淺析自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在水閘運(yùn)行管理中的應(yīng)用

（安徽省茨淮新河工程管理局 蚌埠 233010）

信息化管理手段的普及，是當(dāng)前各行各業(yè)管理工作隨時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，其中，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)就是信息化管理不可或缺的一個(gè)重要手段，可以解決當(dāng)前傳統(tǒng)管理模式中存在的瓶頸，實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘運(yùn)行工作的無縫、連續(xù)監(jiān)控與管理。但當(dāng)前水閘監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作仍舊停留在簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集、記錄與匯總，僅實(shí)現(xiàn)了表面意義上的監(jiān)控與管理，并沒有最大化開發(fā)出數(shù)據(jù)內(nèi)在的信息與價(jià)值。因此，有必要深化對(duì)采集數(shù)據(jù)的利用，全面提升自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的水平，推動(dòng)水閘運(yùn)行管理工作的高質(zhì)量發(fā)展。

1 水閘監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)

1.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要分為控制中樞監(jiān)控系統(tǒng)和水閘設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。控制中樞監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對(duì)相關(guān)人員的操作和工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其所面臨的環(huán)境等因素相對(duì)簡(jiǎn)單；相反，水閘設(shè)備的監(jiān)控環(huán)境則較為復(fù)雜，不易開展監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)控系統(tǒng)由防水?dāng)z像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接入口、環(huán)網(wǎng)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備終端等組成，網(wǎng)絡(luò)接入口將攝像機(jī)采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)江h(huán)網(wǎng)設(shè)備上，并對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最后將圖像顯示在顯示器屏幕上，主要用于預(yù)測(cè)和預(yù)警緊急情況使用。

1.2 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集工作主要由水閘運(yùn)行的各個(gè)關(guān)鍵部位部署的傳感器來完成，通過科學(xué)化的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，全面監(jiān)控水閘的運(yùn)行情況、各個(gè)構(gòu)件的工作性能。在相關(guān)傳感器采集后，通過專線傳輸?shù)叫畔z測(cè)分站；監(jiān)控分站將采集到的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)接口，環(huán)網(wǎng)設(shè)備將接口采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)終端，終端系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，最后對(duì)水閘系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)測(cè)和反饋，形成網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)。

1.3 水閘壓力監(jiān)控系統(tǒng)

水閘壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由壓力擴(kuò)展器、層外傳感器、通信子站、通信主站、接收主機(jī)、上位機(jī)和數(shù)據(jù)分析軟件組成。其可以科學(xué)化地評(píng)估水閘當(dāng)前所承受的水壓是否符合設(shè)計(jì)時(shí)給出的安全閾值。

2 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)層級(jí)

系統(tǒng)監(jiān)控分為三層：中央監(jiān)控層、監(jiān)控水閘層、采集數(shù)據(jù)層。采集數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的底層，擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)監(jiān)控的傳輸和采集，是系統(tǒng)的主要核心。采集數(shù)據(jù)層主要包括：攝像頭監(jiān)控、測(cè)量水位傳感器、測(cè)量壓力傳感器等。監(jiān)控水閘層主要肩負(fù)著對(duì)水閘的監(jiān)控和管理，包括數(shù)據(jù)庫、屏幕監(jiān)控、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊處理等。中央監(jiān)控層的主要任務(wù)是對(duì)所有水閘進(jìn)行整體監(jiān)控和管理，肩負(fù)著眾多水閘的監(jiān)測(cè)監(jiān)控任務(wù)。

3 科學(xué)構(gòu)建水閘運(yùn)行管理自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 中央結(jié)構(gòu)

中央結(jié)構(gòu)將傳感器獲得的傳感器信息發(fā)送到媒體混合器，以進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)鏈接、推理和其他數(shù)據(jù)處理。在中央結(jié)構(gòu)中，來自每個(gè)傳感器的信息流從底層到融合中心，并且不需要傳感器之間的通信。系統(tǒng)的功能級(jí)別有所不同。使用混合方法可獲得系統(tǒng)測(cè)量的完整外觀和信息。這種結(jié)構(gòu)具有采樣信息越廣，丟失的信息越少等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量巨大、計(jì)算量大、系統(tǒng)薄弱以及數(shù)據(jù)傳輸能力對(duì)計(jì)算敏感的數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)集依賴性強(qiáng)等缺點(diǎn)。因此，若使用中央結(jié)構(gòu)，就必須集中構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)容量更大、服務(wù)器功能更好、處理速度更快的中央控制系統(tǒng)。

3.2 分布式結(jié)構(gòu)

