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        談互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

        2021-01-20 16:01:02夏晨光任澤儉
        山東水利 2021年10期
        關(guān)鍵詞:河湖水利傳輸

        趙 琳,夏晨光,任澤儉

        (1.山東省水利勘測設(shè)計院,山東 濟(jì)南250014;2.山東潤魯工程咨詢有限公司,山東 濟(jì)南250109)

        互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益成為促進(jìn)全球變化的重要因素,互聯(lián)網(wǎng)信息通過移動網(wǎng)絡(luò)傳輸受3G/4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的限制,出現(xiàn)了速率低、普遍存在延遲的問題,而5G是第五代移動通信網(wǎng)絡(luò),是4G傳輸速度的近百倍,響應(yīng)時間更快,并得到了快速地發(fā)展,國內(nèi)各大運營商已經(jīng)拿到5G牌照,5G具備高速率和低延遲的特性,正是新的移動互聯(lián)網(wǎng)解決方案。

        水利行業(yè)是關(guān)系國計民生的基礎(chǔ)行業(yè),各級水利部門著力補(bǔ)短板、強(qiáng)監(jiān)管,各項工作得到推動和發(fā)展,但水旱災(zāi)害防御、水資源配置、河湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、涉水事務(wù)監(jiān)管等方面形勢依然嚴(yán)峻,并且是“十四五”時期水利改革發(fā)展的主要目標(biāo)。為實現(xiàn)這個目標(biāo),應(yīng)當(dāng)充分利用5G與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢,全面提升水安全風(fēng)險防控能力、優(yōu)化水資源配置格局。結(jié)合水利行業(yè)的需求,對互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行創(chuàng)新提升,構(gòu)建適合水利工程特點的信息采集、VR展示、5G安全互聯(lián)非常有必要,因此,有必要對5G與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于水利行業(yè)進(jìn)行研究與探索。

        1 應(yīng)用水利場所

        1.1 大中型水利工程

        山東省大中型水庫、泵站、水閘基本實現(xiàn)了自動化控制,而且很多站點可以實現(xiàn)現(xiàn)地自動化控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控?,F(xiàn)地采集的信息通過PLC進(jìn)行轉(zhuǎn)存和處理,在現(xiàn)地通過對應(yīng)按鈕進(jìn)行自動化操作,也可以在管理處/管理所上位機(jī)進(jìn)行自動化控制和數(shù)據(jù)顯示、分析;上級監(jiān)控部門可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)或移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)管,但跨地市的遠(yuǎn)程控制較少使用,主要是兩個原因:1)遠(yuǎn)程操控直觀性、可靠性差,大中型閘泵站需運行人員現(xiàn)場操作,并配置監(jiān)護(hù)人,以備操作錯誤或緊急情況發(fā)生;2)通信傳輸不能保障,除大中型調(diào)水工程可以在工程沿線敷設(shè)專用光纜或租用專用線路,很多大中型水利工程不具備在覆蓋完整管理范圍的光纜傳輸通道,而采用GPRS/4G或無線網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)定性、可靠性方面存在問題

        若引入VR技術(shù),運行人員或監(jiān)護(hù)人可通過VR實景信息觀察現(xiàn)地設(shè)備運行情況,并結(jié)合APP顯示的操作流程與設(shè)備信息進(jìn)行遠(yuǎn)程控制;如果結(jié)合5G技術(shù),提高移動通信的保障率和傳輸速度,可以為遠(yuǎn)程通信及控制提供更好的解決方案,有效的節(jié)省運行管理人員的操作時間和工作量,并且能夠保障更高的可靠性。

        1.2 水文站點監(jiān)測

        在山東水文站網(wǎng)的建設(shè)過程中,水文站監(jiān)測能力不斷提高,但考慮近年來突發(fā)臺風(fēng)及暴雨天氣較多、涉及面更廣,水文站網(wǎng)的覆蓋范圍仍然需要增加,監(jiān)測設(shè)施及監(jiān)測水平急需進(jìn)一步提高。水文站網(wǎng)監(jiān)測水平的提高,除了受水文監(jiān)測專用設(shè)備發(fā)展的制約,大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用范圍小、移動網(wǎng)絡(luò)傳輸不夠可靠、視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)單一、建設(shè)費用過高、維護(hù)人員不足等也是制約水文監(jiān)測發(fā)展的重要因素。

        水文行業(yè)相對獨立,存在大量需要人工參與或完成的監(jiān)測方式,并且與環(huán)保、氣象、黃河等部門的信息缺乏有效互連,與環(huán)保、氣象、自然資源等相關(guān)企業(yè)掌握的信息缺少對接,天氣、雨量、含沙量、水質(zhì)等相關(guān)數(shù)據(jù)需要通過新建監(jiān)測設(shè)備才能獲取,若與以上部門或企業(yè)信息對接,充分利用物聯(lián)網(wǎng),通過更穩(wěn)定可靠的5G網(wǎng)絡(luò)接入更專業(yè)的設(shè)備采集信息,則可獲取更全面的數(shù)據(jù)、減少重復(fù)建設(shè)、節(jié)省水利建設(shè)成本。

