視頻聯動技術在景電工程中的應用

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，使得機電排灌工程在數量上和工程規模上均已接近國外先進水平，有力地提高了各地防御自然災害的能力，促進了國民經濟的快速、穩定、健康發展。水泵及泵站廣泛應用在農田灌溉排澇、城鄉供排水、長距離和跨流域調水工程中，對發展生產、滿足人們的正常生活需要和保障人民群眾生命財產安全具有至關重要的基礎保障作用[1]。智慧水利作為智慧社會的重要組成部分，水利部高度重視，提出了以水利信息化帶動水利現代化的總體要求。為順應這一要求，景電工程緊跟新興技術發展步伐，為提高泵站主設備運行可靠性和水的利用率，實現節能降耗，提升運行保障、安全管理和應急相應能力，大力促進泵站向一體化、智能化高效運行和安全管理模式轉變[2]。

目前美、日、英、荷等國家在泵站管理和運行方面的自動化水平居于世界前列，這些國家大多數泵站的監控系統完善且規范，泵站長期保持安全、可靠、經濟的運行狀態，基本實現了運行高度自動化、管理高度信息化。一方面實現了人力資源的高度釋放；另一方面為工程維護帶來了可信賴的依托。我國大多數灌區泵站由于受當時建設水平較低的制約，對自動化、信息化的理念認識不夠，加之運行管理水平有限，在信息化、自動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，運行管理人員多，運行管理水平較低，體制機制創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的工業控制計算機來對泵站數據采集和監督控制，新建或改造之后的泵站多采用分層分布式計算機監控系統。對于類似景電工程梯級泵站群的智能優化調度和真正意義上的“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，是一個橫跨甘蒙2 ?。▍^）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，裝機功率近30 萬kW，最高揚程高達713 m。整個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水工程3 部分組成。工程共建成干、支、斗渠1 391 條，灌區總面積1 496 km2，設計灌溉面積6.5萬hm2，工程設計提水流量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目的實施，通過精心設計與統籌謀劃，對景電工程已建設的骨干通信網及信息系統進行了改造升級。在對原有通信線路、交換、傳輸、承載網、接入網進行升級擴容改造的基礎上，進行了調度中心云計算平臺建設，初步打造了以PTN 通信傳輸方式為主的光纖局域網，新建或附掛光纖線路400 多km。光纖局域網的建成實現了全灌區各基層站、所網絡和通信全覆蓋，為泵站信息化建設打下了堅實的基礎。工程調度中心購置安裝了LED 高清大屏，功能先進。以上這些都為工程實現集中調度遠程監控提供了良好環境和便利條件。景電一期總干、西干和二期總干、南干各泵站建成的計算機監控系統采集了各類設備的開關量、模擬量，實現了對主機組、變頻器和輔助設備的遠程控制，完成了數據庫的建立和數據的處理，實現了數據值越限告警和故障語音報警以及各種報表的自動生成、歷史數據的查詢；建成的視頻監控系統作為計算機監控系統的輔助，對主機組及周圍、高低壓室、溢流堰、廠房周圍實現了監視全覆蓋，為遠程操控的安全性提供了輔助保障。為了保障廠房和設備安全，各泵站建設了火災報警系統，并將告警信號接入計算機監控系統，以便于及時發現火災并處置。依托甘肅省科學技術廳立項的《無人值班泵站智能遠程測控應用設計示范研究》課題，在景電南干片區五級泵站開展了無人值班泵站智能化研究與應用，其中對保障集中調度遠程操作的準確性和可靠性進行了重點研究，開發應用的視頻聯動技術是研究項目的一個亮點。

1 應用開發背景

隨著信息技術、計算機技術、網絡技術的飛速發展，信息化在各行各領域應用效果顯著，人們逐漸認識到信息技術潛在的利用價值，并深入挖掘現有的科技成果輔助項目改造活動[3]。原有水利工程粗放式的運行管理模式顯得陳舊，正在努力向信息化、智能化、精細化轉變。通過開發灌區泵站智能化信息管理一體化平臺，匯集灌區區域內各泵站的生產運行情況、工程建設情況和基礎信息，應用計算機、大數據、人工智能等新興技術對各類數據深入分析，逐步建設泵站設備故障的智能診斷、預警和監管的智能服務體系。依托發展的信息化和智能化技術，水利工程的管理可以實現水資源精準調度和監控，在此基礎上大量精簡運行管理人員，提高工程管理水平。在現代化水利建設進程中，借助智能化技術進行合理開發應用來提升泵站的管理水平已經成為今后發展的必然趨勢。

