全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)在趙山渡引水渠系中的應(yīng)用

白美娥，徐順放

（浙江珊溪經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江 溫州325000）

1 工程概況

趙山渡引水渠系是珊溪水利樞紐的核心工程，該工程以供水、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、抗旱、防洪等綜合性水利工程，工程由引水樞紐和輸水渠系兩部分組成，引水渠系設(shè)計(jì)引水流量36 m3/s，最大引水流量39 m3/s，設(shè)計(jì)年供水量7.30億m3，主要建筑物為2級(jí)建筑物。引水渠系由總干渠、北干渠、南干渠、溫州分渠以及瑞北分渠等部分組成，沿線共有14個(gè)閘站，總干渠上設(shè)有進(jìn)水口、林宅、馬路坑3個(gè)閘；北干渠設(shè)有梅底、井頭、桐溪3個(gè)閘站；南干渠設(shè)有泛浦、曹村、西岙3個(gè)閘站；瑞北分渠為灣前、峴下、蓋竹、山根4個(gè)閘站；溫州分渠設(shè)有陳岙閘站。趙山渡引水渠系可以滿足溫州市區(qū)、平陽、瑞安、洞頭、蒼南等地近遠(yuǎn)期用水需求；防洪保護(hù)農(nóng)田17.5萬畝；保護(hù)人口25萬人，為500萬城鄉(xiāng)居民提供清澈Ⅰ類生活用水和工業(yè)用水，為溫瑞塘河水質(zhì)的改善提供生態(tài)用水，城鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20年一遇。

2 現(xiàn)狀與存在問題

趙山渡引水渠系沿線14個(gè)閘站，分布在平陽、瑞安、溫州等地方，各閘站之間分布距離遠(yuǎn)，比較分散，而且都很偏僻，管理難度相當(dāng)大。前幾年在各閘站安裝的傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)分辨率不高，受到電磁傳輸干擾、反復(fù)A/D轉(zhuǎn)換、D1畫面合成反交錯(cuò)、隔行掃描等視頻損傷影響，無論是D1、4CIF等都是理論數(shù)值，從閘室傳到人眼時(shí)已經(jīng)模糊不清。模擬攝像機(jī)需要將控制線、音頻線、電源線、視頻線等獨(dú)立進(jìn)行布線搭配，綜合布線成本較高，又非常復(fù)雜、繁瑣，而且工作量大，在工程應(yīng)用中受到許多局限。趙山渡引水管理處原有的監(jiān)控系統(tǒng)已投運(yùn)多年，大部分主要元件設(shè)備年限已到，故障頻發(fā)，由于計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的更新?lián)Q代快、設(shè)備兼容等原因，新配的備品備件購置價(jià)格、設(shè)備維護(hù)以及維修成本都比較高，平時(shí)設(shè)備故障檢修恢復(fù)期延長，而且和原監(jiān)控系統(tǒng)難以符合。由于眾多平臺(tái)的限制，現(xiàn)有這套監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)無法支持配置比較先進(jìn)的硬件設(shè)備，限制了監(jiān)控系統(tǒng)功能的完善、拓展以及升級(jí)，趙山渡引水渠系“無人值班、少人值守”宗旨難以實(shí)現(xiàn)。

隨著城市的發(fā)展，人們用水量需求不斷提升，調(diào)度室運(yùn)行人員每天在微機(jī)上操作閘門次數(shù)越來越頻繁，現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)，看不到現(xiàn)場各閘站的實(shí)際情況，只能通過現(xiàn)地自動(dòng)化儀表采集的信息和平時(shí)工作積累的經(jīng)驗(yàn)來操作閘門，得出流量、水位、閘門開度來滿足溫州、平陽、瑞安等水廠的生活和生態(tài)用水，很難保障安全供水和閘室周邊水工建筑物的安全。

