北京市南水北调配套工程智能阀井建设研究

2023-11-08娄岩李伟万轶

水利建设与管理 2023年10期

娄岩李伟万轶

(1.北京市南水北调环线管理处,北京 100176;2.建科公共设施运营管理有限公司,北京 100044)

为保障工程运行安全,北京市南水北调输水工程沿线设置有分水口、排空阀井、排气阀井,承担输水管线调流、排空及排气等任务[1],同时站内设有流量、压力等管线运行监测设备。

北京市南水北调配套电气二次工程建设时,在输水隧洞土建工程的基础上,进行了自动化工程建设,主要实现输水工程视频监控、设备自动化控制、数据在线监测等基础自动化功能,未对工程中涉及的阀井(室)进行智慧化建设。

目前,各分水口和排空井均依靠传统人工进行值守、巡查和维护维修工作,自动化、智慧化程度不高。随着工程建成投入使用,运行过程中暴露出部分问题:一是阀井(室)深度较大,积水严重,井室内湿度大[2],易造成设备锈蚀;二是井室环境潮湿,易产生有毒有害气体,威胁下井作业人员安全;三是输水隧洞较长,沿线阀井多,实时动态管理难度大[3]。为探索工程运行管理新模式,进一步提高智慧化水平,对南水北调输水隧洞沿线阀井进行提升改造,实现临近站点统一监视、调度和管理,降低人工成本,提高自动化水平[4]。

1 研究目标

北京市南水北调配套工程是保障京津冀地区供水安全的生命线工程,对于复杂的调水,工程沿线和配套附属设施保护是重要环节[5]。随着供水工程的运行,北京市南水北调输水工程中涉及的阀井(室)内湿度大、积水严重、维护人员考勤统计难等问题逐渐显现[6]。为解决问题,特提出下一步的目标是:通过物联网、人脸识别、智能监测、自动控制、消防安防、自动报警等技术的集成应用,构建与现有系统高度集成、联动的智慧化系统,实现阀井(室)的视频图像及生产运行数据直接向管理站点的汇聚,再辅助以相关管理制度,实现安全可靠的无人化监控,构建新型基层闸站无人化值守模式,探索有人值守站点“无人化”“智慧化”的解决方案[7]。

2 设计思路

在现场井室内安装环境在线监测传感器、摄像头、水泵、水位计、远传水表等设备,井室外安装摄像头[8]、PLC控制柜等设备。环境监测数据通过线缆夹层(电缆井)连接至PLC控制柜,水泵、排风机集成至控制柜后再连接至PLC控制柜,PLC控制柜连接至工控机,再连接至监控平台显示器。摄像头以有线方式连接至网络硬盘录像机。通过操作软件平台,实时查看井下状态,实现排风机和抽水泵自控和远控,以及在线监测设备状态、排风机状态、抽水泵状态监控等。在附近的管理站建设综合展示系统,全景展示系统概况,开展数据应用,对数据进行分析等[9]。系统设计拓扑图见图1。

图1 系统设计拓扑图

3 建设内容及成果

3.1 井室内环境监测子系统

本文以北京市南水北调配套东干渠工程2号排空井为例进行介绍。在2号排空井场站内的6座井室内安装温湿度、含氧量、一氧化碳、可燃气体、硫化氢等检测仪,利用各项监测传感器探测井室环境。

总体框架按照统一架构、统一标准的要求,采用符合SOA(面向服务的体系结构)体系架构的思想设计。框架结构分为六层,从下到上依次为:采集监控层、网络通信层、数据存储层、应用平台、业务应用层及应用交互层。同时,在系统框架内加入标准及安全管理体系和基础与环境体系的建设,以保证系统的安全、持续运行,具体体系架构见图3。

本文采用的研究工具为陈超美基于JAVA平台研发的CiteSpace[4]，这款软件拥有作者的共被引、文献的共被引、关键词的共现[5]等可视化的分析工具，使用该工具对混合式教学在中小学中的应用进行可视化的分析，具体的步骤为：

3.2 井室环境改善子系统

本次建设在井底安装高扬程、低流量水泵,可以随时进行水泵抽水,同时对排风机进行改造,将水泵和排风机集成至PLC柜中,通过设置阈值,实现自动启闭。当监测的井下温湿度以及气体含量超出阈值时,水泵和排风机自动开启。同时利用智能电表对水泵和排风机耗电量进行监测,进一步控制能耗。利用水表对井内渗水量进行监测,通过监测数据对井内全年渗水情况进行分析,为后期工程维护以及新建项目的工程建设提供数据基础。井室自控系统界面见图2。

