全数字监控系统在赵山渡引水渠系中的应用

白美娥，徐顺放

（浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江 温州325000）

1 工程概况

赵山渡引水渠系是珊溪水利枢纽的核心工程，该工程以供水、灌溉为主，结合发电、抗旱、防洪等综合性水利工程，工程由引水枢纽和输水渠系两部分组成，引水渠系设计引水流量36 m3/s，最大引水流量39 m3/s，设计年供水量7.30亿m3，主要建筑物为2级建筑物。引水渠系由总干渠、北干渠、南干渠、温州分渠以及瑞北分渠等部分组成，沿线共有14个闸站，总干渠上设有进水口、林宅、马路坑3个闸；北干渠设有梅底、井头、桐溪3个闸站；南干渠设有泛浦、曹村、西岙3个闸站；瑞北分渠为湾前、岘下、盖竹、山根4个闸站；温州分渠设有陈岙闸站。赵山渡引水渠系可以满足温州市区、平阳、瑞安、洞头、苍南等地近远期用水需求；防洪保护农田17.5万亩；保护人口25万人，为500万城乡居民提供清澈Ⅰ类生活用水和工业用水，为温瑞塘河水质的改善提供生态用水，城镇防洪标准提高到20年一遇。

2 现状与存在问题

赵山渡引水渠系沿线14个闸站，分布在平阳、瑞安、温州等地方，各闸站之间分布距离远，比较分散，而且都很偏僻，管理难度相当大。前几年在各闸站安装的传统模拟摄像机分辨率不高，受到电磁传输干扰、反复A/D转换、D1画面合成反交错、隔行扫描等视频损伤影响，无论是D1、4CIF等都是理论数值，从闸室传到人眼时已经模糊不清。模拟摄像机需要将控制线、音频线、电源线、视频线等独立进行布线搭配，综合布线成本较高，又非常复杂、繁琐，而且工作量大，在工程应用中受到许多局限。赵山渡引水管理处原有的监控系统已投运多年，大部分主要元件设备年限已到，故障频发，由于计算机产品的更新换代快、设备兼容等原因，新配的备品备件购置价格、设备维护以及维修成本都比较高，平时设备故障检修恢复期延长，而且和原监控系统难以符合。由于众多平台的限制，现有这套监控系统已经无法支持配置比较先进的硬件设备，限制了监控系统功能的完善、拓展以及升级，赵山渡引水渠系“无人值班、少人值守”宗旨难以实现。

随着城市的发展，人们用水量需求不断提升，调度室运行人员每天在微机上操作闸门次数越来越频繁，现有的监控系统，看不到现场各闸站的实际情况，只能通过现地自动化仪表采集的信息和平时工作积累的经验来操作闸门，得出流量、水位、闸门开度来满足温州、平阳、瑞安等水厂的生活和生态用水，很难保障安全供水和闸室周边水工建筑物的安全。

3 全数字监控系统的工作原理

全数字监控系统结构比较复杂（图1），由表现层、控制层、传输层、处理层、支撑层、执行层、采集层等几部分组成。整个监控系统的品质由表现层展现。整个监控系统的核心是控制层，控制方式一般有模拟控制和数字控制两种。传输层将传输过来的音视频信号进行分配、放大和分割，连接控制层与表现层。后端设备的支撑由支撑层完成，支撑和保护采集层和执行层。采集层是整个监控系统的关键因素，也是系统成本最大的设备，它由镜头、摄像机和报警传感器等组成，包括控制、传输、摄像以及显示记录4大部分。首先，摄像机将监视到的内容变为图像信号，通过传输部分将数字音视频信号传送到存储设备和控制主机上，电视监控系统的传输部分主要是声音信号和图像信号的传输，镜头、摄像机、云台等进行控制信号传输。通过电脑控制主机的键盘和鼠标操作，对控制部分进行控制。显示部分有计算机显示器和大屏幕电视等设备，电视屏幕作主显示，主机显示器作为辅助显示，记录部分的主要设备是硬盘录像机。硬盘录像机可同步存储16路音视频，并可设定按时间计划录像模式，节省了硬盘空间。

