沈雪梅，葛雯靜，繆恩琪，范 楠

(南通市節(jié)制閘管理所，江蘇 南通 226000)

隨著科技和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，水利發(fā)展越來越朝著現(xiàn)代化、信息化、科學(xué)化邁步。全方位推進(jìn)智慧水利建設(shè)，大幅提升水利信息化、智能化水平是水利工程今后發(fā)展的重點方向[1]。通呂運(yùn)河水利樞紐工程是由一座設(shè)計流量100 m3/s的單向引水泵站和一座10孔10 m寬的水閘共同結(jié)合而成的水工建筑物。作為大型水利樞紐，工程日常巡檢和維修養(yǎng)護(hù)存在范圍廣、面積大、設(shè)備多、任務(wù)重等要求[2]，成為水利工程管理的重點和難點問題。

傳統(tǒng)工程巡檢模式為運(yùn)行人員根據(jù)巡查路線要求，定時定點開展巡視檢查，并將巡視檢查記錄在相應(yīng)的紙質(zhì)臺帳上，發(fā)現(xiàn)問題以后需要運(yùn)行人員及時上報給技術(shù)管理人員，技術(shù)管理人員再將問題匯總給管理單位，管理單位根據(jù)問題的輕重緩急組織開展維修養(yǎng)護(hù)。傳統(tǒng)巡檢模式依賴運(yùn)行人員本身，如果運(yùn)行人員漏巡、對現(xiàn)場存在的問題判斷有誤或者出現(xiàn)其他風(fēng)險漏洞時，會極大降低巡檢效率，嚴(yán)重時甚至?xí)：屑~工程安全運(yùn)行。

因此，通呂運(yùn)河水利樞紐工程建設(shè)時，管理單位積極探索實踐自動化、信息化建設(shè)，著手用智能巡檢系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)巡檢，運(yùn)用到泵站與大型水閘的工程檢查中，并且結(jié)合工程運(yùn)行實際，通過不斷探索與實踐，形成一套既簡便易行，又蘊(yùn)含規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化理念的智能巡檢系統(tǒng)。

1 智能巡檢系統(tǒng)基本構(gòu)架

1.1 系統(tǒng)構(gòu)架及原理

通呂運(yùn)河水利樞紐工程智能巡檢系統(tǒng)是通呂運(yùn)河水利樞紐工程綜合信息化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，主要采用無線射頻識別(RFID)技術(shù)，搭配基于Wi-Fi通訊的巡檢儀(智能移動手持終端)共同組成。巡檢系統(tǒng)主要由巡檢儀、設(shè)備電子標(biāo)簽(RFID標(biāo)簽)及智能巡檢后臺運(yùn)行管理系統(tǒng)三大方面組成。系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架示意

巡檢人員手持智能巡檢終端打開巡檢軟件選擇任務(wù)按照設(shè)定的巡檢線路圖依次對泵站或水閘的各類設(shè)施設(shè)備進(jìn)行檢查，當(dāng)走到巡檢點時，RFID藍(lán)牙讀卡器靠近巡檢點對應(yīng)的RFID標(biāo)簽，通過射頻技術(shù)讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)，隨后通過藍(lán)牙信號把識別數(shù)據(jù)傳送至巡檢終端，實現(xiàn)巡檢點的快速定位。巡檢人員在巡檢終端上進(jìn)行操作，首先確認(rèn)現(xiàn)場設(shè)備是否與設(shè)定巡檢點一致，然后實時上傳巡檢設(shè)備工況，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)異常，可以立即上傳文字圖片視頻等資料，待巡檢完畢后數(shù)據(jù)上傳到智能巡檢后臺運(yùn)行管理系統(tǒng)。

