區(qū)文柱

(國(guó)電大渡河大崗山水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 雅安 625409)

1 工程概況

某水庫(kù)工程2007年開(kāi)工建設(shè)，2013年通過(guò)竣工驗(yàn)收。水庫(kù)水情測(cè)報(bào)及大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2009年開(kāi)始建設(shè)，全套系統(tǒng)建成以來(lái)，為水庫(kù)的管理工作提供了極大的幫助，發(fā)揮了很好的效益，至今系統(tǒng)已運(yùn)行10年有余。隨著使用年限的延長(zhǎng)，近年來(lái)運(yùn)行維護(hù)工作量逐年增加，目前各子系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，外圍站點(diǎn)故障率持續(xù)增高，中心應(yīng)用系統(tǒng)功能無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的管理需求的問(wèn)題也漸漸暴露出來(lái)，系統(tǒng)已不適應(yīng)該水庫(kù)工程管理的需要。根據(jù)水庫(kù)水情測(cè)報(bào)及大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況和水庫(kù)管理的迫切需求，對(duì)水情測(cè)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及水庫(kù)樞紐區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造[1]。本文通過(guò)水庫(kù)水情測(cè)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及水庫(kù)樞紐區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)階段存在的問(wèn)題進(jìn)行改造方案研究。

2 系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

該水庫(kù)水情測(cè)報(bào)及大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2009年開(kāi)始建設(shè)，主要建設(shè)內(nèi)容包括：上游徑流區(qū)自動(dòng)雨量站2個(gè)、自動(dòng)水位雨量站2個(gè)、六要素氣象站1個(gè)、庫(kù)區(qū)視頻監(jiān)測(cè)站10個(gè)、浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)站8個(gè)、滲流量監(jiān)測(cè)站1個(gè)、人工蒸發(fā)觀測(cè)站1個(gè)、會(huì)議系統(tǒng)1套、中心視頻監(jiān)控電視墻1套、中心數(shù)據(jù)接收處理軟硬件平臺(tái)1套及視頻傳輸專線2條。經(jīng)過(guò)8年的運(yùn)行，主要存在以下問(wèn)題[2]：

1) 設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重，故障率上升。電子設(shè)備都存在一定的使用壽命，該系統(tǒng)始建于2009年，至今已運(yùn)行8年時(shí)間，設(shè)備老化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，導(dǎo)致整套系統(tǒng)故障頻發(fā)。如遙測(cè)終端故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能持續(xù)采集傳輸，或者傳回的數(shù)據(jù)誤差值較大不能使用。

2) 產(chǎn)品技術(shù)陳舊，維修零件不易購(gòu)買。系統(tǒng)建設(shè)時(shí)所選設(shè)備均為當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的設(shè)備，但經(jīng)過(guò)8年的發(fā)展，當(dāng)時(shí)的技術(shù)相比現(xiàn)在已經(jīng)落后太多。如遙測(cè)終端和通信模塊如今基本已合二為一，當(dāng)時(shí)所用監(jiān)測(cè)攝像機(jī)市場(chǎng)主流還是模擬攝像機(jī)，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)才處于起步摸索階段。而現(xiàn)在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)早已取代模擬攝像機(jī)成為市場(chǎng)的絕對(duì)主流，模擬攝像機(jī)則已基本退出市場(chǎng)。故而對(duì)損壞設(shè)備的維修維護(hù)也變得越發(fā)困難，需更換的零部件無(wú)法采購(gòu)而導(dǎo)致部份站點(diǎn)無(wú)法正常修復(fù)，這也是導(dǎo)致系統(tǒng)部份站點(diǎn)無(wú)法正常運(yùn)維的的根本原因。10路視頻圖像回傳至監(jiān)控中心后，分別采用10臺(tái)小屏幕液晶電視進(jìn)行顯示，屏與屏之間不能高速互換及疊加比較與分析，單一屏體損壞后，線路臨時(shí)調(diào)整極為困難，管理人員使用多有不便。

3) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)落后，不符合當(dāng)前管理需要。系統(tǒng)的中心軟件平臺(tái)采用的C/S結(jié)構(gòu)，操作人員只有在安裝了客戶端的3臺(tái)工作站上才能看到水庫(kù)運(yùn)行管理所需要的監(jiān)測(cè)信息，原水情測(cè)報(bào)及大壩安全監(jiān)測(cè)軟件界面過(guò)于陳舊，水情數(shù)據(jù)僅僅只是展示，沒(méi)有進(jìn)行深層次的加工與處理，數(shù)據(jù)趨勢(shì)變化與按需統(tǒng)計(jì)等功能性能偏弱，沒(méi)有真正的服務(wù)于管理。

水庫(kù)管理所可以調(diào)看視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供的10路實(shí)時(shí)視頻，但為了實(shí)現(xiàn)視頻圖像向水庫(kù)管理局及市水務(wù)局的傳輸，8年來(lái)管理局一直在使用租賃的兩條光纖專線。實(shí)際上水庫(kù)管理局及市水務(wù)局對(duì)于視頻系統(tǒng)的使用頻度并不高，也沒(méi)有視頻存儲(chǔ)的需求，為了進(jìn)一步減少運(yùn)行費(fèi)用，降低維護(hù)難度，應(yīng)改變傳輸?shù)哪Ｊ?，放?條空置率較高的專線而采用互聯(lián)網(wǎng)化線路接入，以便于廣泛的互聯(lián)網(wǎng)化的管理，也更適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要

3 升級(jí)改造設(shè)計(jì)

3.1 水情測(cè)報(bào)部分

水庫(kù)水雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)包括2個(gè)自動(dòng)雨量站、1個(gè)入流浮子式自動(dòng)水位雨量站、1個(gè)庫(kù)區(qū)雷達(dá)式自動(dòng)水位雨量站、1個(gè)出流浮子式自動(dòng)水位雨量站、1個(gè)人工蒸發(fā)觀測(cè)皿及1個(gè)六要素氣象觀測(cè)站。

根據(jù)使用總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)[3]，目前已建水雨情測(cè)報(bào)站點(diǎn)基本能滿足收集庫(kù)區(qū)上下游水雨情數(shù)據(jù)的需要，故無(wú)需再增加站點(diǎn)，僅對(duì)站點(diǎn)老化的主要設(shè)備進(jìn)行更換。

3.1.1 水位站

水庫(kù)自動(dòng)水位站包括1個(gè)入流浮子式自動(dòng)水位雨量站-滾水壩(石門沖入流站)、1個(gè)庫(kù)區(qū)雷達(dá)式自動(dòng)水位雨量站、1個(gè)出流浮子式自動(dòng)水位雨量站，共計(jì)3個(gè)。其中，庫(kù)區(qū)水位站于2015年10月將傳感器由原用的氣泡式水位計(jì)更換為雷達(dá)式水位計(jì)，至今運(yùn)行正常，測(cè)量數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)。但由于遙測(cè)終端和通信模塊使用年限過(guò)長(zhǎng)，運(yùn)行極不穩(wěn)定，導(dǎo)致經(jīng)常無(wú)法將數(shù)據(jù)傳回中心，影響了整套系統(tǒng)的運(yùn)行。同樣，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，入流水位站和出流水位站的傳感器運(yùn)行均正常，但遙測(cè)終端和通信模塊的不穩(wěn)定導(dǎo)致系統(tǒng)經(jīng)常收不到數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行更換。由于運(yùn)行年限過(guò)長(zhǎng)，蓄電池也同樣存在老化嚴(yán)重的問(wèn)題，需要更換。

因此，對(duì)于3個(gè)水位站的主要改造內(nèi)容是更換老化嚴(yán)重的設(shè)備，排除由于設(shè)備老化導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定性問(wèn)題。主要改造設(shè)備材料清單見(jiàn)表1。

