智能化預警系統在水利工程中的應用

陳 健

（深圳市龍崗排水有限公司，廣東深圳 518000）

1 智能化預警系統介紹

1.1 預警信息系統主要功能設計

智能化無線預警廣播系統采用B/S 模式設計，用戶通過互聯網統一登錄進入系統操作。系統主要功能分為六大部分，分別是電子地圖、廣播發送、狀態監視、廣播設置、廣播日志、權限設置。

（1）電子地圖。用戶登錄系統后，進入的是電子地圖界面，在本界面可以一目了然查看所有的在線廣播信息的狀態：正在廣播或待機狀態，對整個廣播系統的分布情況有具體的了解。

（2）廣播發送。如要發布廣播，可進入此界面，通過本界面，有相應權限的人員可以選擇要廣播的具體站點，可全選或單選，可選擇需要廣播的內容，確認后進行廣播控制。

（3）狀態監視。通過狀態監視頁面，可查看廣播站點的當前廣播狀態和電壓狀態，判斷廣播設備是否正常工作。

（4）廣播設置。通過設置頁面，可設置廣播的參數、音量大小、廣播語音選擇等參數。

（5）廣播日志。可查看所有的廣播日志，包括廣播點位置、廣播時間、操作人員、廣播內容等。

（6）權限設置?？赏ㄟ^權限設置添加刪除用戶，并分配相應的系統控制權限。

系統特色為：①中心平臺可遠程開啟或關閉遠程廣播終端，實現定時、定點廣播。②中心平臺可分區域廣播，即選擇分組或特定的預警點進行廣播。③中心平臺能實現單個遠程廣播終端單獨控制，并可調節音量大小。④中心平臺能實時監控各遠程廣播終端的工作和故障狀態，反饋故障信號及時進行相應維護，并記錄各個設備故障狀態形成報表，便于以后檢修的記錄總結。⑤用戶根據每條河道、每個泵閘、每條排水渠的特點形成不同的語音播放文字。在運行期間，如果需要添加語音，可以通過系統平臺制作成語音合成的播放文件，設置到系統內部上傳至廣播終端。語音廣播方式：收到預警氣象信息通知后語音廣播報警一次，30 min 后再語音廣播報警一次，每次時長為5 min，時間頻次可以調配。比如：“廣大市民請注意，由于上游河道來水，某泵站需要開機抽排，請大家相互轉告，遠離河道及泵閘出水口”或“廣大市民請注意，河洪水即將到達某某排水渠，請大家相互轉告，遠離某排水渠”，提示沿河道及泵閘出水口及排水渠附近的群眾應盡快撤離河道，保證人身安全。

1.2 預警信息系統架構

預警信息系統架構示意如圖1所示。

圖1 系統架構

（1）預警廣播終端.預警廣播終端主要接收中心發送過來的控制信號，轉換成相應語音信號輸出給各站點喇叭。其主要特點如下：①環境適應性強。工業級可靠設計，耐嚴寒酷暑，–20～+75 ℃工作；適應176～250 V 寬電壓，即使在電壓不穩地區也可穩定工作。②智能工作，永不掉線。預警廣播終端為智能型終端，上電即可進入工作狀態；具備完整的防掉線機制，保證終端永遠在線。③支持太陽能/風能供電。預警廣播終端可接駁太陽能/風能設備，實現在無市電環境下正常工作，解決某些項目現場取電困難的問題。蓄電池陰雨天可連續工作1個月，特別是在沿海地區的汛期發揮重要的作用。④低功耗。具有多級休眠和喚醒模式，最大限度降低功耗，待機功耗不大于1 W，工作功耗不大于4 W，有效節約能源。⑤防雷設計。包括AC 220 V 電源防雷，天線防雷和喇叭線防雷（可選）等，使預警系統在雷電等惡劣環境下依然可靠工作。⑥本智能化預警系統音響為三級負荷，推廣使用低損耗、性能優的光源附件，如節能型音箱、低功耗無線傳輸模塊等。選用電氣節能環保型產品，本系統選用的均為節能環保產品，如選用免維護鹽酸蓄電池作為后備電力供應。太陽能光電產品的應用，太陽能作為清潔能源在本系統中作為主要電力來源，無污染。⑦安裝型式。本方案根據河道及泵閘站點的特點，分為兩種安裝型式：立桿式和壁掛式，見圖2和圖3。

圖2 立桿式安裝示意圖

圖3 壁掛式安裝示意圖

本次設計參考標準主要依據《中華人民共和國水法》、《中華人民共和國防洪法》、《電力系統設計》、《公共廣播系統工程技術規范》GB50526-2010、《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）、《泵站施工規范》相關標準進行。

（2）預警中心管理平臺。預警中心管理平臺架設在中心機房的獨立服務器上，服務器需連接至外網，進出口帶寬保證2 M 以上，并且需提供固定IP 或域名，用于與預警廣播終端設備進行連接，并配備相應的安全網絡檢測設備?，F場各無線預警廣播終端通過GPRS 網絡連接到預警管理平臺，以實現預警管理平臺對現場廣播終端的實時監測、管理、預警信息發布等。

中心平臺信息管理權限由超級管理員控制，播放權限下放至區域管理員，可制定多個管理員權限賬戶，可實現分區域管理預警信息。①超級管理員。中心機房負責人持有，管理中心平臺登記信息和監視信息發布情況。②區域管理員。各河道管理處中心管理平臺負責人持有，可控制其管理范圍內的廣播設備，便于管理及處理、發布預警信息。③信息發布員。負責本轄區內的廣播設備信息的發布和控制，根據上級指令發布相應的廣播。

