng)控制，現(xiàn)地控制柜（LCU 柜）提供現(xiàn)場(chǎng)控制功能，能夠直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控。一般1 臺(tái)LCU 柜可以控制1 臺(tái)啟閉機(jī)或者多臺(tái)啟閉機(jī)。

大型水閘的閘門(mén)啟閉成組控制，根據(jù)力學(xué)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定要求，按照規(guī)程要求開(kāi)啟閘門(mén)時(shí)先開(kāi)啟中間閘門(mén)，間隔閘門(mén)成組開(kāi)啟；關(guān)閉閘門(mén)相反，間隔閘門(mén)成組關(guān)閉，中間閘門(mén)最后關(guān)閉。汛情發(fā)生時(shí)，水閘的控制往往由上級(jí)單位根據(jù)流域內(nèi)水位情況統(tǒng)一調(diào)度。水閘管理單位需要采集本地的水情、工情信息，以輔助上級(jí)部門(mén)做出正確判斷。

LCU 柜自動(dòng)化功能主要有：

1）數(shù)據(jù)采集與處理

主要包括水位、閘位、溫度、電流、電壓以及各種狀態(tài)值的采集與處理。閘位計(jì)安裝在閘門(mén)啟閉機(jī)傳動(dòng)裝置上，能實(shí)時(shí)檢測(cè)閘門(mén)的高度值，并上傳給現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)控級(jí)設(shè)備的測(cè)量單元分析、計(jì)算和存儲(chǔ)。

2）一般狀態(tài)監(jiān)測(cè)

在水閘上、下游安裝有水位傳感器，能實(shí)時(shí)采集水位數(shù)據(jù)，并給予相應(yīng)的處理和存儲(chǔ)。閘門(mén)狀態(tài)數(shù)據(jù)包括閘門(mén)的上升、下降、全開(kāi)、全關(guān)、啟閉告警、荷重保護(hù)、限位保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等狀態(tài)。

3）電流、電壓、溫濕度監(jiān)測(cè)

LCU 柜集成綜合電力儀表，并配置了電流、電壓變換器，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)啟閉機(jī)的電流和電壓的穩(wěn)定性，包括欠壓和過(guò)壓情況，為啟閉操作提供參考數(shù)據(jù)；電流的變化量同時(shí)也反映了監(jiān)測(cè)啟閉機(jī)的工作狀態(tài)。LCU 柜裝有溫度、濕度等傳感器，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)啟閉機(jī)室LCU 柜的工作環(huán)境狀況。

3.4 數(shù)據(jù)平臺(tái)

通過(guò)水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)河流、湖泊、水庫(kù)、溝道、測(cè)站、水電站、水閘、泵站、堤防等水利對(duì)象和涉水對(duì)象的水利基礎(chǔ)信息的集中存儲(chǔ)與管理。在整合成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行業(yè)務(wù)屬性、空間屬性和對(duì)象關(guān)系的擴(kuò)展，結(jié)合潁河河道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行全新整合。水利對(duì)象和涉水對(duì)象相對(duì)穩(wěn)定的屬性信息和對(duì)象之間的關(guān)系信息都存儲(chǔ)在基礎(chǔ)庫(kù)中。

4 結(jié)論

河道管理信息化建設(shè)可以有效提升管理效率，實(shí)時(shí)開(kāi)展工程監(jiān)控和預(yù)警，通過(guò)構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，為水資源調(diào)度、水旱災(zāi)害防御、水生態(tài)文明建設(shè)等工作提供決策數(shù)據(jù)。潁河河道管理部門(mén)將按照安徽省水利廳全力實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、大力推進(jìn)數(shù)字化、逐步實(shí)現(xiàn)智慧化的總體部署，持續(xù)從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、建設(shè)標(biāo)桿幾個(gè)方面同步進(jìn)行，推動(dòng)信息建設(shè)與技術(shù)管理協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展，進(jìn)一步提高潁河河道管理的科學(xué)性、有效性，為潁河河道管理現(xiàn)代化和智能化奠定基礎(chǔ)