3.1.2 雨量站

自動(dòng)雨量站存在的問(wèn)題與自動(dòng)水位站基本相同，都是傳感器運(yùn)行正常，但遙測(cè)終端、通訊模塊、蓄電池、太陽(yáng)能板等老化嚴(yán)重運(yùn)行不穩(wěn)定。因此，采取和水位站同樣的改造措施，更換老化嚴(yán)重的設(shè)備，排除由于設(shè)備老化導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定性問(wèn)題。主要改造設(shè)備材料清單見(jiàn)表2。

3.2 大壩安全監(jiān)測(cè)部分

3.2.1 浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)

該水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)浸潤(rùn)線監(jiān)測(cè)原來(lái)采用的是細(xì)井式浮子水位計(jì)，建設(shè)初期其測(cè)量值比較精準(zhǔn)，完全可以滿足對(duì)浸潤(rùn)線內(nèi)部水位監(jiān)測(cè)的需要。但隨著大壩運(yùn)行的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，浸潤(rùn)線井內(nèi)的環(huán)境逐漸變得惡劣，如新建時(shí)筆直的直井管道由于大壩的自然形變等導(dǎo)致管井不再平直，部分發(fā)生形變，或管道長(zhǎng)期受到侵蝕腐蝕導(dǎo)致管壁變厚管徑變小，從而導(dǎo)致浮子在管井中的運(yùn)行受到影響，上下行通道不再順暢，甚至出現(xiàn)被卡死的現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)到的水位值誤差過(guò)大，其數(shù)值已不能代表實(shí)際的水位數(shù)值。而遙測(cè)終端、通訊模塊、蓄電池、太陽(yáng)能板等設(shè)備也同樣存在老化嚴(yán)重運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題。因此，必須針對(duì)現(xiàn)狀來(lái)對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行改造[4]。

針對(duì)傳感器由于管井變形，浮子在管井中運(yùn)行不順暢甚至卡死導(dǎo)致測(cè)量到的水位值與實(shí)際水位值不符合的情況，選擇投入式壓力水位計(jì)作為水位傳感器。因?yàn)橥度胧綁毫λ挥?jì)的工作原理是在它布設(shè)到位以后不需要根據(jù)水位浮動(dòng)。但投入式壓力水位計(jì)由于安裝位置接近井底，極容易被污泥淤積堵塞探頭導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。因此需加強(qiáng)人工維護(hù)管理，定期將水位計(jì)取出進(jìn)行清洗并校核數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。針對(duì)其他老化嚴(yán)重的主要設(shè)備，采取對(duì)遙測(cè)終端、通訊模塊、蓄電池、太陽(yáng)能板等進(jìn)行更換處理。同時(shí)為了便于校核水位數(shù)據(jù)，增加一只鋼尺水位計(jì)，用于人工測(cè)量浸潤(rùn)線，通過(guò)定期測(cè)量浸潤(rùn)線內(nèi)水位與自動(dòng)站測(cè)量數(shù)據(jù)比較校核。

3.2.2 滲流量監(jiān)測(cè)

滲流量傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)一直比較準(zhǔn)確，只出現(xiàn)一次故障，返廠維修后數(shù)據(jù)一直不準(zhǔn)確，需更換。同時(shí)需更換站點(diǎn)老化嚴(yán)重的設(shè)備和核心設(shè)備，如數(shù)據(jù)遙測(cè)終端、蓄電池、太陽(yáng)能板等。

3.2.3 高音廣播站

為防止在溢洪道泄洪期內(nèi)有人在溢洪道附近進(jìn)行捕撈等活動(dòng)導(dǎo)致有生命危險(xiǎn)，在氣象站右側(cè)山上建一個(gè)高音廣播站，值班人員在發(fā)現(xiàn)溢洪道附近有人時(shí)，可立刻通過(guò)高音廣播進(jìn)行警告，通知人員離開(kāi)。