在分布式結(jié)構(gòu)中，每個(gè)傳感器采集到數(shù)據(jù)后，傳感器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理器都會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)處理工作，然后再將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心，中心再根據(jù)每個(gè)傳感器傳來的數(shù)據(jù)開展二次分析和數(shù)據(jù)處理工作。分布式結(jié)構(gòu)的中心處理系統(tǒng)的要求較低，其主要依靠各個(gè)分布式架構(gòu)的服務(wù)器進(jìn)行處理。分布式結(jié)構(gòu)具有不僅可以在特定部分執(zhí)行特定評(píng)估，而且還可以監(jiān)視所有水閘的生產(chǎn)狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)。但其也舍棄了大量的原始信息數(shù)據(jù)，當(dāng)某些個(gè)別部位的數(shù)據(jù)存在異常時(shí)，有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)整體的參考可靠性下降。

3.3 決議計(jì)劃級(jí)別結(jié)構(gòu)

在水閘監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中，解決決議計(jì)劃級(jí)別的信息包括對(duì)個(gè)體級(jí)別的組合結(jié)果的全面分析和排除，并根據(jù)詳細(xì)要求完成對(duì)情況的總體評(píng)估。只要制定出水閘生產(chǎn)與安全標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)劃，就可以將處理設(shè)計(jì)級(jí)別上的其他信息集成結(jié)構(gòu)與檢測(cè)率和特征級(jí)別進(jìn)行比較。這一方法相對(duì)簡(jiǎn)單，因此普及推廣較快，各個(gè)大數(shù)據(jù)研究團(tuán)隊(duì)為其提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、免疫算法等構(gòu)想，希望能夠推進(jìn)人工智能管理建設(shè)工作的進(jìn)度。

3.4 多層結(jié)構(gòu)

在多級(jí)配置中，節(jié)點(diǎn)的任何部分都可以用作同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的混合節(jié)點(diǎn)。另外，這些節(jié)點(diǎn)從多個(gè)傳感器接收并處理數(shù)據(jù)，并在混合節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)混合系統(tǒng)中充當(dāng)中等混合節(jié)點(diǎn)。在這種類型的集成中，特定標(biāo)識(shí)工具的集成處于多個(gè)階段，但是確定了集成的順序。這種類型的系統(tǒng)稱為多層結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗婕皬牡偷礁叩募沙潭取?duì)于水閘控制系統(tǒng)，在特定級(jí)別使用這種結(jié)構(gòu)可以有效地合并和優(yōu)化基層數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。

3.5 整體結(jié)構(gòu)

通過對(duì)不同信息融合結(jié)構(gòu)的研究和討論，可以有效地構(gòu)建數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息融合結(jié)構(gòu)。有別于數(shù)據(jù)級(jí)、特征級(jí)和決策級(jí)，總體結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)化調(diào)配多種融合結(jié)構(gòu)、以實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的運(yùn)行高效、數(shù)據(jù)科學(xué)，進(jìn)而保障決策科學(xué)性的信息融合層級(jí)。其可以針對(duì)不同節(jié)點(diǎn)、不同設(shè)備、不同部門的具體情況與具體特性，在各個(gè)部分選取最適配的融合結(jié)構(gòu)，并最終實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的最優(yōu)。

4 科學(xué)提升自動(dòng)化監(jiān)控工作水平

4.1 建設(shè)專業(yè)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控團(tuán)隊(duì)

通過外聘高新人才與建立內(nèi)部人員培訓(xùn)教育制度相結(jié)合的方式，保障既有工程人員知識(shí)體系的有序更新?lián)Q代，提升新聘技術(shù)人員的工作技術(shù)水平，全面提升水閘監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)操作人員的技術(shù)水平，從而確保信息融合工作能夠高水平地開展，并為后續(xù)的技術(shù)升級(jí)與創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)的人才后盾。

4.2 引進(jìn)新技術(shù)與新方法

應(yīng)當(dāng)積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)與設(shè)備的更新?lián)Q代，加大投入，以長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光看待監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)以及系統(tǒng)信息融合工作，為了更為長(zhǎng)遠(yuǎn)意義上的管理效率提升、生產(chǎn)安全、社會(huì)與自然環(huán)境效益，選取更為系統(tǒng)化、可拓展、信息化的新技術(shù)與新方法，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高技術(shù)含量的水閘監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)。

5 結(jié)語

水閘運(yùn)行管理是關(guān)乎到水利工程整體生產(chǎn)安全以及生產(chǎn)質(zhì)量、效益的重要工作，因此有必要積極推進(jìn)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的部署。通過合理調(diào)配數(shù)據(jù)級(jí)、特征級(jí)、決議計(jì)劃級(jí)等不同級(jí)別的數(shù)據(jù)，進(jìn)行科學(xué)部署和安排，選取中央、分布、決議計(jì)劃級(jí)別、多層、整體等不同結(jié)構(gòu)，構(gòu)建科學(xué)高效、協(xié)調(diào)有序的自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)采集的全面性、數(shù)據(jù)分析的科學(xué)性，全面推進(jìn)科學(xué)化、系統(tǒng)化的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，為整體的水閘運(yùn)行管理與運(yùn)營(yíng)工作提供科學(xué)的、具有前瞻性的指導(dǎo)■