视频联动技术在景电工程中的应用

李 宝，钮月磊

（1.甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 景泰 730400；2.国电南京自动化股份有限公司，江苏 南京 211100）

我国目前已拥有大型灌排泵站450 座，使得机电排灌工程在数量上和工程规模上均已接近国外先进水平，有力地提高了各地防御自然灾害的能力，促进了国民经济的快速、稳定、健康发展。水泵及泵站广泛应用在农田灌溉排涝、城乡供排水、长距离和跨流域调水工程中，对发展生产、满足人们的正常生活需要和保障人民群众生命财产安全具有至关重要的基础保障作用[1]。智慧水利作为智慧社会的重要组成部分，水利部高度重视，提出了以水利信息化带动水利现代化的总体要求。为顺应这一要求，景电工程紧跟新兴技术发展步伐，为提高泵站主设备运行可靠性和水的利用率，实现节能降耗，提升运行保障、安全管理和应急相应能力，大力促进泵站向一体化、智能化高效运行和安全管理模式转变[2]。

目前美、日、英、荷等国家在泵站管理和运行方面的自动化水平居于世界前列，这些国家大多数泵站的监控系统完善且规范，泵站长期保持安全、可靠、经济的运行状态，基本实现了运行高度自动化、管理高度信息化。一方面实现了人力资源的高度释放；另一方面为工程维护带来了可信赖的依托。我国大多数灌区泵站由于受当时建设水平较低的制约，对自动化、信息化的理念认识不够，加之运行管理水平有限，在信息化、自动化和智能测控方面落后于国外水平，大部分泵站装置效率低、能耗大，运行管理人员多，运行管理水平较低，体制机制创新不足等问题比较突出。目前老泵站信息化主要采用总线或者总线为基础的工业控制计算机来对泵站数据采集和监督控制，新建或改造之后的泵站多采用分层分布式计算机监控系统。对于类似景电工程梯级泵站群的智能优化调度和真正意义上的“无人值班、少人值守”模式的研究才刚刚起步。

景电工程属大Ⅱ型电力提水灌溉工程，位于甘肃省中部，河西走廊东端，东临黄河，北与腾格里沙漠接壤，是一个横跨甘蒙2 省（区）的景泰、古浪、民勤、阿拉善左旗4 县（旗）以及黄河、石羊河流域的大型电力提灌水利工程。共有泵站43 座，装机功率近30 万kW，最高扬程高达713 m。整个工程由景电一期工程、景电二期工程和景电二期工程延伸向民勤调水工程3 部分组成。工程共建成干、支、斗渠1 391 条，灌区总面积1 496 km2，设计灌溉面积6.5万hm2，工程设计提水流量33.33 m3/s。景电工程从2011 年始利用国家大型泵站更新改造信息化项目的实施，通过精心设计与统筹谋划，对景电工程已建设的骨干通信网及信息系统进行了改造升级。在对原有通信线路、交换、传输、承载网、接入网进行升级扩容改造的基础上，进行了调度中心云计算平台建设，初步打造了以PTN 通信传输方式为主的光纤局域网，新建或附挂光纤线路400 多km。光纤局域网的建成实现了全灌区各基层站、所网络和通信全覆盖，为泵站信息化建设打下了坚实的基础。工程调度中心购置安装了LED 高清大屏，功能先进。以上这些都为工程实现集中调度远程监控提供了良好环境和便利条件。景电一期总干、西干和二期总干、南干各泵站建成的计算机监控系统采集了各类设备的开关量、模拟量，实现了对主机组、变频器和辅助设备的远程控制，完成了数据库的建立和数据的处理，实现了数据值越限告警和故障语音报警以及各种报表的自动生成、历史数据的查询；建成的视频监控系统作为计算机监控系统的辅助，对主机组及周围、高低压室、溢流堰、厂房周围实现了监视全覆盖，为远程操控的安全性提供了辅助保障。为了保障厂房和设备安全，各泵站建设了火灾报警系统，并将告警信号接入计算机监控系统，以便于及时发现火灾并处置。依托甘肃省科学技术厅立项的《无人值班泵站智能远程测控应用设计示范研究》课题，在景电南干片区五级泵站开展了无人值班泵站智能化研究与应用，其中对保障集中调度远程操作的准确性和可靠性进行了重点研究，开发应用的视频联动技术是研究项目的一个亮点。

