李 寶，鈕月磊

（1.甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400；2.國電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 211100）

我國目前已擁有大型灌排泵站450 座，使得機(jī)電排灌工程在數(shù)量上和工程規(guī)模上均已接近國外先進(jìn)水平，有力地提高了各地防御自然災(zāi)害的能力，促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的快速、穩(wěn)定、健康發(fā)展。水泵及泵站廣泛應(yīng)用在農(nóng)田灌溉排澇、城鄉(xiāng)供排水、長距離和跨流域調(diào)水工程中，對發(fā)展生產(chǎn)、滿足人們的正常生活需要和保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有至關(guān)重要的基礎(chǔ)保障作用[1]。智慧水利作為智慧社會(huì)的重要組成部分，水利部高度重視，提出了以水利信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化的總體要求。為順應(yīng)這一要求，景電工程緊跟新興技術(shù)發(fā)展步伐，為提高泵站主設(shè)備運(yùn)行可靠性和水的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提升運(yùn)行保障、安全管理和應(yīng)急相應(yīng)能力，大力促進(jìn)泵站向一體化、智能化高效運(yùn)行和安全管理模式轉(zhuǎn)變[2]。

目前美、日、英、荷等國家在泵站管理和運(yùn)行方面的自動(dòng)化水平居于世界前列，這些國家大多數(shù)泵站的監(jiān)控系統(tǒng)完善且規(guī)范，泵站長期保持安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，基本實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行高度自動(dòng)化、管理高度信息化。一方面實(shí)現(xiàn)了人力資源的高度釋放；另一方面為工程維護(hù)帶來了可信賴的依托。我國大多數(shù)灌區(qū)泵站由于受當(dāng)時(shí)建設(shè)水平較低的制約，對自動(dòng)化、信息化的理念認(rèn)識(shí)不夠，加之運(yùn)行管理水平有限，在信息化、自動(dòng)化和智能測控方面落后于國外水平，大部分泵站裝置效率低、能耗大，運(yùn)行管理人員多，運(yùn)行管理水平較低，體制機(jī)制創(chuàng)新不足等問題比較突出。目前老泵站信息化主要采用總線或者總線為基礎(chǔ)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)來對泵站數(shù)據(jù)采集和監(jiān)督控制，新建或改造之后的泵站多采用分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。對于類似景電工程梯級泵站群的智能優(yōu)化調(diào)度和真正意義上的“無人值班、少人值守”模式的研究才剛剛起步。

景電工程屬大Ⅱ型電力提水灌溉工程，位于甘肅省中部，河西走廊東端，東臨黃河，北與騰格里沙漠接壤，是一個(gè)橫跨甘蒙2 ?。▍^(qū)）的景泰、古浪、民勤、阿拉善左旗4 縣（旗）以及黃河、石羊河流域的大型電力提灌水利工程。共有泵站43 座，裝機(jī)功率近30 萬kW，最高揚(yáng)程高達(dá)713 m。整個(gè)工程由景電一期工程、景電二期工程和景電二期工程延伸向民勤調(diào)水工程3 部分組成。工程共建成干、支、斗渠1 391 條，灌區(qū)總面積1 496 km2，設(shè)計(jì)灌溉面積6.5萬hm2，工程設(shè)計(jì)提水流量33.33 m3/s。景電工程從2011 年始利用國家大型泵站更新改造信息化項(xiàng)目的實(shí)施，通過精心設(shè)計(jì)與統(tǒng)籌謀劃，對景電工程已建設(shè)的骨干通信網(wǎng)及信息系統(tǒng)進(jìn)行了改造升級。在對原有通信線路、交換、傳輸、承載網(wǎng)、接入網(wǎng)進(jìn)行升級擴(kuò)容改造的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了調(diào)度中心云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)，初步打造了以PTN 通信傳輸方式為主的光纖局域網(wǎng)，新建或附掛光纖線路400 多km。光纖局域網(wǎng)的建成實(shí)現(xiàn)了全灌區(qū)各基層站、所網(wǎng)絡(luò)和通信全覆蓋，為泵站信息化建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。工程調(diào)度中心購置安裝了LED 高清大屏，功能先進(jìn)。以上這些都為工程實(shí)現(xiàn)集中調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了良好環(huán)境和便利條件。景電一期總干、西干和二期總干、南干各泵站建成的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集了各類設(shè)備的開關(guān)量、模擬量，實(shí)現(xiàn)了對主機(jī)組、變頻器和輔助設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，完成了數(shù)據(jù)庫的建立和數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)值越限告警和故障語音報(bào)警以及各種報(bào)表的自動(dòng)生成、歷史數(shù)據(jù)的查詢；建成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的輔助，對主機(jī)組及周圍、高低壓室、溢流堰、廠房周圍實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視全覆蓋，為遠(yuǎn)程操控的安全性提供了輔助保障。為了保障廠房和設(shè)備安全，各泵站建設(shè)了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，并將告警信號接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并處置。依托甘肅省科學(xué)技術(shù)廳立項(xiàng)的《無人值班泵站智能遠(yuǎn)程測控應(yīng)用設(shè)計(jì)示范研究》課題，在景電南干片區(qū)五級泵站開展了無人值班泵站智能化研究與應(yīng)用，其中對保障集中調(diào)度遠(yuǎn)程操作的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行了重點(diǎn)研究，開發(fā)應(yīng)用的視頻聯(lián)動(dòng)技術(shù)是研究項(xiàng)目的一個(gè)亮點(diǎn)。