智能巡檢后臺運(yùn)行管理系統(tǒng)作為通呂運(yùn)河水利樞紐綜合信息化系統(tǒng)一個子系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)庫不單獨設(shè)置，與綜合信息化系統(tǒng)共用。移動APP與綜合信息化系統(tǒng)通過HTTP方式交換數(shù)據(jù)，智能巡檢后臺運(yùn)行管理系統(tǒng)單向傳輸數(shù)據(jù)給移動APP。當(dāng)巡檢終端上傳的巡檢數(shù)據(jù)上傳到智能巡檢后臺運(yùn)行管理系統(tǒng)，水閘和泵站技術(shù)管理人員將在綜合信息化系統(tǒng)及移動APP平臺實時看到設(shè)備存在的問題，以便第一時間上報處理。當(dāng)設(shè)備維修或保養(yǎng)完成后，可以在信息化系統(tǒng)中點擊處理，將異常問題進(jìn)行處理，修改問題的狀態(tài)，以此實現(xiàn)設(shè)施設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修的閉環(huán)管理，高效、有序的保障泵站和水閘安全運(yùn)行。同時在綜合信息化系統(tǒng)上可以設(shè)置巡檢線路、巡檢任務(wù)，將任務(wù)下達(dá)至巡檢終端?；玖鞒桃妶D2。

圖2 通呂運(yùn)河水利樞紐工程巡檢系統(tǒng)基本原理

1.2 設(shè)備選擇

(1)巡檢儀

普通RFID超高頻巡檢儀存在設(shè)備笨重、操作不便、使用壽命短、造價較高等缺陷，所以采用輕便的巡檢手持終端(PAD或手機(jī))配備RFID超高頻藍(lán)牙讀卡器代替RFID巡檢儀，便于巡檢人員操作。

巡檢手持終端采用PAD或手機(jī)，采用Wi-Fi通訊技術(shù)，運(yùn)用Android操作系統(tǒng)，操作簡便，易于上手操作。

RFID超高頻藍(lán)牙讀取器內(nèi)置收發(fā)天線，能夠識別1m以內(nèi)RFID標(biāo)簽，具有按鍵觸發(fā)和交互應(yīng)答兩種工作模式，具有輕便操作簡單、感應(yīng)靈敏等優(yōu)點。

(2)設(shè)備標(biāo)簽

對比普通條形碼標(biāo)簽，巡檢點選用設(shè)備電子標(biāo)簽(RFID標(biāo)簽)。RFID標(biāo)簽是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過無線電波對特定目標(biāo)進(jìn)行識別，并可以對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫[3]。作為普通條形碼的無線版本，RFID具有防磁、防水、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點。同時它可以識別單個的非常具體的物體，而不像條形碼那樣只能識別一類物體；可以同時對多個物體進(jìn)行識讀，而條形碼只能一個一個地讀；存儲的信息量很大；采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光或紅外在材料介質(zhì)的表面讀取信息[4]。

2 巡檢系統(tǒng)功能及設(shè)計

2.1 巡檢點劃分

通呂運(yùn)河水利樞紐工程分通呂閘和通呂泵站，因通呂閘、通呂泵站分設(shè)兩個專業(yè)班組，根據(jù)運(yùn)行人員及巡檢位置內(nèi)容的不同，將巡檢點分成2類：一是對水閘的各類設(shè)施設(shè)備的巡檢；二是對泵站的各類設(shè)施設(shè)備的巡檢。其中水閘巡檢點位包括水閘線地控制柜、水閘卷揚(yáng)啟閉機(jī)、分控室、公路橋、上下游翼墻、上下游工作便橋、閘門9個點位。泵站巡檢點位包括軸瓦冷卻器、中控室、LCU室、電容補(bǔ)償室、電纜層、柴油發(fā)電機(jī)室、高壓室、低壓室、泵站卷揚(yáng)啟閉機(jī)、液壓油站、循環(huán)水系統(tǒng)、主機(jī)層豎井、主水泵等二十個點位。

2.2 巡檢線路劃分

根據(jù)巡檢任務(wù)需要和實際情況，從巡檢點中挑出需要檢查的點位劃分線路。將通呂運(yùn)河水利樞紐工程巡檢線路分為3類、共8條線路，首先根據(jù)巡檢人員不同將巡檢線路分為水閘、泵站、技術(shù)科巡檢3類，分別由閘門運(yùn)行組人員、由泵站運(yùn)行人員、管理所技術(shù)科開展。隨后在3類中，根據(jù)巡檢內(nèi)容不同再次劃分具體線路。具體如圖3所示。

