隨著我國(guó)各種水利設(shè)施的大力建設(shè)，現(xiàn)有的水利安防系統(tǒng)在長(zhǎng)期的使用過程中已顯露出諸多問題，如環(huán)境惡劣，對(duì)各種設(shè)備要求高；覆蓋范圍廣，傳輸距離遠(yuǎn)，造成信號(hào)傳輸和取供電困難；無人值守或少人值守區(qū)域無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況等，使得水利部門在第一時(shí)間內(nèi)排除故障存在嚴(yán)重的滯后性。
如何如親臨現(xiàn)場(chǎng)般查看現(xiàn)場(chǎng)各種情況、如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并將險(xiǎn)情降低至最小化，已成為目前亟需解決的難題。而伴隨水利部提出的“數(shù)字水利”、“金水工程”的深入，安防系統(tǒng)成為水利工程中不可或缺的一部分，發(fā)揮著舉足輕重的作用。
文/李楠
我國(guó)水利資源豐富，水能資源理論蘊(yùn)藏量為6.76億千瓦，技術(shù)可開發(fā)容量為4.93億千瓦，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)容量為3.78億千瓦。據(jù)發(fā)改委07年公布的電力工業(yè)“十·一五”規(guī)劃顯示，我國(guó)水電經(jīng)濟(jì)可開發(fā)容量為4億千瓦，現(xiàn)有裝機(jī)1.17億千瓦，實(shí)際利用不到三分之一，目前在建的水電項(xiàng)目有8000萬千瓦，到2020年我國(guó)水電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到3億千瓦。
而隨著各種水利設(shè)施的大力建設(shè)，現(xiàn)有的水利安防系統(tǒng)在長(zhǎng)期的使用過程中已顯露出諸多問題，如環(huán)境惡劣，對(duì)各種設(shè)備要求高；覆蓋范圍廣，傳輸距離遠(yuǎn)，造成信號(hào)傳輸和取供電困難；無人值守或少人值守區(qū)域無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況等，使得水利部門在第一時(shí)間內(nèi)排除故障存在嚴(yán)重的滯后性。
如何如親臨現(xiàn)場(chǎng)般查看現(xiàn)場(chǎng)各種情況、如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并將險(xiǎn)情降低至最小化，已成為目前亟需解決的難題。伴隨水利部提出的“數(shù)字水利”、“金水工程”的深入，安防系統(tǒng)成為水利工程中不可或缺的一部分，發(fā)揮著舉足輕重的作用。
系統(tǒng)建設(shè)：多項(xiàng)技術(shù)集成，整體結(jié)合
水利工程多修建在河流或湖泊的重要部位，具備承上啟下、有效控制流域洪水和泥沙的作用，其興修的目的主要以防洪、減淤為主，同時(shí)兼顧供水、灌溉和發(fā)電，除害興利，綜合利用。如黃河小浪底水利樞紐工程位于河南省洛陽市以北40公里的黃河中游最后一段峽谷的出口處，控制著黃河流域總面積的92.3％，是一座有效控制黃河洪水和泥沙的巨型水庫。在此自然環(huán)境下，各類水利設(shè)施都被安裝在遠(yuǎn)離都市人群、荒原郊外的廣泛地區(qū)。
水利工程覆蓋面廣，沿線堤壩少則幾公里，大型跨省水利設(shè)施更是綿延千里，由于人力資源的不足，多數(shù)設(shè)備處于無人或少人值守狀態(tài)。因此，在水利工程建設(shè)初期就要充分考慮各種安防設(shè)施的建設(shè)問題。
霍尼韋爾安防（中國(guó)）有限公司系統(tǒng)集成經(jīng)理陸思武介紹說：“目前水利安防系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的防范系統(tǒng)，囊括了大壩安全、室外防范、機(jī)組防護(hù)、生產(chǎn)監(jiān)督、輸電配送、遠(yuǎn)程監(jiān)管、預(yù)警提示等多方面，針對(duì)這些應(yīng)用，所選用的安防設(shè)備可以為水利系統(tǒng)設(shè)備提供安全保障，及時(shí)阻止不法行為，并對(duì)異常行為做出決策。”同時(shí)，“這些安防系統(tǒng)不是單獨(dú)存在的，是互為一體，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)將信息實(shí)時(shí)傳輸至控制中心，并在遠(yuǎn)程的控制平臺(tái)上進(jìn)行操作，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通?！北本┛梢曂娮蛹夹g(shù)有限責(zé)任公司市場(chǎng)總監(jiān)李昭輝接著解釋。
根據(jù)水利工程劃分的不同區(qū)域，需要采用針對(duì)性的安防系統(tǒng)，其可分為周界防范、防盜報(bào)警、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)。
周界防范系統(tǒng)
周界防范系統(tǒng)主要適用于水庫大壩等區(qū)域，可采用紅外對(duì)射、被動(dòng)紅外、震動(dòng)光纜等設(shè)施保護(hù)大壩的安全，其中震動(dòng)光纜以通訊光纜作為探測(cè)工具，由激光發(fā)射器、傳感接收器和傳聲報(bào)警器組成，實(shí)時(shí)不間斷地監(jiān)測(cè)震動(dòng)、泄漏、地層移動(dòng)及滑坡現(xiàn)象，并能準(zhǔn)確無誤的指出遭受破壞或發(fā)生故障的地段，確保大壩的安全。據(jù)霍尼韋爾陸思武介紹：“周界防范系統(tǒng)還可用于對(duì)重點(diǎn)設(shè)施的運(yùn)行情況監(jiān)管，由于其操作動(dòng)作要求嚴(yán)格，在這些區(qū)域出入需要具備相應(yīng)的權(quán)限，可以加上輔助設(shè)備，比如門禁等?！?