1 應(yīng)用開發(fā)背景

隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化在各行各領(lǐng)域應(yīng)用效果顯著，人們逐漸認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)潛在的利用價(jià)值，并深入挖掘現(xiàn)有的科技成果輔助項(xiàng)目改造活動(dòng)[3]。原有水利工程粗放式的運(yùn)行管理模式顯得陳舊，正在努力向信息化、智能化、精細(xì)化轉(zhuǎn)變。通過開發(fā)灌區(qū)泵站智能化信息管理一體化平臺(tái)，匯集灌區(qū)區(qū)域內(nèi)各泵站的生產(chǎn)運(yùn)行情況、工程建設(shè)情況和基礎(chǔ)信息，應(yīng)用計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)對各類數(shù)據(jù)深入分析，逐步建設(shè)泵站設(shè)備故障的智能診斷、預(yù)警和監(jiān)管的智能服務(wù)體系。依托發(fā)展的信息化和智能化技術(shù)，水利工程的管理可以實(shí)現(xiàn)水資源精準(zhǔn)調(diào)度和監(jiān)控，在此基礎(chǔ)上大量精簡運(yùn)行管理人員，提高工程管理水平。在現(xiàn)代化水利建設(shè)進(jìn)程中，借助智能化技術(shù)進(jìn)行合理開發(fā)應(yīng)用來提升泵站的管理水平已經(jīng)成為今后發(fā)展的必然趨勢。

無人值班泵站智能化研究與應(yīng)用以持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)、不斷改進(jìn)系統(tǒng)功能和性能、提升信息化建設(shè)水平、保障安全運(yùn)行管理和應(yīng)急響應(yīng)能力為目標(biāo)。從理論內(nèi)涵、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)3 個(gè)方面出發(fā)，構(gòu)建無人值班泵站智能遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)理論體系；利用大數(shù)據(jù)、人工智能、信息化網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)等手段，搭建包含泵站在線監(jiān)測系統(tǒng)、故障診斷與設(shè)備應(yīng)急管理系統(tǒng)、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和泵站安防監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)的泵站無人值班智能遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)平臺(tái)；利用數(shù)字化管理平臺(tái)，運(yùn)用數(shù)字化、信息化手段對工程進(jìn)行區(qū)塊劃分，通過推行區(qū)塊化管理模式實(shí)現(xiàn)工程各片區(qū)動(dòng)態(tài)、全方位的管理和資源共享。

