無人值守水壩/水閘的水利監控系統

　　一、 無人值守系統在水利安全監控的發展趨勢

　　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，加之現代通信技術和視頻技術的迅速發展，為水利建設的數字化提供了技術上的有力保證。因此，改造優化水利設施的安全監控，通過多種通信技術的遠程視頻監控系統和控制，建設水利行業機房，實現“無人值守 (少人值班)”是水利水電行業發展的整體趨勢。

　　二、 目前水利設施監控存在的問題

　　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新開河上的耳閘。水利監控系統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，并且要求系統安裝方便，運作穩定，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，出現問題后無法及時發現和處理，即使安排固定人員也很難集中監控管理。另外，有的地區水利監控點分散而且自然環境惡劣，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. 傳統的視頻監控不僅帶寬占用大，而且無法實現壩體內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控監督。而且，傳統的監控方案將視頻監控和大壩的安全監測分開，形成兩個相互獨立的子系統，這樣既增加了操作的復雜度又提高了軟硬件維護成本。

　　3. 如果在多個監控室都采用監控系統，維護成本太高，視頻監控、周界報警和壩體周邊動力環境設備，無法統一集中監控和管理。

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

　　5. 如果沿用傳統的安全保衛工作，不僅浪費了大量的人力資源，而且問題出現后處理周期比較長，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控中存在的問題

　　針對水利行業監控的現狀，結合客戶實際情況推出“水壩/水閘水利無人值守綜合監控系統”，可以滿足上述問題。

　　1. 安全監控系統中不僅提供前端作業區實時視頻瀏覽，而且可實現門禁及動力環境設備報警時聯動燈光打開、警鈴以及發送短信或彩信、控制水壩和水閘內的開關設備等多種操作。報警信息同時上傳到網絡管理中心和網絡管理分控，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絡結構進行設計，在前端作業區設置本地監控系統，包括水壩水閘設備監控、水壩水閘周邊區域監控，周界報警系統、消防報警系統、門禁控制系統、燈光語音控制系統、水壩水閘工作區動力環境監控。監控中心通過監控中心端軟件對前端監控點進行統一監管，包括警情處理，數據報表分析，遠程管理。

　　3. 前端監控系統可以通過擴展RS232標準工業接口，采用相關的設備通信協議，增加各種所需的監測設備。如：針對水文監測的儀器，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，而且使用一套監控軟件也大大降低了操作的復雜度。

　　4. 通過前端作業區視頻監控，可以實時觀測水域的各種變化、機房內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境，減少工作人員，做到無人值守、少人值班，真正體現現代化管理，智能化操作。例如：

　　1) 水位監測使用多種報警和處理措施，可以通過視頻監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控，避免誤操作，做到無人值守;

　　3) 利用視頻監控，分析河道水文情況，監控河道上下游及兩岸情況，并監控河道的水質，防止污染;

　　5. 通過代理轉發服務器軟件可以大大降低帶寬的占用，另外在前端監控主機上安裝 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控系統的優勢

　　水利應用的行業特點是被監控的地點如河道、水庫、閘門分布散、距離遠，這種特點使得傳統的模擬電視監控系統已經不能適應需求，同時需要瀏覽監控圖像的水利部門和相關單位、人員比較多。如何有效地在現有帶寬條件下使用戶獲得流暢的、清晰的監控視頻是系統設計成敗的關鍵。“水利無人值守綜合監控系統”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控系統”遠程通信全部采用標準的TCP/IP協議，可直接應用在局域網或者廣域網上，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絡架構，使得整個系統結構清晰，易于管理和擴展，同時系統支持代理功能。此外，系統還支持網絡分控和IE分控，這樣使得整個系統可以不受地域的限制而自由連接。

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

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

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

　　系統可連接大量報警設備，例如門磁、紅外、煙感、水浸等，一旦出現異常，系統能自動報警，上傳報警信息，并聯動進行數字錄像或聲光電報警。

　　在系統中可以加入門禁接口，可以將門禁系統無縫接入，以加強對水壩/水閘進出人員的管理。通過音視頻監控使管理人員能夠隨時隨地看到設備和現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。在系統中還可結合大量專業的環境監測設備，實現及時反映空調系統、溫濕度等保障設備的數據。

       報警時可以聯動完備的錄像策略，可以發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，如果要真正實現智能化的無人值守監控還需要在系統中增加水壩自身安全要素和水文的監控。真正做到全方面，一體化、集成化、智能化的監控。

　　針對水位的監控的解決方法：

　　目前針對水文的監控多數是使用單獨使用專業的水位測量計，計算機通過 RS232 與設備通信，實時采集數據，軟件通過用戶設置的報警參數進行相應的處理。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據的失真進而產生誤報信息。而且，中心得到的只是數字信息，缺乏感官信息。

　　無人值守系統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，同時監控中心通過視頻分析可以提前發現警情。這樣不僅可以實現報警及時處理，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控的同時，我們也不能忽視廊道的視頻監控，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控系統，其關鍵技術實現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。當系統實現聯網監控后，可實現數據共享，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，高穩定性，智能化的無人值守綜合監控系統必將在實際工作中起到至關重要的作用。