1 应用开发背景

随着信息技术、计算机技术、网络技术的飞速发展，信息化在各行各领域应用效果显著，人们逐渐认识到信息技术潜在的利用价值，并深入挖掘现有的科技成果辅助项目改造活动[3]。原有水利工程粗放式的运行管理模式显得陈旧，正在努力向信息化、智能化、精细化转变。通过开发灌区泵站智能化信息管理一体化平台，汇集灌区区域内各泵站的生产运行情况、工程建设情况和基础信息，应用计算机、大数据、人工智能等新兴技术对各类数据深入分析，逐步建设泵站设备故障的智能诊断、预警和监管的智能服务体系。依托发展的信息化和智能化技术，水利工程的管理可以实现水资源精准调度和监控，在此基础上大量精简运行管理人员，提高工程管理水平。在现代化水利建设进程中，借助智能化技术进行合理开发应用来提升泵站的管理水平已经成为今后发展的必然趋势。

无人值班泵站智能化研究与应用以持续优化系统架构、不断改进系统功能和性能、提升信息化建设水平、保障安全运行管理和应急响应能力为目标。从理论内涵、系统结构、技术实现3 个方面出发，构建无人值班泵站智能远程测控系统理论体系；利用大数据、人工智能、信息化网络、通信技术等手段，搭建包含泵站在线监测系统、故障诊断与设备应急管理系统、动力环境监测系统和泵站安防监控系统在内的泵站无人值班智能远程测控系统平台；利用数字化管理平台，运用数字化、信息化手段对工程进行区块划分，通过推行区块化管理模式实现工程各片区动态、全方位的管理和资源共享。

在泵站群信息化应用中，克服了原有信息相互分离的弊端，使信息数据尽可能地展现在一个平台上，也使得集中调度的作用越来越突出。调度中心作为全灌区的核心，可以全面获取灌区及泵站的信息数据，掌握灌区水量的优化调配。实现水资源的优化配置和合理调配，对提高水的利用率具有举足轻重的作用。在水资源的优化配置和调配中，多方面提高调度人员操作的准确性、可靠性、高效性，减轻工作压力显得越来越重要，而视频联动技术作为解决这一问题的重要环节，开发应用显得尤为迫切，主要原因如下：一是计算机监控系统和视频监控系统是2个独立的系统，数据或画面在不同的终端显示，需要分别去浏览和操作，调度员往往不能得心应手去应用；二是景电一期总干、西干11 座和二期总干、南干20 座共计31 座泵站需要调度中心监控196 台机组，查看视频摄像头240 个，调度人员需要监控的机组多、监视的摄像头多；三是需要调度员查看的数据主要包括各泵站的前后池水位、电流、电压、温度、振动摆度、阀门开度、管道压力、厂后汇总管流量等，数据量大；视频画面需要查看溢流堰、前池、后池、出水压力管道、机组周围等，浏览视频画面量大且通过人工的方式调度效率低；四是机组周围环境无法随时掌握，开、停机时要先通知泵站值班人员，确认机组周围无人时才进行操作，操作过程中只是通过一些开关量和模拟量变化来判断设备当前机组状况，对现场情形缺乏直观地把控。即便在进行开停机操作时调该机组的视频画面，也往往会顾此失彼，尤其是出现紧急情况时由于忙于应付更难实现。因此，在景电工程申报的省级科研项目《无人值班泵站智能远程测控应用设计示范研究》实施中，为了充分改善调度人员的工作体验，减轻工作压力，提高操作的可靠性、安全性，将视频联动作为一个重点研发内容，通过应用工程师和研发人员的不懈努力，该系统经过开发、反复测试和试运行，取得了良好的效果，得到了运行人员和调度人员的一致好评，现已投入到正式的生产应用中。