圖3 通呂運(yùn)河水利樞紐工程巡檢線路劃分示意

2.2.1 水閘巡檢

水閘巡檢分為水閘運(yùn)行巡檢和水閘日常巡檢兩條線路。水閘運(yùn)行巡檢是指當(dāng)閘門開啟或關(guān)閉之后進(jìn)行巡檢，重點檢查閘門是否順利開啟或關(guān)閉、上下游水面有無船只或漂浮物等內(nèi)容；水閘日常巡檢是指每日定時對水閘開展一次巡檢，重點檢查水閘運(yùn)行狀態(tài)是否正常、水體是否受到污染、管理范圍內(nèi)有無違害工程安全的活動、有無影響水閘安全運(yùn)行的障礙物等內(nèi)容。

2.2.2 泵站巡檢

泵站巡檢分為開停機(jī)巡檢、運(yùn)行巡檢和日常巡檢三條線路。開停機(jī)巡檢是指主機(jī)泵開啟或關(guān)閉后進(jìn)行巡檢，重點檢查機(jī)組、水泵、閘門、水系統(tǒng)等是否順利開啟或關(guān)閉。運(yùn)行巡檢是指主機(jī)泵開機(jī)過程中每隔2 h巡檢一次，重點檢查機(jī)組、水泵、水系統(tǒng)是否運(yùn)行正常。日常巡檢是指每日對泵站開展下巡檢，重點檢查泵站整體運(yùn)行狀態(tài)是否正常、上下游水面有無垃圾等漂浮物、管理區(qū)內(nèi)有無危害工程安全的活動。

2.2.3 技術(shù)科巡檢

技術(shù)科的巡檢則是依據(jù)水閘和泵站管理實施細(xì)則的要求開展經(jīng)常檢查、定期檢查和特別檢查的要求，分別制定了經(jīng)常檢查巡檢、定期檢查巡檢和特別檢查巡檢路線，將巡檢系統(tǒng)與工程檢查相融合。

2.3 巡檢任務(wù)下達(dá)方式的選擇與改進(jìn)

2.3.1 初始設(shè)計方案及存在弊端

剛開始設(shè)計時，巡檢任務(wù)下達(dá)方式為：需在系統(tǒng)中提前設(shè)定巡檢任務(wù)(巡檢時間、巡檢線路、巡檢人員)，任務(wù)內(nèi)容全部固定，巡檢人員登錄巡檢儀上的APP后會看到當(dāng)前需要執(zhí)行的巡檢線路，然后按照任務(wù)要求執(zhí)行巡檢。但是在實際操作中，發(fā)現(xiàn)如下幾點問題：

一是按照巡檢邏輯設(shè)定，巡檢任務(wù)必須提前一天下達(dá)，缺乏靈活性。例如泵站關(guān)閉時間需要參考當(dāng)時的水位，不可提前預(yù)測，有時需要臨時執(zhí)行當(dāng)天的停機(jī)巡檢任務(wù)時，因為沒有提前一天預(yù)設(shè)，系統(tǒng)就不會下達(dá)任務(wù)；

二是下達(dá)任務(wù)有時間段限制，只能下達(dá)一段時間內(nèi)的任務(wù)，需要巡檢人員自己每隔一段時間就要新建下一階段的任務(wù)，如果遺忘，會造成任務(wù)無法及時下達(dá)，給管理帶來不便。

2.3.2 改進(jìn)設(shè)計方案及優(yōu)點

針對以上存在的問題，對巡檢任務(wù)下達(dá)方式從邏輯層面進(jìn)行了改進(jìn)，將原來的提前設(shè)定任務(wù)模式改為“即選即檢”模式。即選即檢模式，是指系統(tǒng)管理員將所有巡檢任務(wù)(只含巡檢路線)全部下達(dá)，到了規(guī)定的時間后，如水閘開閘后，巡檢人員登錄巡檢儀上的APP，選擇自己需要巡檢的那條任務(wù)——開關(guān)閘巡檢，點擊“開始巡檢”按鈕，巡檢任務(wù)就開始。

