▋概述 

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，水資源的戰(zhàn)略地位愈來愈重要，水資源的高效利用和有效管理越來越得到世界各國政府的高度重視。世界各國先后出臺了水資源調(diào)度及綜合利用、水土保持、按用途優(yōu)化用水及海水淡化等方針政策，并以此來解決日益嚴重的水危機問題。如我國的三峽工程，南水北調(diào)工程等等，都體現(xiàn)了 水資源的良性運用。泵站是為水提供勢能和壓能。解決無自流條件下的排灌、供水和水資源調(diào)配問題的動力來源，在防洪、排澇和抗早減災，以及工農(nóng)業(yè)用水和城鄉(xiāng)居民生活供水等方面發(fā)揮若重要作用，一旦遭到破壞，對經(jīng)濟生產(chǎn)將造成難以估量的損失。如果后期管理不善將可能直接導致水利設施的功能降低甚至喪失，反而給水利安全管理造成負擔。因此，泵站的經(jīng)濟運行和優(yōu)化管理就顯得尤為重要。

隨著水利工程的不斷建設，國家對各種水利設施自身以及水利設施的自動化運行和設備設施的安全提出了新的要求。加之現(xiàn)代通信技術和視頻技術的迅速發(fā)展，為水利建設的數(shù)字化提供了技術上的有力保證。通過基于多種通信技術的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)和控制，水利管理部門可以實現(xiàn)24小時不間斷的實時查看所管理的水利設施、河流、河道的水流和水質(zhì)情況，以及通過多級管理系統(tǒng)查看和轄區(qū)相關的上下游的情況。因此，實行水利設施安全監(jiān)控技術改造，實現(xiàn)“無人值守”或少人值守廣是水利行業(yè)發(fā)展的整體趨勢。

▋需要解決的問題

水利泵站監(jiān)控系統(tǒng)要求信息的采集及時而且準確、信息處理操作簡單、維護方便，并且要求系統(tǒng)安裝方便，運作穩(wěn)定，維護周期長等，現(xiàn)有的水利泵站監(jiān)控主要以下幾個問題：

1、水利泵站一般地處偏僻，距離比較遠，相互間通信不方便，出現(xiàn)問題后無法及時發(fā)現(xiàn)和處理，即使安排固定人員也很難集中監(jiān)控管理。另外，有的地區(qū)水利監(jiān)控點分散而且自然環(huán)境惡劣，這種情況下安排專人進行管理不僅反應滯后而且也非常危險的。

2．如果沿用傳統(tǒng)的安全保衛(wèi)工作則要對水利設施的安全工作是安排多組專人晝夜輪流值班，這種方式不僅浪費了大量的人力資源而且問題出現(xiàn)后處理周期比較長，對問題也無法追蹤和回溯，也就很難快速找到問題根源，也不利于信息化管理。

3．傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控不僅帶寬占用大而且無法實現(xiàn)泵站設備安全管理和報警處理，功能單一，難以滿足要求安全警戒度高的泵站需求，不便于上級的監(jiān)控監(jiān)督。

4、如果采用多套獨立系統(tǒng)實現(xiàn)對泵站的立體安全防護，維護成本太高，視頻監(jiān)控、周界報警和泵站動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)無法統(tǒng)一集中監(jiān)控和管理。

5．水利設施發(fā)生警情時，僅靠就近值班人員通知專業(yè)技術人員，無法在時間獲取詳細視頻和設備的監(jiān)控信息，進行及時客觀的判斷和處理，容易延誤的處理時間，后果可能無法預料。

6、由于泵站等水利設施分布點多、涉及困廣、交通不便、自然環(huán)境條件較差，并且與監(jiān)控中心的距離較遠，所以在傳輸線路上施工布線非常不方便，使用有線傳輸方式很難解決。

▋解決方案

針對水利行業(yè)監(jiān)控的現(xiàn)狀。設備制造，結合客戶實際需求情況，在多年實際應用中不斷總結，推出“水利無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)”，通過合理的架構有效地解決了水利行業(yè)的多種難題，很好地滿足了水利行業(yè)用戶的實際需求。

1、安全監(jiān)控系統(tǒng)中不僅提供前端作業(yè)區(qū)實時視頻測覽，而且可實現(xiàn)門禁及動力環(huán)境設備報警時聯(lián)動，燈光打開、警鈴以及發(fā)送短信或者彩信、控制水壩和水閘的開關設備等多種操作，同時可將報警信息上傳到網(wǎng)絡管理中心和網(wǎng)絡管理分控，也可以由中心進行遠程指導或者操作排除險情，做到事故及時處理。達到泵站的少人或無人值守。