3 全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜（圖1），由表現(xiàn)層、控制層、傳輸層、處理層、支撐層、執(zhí)行層、采集層等幾部分組成。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的品質(zhì)由表現(xiàn)層展現(xiàn)。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心是控制層，控制方式一般有模擬控制和數(shù)字控制兩種。傳輸層將傳輸過來的音視頻信號(hào)進(jìn)行分配、放大和分割，連接控制層與表現(xiàn)層。后端設(shè)備的支撐由支撐層完成，支撐和保護(hù)采集層和執(zhí)行層。采集層是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，也是系統(tǒng)成本最大的設(shè)備，它由鏡頭、攝像機(jī)和報(bào)警傳感器等組成，包括控制、傳輸、攝像以及顯示記錄4大部分。首先，攝像機(jī)將監(jiān)視到的內(nèi)容變?yōu)閳D像信號(hào)，通過傳輸部分將數(shù)字音視頻信號(hào)傳送到存儲(chǔ)設(shè)備和控制主機(jī)上，電視監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸部分主要是聲音信號(hào)和圖像信號(hào)的傳輸，鏡頭、攝像機(jī)、云臺(tái)等進(jìn)行控制信號(hào)傳輸。通過電腦控制主機(jī)的鍵盤和鼠標(biāo)操作，對(duì)控制部分進(jìn)行控制。顯示部分有計(jì)算機(jī)顯示器和大屏幕電視等設(shè)備，電視屏幕作主顯示，主機(jī)顯示器作為輔助顯示，記錄部分的主要設(shè)備是硬盤錄像機(jī)。硬盤錄像機(jī)可同步存儲(chǔ)16路音視頻，并可設(shè)定按時(shí)間計(jì)劃錄像模式，節(jié)省了硬盤空間。

圖1 全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

4 全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)功能比較強(qiáng)大，在性能上也超越一般的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)優(yōu)勢如下：

（1）全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是目前網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控最先進(jìn)的一種系統(tǒng)，是網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控今后的發(fā)展趨勢和主流，其他的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)模式會(huì)漸漸過渡到全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)模式。

（2）全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)比較高的性價(jià)比高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控視頻監(jiān)控的墊腳石。

（3）全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)比較容易開發(fā)應(yīng)用新功能、擴(kuò)容、升級(jí)等，是一套符合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展規(guī)律，具有先進(jìn)性、可持續(xù)性的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

（4）全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)作于監(jiān)控專網(wǎng)內(nèi)，對(duì)未來跨公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)改造具有指導(dǎo)意義。

（5）高品質(zhì)的圖像質(zhì)量：所有攝像機(jī)均是百萬高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，分辨率最大可達(dá)到1280×720，每秒25幀全實(shí)時(shí)，在實(shí)用中網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較短，圖像清晰度高，而且低照性能優(yōu)越，提供多種曝光模式選擇，比較適應(yīng)各種高難度的復(fù)雜監(jiān)控環(huán)境。

（6）施工維護(hù)方便、成本比較低，不需要敷設(shè)太多的電源線、視頻電纜以及采用特定的光端機(jī)等傳輸設(shè)備，采用總線分布式的組網(wǎng)方式，施工簡單，所需傳輸設(shè)備成本低（例如交換機(jī)、光纖收發(fā)器），維護(hù)方便。

（7）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較靈活，升級(jí)性和擴(kuò)容性強(qiáng)：系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的組網(wǎng)方式，支持組播、IP單播功能。設(shè)計(jì)采用模塊化，無論中心擴(kuò)容和前端擴(kuò)容都能利用前期資源，降低擴(kuò)容資金投入成本。前端攝像機(jī)和中心管理軟件均支持本地升級(jí)，無需硬件改動(dòng)便可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的升級(jí)。