防盜報(bào)警系統(tǒng)
防盜報(bào)警系統(tǒng)主要是為了防止不法分子對(duì)水利機(jī)電設(shè)備進(jìn)行破壞或偷盜，因此多采用各類報(bào)警探測(cè)器，其可安裝在水泵房、水塔等相關(guān)部位，一旦出現(xiàn)人為破壞或偷盜行為時(shí)，便立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。北京視得清電子技術(shù)有限責(zé)任公司總經(jīng)理王曉慶說：“水利行業(yè)設(shè)有專門的網(wǎng)絡(luò)，不但可以連接省、市、縣三級(jí)或多級(jí)水利部門，也會(huì)與應(yīng)急指揮部、公安、部隊(duì)等進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，一旦收到報(bào)警信息，即可立即出警?！?
視頻監(jiān)控系統(tǒng)
由于水利工程范圍廣泛，相隔距離較遠(yuǎn)，而現(xiàn)代通信技術(shù)和視頻技術(shù)的迅速發(fā)展，也為水利建設(shè)的數(shù)字化提供了有力保證。據(jù)寧夏寧東供水工程相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在這里起著“眼見為實(shí)”的作用，主要用于日常管理、防汛管理，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控水庫周邊情況及水文情況，對(duì)于相關(guān)的水文信息、閘門等情況進(jìn)行組態(tài)控制，采用這種可視化管理能有效提高水利部門的工作效率，擴(kuò)大數(shù)字化的程度。其主要由前端設(shè)備、傳輸設(shè)備、監(jiān)控中心組成。
1、前端設(shè)備
前端設(shè)備主要由攝像機(jī)、云臺(tái)、云臺(tái)解碼器、視頻服務(wù)器等部分組成，主要安裝在水庫大壩、閘門、溢洪道及需要重點(diǎn)監(jiān)控的區(qū)域，可以根據(jù)遠(yuǎn)程控制命令調(diào)整攝像機(jī)、云臺(tái)等相關(guān)參數(shù)，完成圖片（圖像）信息采集、與其他數(shù)據(jù)信息集成及信息的回傳等。
據(jù)北京視得清王曉慶介紹，水利工程的攝像機(jī)以固定安裝為主，像素大多在480線以上。大壩區(qū)域由于范圍較廣，一般采用遠(yuǎn)距離、大變焦鏡頭（30倍或50倍）的攝像機(jī)，在需要的情況下，還會(huì)配備高亮度的探射燈；在水庫、控制中心等區(qū)域大多配備2km長(zhǎng)焦距的攝像機(jī)，在較特殊的情況下，會(huì)配備激光等輔助設(shè)備，有助于看清遠(yuǎn)距離范圍內(nèi)的情況；小范圍的監(jiān)控較多采用1/3″、低照度、彩轉(zhuǎn)黑的攝像機(jī)，也可采用高速球機(jī)，主要針對(duì)來往車輛及行人的監(jiān)控。
攝像機(jī)還需配備云臺(tái)、云臺(tái)解碼器、視頻服務(wù)器等，可以將現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)傳輸至后端。由于野外環(huán)境惡劣，前端設(shè)備要求365天×24小時(shí)連續(xù)不斷工作，因此對(duì)設(shè)備的性能要求較高。英格索蘭深圳博康系統(tǒng)工程有限公司銷售部副總經(jīng)理陳橋介紹，前端的攝像機(jī)要求可以防水、防霧，且防護(hù)等級(jí)要求較高，大多根據(jù)IP66、IP67等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量。針對(duì)此種情況，霍尼韋爾陸思武接著解釋：“某些區(qū)域的水利設(shè)施基本可以看作為半個(gè)軍事化環(huán)境的要求，因此設(shè)備必須滿足可在-20°?70°之間工作的需要，但由于環(huán)境的差異，產(chǎn)品可以根據(jù)南北方氣候特征進(jìn)行差異化選擇?！绷硗猓谝欢ǖ那闆r下，前端設(shè)備還需安裝防避雷模塊，以保護(hù)設(shè)備免受雷擊損害；還需安裝遙控雨刷，在雨水多的情況下自動(dòng)將水漬清除干凈，而在北方寒冷區(qū)域要具有加熱和除霜功能，南方地區(qū)安裝遮陽罩。
2、傳輸設(shè)備