3.2.4 主要改造材料

水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要改造更換設(shè)備材料清見(jiàn)表3。

3.3 視頻監(jiān)控部分

3.3.1 視頻采集

水庫(kù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)共建有10路攝像機(jī)，采用的設(shè)備是當(dāng)時(shí)主流的模擬攝像機(jī)。電子產(chǎn)品發(fā)展到今天，模擬攝像機(jī)已基本被淘汰。而且在實(shí)際管理應(yīng)用中，也感覺(jué)到原建的10路視頻圖像還不能完全滿足水庫(kù)管理的需要，如庫(kù)尾管護(hù)區(qū)沒(méi)有防護(hù)，水庫(kù)的入庫(kù)道路到壩區(qū)的覆蓋還有所不足。因此，針對(duì)視頻采集部分，改造內(nèi)容如下[5]：

1) 將現(xiàn)在還在使用的8只模擬攝像機(jī)全部更換為高清網(wǎng)絡(luò)球形攝像機(jī)，以便能將更清晰的圖像傳回中心，便于中心管理人員更準(zhǔn)確地分辨前端的實(shí)時(shí)情況，作出更有效的應(yīng)對(duì)。

2) 水庫(kù)管理區(qū)的入口到水庫(kù)管理中心的距離較長(zhǎng)，而且經(jīng)過(guò)村莊，路況較復(fù)雜。因此，在這段道路有必要增加4只攝像機(jī)，對(duì)水庫(kù)入口道路進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，以保障水庫(kù)進(jìn)出道路的暢通。

3) 在水庫(kù)樞紐區(qū)原建系統(tǒng)不能覆蓋的地方，新增4只高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，以對(duì)這些關(guān)鍵部位加強(qiáng)防護(hù)。

4) 在水庫(kù)庫(kù)尾的4個(gè)庫(kù)區(qū)管護(hù)點(diǎn)，分別增加4臺(tái)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在管護(hù)房?jī)?nèi)分別配置一臺(tái)硬盤錄像機(jī)，在本地進(jìn)行存儲(chǔ)顯示，圖像不傳回中心。主要改造設(shè)備材料見(jiàn)表4。

表4 視頻采集主要改造設(shè)備材料清單表

3.3.2 視頻傳輸

1) 攝像機(jī)至水庫(kù)管理中心原系統(tǒng)中，各點(diǎn)基本是采用光纖為主干進(jìn)行傳輸。采用光端機(jī)進(jìn)行視頻信號(hào)和控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳輸。攝像機(jī)至光端機(jī)發(fā)射端和光端機(jī)接收端到硬盤錄像機(jī)都是使用同軸電纜和2芯線作為視頻信號(hào)和控制信號(hào)的傳輸線纜。更換為高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)后，需將光端機(jī)更換為光纖收發(fā)器，利用原有光纖鏈路作為傳輸主干，末端改為超五類雙絞線鏈接。

2) 水庫(kù)管理中心至管理局至市水務(wù)局。原系統(tǒng)中，水庫(kù)管理中心至水庫(kù)管理局的傳輸鏈路為租用的一條10M電信SDH專線，水庫(kù)管理局至水務(wù)局的傳輸鏈路為租用的一條10M廣電SDH專線。主要存在問(wèn)題有兩級(jí)鏈路兩次費(fèi)用，鏈路并非隨時(shí)在使用，利用率不高，只能在鏈路接入點(diǎn)調(diào)看圖像等。

3) 改造方案。建議在水庫(kù)管理中心拉一條20M電信因特網(wǎng)固定IP專線，在費(fèi)用不比兩條10M電信專線費(fèi)用高的情況下，管理局和水務(wù)局的領(lǐng)導(dǎo)也可以通過(guò)授權(quán)方式在任何可以上網(wǎng)的地方調(diào)看水庫(kù)圖像，了解水庫(kù)的實(shí)時(shí)情況。同時(shí)，安裝對(duì)應(yīng)的手機(jī)APP，更可以在手機(jī)上調(diào)看各路攝像機(jī)的實(shí)時(shí)圖像，為水庫(kù)管理提供更開(kāi)放、更便捷的手段。