5 監(jiān)控系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用

趙山渡渠系全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與閘門集控系統(tǒng)聯(lián)合動(dòng)作，對(duì)渠系各閘站24孔閘門啟閉機(jī)進(jìn)行有效、可靠的聯(lián)動(dòng)控制，將采集的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確無誤上送，并根據(jù)調(diào)度指令，完成閘門的啟閉控制。運(yùn)行工作人員從溫州集控中心上位機(jī)發(fā)布指令操作閘門時(shí)，閘門集控系統(tǒng)通過硬接線方式，將有關(guān)信號(hào)傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)收到信號(hào)后，自動(dòng)控制該閘站現(xiàn)地?cái)z像機(jī)旋轉(zhuǎn)，并準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)該閘門攝像，同時(shí)集控中心的電視墻會(huì)自動(dòng)切換至相應(yīng)閘門的視頻，協(xié)助運(yùn)行工作人員更科學(xué)、便捷地監(jiān)視現(xiàn)地閘門動(dòng)作、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，能實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場的閘門啟閉、流量、水位，還能切換鏡面清楚看到閘室周邊建筑物，對(duì)保障安全供水起到保駕護(hù)航作用。具體應(yīng)用如下：

（1）在閘門運(yùn)行工作中，監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)控現(xiàn)地閘門設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，任何一扇閘門出現(xiàn)故障，集控裝置都能自動(dòng)進(jìn)行診斷，并命令所有成組運(yùn)行的閘門停止運(yùn)行，緊急查明故障原因，并進(jìn)行有效的修復(fù)，或切換到現(xiàn)地工作方式，上位機(jī)顯示故障信息并報(bào)警，提示運(yùn)行工作人員設(shè)備出現(xiàn)故障，需及時(shí)處理。

（2）閘門成組控制：在全數(shù)字監(jiān)控下可以選孔方式或成組控制閘門，這兩種方式在多孔閘門比較實(shí)用。選孔方式，對(duì)開啟閘門不作要求，可以任意選擇開啟每扇閘門。成組方式，各閘門可按現(xiàn)場運(yùn)行要求成組運(yùn)行，避開啟動(dòng)電流，可延時(shí)兩組閘門之間的啟動(dòng)控制，可自行設(shè)定延時(shí)時(shí)間。

（3）流量統(tǒng)計(jì)：通過現(xiàn)地柜采集上送的現(xiàn)場閘門實(shí)際開度值和上下游水位值自動(dòng)計(jì)算各閘門的泄流量以及所有閘門總的泄流量，生成相關(guān)的流量報(bào)表及趨勢圖。

（4）流量控制：監(jiān)控系統(tǒng)和集控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，各閘門的開度由閘前水位、閘后水位或入庫流量和人為設(shè)定的出庫流量等參數(shù)自動(dòng)計(jì)算。為保證閘后呈面流量銜接，避免發(fā)生底流，鼻坎有較好的壓力分布，自動(dòng)提門時(shí)能采取齊步均勻開啟方式運(yùn)行，即相鄰閘門高度不宜相差太大，當(dāng)現(xiàn)場水位值無法直接讀取時(shí)，集控系統(tǒng)可接受人工輸入的水位值進(jìn)行計(jì)算。

圖2 全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)工作原理圖

6 結(jié)語

全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)彌補(bǔ)了模擬控制系統(tǒng)的短缺，經(jīng)過這幾年的運(yùn)行表明，該設(shè)備滿足了渠系閘站“無人值班，少人值守”的宗旨，在閘門運(yùn)行過程中，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)地閘門設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與閘門系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)視操作時(shí)閘門開度、流量、水位變化，對(duì)趙山渡渠系沿線閘室水工建筑物重要的場地、工程、設(shè)備等進(jìn)行視頻監(jiān)控，并與自動(dòng)控制系統(tǒng)密切結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程設(shè)備監(jiān)視、大范圍現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)視和重要場所安全監(jiān)視，任何一扇閘門的現(xiàn)地設(shè)備出現(xiàn)故障，上位機(jī)報(bào)警并顯示故障信息，協(xié)助運(yùn)行人員監(jiān)視現(xiàn)地設(shè)備運(yùn)行，對(duì)安全供水和閘室水工建筑物安全提供了有力的保障。該設(shè)備的應(yīng)用實(shí)例，可對(duì)同行業(yè)的類似工程管理單位提供借鑒意義。