无人值守水坝/水闸的水利监控系统

　　一、 无人值守系统在水利安全监控的发展趋势

　　湖泊、大小江河、河道等水资源丰富，将水力转化为水利在中国自古以来就是一件利国利民的工程。如三峡工程、南水北调工程等等，都体现了水资源的良性运用。但是，水利设施建设之后的安全运行和维护更是重中之重。如果，后期管理不善，将可能直接导致水利设施的功能降低甚至丧失，反而给水利安全管理造成负担。 随着水利工程的不断发展建设，国家对各种水利设施自身，以及水利设施的自动化运行和设备设施的安全提出了新的要求，加之现代通信技术和视频技术的迅速发展，为水利建设的数字化提供了技术上的有力保证。因此，改造优化水利设施的安全监控，通过多种通信技术的远程视频监控系统和控制，建设水利行业机房，实现“无人值守 (少人值班)”是水利水电行业发展的整体趋势。

　　二、 目前水利设施监控存在的问题

　　目前水利设施中主要有拱坝、重力坝、碾压混凝土坝、心墙堆石坝、面板堆石坝等。由于水坝的体积相对比较大，横截面比较宽。而水闸则主要以河道为主，相对于水坝整体体积小很多，基本上是一次成坝，例如位于天津河北区新开河上的耳闸。水利监控系统要求信息的采集及时而且准确、信息处理操作简单、维护方便，并且要求系统安装方便，运作稳定，维护周期长。目前主要存在以下几个问题：

　　1. 大型水利设施如水坝，主要控制室位于大坝的两端，距离比较远，相互间通信不方便，出现问题后无法及时发现和处理，即使安排固定人员也很难集中监控管理。另外，有的地区水利监控点分散而且自然环境恶劣，这种情况下安排专人进行管理不仅反应滞后而且非常危险。

　　2. 传统的视频监控不仅带宽占用大，而且无法实现坝体内及总控室的设备安全管理和报警处理，功能单一，难以满足要求安全警戒度高的坝体需求，也不便于上级领导的监控监督。而且，传统的监控方案将视频监控和大坝的安全监测分开，形成两个相互独立的子系统，这样既增加了操作的复杂度又提高了软硬件维护成本。

　　3. 如果在多个监控室都采用监控系统，维护成本太高，视频监控、周界报警和坝体周边动力环境设备，无法统一集中监控和管理。

　　4. 水利设施发生警情时，仅靠就近值班人员到现场解决或者电话通知专业技术人员，都无法在第一时间获取详细视频和设备的监控信息，降低了系统的反应速度，如果问题严重则后果将不堪设想。

　　5. 如果沿用传统的安全保卫工作，不仅浪费了大量的人力资源，而且问题出现后处理周期比较长，对问题也无法追踪和回溯，也就很难快速找到问题根源，因而也不利于信息化管理。

　　三、 如何解决目前水利监控中存在的问题

　　针对水利行业监控的现状，结合客户实际情况推出“水坝/水闸水利无人值守综合监控系统”，可以满足上述问题。

　　1. 安全监控系统中不仅提供前端作业区实时视频浏览，而且可实现门禁及动力环境设备报警时联动灯光打开、警铃以及发送短信或彩信、控制水坝和水闸内的开关设备等多种操作。报警信息同时上传到网络管理中心和网络管理分控，也可以由中心进行远程指导或者操作排除险情，做到事故及时处理。

　　2. 软件平台整体设计上按照两层或者三层网络结构进行设计，在前端作业区设置本地监控系统，包括水坝水闸设备监控、水坝水闸周边区域监控，周界报警系统、消防报警系统、门禁控制系统、灯光语音控制系统、水坝水闸工作区动力环境监控。监控中心通过监控中心端软件对前端监控点进行统一监管，包括警情处理，数据报表分析，远程管理。

　　3. 前端监控系统可以通过扩展RS232标准工业接口，采用相关的设备通信协议，增加各种所需的监测设备。如：针对水文监测的仪器，针对坝体安全的渗流压力计，测斜仪，测缝计等等。这样用户无需增加计算机设备，而且使用一套监控软件也大大降低了操作的复杂度。

　　4. 通过前端作业区视频监控，可以实时观测水域的各种变化、机房内设备以及涵闸的运行情况，为领导决策提供了直观的图像信息，同时可以改善观测、测量工作人员的工作环境，减少工作人员，做到无人值守、少人值班，真正体现现代化管理，智能化操作。例如：

　　1) 水位监测使用多种报警和处理措施，可以通过视频监控水库的蓄水水位情况，保证水位安全;

　　2) 水闸、水泵站及水库溢洪道使用实时视频监控，避免误操作，做到无人值守;

　　3) 利用视频监控，分析河道水文情况，监控河道上下游及两岸情况，并监控河道的水质，防止污染;