3.3.3 中心處理與存儲(chǔ)

原系統(tǒng)為模擬系統(tǒng)，中心的主要控制設(shè)備為視頻矩陣和控制鍵盤，主要存儲(chǔ)設(shè)備為一臺(tái)10路硬盤錄像機(jī)。隨著前端設(shè)備的更換，中心相關(guān)設(shè)備也必須對(duì)應(yīng)進(jìn)行更換。主要更換設(shè)備為對(duì)應(yīng)的32路硬盤錄像機(jī)，增加配套的交換機(jī)等設(shè)備。

3.4 大屏顯示部分

水庫(kù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要顯示設(shè)備由一臺(tái)大電視及10臺(tái)14寸監(jiān)視器組成的電視墻。由于在畫(huà)面小，分辨率低，顯示效果無(wú)法達(dá)到很好的觀察效果，需要進(jìn)行更換。電視墻的替換產(chǎn)品主要有兩種選擇，一種是選擇DLP拼接屏；另一種是選用小間距LED顯示屏。兩者相比，小間距LED顯示屏的亮度更高，色彩更為艷麗。其缺陷在于距離過(guò)近時(shí)，LED的間距會(huì)導(dǎo)致畫(huà)面感不強(qiáng)。但考慮到該水庫(kù)的大屏主要用于顯示監(jiān)控畫(huà)面，同時(shí)會(huì)議室是較為狹長(zhǎng)的形狀，那么小間距LED顯示屏是更好的一個(gè)選擇。

由于LED屏的安裝必須考慮屏后的檢修空間，如果安裝在原電視墻安裝位置，將會(huì)占用很大一部分會(huì)議室面積，也不利于安裝，原位置不是太合適?？紤]到會(huì)議室與機(jī)房?jī)H一墻之隔，將LED屏安裝在機(jī)房側(cè)墻，背部與機(jī)房相通，檢修可以直接在機(jī)房?jī)?nèi)進(jìn)行，便于檢修的同時(shí)，還有效保留了會(huì)議室的空間。因此，建議對(duì)會(huì)議室進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，針對(duì)屏安裝位置的改變，對(duì)會(huì)議室的門窗相應(yīng)進(jìn)行改造以便于人員出入。同時(shí)，在大屏上方安裝一組 LED 條屏用于展示。

3.5 中心站硬件平臺(tái)部分

原系統(tǒng)中采用一臺(tái)服務(wù)器作為水雨情測(cè)報(bào)及大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器，同時(shí)配備對(duì)應(yīng)的電腦作為管理人員監(jiān)看數(shù)據(jù)的工作站。服務(wù)器經(jīng)過(guò)6年不間斷的運(yùn)行，現(xiàn)在老化非常嚴(yán)重，存在速度低、經(jīng)常死機(jī)等問(wèn)題。

為保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要更換服務(wù)器和相應(yīng)的工作站?？紤]到現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，為避免服務(wù)器的老化及故障導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，建議不再單獨(dú)購(gòu)置服務(wù)器，而是采取租賃云服務(wù)器的方式，租用云服務(wù)器主要有安全性高、穩(wěn)定性強(qiáng)和價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論及建議

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在該水庫(kù)防汛調(diào)度中發(fā)揮著不可替代的作用，為充分發(fā)揮水庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用，使水庫(kù)管理人員及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地掌握庫(kù)區(qū)水情信息，進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，本次水情測(cè)報(bào)和大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造建設(shè)在總體設(shè)計(jì)上本著“系統(tǒng)分析、合理規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計(jì)”的原則，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠、技術(shù)先進(jìn)，并兼顧系統(tǒng)籌建運(yùn)行的合理經(jīng)濟(jì)性，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地為庫(kù)區(qū)和下游提供準(zhǔn)確科學(xué)的水情預(yù)報(bào)。項(xiàng)目于2018年開(kāi)始建設(shè)，2019年3月完成并投入使用。