由于監(jiān)控范圍覆蓋較廣，監(jiān)控點(diǎn)較多且分散分布，監(jiān)控點(diǎn)與控制中心相隔距離較遠(yuǎn)，因此前端采集到的視頻圖像必須通過遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備將其發(fā)送至后端控制中心。而由于水利系統(tǒng)的重要性（往往會(huì)關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)），傳輸系統(tǒng)必須將信息及時(shí)發(fā)送，并要確保圖像和數(shù)據(jù)等信息的質(zhì)量。
一般來說，在條件允許的范圍內(nèi)，多采用“光端機(jī)+光纜”的方式進(jìn)行傳輸。英格索蘭深圳博康的陳橋稱，此種方式采用傳統(tǒng)的有線連接方式，傳輸圖像質(zhì)量較好，清晰度也較高，但由于地理環(huán)境的影響，會(huì)使得施工困難，施工周期較長(zhǎng)，再加上兩端系統(tǒng)及其他附屬產(chǎn)品，因此成本會(huì)較高，所以通常適用于1公里以內(nèi)的傳輸距離。
在地理環(huán)境惡劣的情況下，水利工程也較多地采用無線傳輸?shù)姆绞?，即通過無線微波、CDMA、GPRS等多種無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。此類方式傳輸距離較遠(yuǎn)，且受自然、地理因素制約相對(duì)較小，因此在水利工程中使用較多，但其在傳輸過程中易受外界因素干擾，因此所接收到的圖像清晰度和圖像實(shí)時(shí)性會(huì)受較大影響。
3、監(jiān)控中心
整個(gè)系統(tǒng)主要分為三級(jí)監(jiān)控中心，即水利設(shè)施監(jiān)控中心、市級(jí)監(jiān)控中心和省級(jí)監(jiān)控中心，各級(jí)可獨(dú)立工作，也可級(jí)聯(lián)協(xié)同工作，而流域監(jiān)控往往需要多級(jí)級(jí)聯(lián)和協(xié)同工作。
水利設(shè)施監(jiān)控中心主要由軟件平臺(tái)、視頻編解碼器、電視墻、監(jiān)控服務(wù)器、硬盤錄像機(jī)等部分組成。軟件平臺(tái)主要由管理服務(wù)器軟件、客戶端軟件及流媒體服務(wù)器軟件等組成，其不但包括監(jiān)控、管理、錄像、回放等基本功能，且針對(duì)水利部門更具備其專用的功能特性：
·視頻疊加：此功能是在視頻畫面上疊加水位和晴雨等信息，可以使相關(guān)部門通過標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)晴雨了解現(xiàn)有水利工程的雨水信息，進(jìn)一步完善信息聯(lián)動(dòng)；
·警戒水位報(bào)警聯(lián)動(dòng)：當(dāng)進(jìn)入汛期時(shí)，水庫水位一旦超出警戒水位線，系統(tǒng)即自動(dòng)報(bào)警，并聯(lián)動(dòng)相關(guān)視頻，可以減少因洪水造成的影響。
而當(dāng)前端設(shè)備將相關(guān)信息傳輸至監(jiān)控中心時(shí)，除視頻編解碼器將其進(jìn)行處理外，并也傳輸?shù)奖O(jiān)控服務(wù)器上，再發(fā)送至相關(guān)的監(jiān)看人員方，控制中心人員可以對(duì)這些信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查看、錄像、遠(yuǎn)程調(diào)度、報(bào)警等操作。
市級(jí)分中心設(shè)置一臺(tái)視頻服務(wù)器，并安裝分中心視頻監(jiān)控軟件；省級(jí)監(jiān)控中心設(shè)置視頻服務(wù)器和認(rèn)證服務(wù)器，并安裝相應(yīng)的服務(wù)管理軟件，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和集中管理。省中心視頻服務(wù)器同時(shí)安裝電子地圖軟件，被授權(quán)用戶可通過點(diǎn)擊電子地圖來瀏覽需要觀看的監(jiān)視點(diǎn)圖像。北京視得清的王曉慶建議：“由于水利設(shè)施所設(shè)置的監(jiān)控點(diǎn)相對(duì)其他區(qū)域較少，且水利的直接控制中心要求所傳輸?shù)膱D像足夠清晰且不允許有延遲的情況發(fā)生，所以在直接的控制中心（一級(jí)監(jiān)控中心）不提倡采用網(wǎng)絡(luò)視頻的方式進(jìn)行壓縮傳輸，而是采用傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)，不過在市級(jí)或省級(jí)監(jiān)控中心可以采用網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的方式?！?
