蚌埠閘樞紐信息化建設分析與展望

劉 渤 孫浩軒 施航天

一、蚌埠閘信息化建設現狀

蚌埠閘樞紐工程始建于1958年，現由12 孔節制閘、28 孔節制閘、水力發電站、船閘、分洪道和3.37km 堤防等部分組成，具有防洪、蓄水灌溉、航運、發電、城市供水、調污等綜合功能，是淮河歷史悠久的大型水利樞紐工程，經過多年的軟硬件建設，蚌埠閘樞紐工程信息化已初具規模。

（一）網絡通信系統

蚌埠閘網絡通信機房有內網和外網通過路由器和交換機實現邏輯隔離，其中，內網包括視頻監控網和工業控制網，外部由聯通專線與安徽省淮河河道管理局相連接。機房采用市電供電+UPS 不間斷電源供電方式。通信線路以辦公樓主機房、28 孔閘南堡機房、28 孔閘北堡樓機房及12 孔閘南堡機房四處作為主要節點，通過光纖連接，形成環路，各個節點均能訪問各處攝像頭和LCU 機柜。

（二）節制閘自動化系統

蚌埠閘節制閘自動化系統分為28 孔閘現地控制系統、12 孔閘現地控制系統和自動化控制系統。28孔閘共設7 套LCU 控制柜，每套LCU 柜控制4 孔閘門，每套LCU 控制系統配置1 臺環網交換機與集控環網交換機，連接至機房集控接入交換機。12 孔閘共設有12 套LCU 控制柜，每套LCU 柜控制1 孔閘門，12 套LCU 柜通過1 臺匯聚交換機連接至28孔閘機房集控接入交換機。2 個閘集中監控系統位于28 孔閘控制室，通過iFix 組態軟件開發的上位機軟件對閘門啟閉機進行監控。

（三）監測信息采集系統

監測信息采集系統主要有28 孔閘揚壓力監測（22 個測點）、28 孔閘伸縮縫監測（13 個測點）、12孔閘揚壓力監測點（14 個測點）、12 孔閘伸縮縫監測（5 個測點），均采用振弦式滲壓計。分別于28孔節制閘控制室及12 孔節制閘控制室內放置2 臺MCU 對監測數據進行采集，采用RS485 通信，通過串口服務器映射到以太網，經過光纖網絡上傳至總調中心信息化系統平臺。

（四）水電站綜合自動化系統

水電站于2009年進行綜合自動化系統改造，采用LR-201 型可編程序微機勵磁裝置，測溫自動屏，DMP348 全球衛星同步時鐘技術，微機線路保護測控裝置，母聯保護及母線測量裝置，發電機保護測控裝置及觸摸式機組自動化屏等先進設備。該系統改造完成后，水電站工作人員可通過在中控室對水電站發電機、水輪機及輔機運行狀態進行監測、控制，對發電機輸出功率進行調控，并將機組運行歷史數據上傳至本地數據庫。

（五）監控安防系統

監控安防系統包括視頻監控系統和電子圍欄防護系統。整套系統建于2014年，共設計安裝80 個監控點位，采用海康威視系列網絡攝像機，主要監控蚌埠閘管區內28 孔節制閘、12 孔節制閘、船閘、黑牛嘴濕地公園、管理處辦公區等。前端視頻傳輸和管理采用數字化方式，錄像采用硬盤錄像機存儲，具備較強的穩定性及容災能力。機房部署1 臺視頻管理兼流媒體發布服務器、1 臺智能分析服務器，1臺視頻監控工作站。電子圍欄防護系統主要用于黑牛嘴濕地公園的周界防護。在非出入通道的周邊區域設置脈沖電子圍欄探測器，當有人非法翻越圍墻或破壞，探測器可立即將警情傳送到管理中心，并顯示出入侵區域；同時，外接的聲光報警器開始報警。

二、蚌埠閘信息化建設面臨的形勢和不足

作為淮河干流的大型水閘，蚌埠閘信息化建設取得一定成效，部分節點的信息化建設較為系統全面。隨著《“十四五”國家信息化規劃》的發布和水利部推進數字孿生流域建設工作的開展，水利信息化、數字化進入發展的新階段。根據水利部淮河水利委員會數字孿生淮河建設布局，和安徽省水利廳關于“建設蚌埠閘管理現代化試點”的方案，對照蚌埠閘信息化建設提出的新要求，蚌埠閘的信息化整體建設現狀仍存在不足和短板。

（一）系統整體規劃設計不夠

由于蚌埠閘信息化建設是分批分點建設，各系統建設時間不一、標準不同，系統的頂層規劃和設計不夠全面，部分接入標準不統一，如視頻網、辦公網與自動化網絡不能全部連為一體；網絡設備眾多，設備IP 地址沒有設置準確地址規劃表，新增設備時容易發生地址沖突；已建管理型交換機未作配置，通信效率不高。

（二）數據整合共享不足

蚌埠閘信息化建設未建立集中管理平臺，視頻監控、水電站發電機組狀態、節制閘閘門啟閉狀態等基礎業務數據存儲分散，辦公樓與部門間的數據資源共享交互受到嚴重制約，由生產層到管理處再到安徽省淮河局的三層管理結構無法得到體現，導致分散的資源無法整合應用。

