一、方案背景與目標(biāo)

水閘作為水利工程的核心樞紐，在防洪減災(zāi)、水資源配置、灌溉供水、航運(yùn)保障等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。當(dāng)前我國(guó)多數(shù)水閘存在監(jiān)測(cè)手段落后、數(shù)據(jù)孤島嚴(yán)重、智能分析不足、可視化水平低等問題，部分水閘仍依賴人工巡檢與手動(dòng)操作，不僅效率低下，還難以應(yīng)對(duì)極端水文事件與設(shè)備突發(fā)故障，易引發(fā)安全隱患與經(jīng)濟(jì)損失。

隨著智慧水利建設(shè)的推進(jìn)，構(gòu)建一套實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、智能的水閘環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)管理向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理的轉(zhuǎn)型，已成為水利工程現(xiàn)代化管理的迫切需求。

- 實(shí)時(shí)全面監(jiān)測(cè)：覆蓋水文、水質(zhì)、設(shè)備狀態(tài)、工程結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境等多維度參數(shù)，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，消除監(jiān)測(cè)盲區(qū)。

- 智能報(bào)警處置：建立多級(jí)報(bào)警機(jī)制，通過數(shù)據(jù)建模分析實(shí)現(xiàn)故障提前預(yù)判與異常自動(dòng)報(bào)警，為應(yīng)急處置爭(zhēng)取時(shí)間。

- 遠(yuǎn)程智能控制：支持本地與遠(yuǎn)程雙重控制模式，實(shí)現(xiàn)閘門啟閉、泵組運(yùn)行的自動(dòng)化調(diào)度，達(dá)成無(wú)人值守、少人值守目標(biāo)。

- 數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘：整合多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)分析、趨勢(shì)預(yù)測(cè)生成決策報(bào)表，為水閘優(yōu)化運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)提供數(shù)據(jù)支撐。

- 可視化集中管理：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建三維可視化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、地理信息的一體化展示與交互管理。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

水閘環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案，采用感知層-傳輸層-平臺(tái)層-應(yīng)用層四層架構(gòu)設(shè)計(jì)，各層級(jí)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，確保數(shù)據(jù)從采集、傳輸、處理到應(yīng)用的全流程高效可靠，同時(shí)具備良好的擴(kuò)展性與兼容性。

1、感知層

作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源頭，感知層通過部署高精度傳感器、測(cè)控終端、視頻設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘運(yùn)行全要素的精準(zhǔn)采集。

2、傳輸層

構(gòu)建有線+無(wú)線雙模通信網(wǎng)絡(luò)，保障數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。針對(duì)偏遠(yuǎn)區(qū)域或移動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，部署4G/5G、LoRa、NB-IoT等無(wú)線通信模塊，支持通信鏈路冗余備份，避免因單一鏈路故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷。

3、平臺(tái)層

核心數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)中心，集成數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)清洗、邊緣計(jì)算、云端協(xié)同等功能。

4、應(yīng)用層

面向水閘管理的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，提供可視化監(jiān)控、智能分析、遠(yuǎn)程控制、報(bào)警處置、報(bào)表管理等核心應(yīng)用，支持PC端、移動(dòng)端、大屏端多終端訪問，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景便捷管理。

三、核心功能

1、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)采集閘前閘后水位、上下游流速、過閘流量、降雨量等參數(shù)，采用超聲波、雷達(dá)等高精度水位傳感器，測(cè)量精度可達(dá)毫米級(jí)，生成流量趨勢(shì)曲線，為防洪調(diào)度、水量配置提供數(shù)據(jù)支撐。支持設(shè)置多級(jí)水位警戒閾值，異常時(shí)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。

監(jiān)測(cè)水體基礎(chǔ)理化參數(shù)與污染指標(biāo)，包括水溫、pH值、溶解氧、濁度、電導(dǎo)率、氨氮、總磷、COD、BOD等，實(shí)時(shí)掌握水質(zhì)變化狀況。當(dāng)檢測(cè)到水質(zhì)超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)定位污染區(qū)域，聯(lián)動(dòng)視頻設(shè)備抓拍現(xiàn)場(chǎng)畫面，輔助污染溯源與應(yīng)急處置。

針對(duì)閘門啟閉機(jī)、排澇泵組、變壓器等核心設(shè)備，監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)、電壓電流、電機(jī)溫度、啟閉力、閘門開度/位置、振動(dòng)參數(shù)等，評(píng)估設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷與健康狀態(tài)。通過振動(dòng)分析、電流異常檢測(cè)等算法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障提前預(yù)判，避免突發(fā)故障影響水閘運(yùn)行。

監(jiān)測(cè)閘室、翼墻、護(hù)坡等結(jié)構(gòu)的沉降、傾斜、裂縫開合度，以及閘基滲流水位、揚(yáng)壓力、下游河床沖刷深度等參數(shù)，評(píng)估結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與地基安全。通過數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)變形風(fēng)險(xiǎn)，防止?jié)B透破壞、揚(yáng)壓力過大等導(dǎo)致的工程失穩(wěn)。