2、軟件平臺整體設計上按照多層網(wǎng)絡結構進行設計，在前端泵站使用無人值守工作站，采用嵌入式本地監(jiān)控系統(tǒng)，確保工作穩(wěn)定的前提下，能夠將泵站設備監(jiān)控、防盜報警監(jiān)控，周界報警系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)、語音對講系統(tǒng)和果站的動力環(huán)境監(jiān)控進行統(tǒng)一管理。同時在水利管理中心通過水利無人值守綜合管理平臺進行統(tǒng)一監(jiān)控管理，包括警情處理，數(shù)據(jù)報表分析：遠程管理、集中存儲等任務。

3．通過前端泵站視頻監(jiān)控，可以實時觀測泵站設備以及涵閘的運行情況，為決策提供了直觀的圖像信息，同時可以改善觀測，流量工作人員的工作環(huán)境，減少工作人員，做到少人或無人值守，真正體現(xiàn)泵站的現(xiàn)代化管理，智能化操作。

4、通過代理轉發(fā)服務器軟件可以大大降低帶寬的占用，另外在前端監(jiān)控主機上安裝IE分控軟件后各級可以在世界各個地方通過網(wǎng)絡使用IE瀏覽器查看水利設施的運轉情況。

5、通過多播語音對講技術可以使得多個前端和中心進行語音通信，通過語音對講功能中心技術人員就可以通過視頻和對講對前端人員進行技術指導，大大提高了維護效率，降低維護成本：

6、根據(jù)現(xiàn)場泵站實際情況，既可選擇有線網(wǎng)絡傳輸，也可采用無線3G/4G/5G網(wǎng)絡傳輸來解決遠距離傳輸問題。 

▋方案設計

1、前端每一個泵站放置一臺網(wǎng)絡動環(huán)主機作為核心設備。網(wǎng)絡動環(huán)主機負責采集前端泵房音視頻監(jiān)控，具備可識別語音對講，防盜入侵報警、消防報警、門禁（考勤）管理、泵房漏水檢測和動力環(huán)境檢測TCP/IP網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸。

2、采用無線3G/4G/5G通信傳輸，解密布線施工復雜，費用昂貴的問題。

3、在監(jiān)控系統(tǒng)上，使用一套軟件平臺集成視頻監(jiān)控系統(tǒng)、遠程報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)、泵站動力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)、門禁聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

4、系統(tǒng)無縫集成彩信發(fā)送模塊，將報警抓拍到圖片及時發(fā)送給相應管理人員，保證讓泵站就近的管理人員迅速處理警情。

▋系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)按照兩層網(wǎng)絡結構進行設計，在泵站作業(yè)區(qū)設置本地監(jiān)控系統(tǒng)，包括泵站設備監(jiān)控、泵站周邊區(qū)域監(jiān)控，周界報警系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、門禁監(jiān)控系統(tǒng)、燈光語言控制系統(tǒng)、泵站工作區(qū)動力環(huán)境監(jiān)控。在監(jiān)控中心總部設置無人值守泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)管，包括警情處理，數(shù)據(jù)報表分析，遠程管理、集中存儲等任務。

5.1、系統(tǒng)功能 

1、遠程監(jiān)測各加壓泵站水池水位或進站壓力、出站流量、出站壓力。

2、遠程監(jiān)測加壓泵組的工作狀態(tài)、電流、電壓、保護狀態(tài)、工作模式。

3、遠程切換水泵的控制模式，遠程控制加壓泵組水泵的啟停。

4、光纖通信時，支持視頻在線監(jiān)視泵站全景、電氣控制室等重要工位。

5、現(xiàn)場出現(xiàn)電流電壓超限、水位超限、設備保護等狀況時，監(jiān)控中心可聲光報警。

6、支持各種監(jiān)測信息、控制信息、報警信息、操作信息的存儲和查詢。

5.2、功能特點

1、 采集進站管道壓力或清水池水位、出站壓力、出站流量。

2、 采集每臺加壓泵啟停狀態(tài)、工作電流、工作電壓、電能等電參數(shù)。

3、采集配電室各路開關狀態(tài)、電能等。  

4、無線通信時，圖像監(jiān)視泵站全景、電氣室、泵房等重要工位。

5、支持加壓泵啟動柜手動控制、自動控制、遠程控制加壓水泵的啟停，控制模式可切換。  

6、 依據(jù)供水壓力和水泵運行時間，智能選擇水泵投入運行。

7、 電流過大、缺相、水位過低過高、控制柜保護、配電室故障、閑人進入等情況發(fā)生時，立即上報信息。  

8、支持光纖通信、局域網(wǎng)通信、4G、短消息等無線通信方式。

9、 存儲、顯示、查詢泵站監(jiān)控數(shù)據(jù)及工作參數(shù)。

10、支持多路圖像監(jiān)控。

11、 支持就地、遠程維護測控設備。

▋系統(tǒng)優(yōu)勢

水利應用的行業(yè)特點是被監(jiān)控的地點如被監(jiān)控點地域分散，距離監(jiān)控中心距離遙遠。這種特點使得傳統(tǒng)的模擬電視監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能適應需求。同時需要瀏覽監(jiān)控圖像的門和相關單位，人員比較多。如何有效地在現(xiàn)有帶寬條件下使用戶獲得流暢的、清晰的監(jiān)控視頻是系統(tǒng)設計成敗的關鍵。同時簡單的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)已不能適應門的實標需求，如何能將泵站視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)與泵站動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，人員出入管理系統(tǒng)和泵站自動化控制系統(tǒng)集成，進行有效的聯(lián)動，是目前水利行業(yè)監(jiān)控發(fā)展的方向。