工程特點(diǎn)
隨著信息化程度的提高，各地水利部門紛紛開始進(jìn)行“數(shù)字水利”的改造，數(shù)字化技術(shù)不僅可以滿足水利部門日益增多的信息需求，也極大地提高了辦事效率。但由于各項(xiàng)水利設(shè)施所處地理位置及環(huán)境因素的影響，一定程度上增加了施工的難度。在水利項(xiàng)目建設(shè)安防系統(tǒng)，具有以下幾大特點(diǎn)。
供電取電不容易
眾所周知，大型水利工程翻山越嶺，有的更橫跨多個(gè)省市，如南水北調(diào)工程分別從長(zhǎng)江上、中、下游調(diào)水，在中國(guó)大陸地勢(shì)形成三個(gè)階梯，橫跨大半個(gè)中國(guó)，為整個(gè)西北和華北地區(qū)供水。因此，在水利工程中，安防設(shè)備如何供電取電成為一大難點(diǎn)。
針對(duì)這一情況，北京可視通李昭輝介紹說：“在條件允許的情況下，可以敷設(shè)地下管道，進(jìn)行集中供電，也可采用POE網(wǎng)絡(luò)供電?！北本┮暤们逋鯐詰c接著解釋：“在一些特殊區(qū)域，可采用太陽能供電和風(fēng)能供電，并配備一定數(shù)量的蓄電池。”在天氣晴朗的情況下采用太陽能供電，但陰雨天時(shí)多采用風(fēng)能，這兩者互相補(bǔ)充，而晚上則會(huì)使用蓄電池，以保證供電不中斷。
無線傳輸方式是新寵
傳統(tǒng)的布線方式在一定程度上無法滿足水利工程信號(hào)傳輸?shù)男枨?，因此微波、GPRS、CDMA等現(xiàn)有的無線傳輸方式逐步受到用戶的青睞。北京可視通李昭輝表示：“采用無線傳輸?shù)姆绞?，可以為用戶?jié)約70%的成本，且其傳輸速度快，單路帶寬可以達(dá)到500Kb?1M的傳輸速率?！碧旖蛱斓貍I(yè)數(shù)碼科技有限公司無人值守部經(jīng)理姚亞說：“現(xiàn)有的無線傳輸方式雖在一定程度上可以滿足水利部門傳輸?shù)男枨?，但易受到投資成本、信號(hào)穩(wěn)定性和帶寬等問題的制約，因此未能大幅度推廣。但隨著電信重組的完成，3G傳輸技術(shù)指日可待，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性等將不再是問題，無線傳輸技術(shù)也會(huì)在水利監(jiān)控傳輸中占據(jù)越來越多的份額。”
室外防雷需注意
水利設(shè)施大多處于室外，遭遇打雷情況時(shí)會(huì)產(chǎn)生高壓和浪涌電流，因此在前端攝像機(jī)上需安裝防雷模塊，以免雷擊毀壞設(shè)備。而攝像機(jī)桿和前端機(jī)箱必須接地，將雷電流接入地下泄放。
智能分析是熱點(diǎn)
安防系統(tǒng)可以對(duì)閘門開閉、決堤、漫堤及人員進(jìn)出情況等進(jìn)行檢測(cè)，而塌方事件和水面上的漂浮物也是所要監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，但由于范圍較廣，單純靠人為監(jiān)測(cè)是不夠現(xiàn)實(shí)的。杭州科利特信息技術(shù)有限公司副總經(jīng)理韓草銘解釋說：“前端所傳輸回來的圖像難免包含水面信息，而水面時(shí)刻處于變化狀態(tài)，這也為視頻檢測(cè)帶來一定難度。因此可采用智能分析技術(shù)，根據(jù)水面的形狀不固定、相鄰幀運(yùn)動(dòng)方向連續(xù)、紋理特殊等特征，可將其干擾排除?！?