部署氣象傳感器監(jiān)測(cè)閘區(qū)風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度等環(huán)境參數(shù)，為設(shè)備運(yùn)行管理提供依據(jù);安裝高清紅外攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)河、外河、閘門、泵組等關(guān)鍵區(qū)域的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，支持視頻與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同屏/分屏顯示，兼顧安全防范與現(xiàn)場(chǎng)可視化管控。

2、智能控制

支持本地手動(dòng)+遠(yuǎn)程手動(dòng)+邏輯自動(dòng)三重控制模式，確保操作靈活可靠，同時(shí)設(shè)置權(quán)限分級(jí)與操作確認(rèn)機(jī)制，保障控制安全。

- 本地控制：通過LCU柜觸摸屏手動(dòng)操作閘門升、降、停及泵組啟停，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)。

- 遠(yuǎn)程控制：管理人員通過監(jiān)控平臺(tái)遠(yuǎn)程控制閘門開度、泵組運(yùn)行，支持遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)與狀態(tài)反饋，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

- 自動(dòng)控制：基于預(yù)設(shè)邏輯實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，如內(nèi)河水位達(dá)警戒水位且外河水位較低時(shí)，自動(dòng)開啟矮閘自流排水;內(nèi)外河水位均超警戒時(shí)，自動(dòng)開啟高閘并順序啟動(dòng)排澇泵強(qiáng)行排水，水位回落至安全范圍后自動(dòng)關(guān)閉設(shè)備。

3、報(bào)警通知

建立多級(jí)報(bào)警機(jī)制，覆蓋水位超限、設(shè)備故障、水質(zhì)超標(biāo)、通信中斷、供電異常等各類異常場(chǎng)景。當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)越限或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)立即觸發(fā)聲光報(bào)警、短信推送、APP推送等多重提醒，同時(shí)記錄報(bào)警時(shí)間、位置、原因等信息，形成報(bào)警處置臺(tái)賬，支持報(bào)警事件追溯與閉環(huán)管理。通過趨勢(shì)分析算法，對(duì)水位上漲速度、設(shè)備振動(dòng)變化等進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)報(bào)警到主動(dòng)報(bào)警的升級(jí)。

4、數(shù)據(jù)管理與分析

實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、操作記錄、歷史影像等信息的長(zhǎng)期存儲(chǔ)與高效管理，支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢、篩選、導(dǎo)出功能。系統(tǒng)自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)及專項(xiàng)統(tǒng)計(jì)報(bào)表，包含數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線、設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、報(bào)警頻次等內(nèi)容，輔助管理人員分析設(shè)備運(yùn)行規(guī)律、優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃。通過數(shù)據(jù)融合分析，挖掘水文參數(shù)與設(shè)備狀態(tài)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為水閘運(yùn)行優(yōu)化提供決策支持。

5、可視化管理

基于物聯(lián)網(wǎng)組態(tài)編輯功能，構(gòu)建水閘工程三維可視化場(chǎng)景，整合水閘結(jié)構(gòu)模型、地理信息、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)展示與交互管理。管理人員可通過三維模型直觀查看閘門開度、水位變化、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，點(diǎn)擊模型節(jié)點(diǎn)可調(diào)取對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與歷史記錄，提升管理的直觀性與高效性。

- 系統(tǒng)總覽界面：集中展示所有水閘的核心監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)全局態(tài)勢(shì)一目了然。

- 三維可視化界面：基于BIM+GIS模型，動(dòng)態(tài)展示水閘結(jié)構(gòu)、水位變化、閘門開度，支持場(chǎng)景縮放、旋轉(zhuǎn)與節(jié)點(diǎn)交互。

- 設(shè)備控制界面：可視化操作閘門啟閉、泵組運(yùn)行，實(shí)時(shí)反饋設(shè)備狀態(tài)與控制結(jié)果，設(shè)置操作權(quán)限與確認(rèn)流程。

- 數(shù)據(jù)報(bào)表界面：支持自定義報(bào)表模板，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、趨勢(shì)分析報(bào)表，可導(dǎo)出Excel格式文件。

- 報(bào)警管理界面：展示報(bào)警列表、報(bào)警位置、報(bào)警詳情，支持報(bào)警處理、銷號(hào)與歷史記錄查詢，形成閉環(huán)管理。

四、效益分析

安全效益：通過全要素實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與提前報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)隱患與設(shè)備故障，有效防范洪水倒灌、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、設(shè)備損壞等安全事故，保障水閘工程安全運(yùn)行與周邊人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

管理效益：實(shí)現(xiàn)水閘無(wú)人值守、少人值守，大幅減少人工巡檢與操作成本，提升管理效率;通過數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集與報(bào)表生成，替代傳統(tǒng)人工記錄，避免人為誤差，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、精細(xì)化管理。

經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益：優(yōu)化閘門調(diào)度與泵組運(yùn)行策略，降低能耗與設(shè)備損耗，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命;精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)水質(zhì)與水量，為水資源優(yōu)化配置、生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度提供支撐，兼顧防洪減災(zāi)與生態(tài)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益雙贏。

審核編輯 黃宇