图2 自控系统界面

3.3 视频监视子系统

系统采用可编程逻辑控制器(PLC)输入/输出模件实现温湿度、气体含量、渗水量、耗电量等数据采集和水泵、排风机控制等。同时将信息集成至2号排空井场站原有工控软件,保证在场区现场通过工控软件控制。同时通过工控网,将采集信息及控制信息集成至附近有人值守管理站统一管理。

与此类似，在D. 3,3,60的文本当中，委托人作出的追认使得由概括的受委任人所达成的和解对其发生效力。从这些例子中，大概可以得出如下结论：虚假代理人的行为，在没有追认的情况下不影响权利人，于是法律关系只是在无权代理人和缔约第三人之间发生，后者因而可以行使其契约诉权，要求对方承担责任。

3.4 消防安防监测子系统

在场区周界安装电子围栏,配备滚刺围栏,利用双重防护形式对场区进行防护。在场区线缆夹层、机房等房间安装烟感、温感检测仪,及时进行消防报警,安防和消防报警均提供现场报警主机报警以及附近有人值守管理站值班室报警。

3.5 智能报警子系统

在场区门口、井室内入口处安装人脸识别摄像头、音柱,当有人员进入时,系统根据人脸识别自动判断为巡查人员或是非法闯入人员。进入人员为巡查人员时,自动语音播报井下环境数据,包括温湿度、气体含量等,并进行考勤记录;进入人员为非法闯入人员时,语音驱离,同时在值守平台上进行报警。

3.6 监测信息及监控视频汇聚

视频监视子系统在井口自上向下、井底自下向上以及操作台附近安装摄像头,用于井室内全方位监控。同时安装补光灯、音柱,实现值班室与井内的实时对话;利用标尺、激光发射器、摄像机对干井、排气阀井管道位移进行监控。

3.7 有人值守管理站建设

本项目的研究成果具有较强的示范推广价值,可在南水北调环线输水工程的其他5个场区实施,项目投资约58.67万元,5个场区每年值守人员费用376.96万元,项目推广建设投资234.68万元,当年可节省142.28万元。同时项目建成后持续运行期间,扣除运行维护费后,每年可节约366.96万元财政预算。

建设数据应用子系统,实现场区、阀井、巡查人员、巡查任务、安装设备等基本信息管理,同时提供各项监测信息的查询分析、人员考勤统计、巡查任务完成情况统计等。同时,通过系统自动判断各类监测异常,24小时在线自动值守,为值守人员提供2号排空井管理站场区消防、安防、井下环境异常等声光报警,使值守人员第一时间确认异常并到现场进行处置。

4 软件系统设计

4.1 体系架构

两组患者均顺利手术，无血管、神经损伤等严重并发症。手术时间钩板组为（83.61±13.15）min，复合组为（86.19±13.22）min，两组间差异无统计学意义（t=-0.610，P=0.546）。术中失血量钩板组为（61.11±26.77）ml，复合组为（69.52±24.59）ml，两组间差异无统计学意义（t=-1.020，P=0.313）。钩板组术后早期1例伤口红肿、经积极换药等处理后愈合良好；复合组无切口感染或血肿，切口均一期愈合。

图3 体系架构

4.2 功能设计

软件系统建设主要包括工控软件集成、视频监控平台集成、智能分析平台建设等。

工控软件将管理站管辖范围内采集的水位、流量、压力以及阀门、水泵、排风机等机电设备控制信号统一管理,远程控制。

视频监控平台将管辖范围内智能阀井(室)原有视频与新增视频集成至管理站同一视频监控平台,统一管理。

智能分析平台提供采集数据分析、预警、考核等服务。采集数据分析提供井室内的温湿度、气体含量、风机启动频次、通风时间、通风量、积水位变化情况、水泵启动频次、抽水量、抽水时间等数据的分析服务,便于管理站值守人员了解阀井内部环境变化情况。预警服务对场区内防盗监控视频、井室内行为监控视频实时分析,当陌生人员未经许可进入场区或井室,现场语音警报,值班室平台弹窗,声光警报。当气体检测异常达到阈值时,现场语音警报,作业人员禁止下井作业或者停止作业,值班室平台声光报警。考核服务根据摄像头记录的巡查、值守人员的到场情况,下井作业人员的到场情况以及巡查、作业时间等,形成考核表,并对未完成巡查、作业任务的情况提前提醒。