智能識(shí)別技術(shù)可通過圖像算法進(jìn)行分析，并設(shè)定一定的規(guī)則，當(dāng)所監(jiān)測(cè)的區(qū)域觸犯規(guī)則時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并可將出現(xiàn)異常情況的畫面切換過來。目前可以將分析技術(shù)做成軟件模塊，根據(jù)用戶實(shí)際需要進(jìn)行搭配，自動(dòng)分析警戒線水位高低、人員破壞、水文信息（漂浮物等）等情況，既節(jié)約了成本，也可有效提高工作效率，實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能化。
系統(tǒng)維護(hù)必不可少
系統(tǒng)建成后，平時(shí)若對(duì)其疏于維護(hù)或以為一勞永逸，將加快設(shè)備老化的速度，縮短設(shè)備的壽命。特別是當(dāng)汛期來臨，設(shè)備的穩(wěn)定性及功能完好是特別重要的，因此，系統(tǒng)維護(hù)是水利行業(yè)安防系統(tǒng)的頭等大事，必須做到24小時(shí)不間斷維護(hù)。
在系統(tǒng)建成之初，據(jù)霍尼韋爾陸思武介紹，作為解決方案提供方和產(chǎn)品提供商的生產(chǎn)廠家，在系統(tǒng)操作與維護(hù)方面，會(huì)提前給用戶發(fā)放說明書，并進(jìn)行相關(guān)知識(shí)和操作培訓(xùn)，使其充分了解所使用設(shè)備的情況及基本維護(hù)常識(shí)。
平時(shí)用戶除在功能實(shí)現(xiàn)和設(shè)備完好性兩方面進(jìn)行維護(hù)之外，汛期的維護(hù)工作也要特別注意，主要注意以下幾個(gè)方面：
·汛期來臨前，要對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)處理并作適當(dāng)?shù)奶幚?，如加固、整理等工作。由于汛期天氣條件惡劣，很多監(jiān)控點(diǎn)可能難以達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，而這些監(jiān)控點(diǎn)又是極為重要的，因此，要做到未雨綢繆，防患于未然；
·在汛期中，要安排專人負(fù)責(zé)維護(hù)事宜，保證24小時(shí)與水利部門保持聯(lián)系；
·另外還要及時(shí)與廠家進(jìn)行溝通，準(zhǔn)備備用品或備件更換損壞的設(shè)備。
結(jié)語
近幾年來，安防系統(tǒng)飛速發(fā)展，已成為水利工程中必不可少的一部分，也成為水利部門必備的信息系統(tǒng)。杭州科利特韓草銘介紹道：“目前水利安防系統(tǒng)已朝著綜合化、數(shù)字化、規(guī)模化、智能化的方向發(fā)展，逐漸改變以往單個(gè)水利工程設(shè)施為主的建設(shè)方式，形成以流域?yàn)閱挝坏拇笮捅O(jiān)控系統(tǒng)。”而現(xiàn)有的各個(gè)分散監(jiān)控點(diǎn)也將逐步實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)改造，朝多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的方向發(fā)展。
隨著行業(yè)用戶安全意識(shí)的提高和安防技術(shù)的日趨成熟，安防措施會(huì)逐步滲透到水利行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，配備的現(xiàn)代化安全防范系統(tǒng)不僅要時(shí)刻反映設(shè)備的工作狀態(tài)和天氣變化情況，更重要的是防止不法分子的惡意破壞活動(dòng)。上海高誠(chéng)智能科技有限公司副總經(jīng)理紀(jì)良文博士建議，由于目前國(guó)家對(duì)水利行業(yè)應(yīng)用的安防產(chǎn)品并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而在實(shí)施過程中用戶需求變化較多，因此要注重系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建設(shè)，并在實(shí)施過程中將水利防汛模型方面的專業(yè)技術(shù)糅合到安防系統(tǒng)中，才可以確保系統(tǒng)的建設(shè)符合水利行業(yè)的要求。
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