        水文行業(yè)對重要河湖水位、流速的監(jiān)測方式信息化程度越來越高,很多監(jiān)測站點在現(xiàn)地采用RTU對水位、流速數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,通過GPRS進(jìn)行無線傳輸,雖然技術(shù)相對很成熟,但存在RTU穩(wěn)定性容易出問題、監(jiān)測信息通過4G傳輸可靠性不夠高、采用有線網(wǎng)絡(luò)方式建設(shè)周期長、網(wǎng)絡(luò)租賃費用高、水文系統(tǒng)缺乏相應(yīng)的專業(yè)設(shè)備維護(hù)人員和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員等問題??梢栽鰪?qiáng)RTU本地分析的功能及對通信協(xié)議的控制能力,再通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,可以保障信息采集與傳輸?shù)姆€(wěn)定性、及時性;鐵塔部門在國內(nèi)業(yè)務(wù)范圍廣、資源豐富,在5G推廣的過程中會布設(shè)覆蓋面更廣的鐵塔、立桿及高點監(jiān)控設(shè)備,并且具備專業(yè)的視頻監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、移動網(wǎng)絡(luò)及有線網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員,如果能利用鐵塔資源,可以有效為水文行業(yè)補(bǔ)短板。

        1.3 國家水資源監(jiān)控

        山東省實施了國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目,現(xiàn)在二期項目已經(jīng)開始運行,但在實際監(jiān)測過程中仍存在一些問題,如監(jiān)控點數(shù)量大、種類多、分布廣,監(jiān)測數(shù)據(jù)通過GPRS進(jìn)行無線傳輸延遲、丟失的現(xiàn)象時有發(fā)生;而且現(xiàn)地設(shè)備如果出現(xiàn)問題,不好進(jìn)行遠(yuǎn)程判斷,運維起來比較麻煩,派駐人力去現(xiàn)場處理設(shè)備問題成本很高;在數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、預(yù)警等方面也存在短板。隨著5G的應(yīng)用發(fā)展,GPRS會逐漸退出歷史舞臺,加快支持5G的RTU的更新?lián)Q代是大勢所趨。設(shè)備故障原因查詢和維護(hù)可采用VR/AI技術(shù),通過5G傳輸技術(shù),遠(yuǎn)程對現(xiàn)場情況進(jìn)行檢查、判斷;也可以利用5G技術(shù)的快速、低延遲的優(yōu)勢,控制測控一體閥,并傳輸閥門狀態(tài)與流量數(shù)據(jù),而且還可以結(jié)合實時圖像監(jiān)控進(jìn)行分析和監(jiān)控。

        1.4 河湖長制工作

        河湖監(jiān)管難度大,單靠人工巡查、定期采樣等監(jiān)測方式成本高、效率低,新建站點建設(shè)周期長、成本高、維護(hù)分散,5G建設(shè)正大力開展,水利部門可以通過政府協(xié)調(diào)或企業(yè)合作的方式,加強(qiáng)基礎(chǔ)行業(yè)數(shù)據(jù)開放和共享的頂層設(shè)計,將5G基站、5G設(shè)備機(jī)房等基礎(chǔ)設(shè)施納入國土、環(huán)保、水利等基礎(chǔ)信息平臺,與國土、環(huán)保、水利等基礎(chǔ)設(shè)施資源構(gòu)建“一張圖”。利用5G站點、機(jī)房、高點監(jiān)控,接入覆蓋范圍極廣的河湖監(jiān)控視頻,并利用攝像機(jī)本身具備的入侵檢測、跨越圍欄、快速移動等偵測功能,并結(jié)合AI智能識別,自動識別河湖范圍內(nèi)的相關(guān)違法行為,如亂占、濫建等行為;在軟件端對其進(jìn)行再篩選、再識別和報警預(yù)警。在距離村莊很遠(yuǎn)的偏僻區(qū)域,可自行建設(shè)或與鐵塔部門進(jìn)行結(jié)構(gòu)模式探討建設(shè)新監(jiān)控站點,利用5G制式進(jìn)行傳輸,保障傳輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性。河湖和廣大農(nóng)村污水排放不規(guī)范,污染面積廣,通過5G技術(shù),加強(qiáng)對污水土壤的分析,可視化管理,可以積極有效的促進(jìn)水資源管理與水安全控制。

        2 結(jié)語

        5G及多種互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用場景很多,值得研究和推廣。建立新型防汛監(jiān)督機(jī)制、構(gòu)建一體化的水利全面感知網(wǎng)、加強(qiáng)多行業(yè)的互聯(lián)互通等都可以借助5G來解決,進(jìn)而能夠開發(fā)出適用范圍更廣的應(yīng)用設(shè)備及軟件,為我國新基建、新水利提供更好的解決方案。

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