图1 全数字监控系统示意图

4 全数字监控系统的优点

全数字监控系统功能比较强大，在性能上也超越一般的模拟视频监控系统。本系统优势如下：

（1）全数字网络视频监控系统是目前网络视频监控最先进的一种系统，是网络视频监控今后的发展趋势和主流，其他的网络监控系统模式会渐渐过渡到全数字监控系统模式。

（2）全数字网络视频监控系统是实现比较高的性价比高清网络监控视频监控的垫脚石。

（3）全数字网络视频监控系统比较容易开发应用新功能、扩容、升级等，是一套符合现代社会发展规律，具有先进性、可持续性的网络视频监控系统。

（4）全数字网络视频监控系统运作于监控专网内，对未来跨公网网络监控系统改造具有指导意义。

（5）高品质的图像质量：所有摄像机均是百万高清数字摄像机，分辨率最大可达到1280×720，每秒25帧全实时，在实用中网络延时较短，图像清晰度高，而且低照性能优越，提供多种曝光模式选择，比较适应各种高难度的复杂监控环境。

（6）施工维护方便、成本比较低，不需要敷设太多的电源线、视频电缆以及采用特定的光端机等传输设备，采用总线分布式的组网方式，施工简单，所需传输设备成本低（例如交换机、光纤收发器），维护方便。

（7）系统结构比较灵活，升级性和扩容性强：系统采用标准的组网方式，支持组播、IP单播功能。设计采用模块化，无论中心扩容和前端扩容都能利用前期资源，降低扩容资金投入成本。前端摄像机和中心管理软件均支持本地升级，无需硬件改动便可实现系统功能的升级。

5 监控系统在工程中的应用

赵山渡渠系全数字监控系统可以实现与闸门集控系统联合动作，对渠系各闸站24孔闸门启闭机进行有效、可靠的联动控制，将采集的数据信息准确无误上送，并根据调度指令，完成闸门的启闭控制。运行工作人员从温州集控中心上位机发布指令操作闸门时，闸门集控系统通过硬接线方式，将有关信号传输到视频监控系统，视频监控系统收到信号后，自动控制该闸站现地摄像机旋转，并准确的对准该闸门摄像，同时集控中心的电视墙会自动切换至相应闸门的视频，协助运行工作人员更科学、便捷地监视现地闸门动作、设备运行状态，能实时监视现场的闸门启闭、流量、水位，还能切换镜面清楚看到闸室周边建筑物，对保障安全供水起到保驾护航作用。具体应用如下：

（1）在闸门运行工作中，监控系统能实时准确地监控现地闸门设备的运行状态，任何一扇闸门出现故障，集控装置都能自动进行诊断，并命令所有成组运行的闸门停止运行，紧急查明故障原因，并进行有效的修复，或切换到现地工作方式，上位机显示故障信息并报警，提示运行工作人员设备出现故障，需及时处理。

（2）闸门成组控制：在全数字监控下可以选孔方式或成组控制闸门，这两种方式在多孔闸门比较实用。选孔方式，对开启闸门不作要求，可以任意选择开启每扇闸门。成组方式，各闸门可按现场运行要求成组运行，避开启动电流，可延时两组闸门之间的启动控制，可自行设定延时时间。

（3）流量统计：通过现地柜采集上送的现场闸门实际开度值和上下游水位值自动计算各闸门的泄流量以及所有闸门总的泄流量，生成相关的流量报表及趋势图。

（4）流量控制：监控系统和集控系统联动，各闸门的开度由闸前水位、闸后水位或入库流量和人为设定的出库流量等参数自动计算。为保证闸后呈面流量衔接，避免发生底流，鼻坎有较好的压力分布，自动提门时能采取齐步均匀开启方式运行，即相邻闸门高度不宜相差太大，当现场水位值无法直接读取时，集控系统可接受人工输入的水位值进行计算。

图2 全数字监控系统工作原理图

6 结语

全数字监控系统弥补了模拟控制系统的短缺，经过这几年的运行表明，该设备满足了渠系闸站“无人值班，少人值守”的宗旨，在闸门运行过程中，系统能实时监控现地闸门设备的运行状态，实现监控系统与闸门系统联动，实时监视操作时闸门开度、流量、水位变化，对赵山渡渠系沿线闸室水工建筑物重要的场地、工程、设备等进行视频监控，并与自动控制系统密切结合，实现对水利工程设备监视、大范围现场环境监视和重要场所安全监视，任何一扇闸门的现地设备出现故障，上位机报警并显示故障信息，协助运行人员监视现地设备运行，对安全供水和闸室水工建筑物安全提供了有力的保障。该设备的应用实例，可对同行业的类似工程管理单位提供借鉴意义。