在泵站群信息化應(yīng)用中，克服了原有信息相互分離的弊端，使信息數(shù)據(jù)盡可能地展現(xiàn)在一個(gè)平臺(tái)上，也使得集中調(diào)度的作用越來越突出。調(diào)度中心作為全灌區(qū)的核心，可以全面獲取灌區(qū)及泵站的信息數(shù)據(jù)，掌握灌區(qū)水量的優(yōu)化調(diào)配。實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置和合理調(diào)配，對提高水的利用率具有舉足輕重的作用。在水資源的優(yōu)化配置和調(diào)配中，多方面提高調(diào)度人員操作的準(zhǔn)確性、可靠性、高效性，減輕工作壓力顯得越來越重要，而視頻聯(lián)動(dòng)技術(shù)作為解決這一問題的重要環(huán)節(jié)，開發(fā)應(yīng)用顯得尤為迫切，主要原因如下：一是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)是2個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)或畫面在不同的終端顯示，需要分別去瀏覽和操作，調(diào)度員往往不能得心應(yīng)手去應(yīng)用；二是景電一期總干、西干11 座和二期總干、南干20 座共計(jì)31 座泵站需要調(diào)度中心監(jiān)控196 臺(tái)機(jī)組，查看視頻攝像頭240 個(gè)，調(diào)度人員需要監(jiān)控的機(jī)組多、監(jiān)視的攝像頭多；三是需要調(diào)度員查看的數(shù)據(jù)主要包括各泵站的前后池水位、電流、電壓、溫度、振動(dòng)擺度、閥門開度、管道壓力、廠后匯總管流量等，數(shù)據(jù)量大；視頻畫面需要查看溢流堰、前池、后池、出水壓力管道、機(jī)組周圍等，瀏覽視頻畫面量大且通過人工的方式調(diào)度效率低；四是機(jī)組周圍環(huán)境無法隨時(shí)掌握，開、停機(jī)時(shí)要先通知泵站值班人員，確認(rèn)機(jī)組周圍無人時(shí)才進(jìn)行操作，操作過程中只是通過一些開關(guān)量和模擬量變化來判斷設(shè)備當(dāng)前機(jī)組狀況，對現(xiàn)場情形缺乏直觀地把控。即便在進(jìn)行開停機(jī)操作時(shí)調(diào)該機(jī)組的視頻畫面，也往往會(huì)顧此失彼，尤其是出現(xiàn)緊急情況時(shí)由于忙于應(yīng)付更難實(shí)現(xiàn)。因此，在景電工程申報(bào)的省級科研項(xiàng)目《無人值班泵站智能遠(yuǎn)程測控應(yīng)用設(shè)計(jì)示范研究》實(shí)施中，為了充分改善調(diào)度人員的工作體驗(yàn)，減輕工作壓力，提高操作的可靠性、安全性，將視頻聯(lián)動(dòng)作為一個(gè)重點(diǎn)研發(fā)內(nèi)容，通過應(yīng)用工程師和研發(fā)人員的不懈努力，該系統(tǒng)經(jīng)過開發(fā)、反復(fù)測試和試運(yùn)行，取得了良好的效果，得到了運(yùn)行人員和調(diào)度人員的一致好評，現(xiàn)已投入到正式的生產(chǎn)應(yīng)用中。

2 實(shí)現(xiàn)方法

為實(shí)現(xiàn)“無人值班，少人值守”的建設(shè)目標(biāo)，景電工程各泵站視頻系統(tǒng)全系采用?？低旾DS-2DE72 23IX 系列高速彩色網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，建設(shè)了完善的視頻監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了視頻信號采集、視頻數(shù)據(jù)處理、傳輸和遠(yuǎn)程調(diào)用等功能。在泵站現(xiàn)地布設(shè)了視頻交換機(jī)，各攝像頭接入視頻交換機(jī)，再將視頻歷史畫面?zhèn)髦劣脖P錄像機(jī)進(jìn)行儲(chǔ)存。依托景電工程已全面覆蓋的光纖局域網(wǎng)，建設(shè)形成了統(tǒng)一平臺(tái)下的集中管理和控制，可遠(yuǎn)程對任一現(xiàn)地?cái)z像頭的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)覽。泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集了機(jī)組所有數(shù)據(jù)及狀態(tài)信號，采用合理的方式實(shí)現(xiàn)了在調(diào)度中心對泵站機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。根據(jù)全方位監(jiān)視和重點(diǎn)突出的理念，規(guī)劃在廠房機(jī)組周圍合理布置攝像頭，保證攝像頭捕捉到的畫面可以控制整個(gè)機(jī)組設(shè)備和周圍環(huán)境，采取1 個(gè)攝像頭監(jiān)視2～3 臺(tái)機(jī)組設(shè)備的方式，監(jiān)視每臺(tái)機(jī)組時(shí)調(diào)整攝像頭至最佳角度作為實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)的優(yōu)選預(yù)置位。在整個(gè)廠房內(nèi)設(shè)置2 臺(tái)攝像頭，全方位監(jiān)視廠內(nèi)人員及設(shè)備狀況；在廠外重點(diǎn)部位如前池、攔污柵、后池、溢流堰和匯總管道合理設(shè)置攝像頭，一是監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)施設(shè)備狀況，二是監(jiān)視來往人員情況。在低壓室、高壓室、變頻室和變壓器室等設(shè)置攝像頭，一是監(jiān)視設(shè)備狀況，二是監(jiān)視進(jìn)出人員和操作設(shè)備情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)在架構(gòu)上也分別設(shè)置了現(xiàn)地側(cè)和集控側(cè)，在泵房中控室設(shè)置終端監(jiān)視本站設(shè)備和環(huán)境，在分中心和調(diào)度中心設(shè)置終端集中監(jiān)視各泵站設(shè)備和環(huán)境。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)本是2 個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，在項(xiàng)目研究過程中，綜合考慮了幾個(gè)專業(yè)系統(tǒng)之間建設(shè)數(shù)據(jù)通信的可能性，從而達(dá)到“一加一大于二”的應(yīng)用效果。當(dāng)調(diào)度員在遠(yuǎn)程操控設(shè)備時(shí)，僅依據(jù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集的信號判斷存在一定的局限性，缺乏可視性，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)之間的信號傳輸意義重大。當(dāng)要控制機(jī)組開、停時(shí)視頻信號可自動(dòng)切換至該機(jī)組對應(yīng)設(shè)置的視頻畫面，操作員可看到當(dāng)前控制設(shè)備的實(shí)時(shí)畫面，視頻系統(tǒng)賦予了操作員一雙“千里眼”，操作員通過這雙“眼”，結(jié)合計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上傳的狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以更好地判斷當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)，若出現(xiàn)異常可采取緊急干預(yù)措施，保證設(shè)備和生產(chǎn)的安全。尤其是調(diào)度員可以直觀看到機(jī)組周圍有沒有人員在工作，直觀查看蝶閥重錘的起落情況，可以查看管道、設(shè)備和法蘭面是否有漏水現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有突發(fā)異常后可以及時(shí)處理并可查看處理情況。