無人值班泵站智能化研究與應用以持續優化系統架構、不斷改進系統功能和性能、提升信息化建設水平、保障安全運行管理和應急響應能力為目標。從理論內涵、系統結構、技術實現3 個方面出發，構建無人值班泵站智能遠程測控系統理論體系；利用大數據、人工智能、信息化網絡、通信技術等手段，搭建包含泵站在線監測系統、故障診斷與設備應急管理系統、動力環境監測系統和泵站安防監控系統在內的泵站無人值班智能遠程測控系統平臺；利用數字化管理平臺，運用數字化、信息化手段對工程進行區塊劃分，通過推行區塊化管理模式實現工程各片區動態、全方位的管理和資源共享。

在泵站群信息化應用中，克服了原有信息相互分離的弊端，使信息數據盡可能地展現在一個平臺上，也使得集中調度的作用越來越突出。調度中心作為全灌區的核心，可以全面獲取灌區及泵站的信息數據，掌握灌區水量的優化調配。實現水資源的優化配置和合理調配，對提高水的利用率具有舉足輕重的作用。在水資源的優化配置和調配中，多方面提高調度人員操作的準確性、可靠性、高效性，減輕工作壓力顯得越來越重要，而視頻聯動技術作為解決這一問題的重要環節，開發應用顯得尤為迫切，主要原因如下：一是計算機監控系統和視頻監控系統是2個獨立的系統，數據或畫面在不同的終端顯示，需要分別去瀏覽和操作，調度員往往不能得心應手去應用；二是景電一期總干、西干11 座和二期總干、南干20 座共計31 座泵站需要調度中心監控196 臺機組，查看視頻攝像頭240 個，調度人員需要監控的機組多、監視的攝像頭多；三是需要調度員查看的數據主要包括各泵站的前后池水位、電流、電壓、溫度、振動擺度、閥門開度、管道壓力、廠后匯總管流量等，數據量大；視頻畫面需要查看溢流堰、前池、后池、出水壓力管道、機組周圍等，瀏覽視頻畫面量大且通過人工的方式調度效率低；四是機組周圍環境無法隨時掌握，開、停機時要先通知泵站值班人員，確認機組周圍無人時才進行操作，操作過程中只是通過一些開關量和模擬量變化來判斷設備當前機組狀況，對現場情形缺乏直觀地把控。即便在進行開停機操作時調該機組的視頻畫面，也往往會顧此失彼，尤其是出現緊急情況時由于忙于應付更難實現。因此，在景電工程申報的省級科研項目《無人值班泵站智能遠程測控應用設計示范研究》實施中，為了充分改善調度人員的工作體驗，減輕工作壓力，提高操作的可靠性、安全性，將視頻聯動作為一個重點研發內容，通過應用工程師和研發人員的不懈努力，該系統經過開發、反復測試和試運行，取得了良好的效果，得到了運行人員和調度人員的一致好評，現已投入到正式的生產應用中。

2 實現方法

為實現“無人值班，少人值守”的建設目標，景電工程各泵站視頻系統全系采用?？低旾DS-2DE72 23IX 系列高速彩色網絡攝像機，建設了完善的視頻監視系統，該系統集成了視頻信號采集、視頻數據處理、傳輸和遠程調用等功能。在泵站現地布設了視頻交換機，各攝像頭接入視頻交換機，再將視頻歷史畫面傳至硬盤錄像機進行儲存。依托景電工程已全面覆蓋的光纖局域網，建設形成了統一平臺下的集中管理和控制，可遠程對任一現地攝像頭的圖像進行實時預覽。泵站計算機監控系統采集了機組所有數據及狀態信號，采用合理的方式實現了在調度中心對泵站機組進行遠程自動化控制。根據全方位監視和重點突出的理念，規劃在廠房機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機組設備和周圍環境，采取1 個攝像頭監視2～3 臺機組設備的方式，監視每臺機組時調整攝像頭至最佳角度作為實現視頻聯動的優選預置位。在整個廠房內設置2 臺攝像頭，全方位監視廠內人員及設備狀況；在廠外重點部位如前池、攔污柵、后池、溢流堰和匯總管道合理設置攝像頭，一是監視現場設施設備狀況，二是監視來往人員情況。在低壓室、高壓室、變頻室和變壓器室等設置攝像頭，一是監視設備狀況，二是監視進出人員和操作設備情況。視頻監控系統在架構上也分別設置了現地側和集控側，在泵房中控室設置終端監視本站設備和環境，在分中心和調度中心設置終端集中監視各泵站設備和環境。