2 实现方法

为实现“无人值班，少人值守”的建设目标，景电工程各泵站视频系统全系采用海康威视IDS-2DE72 23IX 系列高速彩色网络摄像机，建设了完善的视频监视系统，该系统集成了视频信号采集、视频数据处理、传输和远程调用等功能。在泵站现地布设了视频交换机，各摄像头接入视频交换机，再将视频历史画面传至硬盘录像机进行储存。依托景电工程已全面覆盖的光纤局域网，建设形成了统一平台下的集中管理和控制，可远程对任一现地摄像头的图像进行实时预览。泵站计算机监控系统采集了机组所有数据及状态信号，采用合理的方式实现了在调度中心对泵站机组进行远程自动化控制。根据全方位监视和重点突出的理念，规划在厂房机组周围合理布置摄像头，保证摄像头捕捉到的画面可以控制整个机组设备和周围环境，采取1 个摄像头监视2～3 台机组设备的方式，监视每台机组时调整摄像头至最佳角度作为实现视频联动的优选预置位。在整个厂房内设置2 台摄像头，全方位监视厂内人员及设备状况；在厂外重点部位如前池、拦污栅、后池、溢流堰和汇总管道合理设置摄像头，一是监视现场设施设备状况，二是监视来往人员情况。在低压室、高压室、变频室和变压器室等设置摄像头，一是监视设备状况，二是监视进出人员和操作设备情况。视频监控系统在架构上也分别设置了现地侧和集控侧，在泵房中控室设置终端监视本站设备和环境，在分中心和调度中心设置终端集中监视各泵站设备和环境。

视频监控系统和计算机监控系统本是2 个独立运行的系统，在项目研究过程中，综合考虑了几个专业系统之间建设数据通信的可能性，从而达到“一加一大于二”的应用效果。当调度员在远程操控设备时，仅依据计算机监控系统采集的信号判断存在一定的局限性，缺乏可视性，实现计算机监控系统与视频监控系统之间的信号传输意义重大。当要控制机组开、停时视频信号可自动切换至该机组对应设置的视频画面，操作员可看到当前控制设备的实时画面，视频系统赋予了操作员一双“千里眼”，操作员通过这双“眼”，结合计算机监控系统上传的状态数据，可以更好地判断当前设备状态，若出现异常可采取紧急干预措施，保证设备和生产的安全。尤其是调度员可以直观看到机组周围有没有人员在工作，直观查看蝶阀重锤的起落情况，可以查看管道、设备和法兰面是否有漏水现象，当发现有突发异常后可以及时处理并可查看处理情况。

视频联动支持与智能泵站计算机监控系统联动，当业务系统对某个设备发出遥控指令后，系统自动显示该设备的所有现场图像情况以及该设备所在区域环境信息，调度人员可以对该设备的操作过程及实时状态进行全面分析和判断，保证遥控操作的可靠性。

视频联动方案采用协议联动实现计算机监控系统和视频监控系统的对接，通过SDK 二次开发实现2 个系统之间的互通，在视频联动系统中实现控制操作与摄像头预置点间的关联组态，如图1 所示。

图1 视频联动控制操作与摄像头映射

视频联动系统作为计算机监控系统的一个组件，当操作员在计算机监控系统上将要下达远程操作命令时，监控系统通过按钮键提前发出消息通知视频联动系统，视频联动系统自动弹出设备实时预览画面，并显示在计算机监控界面上。为了达到更好的视觉效果，可采用“一机两屏”方式，计算机监控系统终端主机再连一个显示屏，将视频画面显示在这个显示屏上，这样显示出的视频画面比较大，易于调度员查看，同时也可保证计算机监控画面的完整性，便于调度员查看数据变化情况。

项目先期实现了整个南干片区五级泵站视频联动功能，并向计算机监控系统维护人员提供了简单、易用的系统配置工具，后期在一期11 级泵站、二期总干13 级泵站进行了推广应用。维护人员可自由配置视频监控触发条件，可以将各类控制信号与视频关联，也可以将故障信号与视频关联。当故障发生时，可以通过程序设置自动弹出可视化界面提醒调度人员，使调度人员能够及时掌握故障点现场情况，进行及时处置或通知并辅助应急人员进行应急处置。例如，当某台机组停运后出现持续倒转现象，计算机监控系统后台会收到并广播这一故障告警，同时通过视频联动系统触发监视这一机组的视频画面弹出，调度人员可以近距离对机组和出口阀门的状态进行查看，并通知泵站检修人员及时处置。又例如，当出现火灾告警信号后，可以触发火灾报警点附近视频画面弹出，以便调度人员及时全面掌握现场情况，做到迅速准确处置。

3 结语

梯级泵站调度中心视频联动技术的开发和应用，改变了调度人员传统的操作模式，操作命令的执行可及时得到可视化的反馈，减轻了调度人员的精神压力，降低了工作强度，提高了工作效率，为提高调度工作的判断准确性以及远程操作可靠性、快捷性、安全性提供了技术保障。视频联动系统具有应用实现形式多样和配置简单的优点，泵站管理单位技术人员通过简单培训就可以自主应用，可以在梯级泵站管理单位大力推广。