　　5. 通过代理转发服务器软件可以大大降低带宽的占用，另外在前端监控主机上安装 IE 分控软件后，各级领导可以在世界各个地方通过网络使用IE浏览器查看水利设施的运转情况。

　　6. 通过多播语音对讲技术，可以使得多个前端和中心进行语音通信，通过语音对讲功能，中心技术人员就可以通过视频和对讲对前端人员进行技术指导，大大提高了维护效率，降低了维护成本。

　　四、 水利无人值守综合监控系统的优势

　　水利应用的行业特点是被监控的地点如河道、水库、闸门分布散、距离远，这种特点使得传统的模拟电视监控系统已经不能适应需求，同时需要浏览监控图像的水利部门和相关单位、人员比较多。如何有效地在现有带宽条件下使用户获得流畅的、清晰的监控视频是系统设计成败的关键。“水利无人值守综合监控系统”正是在多年实际应用中不断总结，通过合理的架构有效地解决了水利行业的多种难题，很好地满足了水利用户的实际需求。

　　水利无人值守综合监控系统”远程通信全部采用标准的TCP/IP协议，可直接应用在局域网或者广域网上，针对各闸站距离比较远，不易铺设有线线路的情况，也可采用无线扩频技术或者使用卫星通信来解决远距离通信的问题。同时软件采用当前比较流行的三级网络架构，使得整个系统结构清晰，易于管理和扩展，同时系统支持代理功能。此外，系统还支持网络分控和IE分控，这样使得整个系统可以不受地域的限制而自由连接。

　　整个系统分为四个部分：前端为无人值守视频服务器及视频，动力环境和门禁部分;代理转发服务器(可选);

　　中心为网络分控、无人值守中心服务器系统;IE分控。基于无人值守视频服务器的解决方案系统如图2 所示：

　　该系统可对所有前端水坝/水闸的重点部位进行 24 小时视频监控，并可以按照不同的方式对不同的前端设置录像。

　　系统可连接大量报警设备，例如门磁、红外、烟感、水浸等，一旦出现异常，系统能自动报警，上传报警信息，并联动进行数字录像或声光电报警。

　　在系统中可以加入门禁接口，可以将门禁系统无缝接入，以加强对水坝/水闸进出人员的管理。通过音视频监控使管理人员能够随时随地看到设备和现场工作人员的工作情况，还可以与前端工作人员对话，加强管理的互动性。在系统中还可结合大量专业的环境监测设备，实现及时反映空调系统、温湿度等保障设备的数据。

       报警时可以联动完备的录像策略，可以发送彩信或者短信通知值班人员或相关领导和技术人员。

　　另外，如果要真正实现智能化的无人值守监控还需要在系统中增加水坝自身安全要素和水文的监控。真正做到全方面，一体化、集成化、智能化的监控。

　　针对水位的监控的解决方法：

　　目前针对水文的监控多数是使用单独使用专业的水位测量计，计算机通过 RS232 与设备通信，实时采集数据，软件通过用户设置的报警参数进行相应的处理。这种方法存在弊端，如果设备损坏或者受到外界强干扰很可能会造成数据的失真进而产生误报信息。而且，中心得到的只是数字信息，缺乏感官信息。

　　无人值守系统采用视频技术和测量设备相结合的方法，除了使用水位测量设备，同时采用目前比较先进的视频分析技术，设置一个独立的水位监测视频通道，在视频窗口中设置水位警戒线，如果水位越过警戒线则产生报警信号，通过这种方式，使得报警信息更加直观和准确，同时监控中心通过视频分析可以提前发现警情。这样不仅可以实现报警及时处理，也可以达到预警的功能。同时配合短信或者彩信将报警信息及时传达给相关责任人。

　　针对大坝的水平位移，我们在使用定点位移计测量的同时，使用视频叠加技术将坐标轴叠加到视频图像中，将位移计的测量点对准视频坐标的中心，中心监控端可以通过视频对位移进行分析，但是坝体的位移是十分缓慢的，所以需要结合测量仪器的双重测量。

　　在进行大坝安全的监控的同时，我们也不能忽视廊道的视频监控，因为廊道是水渗流进入坝体后打导流通道，如果廊道的积水过多说明坝体的渗流问题非常严重，对坝体的安全也构成重大的威胁。 水坝/ 水闸水利无人值守综合监控系统，其关键技术实现了对中大型水坝水闸的“无人值守，少人看管”的全自动化控制管理，为水坝水闸减员增效提供了条件。当系统实现联网监控后，可实现数据共享，为管理工作提供了极大的便捷性。随着汛期的临近，高集成度，高稳定性，智能化的无人值守综合监控系统必将在实际工作中起到至关重要的作用。