目前“水利無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)”無線遠程通信全部采用標準TCP／IP協(xié)議，可直接應用在局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)上，針對各泵站距離比較遠，不易鋪設有線線路的情況，也可采用無線3G/4G/5G通信來解決遠距離通信的問題。“水利無人值守綜合管理平臺”軟件采用當前比較流行的多級網(wǎng)絡架構，使得整個系統(tǒng)結構清晰，易于管理和擴展，同時系統(tǒng)支持代理功能，很好的解決了多人同時瀏覽視頻時的帶寬限制，系統(tǒng)還支持網(wǎng)絡分控和IE分控，這樣使得整個系統(tǒng)可以不受地域的限制自由連接整個系統(tǒng)分為：前端泵站本地監(jiān)控系統(tǒng)，網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控中心系統(tǒng)構成。

前端泵站本地監(jiān)控系統(tǒng)采用無人值守工作站作為本地核心監(jiān)控硬件平臺。

無人值守工作站是面向水利行業(yè)監(jiān)控開發(fā)的行業(yè)硬件產(chǎn)品，采用嵌入式操作系統(tǒng)，可以確保泵站前端監(jiān)控系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

無人值守工作站可以實現(xiàn)泵站設備的視頻監(jiān)控，可連接大量報警設備，例如門磁、紅外、煙感、水浸等，一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)能自動報警，上傳報警信息并聯(lián)動進行數(shù)字錄像或聲光電報警。無人值守工作站可以將門禁系統(tǒng)無縫接入，加強對泵站進出人員的管理。通過音視頻監(jiān)控使管理人員能夠隨時隨地看到設備和現(xiàn)場工作人員的工作情況，還可以與前端工作人員對話，加強管理的互動性?？山Y合大量專業(yè)的環(huán)境監(jiān)測設備，實現(xiàn)及時反映空調(diào)系統(tǒng)、溫濕度等保障設備的數(shù)據(jù)。報警時可以聯(lián)動完備的錄像策略，可以通過手機發(fā)送彩信或者短信通知值班人員或相關和技術人員。

以上所有功能，均由無人值守工作站硬件設備完成，無需通過監(jiān)控中心進行操作，確保即使傳輸網(wǎng)絡出現(xiàn)問題，前端泵站的監(jiān)控系統(tǒng)不會出任何問題，用戶還可以通過手機進行遠程監(jiān)控和實時管理，確保系統(tǒng)的安全性。

針對水利行業(yè)用戶的特殊需求，開發(fā)出適合行業(yè)用戶使用的，穩(wěn)定、高度集成化的網(wǎng)絡監(jiān)控產(chǎn)品，這無人值守工作站提供標準TCP／IP接口，將處理過的數(shù)據(jù)上傳至上層管理中心，由監(jiān)控中心對前端的各個泵站進行統(tǒng)一的集中管理。同時根據(jù)水利行業(yè)需要提供相應接口，可以方便的納入水利指揮調(diào)度系統(tǒng)。為水利指揮調(diào)度的決策和指揮提供客觀和詳實的數(shù)據(jù)。

水利無人值守監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控中心能夠將泵站的各個監(jiān)視點，該系統(tǒng)可對所有前端泵站的重點部位進行24小時視頻監(jiān)控，并可以按照不同的方式對不同的前端設置錄像。如主控制室全貌，設備情況、斷路器，隔離刀間現(xiàn)場實際狀態(tài)等通過遠程無人值守泵站監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)剿矙z中心和調(diào)度所，對重要泵站，局及調(diào)度人員可通過無人值守泵站監(jiān)測系統(tǒng)對泵站的環(huán)境進行監(jiān)視；無人值班泵站可減少巡檢人員工作強度，彌補泵站取消運行人員直觀性不強的弱點，同時加強對本站的安全、保衛(wèi)工作、火警進行監(jiān)視、以提高泵站運行水平。

▋應用意義

泵站水利無人值守監(jiān)控系統(tǒng)，其關鍵技術實現(xiàn)了對泵站的“無人值守，少人看管”的全自動化控制管理，為泵站提高安全管理水平，持續(xù)降低管理費用支出提供了條件，利用優(yōu)化調(diào)度在線運行，實現(xiàn)了節(jié)能、增效，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控后，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，方便了查詢，為水利和水利工程設施的運行管理與調(diào)度決策提供了方便，保證了調(diào)度的實時性，促進了管理水平的提高，為管理工作提供了極大的便捷。