提前設(shè)定任務(wù)模式只適用于巡檢時間、人員、線路相對固定的場合，而即選即檢模式有效避免了因水閘、泵站控制運(yùn)行時間、人員的不確定造成巡檢任務(wù)下達(dá)不及時的問題，化繁為簡，不但使系統(tǒng)操作變得簡單，而且提升了巡檢效率。

2.4 智能巡檢后臺運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)計

智能巡檢后臺運(yùn)行管理系統(tǒng)隸屬于通呂運(yùn)河水利樞紐綜合信息化平臺，也是基于B/S架構(gòu)，可以直接在WEB瀏覽器登錄，具有維護(hù)和升級方式簡單的優(yōu)點。

該系統(tǒng)下設(shè)2個子菜單：巡檢任務(wù)、巡檢設(shè)置。

(1)巡檢任務(wù)。包括巡檢線路、巡檢任務(wù)、巡檢報表以及異常處理四個子項，每個子項均可按照巡檢線路的分類進(jìn)行查詢。巡檢線路中可以查詢到每一條線路對應(yīng)的巡檢點(巡檢點旁邊設(shè)有懸浮窗，選中巡檢點可查看對應(yīng)的巡檢內(nèi)容)，方便管理人員查看巡檢內(nèi)容是否完善。

巡檢任務(wù)可以查詢到已完成的巡檢任務(wù)，包括巡檢任務(wù)的名稱、開始時間、結(jié)束時間、巡檢人等內(nèi)容。

巡檢報表是根據(jù)前端巡檢儀反饋回來的巡檢數(shù)據(jù)自動生成相應(yīng)的檢查表，并提供預(yù)覽、下載、打印功能。

異常處理是將巡檢發(fā)現(xiàn)的故障及問題匯總，以便管理人員查看，當(dāng)問題解決后及時在系統(tǒng)中更新狀態(tài)。

(2)巡檢設(shè)置。主要包括巡檢點、巡檢線路設(shè)置。由系統(tǒng)管理員根據(jù)巡檢需要對巡檢點和線路進(jìn)行修改和完善。

2.5 移動APP設(shè)計

移動APP端接受來自智能巡檢后臺運(yùn)行管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，為管理單位人員提供巡檢任務(wù)查看服務(wù)，方便管理人員及時了解巡檢發(fā)現(xiàn)的問題。

3 傳統(tǒng)巡檢與智能巡檢系統(tǒng)的優(yōu)劣比較

通呂運(yùn)河樞紐工程智能巡檢系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，通過不斷的改進(jìn)和完善，系統(tǒng)已趨于成熟穩(wěn)定。分析傳統(tǒng)巡檢和智能巡檢運(yùn)行模式的特征，比選如表1所示。

表1 傳統(tǒng)巡檢與智能巡檢系統(tǒng)的特征比選

通過特征比選可知，智能巡檢系統(tǒng)，能夠擺脫傳統(tǒng)巡檢過于依賴運(yùn)行人員的情況，側(cè)面對運(yùn)行人員形成考核與監(jiān)督，彌補(bǔ)了因運(yùn)行人員整體素質(zhì)層次不齊而導(dǎo)致的各類問題的發(fā)生，同時，讓技術(shù)管理人員也加入巡檢，使得工程檢查更加細(xì)致和嚴(yán)謹(jǐn)，逐步朝著程序化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化邁進(jìn)。

4 結(jié) 語

在通呂運(yùn)河水利樞紐工程中，用智能巡檢系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)巡檢模式，采用熱門的RFID技術(shù)助力水利工程巡視檢查，使工程管理工作從繁瑣復(fù)雜變得簡單有序, 巡檢信息的實時傳輸，能夠及時發(fā)現(xiàn)并排除安全隱患，提升檢查效率，為水利工程的安全運(yùn)行和發(fā)揮效益提供了保障，系統(tǒng)簡單便捷，可充分在水利工程管理中進(jìn)行推廣使用，使水管單位精細(xì)化、現(xiàn)代化水平進(jìn)一步提升。