（三）基礎設施老化

節制閘自動化系統自建成至今已有十余年，受當時技術等條件限制，自動化系統所使用的PLC 程序相對落后，導致目前設備維修維護困難。管理區監控管理配套的解碼器、分屏器等平臺較為落后，部分顯示端不支持720P 以上畫質預覽，監控畫面未達到攝像頭的最高精度，存在一定安防盲區。

（四）信息化專業人才不足

蚌埠閘工程管理人員多是水利技術專業，管理區面積大，網絡自動化等設施設備眾多，涉及部門多，管理和維護工作量大，信息化管理工作需求的知識面較為廣泛，需掌握網絡安全、自動化控制、計算機系統等方面的知識，專業技術人才需求較多，信息化管理人才配備不足。

三、蚌埠閘信息化建設的展望和探索

（一）目標和任務

1.目標導向。在蚌埠閘信息化的基礎上，充分運用新一代信息技術，通過構建感知與仿真、決策與預警、調度與控制三大核心能力，實現感知全天候、業務全覆蓋、監控全過程。

2.融合創新。堅持改革創新、適度發展原則。推進前沿技術在蚌埠閘水利樞紐的創新應用，強化物聯網、人工智能、5G 等新技術與水利業務深度融合。

3.整合共享。充分依托現有水利工程和信息化項目，加強水利信息化設施、數據、平臺的整合集約與成果復用，加快推進全面互聯、充分共享和智能應用。

（二）展望和探索

為了不斷提升蚌埠閘水利樞紐的信息化建設水平，探索新的信息化技術在水利工程的實際應用，蚌埠閘結合自身單位實際情況，將圍繞工程、安全、運行、管理四大主題，通過物聯網技術、移動互聯技術、大數據技術、虛擬現實技術和人工智能技術，建設“蚌埠閘工程管理信息化系統”的“1+N”系統平臺。

1.綜合業務平臺和移動應用模塊

在安徽省淮河河道管理局綜合業務系統的框架下建設綜合業務管理模塊，根據不同角色權限實現個人綜合業務管理，功能包括個人工作臺、任務處理分配、工程信息管理等功能。增加移動應用模塊，在綜合系統的框架下開發，包括用戶登錄，任務派發、審核、接收、執行，上報數據。上報內容形式包括圖片、視頻、文字、位置、時間等信息，所有業務處理全部實現信息化。

2.孿生三維展示模塊

建設蚌埠閘水利樞紐數字孿生應用系統，以實景三維數據為基礎，全面展示閘區面貌，真實反映現場水情水位等情況。建立高仿真數字孿生三維展示平臺，結合采集的三維實景數據和精細化模型、相關監測數據等，實現水位模擬，河道地形、安全監測數據（伸縮縫、垂直位移、揚壓力）及水電站、水文等信息在數字孿生虛擬場景中真實呈現，提升蚌埠閘水利樞紐的數字孿生。

3.水面漂浮物視頻AI 分析

在節制閘上游安裝大型水面漂浮物預警裝置，提前對上游水面漂浮物進行檢測報警，以便采取相應的措施，減少對閘體的沖擊，支持智能AI 監控視頻，能夠對視頻區域內出現的運動目標自動識別，支持區域入侵偵測、越界偵測、進入區域偵測和離開區域偵測等智能偵測。

4.工程安全監測

通過機器視覺智能測量儀+靶標，對蚌埠閘節制閘等壩體進行表面位移監測，采用物聯網技術及智能災變識別算法將視頻數據轉化為變形數據，實現對各類工程結構物的超高精度非接觸式實時測量，達到對結構物健康狀況全天候監測的目的，確保水利建筑設施的工程安全。

5.堤防維修養護模塊

為了加強堤防維修養護管理，將構建堤防維修養護模塊，形成養護任務和養護結果一一對應的閉環管理，養護中間過程的圖片、影像實時上傳，形成記錄。對監控薄弱區域增設攝像頭，提高攝像頭清晰度，以填補管理處對堤防信息化管理上的空白。根據各級用戶創建的維修養護任務進行管理，實現對各類維修養護業務的跟蹤與查詢，并對重要節點進行提示，推動“任務”與“結果”配比，形成閉環，從而提高養護任務結案率。

6.閘站運行信息化模塊

對閘站運行進行數字孿生展示，實時展示運行狀態，能集成工況、視頻AI、水情雨情、水文預報等信息進行預測、預報、預警，對運行情況進行統計分析。

7.水面漂浮物攔護的探索應用

為了加強對蚌埠閘水利設備設施的安全防護，結合蚌埠閘水面漂浮物的監控預警建設，探索水閘上游的水閘攔河防撞系統建設，包括雷達，數據處理單元，報警裝置，GPRS 模塊和太陽能電池板等軟硬件模塊，第一時間對水面漂浮物進行處理阻攔，盡可能減少對水閘閘體的安全威脅。

四、結語

多年來蚌埠閘信息化建設在不斷地探索和完善，也取得了一定的成就。但在信息化水平飛速發展的時代，作為淮河流域重要水利樞紐工程設施，必須時刻緊跟時代步伐，統籌加強頂層的規劃和設計，不斷提高信息化網絡化基礎建設，全面加強信息數據的互聯互通共享，積極推進蚌埠閘智能智慧化應用■