視頻聯(lián)動(dòng)支持與智能泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)對某個(gè)設(shè)備發(fā)出遙控指令后，系統(tǒng)自動(dòng)顯示該設(shè)備的所有現(xiàn)場圖像情況以及該設(shè)備所在區(qū)域環(huán)境信息，調(diào)度人員可以對該設(shè)備的操作過程及實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行全面分析和判斷，保證遙控操作的可靠性。

視頻聯(lián)動(dòng)方案采用協(xié)議聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的對接，通過SDK 二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)2 個(gè)系統(tǒng)之間的互通，在視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)控制操作與攝像頭預(yù)置點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)組態(tài)，如圖1 所示。

圖1 視頻聯(lián)動(dòng)控制操作與攝像頭映射

視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)組件，當(dāng)操作員在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上將要下達(dá)遠(yuǎn)程操作命令時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)通過按鈕鍵提前發(fā)出消息通知視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)彈出設(shè)備實(shí)時(shí)預(yù)覽畫面，并顯示在計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面上。為了達(dá)到更好的視覺效果，可采用“一機(jī)兩屏”方式，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)終端主機(jī)再連一個(gè)顯示屏，將視頻畫面顯示在這個(gè)顯示屏上，這樣顯示出的視頻畫面比較大，易于調(diào)度員查看，同時(shí)也可保證計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面的完整性，便于調(diào)度員查看數(shù)據(jù)變化情況。

項(xiàng)目先期實(shí)現(xiàn)了整個(gè)南干片區(qū)五級泵站視頻聯(lián)動(dòng)功能，并向計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)人員提供了簡單、易用的系統(tǒng)配置工具，后期在一期11 級泵站、二期總干13 級泵站進(jìn)行了推廣應(yīng)用。維護(hù)人員可自由配置視頻監(jiān)控觸發(fā)條件，可以將各類控制信號與視頻關(guān)聯(lián)，也可以將故障信號與視頻關(guān)聯(lián)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，可以通過程序設(shè)置自動(dòng)彈出可視化界面提醒調(diào)度人員，使調(diào)度人員能夠及時(shí)掌握故障點(diǎn)現(xiàn)場情況，進(jìn)行及時(shí)處置或通知并輔助應(yīng)急人員進(jìn)行應(yīng)急處置。例如，當(dāng)某臺(tái)機(jī)組停運(yùn)后出現(xiàn)持續(xù)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)會(huì)收到并廣播這一故障告警，同時(shí)通過視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)觸發(fā)監(jiān)視這一機(jī)組的視頻畫面彈出，調(diào)度人員可以近距離對機(jī)組和出口閥門的狀態(tài)進(jìn)行查看，并通知泵站檢修人員及時(shí)處置。又例如，當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)告警信號后，可以觸發(fā)火災(zāi)報(bào)警點(diǎn)附近視頻畫面彈出，以便調(diào)度人員及時(shí)全面掌握現(xiàn)場情況，做到迅速準(zhǔn)確處置。

3 結(jié)語

梯級泵站調(diào)度中心視頻聯(lián)動(dòng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，改變了調(diào)度人員傳統(tǒng)的操作模式，操作命令的執(zhí)行可及時(shí)得到可視化的反饋，減輕了調(diào)度人員的精神壓力，降低了工作強(qiáng)度，提高了工作效率，為提高調(diào)度工作的判斷準(zhǔn)確性以及遠(yuǎn)程操作可靠性、快捷性、安全性提供了技術(shù)保障。視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)具有應(yīng)用實(shí)現(xiàn)形式多樣和配置簡單的優(yōu)點(diǎn)，泵站管理單位技術(shù)人員通過簡單培訓(xùn)就可以自主應(yīng)用，可以在梯級泵站管理單位大力推廣。