4.3 数据分析

其一，报告制度。《破产法》第69条规定，管理人在决定履行债务人和对方当事人均未履行完毕的合同时，应当及时报告债权人委员会；未设立债权人委员会的，应当及时报告人民法院。第26条规定，在第一次债权人会议召开前，管理人决定继续或者停止债务人的营业的，应当报经人民法院许可。此处管理人决定继续营业的，通常会涉及到对于一些待履行合同继续履行，《破产法》规定其应当报告人民法院并经许可方能作出决定。在债权人会议成立之前，由人民法院履行审查职责，以制衡和监督管理人依法合理履行职责。

基于数据查询分析功能,通过系统后台可查询采集的遥测历史数据。历史数据包括井室温湿度、一氧化碳、含氧量、可燃气体、硫化氢、集水井水位、排水量等遥测数据。

50分钟过去了以后，我就站了起来，拍拍裙子上的细沙，穿上鞋子，很快地走回车上，很快地重新回到尘世，重新和周遭的一切有了接触。

5 效益分析

5.1 经济效益

以南水北调配套东干渠工程2号排空井为例,本项目投资58.67万元,项目建设完成后2号排空井管理站有人值守站点取消了值守岗位,从有人值守转为无人值守,预计单站每年节约财政资金95.74万元,其中减少值守人员资金投入94.24万元、非汛期阀井人工排水1万元、有限空间用品消耗0.5万元。

查询可按照时间、位置等数据类型进行分类检索。对井下环境采集数据进行对比分析,通过分析井下环境参数的变化,保证下井人员的安全;根据排风机和水泵开启时间,计算排风机和水泵的耗能情况,分析耗能的变化情况;根据水泵排水量数据,分析井下渗水量情况,确保井下安全;通过查询无市电阀井(室)太阳能发电系统的发电量和用电量,分析当前发电量是否满足系统用电需求,是否需要增加太阳能板和蓄电池,或减少排风机和水泵的使用时长等。针对不同分析数据,可以生成报表,绘制数据曲线、柱状图等。数据可以导出为Execl、XML等文件类型,为智慧化管理提供科学依据和技术支撑。

对附近的有人值守管理站原有工控软件进行改造,将2号排空井各项监测信息汇集至工控软件,可通过工控软件查看2号排空井场站各项监测信息,可远程控制井下水泵、排风机启动。

5.2 社会效益

通过智能阀井建设,可实现有人值守站对无人值守站供水设施的24小时在线自动监控,值守人员能够第一时间发现问题并到现场进行处置,保障供水设施安全,提高运行管理效率,同时提升城市运行保障部门的社会形象。

无人值守站实现视频、安防监控覆盖,非授权人员进入院落时,现场和附近值班室同时自动声光警告驱离(实时保存全过程视频),有人值守站人员可远程向现场喊话驱离,双重保障场区设备设施安全,整体提高了站点环境安全保障率,确保工程整体运行安全。

作者贡献声明杨帆：参与选题，酝酿和设计实验，撰写论文，统计分析，对编辑部的意见进行核修。张红：参与选题，酝酿和设计实验，起草论文关键性理论。黄磊、康杨、吴琼：参与选题，酝酿和设计实验。杜春宇：酝酿和设计实验，对编辑部的意见进行核修。胡琦：参与选题，酝酿和设计实验，起草论文关键性理论，对学术问题进行解答

以往值班工作采用“4班3运转”的人工值守模式,需每天下井巡视。项目建成后通过井下的视频监控、身份识别以及各项监控,可实时、全方位了解井下情况,并解决了空档期数据不全的问题,后期可减少巡查人员井下巡查频次,从每天下井1次延长至7～10天下井1次,为提高安全保障奠定了基础。

第三，咬字。歌唱是表达人们情感和意愿的一个最原始的方法，唱之所想，唱之所感。既然是歌唱，那就一定会有语言的出现，一旦有语言就要牵扯到吐字的问题。美声唱法的形成以意大利语为语言基础，意大利语的音速及其发音较汉语简捷的多［3］。虽然国外的歌曲歌词的发音没有中国要求字头、字腹、字尾那样严格，但也是要唱清楚，该发的卷舌音和清辅音一定要发清楚，不然就会产生歧义，或是词不达意，让听众不知在唱什么，这样就破坏了音乐的表现力。

项目研究对南水北调配套工程供水设施运行管理新模式进行了探索,为“有人值守”向 “无人值守”的转变提供了案例基础,具有广泛的推广价值。