（3）預警信息發布方式。①聯網發送方式。本系統采用B/S 架構模式，用戶可用電腦、手機、平板等終端設備在任何可以連接互聯網的地方通過登錄中心管理平臺來控制廣播設備。當終端設備通過移動網絡自動連接到中心管理平臺后，用戶即可通過中心平臺軟件發送預警信息和遠程控制信息。設備接收到預警信息后，將預警信息轉成語音信息進行預警廣播。②人工現場發送。在設備現場，管理人員可通過無線遙控器現場控制播放語音，可供巡查泵閘及巡河工作人員實施現場發布預警或測試設備，盡早地告知附近民眾撤離現場。③信息反饋。預警系統無論是通過中心發布信息、區域管理員發布信息、人工現場發布信息后，中心都會收到各發出過預警信息點位的反饋信息，可供中心管理人員查看；管理平臺可實時向上一級管理單位報送河道及泵閘各主要站點是預警信息，實現預警信息的多級協同管理，有利于泵站樞紐工程的科學合理調度、安全運行。

（4）預警流程。根據氣象臺發布的信號，在做出預警決定后，可設置系統自動預警或人工預警。預警流程如圖4所示。

圖4 預警流程

1.3 預警系統的站點選址及安裝要求

（1）站點選址。站點布置原則為，在河道重要節點及泵閘進出水口做預警廣播布置，根據人流量的大小進行選址，盡量選擇在人員聚集區、河道出入口、泵閘出入口、天橋底下等人員容易聚集的地方，把警示效果最大化。一般間隔300～500 m 設置站點，保證語音的覆蓋范圍。

（2）立桿式安裝。本方案采用景觀立桿，一體化設計，即立桿、設備、喇叭均安裝于一體，兼顧美觀和功能的實用。每根立桿在顯眼位置噴涂防洪Logo標志和警示標語，并印制唯一的編號，便于管理；立桿表面設置防水廣告位，可內置宣傳標語和內容，并可根據需要進行更換；立桿設遙控按鈕，巡查人員可在現場通過遙控器控制播放語言和測試設備；立桿頂部安裝LED 警報燈，在播放語音的同時閃爍，達到聲光同時提醒的效果；立桿采用鋼材料制作，與底部防雷基礎連接一體，防止直擊雷的損壞。立桿的安裝：在需要安裝立桿的底部開挖制作0.4 m×0.4 m×0.6 m的混凝土基座，立桿通過底座螺栓固定在基座上面，立桿與防雷接地極連接在一起。立桿式安裝示意詳見圖5。

圖5 立桿式安裝示意

（3）防雷地網制作：在每個廣播點制作固定基座的時候，同時需要制作防雷地網，保證設備的接地電阻值滿足規定要求。防雷地網制作采用2.5 m 鍍鋅角鋼作為接地極，圍繞立桿基座四周打入地下，采用鍍鋅扁鋼焊接與基座連為一體，形成防雷接地網。

2 系統運行效果分析

2.1 智能預警便于泵站與水閘聯合調度

當臺風或暴雨黃色預警時，對泵站水閘樞紐工程進行防洪調度。調度方案為：依據潮汐特征預報表，上游雨情水情工況，結合排澇河口的實時水位，滿足運行條件時調度水閘并開啟排澇泵站水泵機組進行防洪抽排。在此之前應做好充分的預警發布和信息傳達工作，通過智能化預警信息系統廣播氣象預警信息、降雨信息、水位信息等，以語音報警2次，為泵閘的聯合調度提供實時預警信息。該系統順利完成了為期半年的泵閘進出水口的預警廣播試運行，充分發揮了提前預警、有效疏散關鍵節點處人員聚集的作用。運行兩年后取得了良好的效果，市民經常稱贊該系統的播放警示內容，增強了自己的安全意識。

2.2 智能預警便于宣傳安全及保護環境

該系統不僅能有效提高預警的覆蓋面，而且還有助于加強涉河關鍵節點的安全宣傳，包括涉水安全知識、洪水避險自救常識和突發涉水事件提醒，以及水庫泄洪前、泵閘運行前的及時預警，形成立體的防洪安全預警管理體系。平時也可以對居民傳遞環境保護知識，形成耳濡目染，增強了市民保護河道愛護環境的意識，加大了綠色宣傳力度。長久的運行不僅能減少人員因洪澇災害造成的傷亡，達到民生水利和社會防洪的目的，而且也加強了臺風暴雨來臨前河道周邊人員的安全管理。

3 結束語

在此項目中，不僅掌握了智能化預警系統在水利工程中的有效應用，也增強了項目統籌管理經驗。在本次設計中涉及很多方面的專業知識，比如水利水電機電輔助系統的功能設計、智能化的理解、泵閘聯合調度方案的優化執行、設備選型及運用、系統運行程序的編輯、數據的采集及傳輸、軟硬件的配置與兼容、站點選址及安裝等。在整個項目實施過程中態度決定一切，耐心也是決定成功的關鍵。目前深圳市水利工程河道泵閘機電設備的智能化監管項目還有很大的發展空間，本文中的設計理念及應用在河道智能化預警及泵閘聯合調度領域就是一個不錯的嘗試，能夠為類似項目做借鑒參考。