視頻監控系統和計算機監控系統本是2 個獨立運行的系統，在項目研究過程中，綜合考慮了幾個專業系統之間建設數據通信的可能性，從而達到“一加一大于二”的應用效果。當調度員在遠程操控設備時，僅依據計算機監控系統采集的信號判斷存在一定的局限性，缺乏可視性，實現計算機監控系統與視頻監控系統之間的信號傳輸意義重大。當要控制機組開、停時視頻信號可自動切換至該機組對應設置的視頻畫面，操作員可看到當前控制設備的實時畫面，視頻系統賦予了操作員一雙“千里眼”，操作員通過這雙“眼”，結合計算機監控系統上傳的狀態數據，可以更好地判斷當前設備狀態，若出現異?？刹扇【o急干預措施，保證設備和生產的安全。尤其是調度員可以直觀看到機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、設備和法蘭面是否有漏水現象，當發現有突發異常后可以及時處理并可查看處理情況。

視頻聯動支持與智能泵站計算機監控系統聯動，當業務系統對某個設備發出遙控指令后，系統自動顯示該設備的所有現場圖像情況以及該設備所在區域環境信息，調度人員可以對該設備的操作過程及實時狀態進行全面分析和判斷，保證遙控操作的可靠性。

視頻聯動方案采用協議聯動實現計算機監控系統和視頻監控系統的對接，通過SDK 二次開發實現2 個系統之間的互通，在視頻聯動系統中實現控制操作與攝像頭預置點間的關聯組態，如圖1 所示。

圖1 視頻聯動控制操作與攝像頭映射

視頻聯動系統作為計算機監控系統的一個組件，當操作員在計算機監控系統上將要下達遠程操作命令時，監控系統通過按鈕鍵提前發出消息通知視頻聯動系統，視頻聯動系統自動彈出設備實時預覽畫面，并顯示在計算機監控界面上。為了達到更好的視覺效果，可采用“一機兩屏”方式，計算機監控系統終端主機再連一個顯示屏，將視頻畫面顯示在這個顯示屏上，這樣顯示出的視頻畫面比較大，易于調度員查看，同時也可保證計算機監控畫面的完整性，便于調度員查看數據變化情況。

項目先期實現了整個南干片區五級泵站視頻聯動功能，并向計算機監控系統維護人員提供了簡單、易用的系統配置工具，后期在一期11 級泵站、二期總干13 級泵站進行了推廣應用。維護人員可自由配置視頻監控觸發條件，可以將各類控制信號與視頻關聯，也可以將故障信號與視頻關聯。當故障發生時，可以通過程序設置自動彈出可視化界面提醒調度人員，使調度人員能夠及時掌握故障點現場情況，進行及時處置或通知并輔助應急人員進行應急處置。例如，當某臺機組停運后出現持續倒轉現象，計算機監控系統后臺會收到并廣播這一故障告警，同時通過視頻聯動系統觸發監視這一機組的視頻畫面彈出，調度人員可以近距離對機組和出口閥門的狀態進行查看，并通知泵站檢修人員及時處置。又例如，當出現火災告警信號后，可以觸發火災報警點附近視頻畫面彈出，以便調度人員及時全面掌握現場情況，做到迅速準確處置。

3 結語

梯級泵站調度中心視頻聯動技術的開發和應用，改變了調度人員傳統的操作模式，操作命令的執行可及時得到可視化的反饋，減輕了調度人員的精神壓力，降低了工作強度，提高了工作效率，為提高調度工作的判斷準確性以及遠程操作可靠性、快捷性、安全性提供了技術保障。視頻聯動系統具有應用實現形式多樣和配置簡單的優點，泵站管理單位技術人員通過簡單培訓就可以自主應用，可以在梯級泵站管理單位大力推廣。