彭 秀 華, 吳 雙 利, 胡 瀚 尹, 趙 杰, 羅 正 英
(1.國能大渡河流域水電開發(fā)有限公司,四川 成都 610041;2.國電金沙江旭龍水電開發(fā)有限公司,四川 成都 610000)
水庫大壩的安全關系著下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全和社會的穩(wěn)定,巡視檢查作為水庫大壩安全管理的重要手段[1],能夠及時掌握水庫大壩的運行狀況,發(fā)現(xiàn)水工建筑物及發(fā)電設備的缺陷并及時采取防范措施。目前,水力發(fā)電企業(yè)的電站檢查項目類型多、數(shù)量大、分布范圍廣。傳統(tǒng)的巡檢工作多采用手工記錄的方式進行,致使巡檢工作受到環(huán)境干擾、人員素養(yǎng)等因素的影響,缺乏巡檢過程的管控與約束,且工作量大,巡檢效率較低,紙質(zhì)的巡檢記錄不易于保存。
隨著無線通信技術及移動通訊設備的快速發(fā)展,移動智能設備(如智能手機、平板等)越來越多地應用于各行各業(yè)中[2]。近年來,NFC功能也逐漸運用于手機端[3]。NFC又稱近距離無線通信,是一種短距離的高頻無線通信技術,允許電子設備之間進行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问浇粨Q數(shù)據(jù)。手機作為一個讀取NFC芯片的設備,對寫有不同信息及ID的標簽卡內(nèi)容讀取ID并實現(xiàn)識別上傳功能。利用NFC手機讀取NFC芯片的功能,來實現(xiàn)精確定點的巡視檢查功能,同時利用手機的GPS定位[4]、圖像采集、信息上傳等功能實現(xiàn)定巡檢NFC芯片內(nèi)容識別、GPS位置信息上傳、現(xiàn)場缺陷隱患照片上傳、消息推送等相關功能。NFC芯片具有成本低、體積小、抗干擾能力高等特點,可適合于不同的環(huán)境。
大渡河公司自主研發(fā)的數(shù)字化巡視檢查系統(tǒng),已在龔嘴、銅街子、瀑布溝、深溪溝四座電站成功應用。
巡檢系統(tǒng)軟件由WEB應用端(水電站巡檢信息系統(tǒng)管理系統(tǒng)網(wǎng)站)和手機APP移動端(水電站巡檢信息管理系統(tǒng)移動版)組成(圖1),同時系統(tǒng)支持外部系統(tǒng)調(diào)用接口。信息管理采用Web網(wǎng)站方式實現(xiàn)。在實際檢查過程中采用移動設備作為巡檢設備,采用NFC近場通信技術實現(xiàn)實時記錄巡檢信息,并最終同步到系統(tǒng)中,經(jīng)審核后發(fā)布。
圖1 巡檢系統(tǒng)軟件結構圖
整個系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問控制層和數(shù)據(jù)服務接口,通過對軟件層次結構的抽象和組合(圖2),能夠?qū)?shù)據(jù)訪問、業(yè)務邏輯處理和用戶界面展示部分進行分割和組裝,使得軟件系統(tǒng)具備很好的伸縮性和靈活性,更好地適應復雜的網(wǎng)絡環(huán)境、數(shù)據(jù)庫類型和不同層次用戶的特殊需求。
圖2 軟件層次結構圖
巡檢系統(tǒng)按功能可分為NFC智能移動終端App、NFC標簽、Web后臺管理及審核系統(tǒng)三部分。智能移動終端App包括實時巡查和標簽讀寫兩個App。標簽讀寫App利用NFC技術,通過智能移動終端從標簽讀取信息或?qū)⑿畔懭霕撕?,NFC標簽支持一定字數(shù)的文字、字母和數(shù)字的寫入及儲存。實時巡查App則作為本系統(tǒng)的主要應用部分,采集信息并實時上傳。Web后臺管理及審核系統(tǒng)用于對巡查路線的編制、調(diào)整和管理,以及對巡查內(nèi)容的查看和審核。
“實時查詢App”基于Android平臺開發(fā),智能移動設備適應室外、潮濕、高溫、長時間等不同的工作環(huán)境要求。以瀑布溝電站為例,分為庫壩中心的監(jiān)測、電廠的壩工兩個專業(yè)共16條路線。在開始巡查界面,選擇需要進行的巡查路線。開始巡查后,進入等待標簽掃描界面,掃描開始標簽后,自動進入巡查內(nèi)容。對一個對象完成巡查后,進入下一個對象,如有需要可查看上一個。一次完成一條路線各個區(qū)段所有對象的巡查后,需要在最后填入巡查人員、總體評價和詳細描述。
“標簽讀寫App”采用NFC標簽的不能更改的唯一ID作為區(qū)段約束標識,通過讀取NFC標簽唯一ID保證了標簽無法篡改。
“Web管理和審核”主要用來對巡檢路線進行預設和靈活的編輯、組合,審核主要用來對巡檢結果進行審查和統(tǒng)計查詢。
考慮到大壩廊道、野外邊坡等惡劣環(huán)境以及企業(yè)管理需要,巡檢標牌應兼顧美觀、防水、穩(wěn)固、易于維護等特點,因此,在選擇防潮NFC芯片的同時,自主設計了巡檢標牌。
巡檢標牌由正面和背面兩部分組成,正面內(nèi)容包括企業(yè)VI與巡檢點名稱。為保證標牌名稱的靈活可換,在正面一塊開寬為12 mm的標準透明窗格,用于粘貼標簽機打印的標準寬度為12 mm的標牌名稱。背面根據(jù)購買的NFC芯片的大小,設置專門的芯片粘貼位置??紤]到防水功能,在粘貼標牌的兩部分時,做全包圍粘貼。
