昌南城市防洪工程监控系统建设

夏军良 胡 波

1 南昌市防洪排涝工程事务中心 江西南昌 330038 2 江西武大扬帆科技有限公司 南昌市 330029 3 南昌市水利安全监测与预测预警工程技术研究中心 江西南昌 330029

0 引言

2000年以来，南昌市防洪工程管理处先后开展了一些信息化建设工作，对南昌市的整体发展起到了积极作用。昌南城市防洪工程监控系统主要限于水情采集、视频监视等方面，且仅在部分点位布设了自动化监控设备，其他的观测项目如工程安全等未进行监测。靠现有的信息化采集和监控设备无法对整个管辖区内水利工程进行全覆盖，距离现代化管理需求还有较大差距。主要问题表现在水利信息系统的数据采集体系不完善，信息化应用水平不高，信息化覆盖业务不全，应用系统功能不完善，缺乏智能决策支持等功能。

1 建设需求

从昌南城市防洪工程管理处业务职能和管理需求实际为着手点开展信息化建设，结合信息化建设现状及实际存在的问题，提出以下监控系统建设需求如下：

（1）泵闸站监控：对各电排站进行集控管理，实现管理辖区内所有泵闸站的远程监控。

（2）视频监视：视频监视主要监视泵闸站、堤防运行状态等情况，解决无人值班、少人值守的管理问题。帮助管理者对控制区进行现场实景观察，为工程安全运行管理提供有力保证。

（3）水雨情实时监测：对重要节点的降水量、水位及流量进行监测，解决水位的精确计量和监测预警问题。

（4）工程安全监测：通过电子测量技术和网络通信及软件技术的集成化作业实现信息自动化管理，以提高监测的实时性和可靠性，解决重要工程运行工况数据的采集、传输、分析、诊断、预警及启动处理方案，确保工程安全的实时监控。

（5）内部通信专网：解决语音、图像和数据传输的问题，为信息化管理和自动监控构建数据传输平台。

2 建设方案

2.1 计算机通信网络

昌南城市防洪工程监控系统的通信网络包括两个层次：用于将各泵站同信息中心互联的骨干通信网络，以及各泵站内部、信息中心内部的局域网络［1］。由于骨干网的通信数据量大，骨干网的质量对数据通信会产生全局性影响，因此，建设要求相对较高。通信网络在昌南城市防洪工程监控系统中分为控制数据通信网络和视频数据通信网络。控制数据通信网络则用于满足泵站的控制，视频数据通信网络用于传输视频监控系统的图像数据和视频数据。

2.2 计算机监控系统

利用电排站原有计算机监控系统实现信息采集及调度指令的下达，各站点采用以工控机技术、计算机技术，以及以太网络技术为基础的电排站计算机监控系统，对各站点进行集中监控模式，监控系统采用分层分布结构，由中控室主控层、现地控制单元层、以太网络等部分组成［2］。电排站的所有设备通过TCP/IP协议与本地控制层通信，传输速率为100Mbps，通过光纤与远程控制层连接并通信，传输速率1000Mbps。主要实现以下功能。

（1）数据采集与处理

监控系统自动采集电气量和非电气量等电排站主要运行参数，系统对采集到的数据进行预处理、分析和统计，并存储到相应的实时数据库中，用于系统的记录检索、控制、显示、统计、操作、更新、管理指导和事故分析等。

（2）安全运行监视

安全运行监视包括实时监控电排站运行状况及参数，根据授权实现在线修改、过程监视、越限检查、趋势分析和监控系统异常监视等［3］。

（3）控制和操作

系统值班人员可以通过主操作员的工作站向现场设备发出各种控制命令，监视设备的整个执行过程，必要时干预控制流程的执行。

（4）统计与制表

监控系统通过对实时采集到的电排站各种设备工况和运行参数，进行预处理和分析统计、按管理要求生成各种表单，推送给相应的管理人员，管理人员根据需要进行下一步技术管理的工作。

（5）人机接口

电排站系统值守人员通过主操作员工作站、报警装置、输出设备等设备进行人机交互，实现对电排站运行过程安全监控和在线分析诊断等。还可以通过人机接口对监控系统进行参数设定、调试、新功能开发、程序修改以及技术培训等。

（6）系统自诊断

对主用单元、外围设备、通信接口等设备的运行情况进行在线和离线诊断，故障点诊断可以实现到具体模板［4］。当主用单元发生故障时，系统会自动发出报警信号，并实时切换到备用单元。当系统诊断出外围设备故障时，会自动切断外围设备，并发出报警信号。

（7）运行维护管理

积累电排站运行数据，为提高电排站运行维护水平提供依据。

2.3 视频监控系统

视频监视系统由视频监视中心和前端系统构成，视频监视中心设在信息中心，主要设备包括视频工作站、视频监视器等设备，负责视频信息的采集及展示。前端系统由部署在泵站、闸门、堤防、玉带河等处的监控摄像机、云台、控制解码器、室内外防护罩等组成，负责图像和数据的采集及信号处理［5］。

各电排站目前均配置了视频监控系统，但摄像机都存在失效老化的问题，需要进行更换。每站各需网络摄像机16只，其中固定摄像机6只，带云台摄像机10只，泵站视频监控终端重新更换为网络硬盘录像机。昌东站视频监控系统运行良好，根据实际要求，增加闸门等处的摄像头。摄像机位置及数量表1所示。

表1 摄像机位置及数量

2.4 堤防安全监测系统

南昌市昌南城市防洪工程管理处负责富大有堤、青山湖电排站、鱼尾电排站、南塘湖电排站、吴公庙电排站、昌东电排站、鱼尾自排闸、青山自排闸、昌东自排闸等水利工程的运行管理和日常维护。由于受建设年代及工程投资影响，原有堤防工程及穿堤建筑物监测设施匮乏，且年代久远，受城市工程建设影响，原有监测设施老化破坏严重。为了监视富大有堤及穿堤建筑物的运行状态和工况，特别是在汛期能够及时提供建筑物的运行状况和相关技术指标，并为后续防汛管理积累资料，在富大有堤及部分穿堤建筑物处设置安全监测设施，包括渗流监测、位移沉降监测和水位监测等。如图1所示。

图1 渗流监测典型断面布置图

3 结束语

昌南城市防洪工程监控系统从提高昌南片区城市防洪排涝能力和水生态环境质量为出发点，通过信息化手段，运用网络技术、图像识别、信息技术、大数据等技术，实现富大有堤、玉带河等重点部位的水利工程和水面环境的监控，以及昌南城市防洪工程管理处管辖范围内的青山湖电排站、鱼尾电排站、吴公庙电排站、南塘湖电排站、昌东电排站、鱼尾自排闸、青山自排闸、昌东自排闸的集中控制，从而提高水利工程管理水平，使水利工程的经济效益和社会效益最大化。