相對于傳統(tǒng)的人工巡檢模式,數(shù)字化巡檢技術依托NFC與智能手機結合的方式,利用手機通訊和網(wǎng)絡信息技術實時上傳巡查結果和時間信息,實現(xiàn)了巡檢工作的無紙化管理,同時保證了巡檢結果的時效性、真實性。通過系統(tǒng)的統(tǒng)計查詢功能,實現(xiàn)單個對象的歷史縱向統(tǒng)計查詢,為決策提供更加精確的信息支撐。
傳統(tǒng)人工巡檢是通過事先編制的巡查記錄表進行巡查,一旦路線發(fā)生變動,需將原記錄表作廢,重新規(guī)劃巡查路線并制作新的巡查記錄表,編制工作繁瑣、耗時長、效率低。
在數(shù)字化巡檢系統(tǒng)中,可以對巡檢路線、巡檢區(qū)段、巡檢對象及其檢查內(nèi)容進行靈活編輯和組合,使巡查路線的規(guī)劃和巡查內(nèi)容可以靈活地根據(jù)工作內(nèi)容和管轄業(yè)務的調(diào)整及時進行調(diào)整,更適應管理的需要。
在傳統(tǒng)的巡檢方式下,巡檢人員通常利用照相機、錄像機等設備進行影像資料搜集,完成巡查后再進行資料的導出與歸檔,一方面增加了在高邊坡等危險區(qū)域的安全風險,另一方面拍攝與導出工作效率不高,也容易出現(xiàn)疏漏。利用智能手機配套的高清攝像頭,能夠快速、實時地采集現(xiàn)場影像資料,尤其是在電站建設期的施工環(huán)境中更便于使用。通過搜集施工期影像資料,形成完整的工程全生命周期檔案,為后續(xù)管理提供依據(jù)。
數(shù)字化巡檢系統(tǒng)在設計階段考慮到系統(tǒng)的可擴展性,將業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層封裝為統(tǒng)一的服務層,發(fā)布在應用服務器上,并提供數(shù)據(jù)接口供外部系統(tǒng)調(diào)用。這種方式提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運行維護的靈活性,同時有助于企業(yè)數(shù)據(jù)的集成和集中管理。
大渡河流域作為國家規(guī)劃的十三大水電基地之一,其干流水電梯級開發(fā)共規(guī)劃22個梯級電站。其中,由大渡河公司負責開發(fā)建設的電站17級,目前,龔嘴、銅街子、瀑布溝、深溪溝、枕頭壩一級、大崗山6座電站已建成投產(chǎn),所轄電站的日常安全管理工作量大。對此,大渡河公司研發(fā)了基于NFC技術的數(shù)字化巡檢系統(tǒng),實現(xiàn)了水庫巡視信息的及時、有效、準確的反饋,極大地提高了水庫大壩信息化管理水平。其主要優(yōu)點如下:
(1)大渡河公司已在廠房區(qū)域使用智能巡檢機器人對發(fā)電機組設備進行日常巡檢,但對于廊道、大壩、庫岸邊坡等區(qū)域仍采用人工巡查,數(shù)字化巡檢系統(tǒng)的應用在一定程度上彌補了巡檢機器人的檢查盲區(qū),使水庫大壩智能巡檢的區(qū)域更加完整。
(2)“點對點”的巡檢模式具備較高的約束力,避免了傳統(tǒng)巡檢方式人為因素的影響,巡檢人員必須抵達約定地點完成檢查,提高了巡檢工作的質(zhì)量。
(3)在巡檢線路及內(nèi)容發(fā)生變動的情況下,通過系統(tǒng)后臺快速調(diào)整對應信息,完成新巡檢線路制定,避免了傳統(tǒng)紙質(zhì)記錄表的制作與打印,極大地提高了修改效率,節(jié)省了辦公費用。
(4)智能手機終端具備便于攜帶的特性,使巡檢影像資料采集更加便捷,尤其是在高庫岸邊坡等危險區(qū)域,減少巡檢設備負重即減少了安全風險。
(5)開放式接口設計使系統(tǒng)集成沒有阻礙,巡檢系統(tǒng)已成功接入大渡河公司安全風險管控平臺,目前運行狀況良好。
(6)數(shù)字化巡檢系統(tǒng)已在大渡河流域6座投運電站應用,避免了人為因素的不利影響,巡視檢查工作質(zhì)量顯著提高,巡查成果管理更加規(guī)范化,為水電站大壩備案、注冊、定檢等管理工作提供了完整的材料支撐。下一步,計劃在猴子巖、雙江口等電站應用,形成施工期至運行期水工建筑物及其附屬設施的過程記錄檔案。
水庫大壩的安全意義重大,其安全不僅需要監(jiān)測儀器實時監(jiān)控,巡視檢查更是不可替代。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)給大壩安全智能化管理帶來契機[5],大渡河公司在智能巡檢系統(tǒng)研發(fā)的基礎上,采用NFC標簽技術實現(xiàn)了巡檢設備的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和信息管理;采用智能手機終端采集、記錄并上傳巡檢信息;通過4G/5G網(wǎng)絡與企業(yè)內(nèi)部無線網(wǎng)絡傳輸方式與庫壩安全信息綜合管理系統(tǒng)相結合制定全面的巡檢方案。大渡河公司建立的流域電站大壩數(shù)字化巡檢系統(tǒng),對提高水庫安全管理具有重要的推廣意義。