智能化预警系统在水利工程中的应用

陈 健

（深圳市龙岗排水有限公司，广东深圳 518000）

1 智能化预警系统介绍

1.1 预警信息系统主要功能设计

智能化无线预警广播系统采用B/S 模式设计，用户通过互联网统一登录进入系统操作。系统主要功能分为六大部分，分别是电子地图、广播发送、状态监视、广播设置、广播日志、权限设置。

（1）电子地图。用户登录系统后，进入的是电子地图界面，在本界面可以一目了然查看所有的在线广播信息的状态：正在广播或待机状态，对整个广播系统的分布情况有具体的了解。

（2）广播发送。如要发布广播，可进入此界面，通过本界面，有相应权限的人员可以选择要广播的具体站点，可全选或单选，可选择需要广播的内容，确认后进行广播控制。

（3）状态监视。通过状态监视页面，可查看广播站点的当前广播状态和电压状态，判断广播设备是否正常工作。

（4）广播设置。通过设置页面，可设置广播的参数、音量大小、广播语音选择等参数。

（5）广播日志。可查看所有的广播日志，包括广播点位置、广播时间、操作人员、广播内容等。

（6）权限设置。可通过权限设置添加删除用户，并分配相应的系统控制权限。

系统特色为：①中心平台可远程开启或关闭远程广播终端，实现定时、定点广播。②中心平台可分区域广播，即选择分组或特定的预警点进行广播。③中心平台能实现单个远程广播终端单独控制，并可调节音量大小。④中心平台能实时监控各远程广播终端的工作和故障状态，反馈故障信号及时进行相应维护，并记录各个设备故障状态形成报表，便于以后检修的记录总结。⑤用户根据每条河道、每个泵闸、每条排水渠的特点形成不同的语音播放文字。在运行期间，如果需要添加语音，可以通过系统平台制作成语音合成的播放文件，设置到系统内部上传至广播终端。语音广播方式：收到预警气象信息通知后语音广播报警一次，30 min 后再语音广播报警一次，每次时长为5 min，时间频次可以调配。比如：“广大市民请注意，由于上游河道来水，某泵站需要开机抽排，请大家相互转告，远离河道及泵闸出水口”或“广大市民请注意，河洪水即将到达某某排水渠，请大家相互转告，远离某排水渠”，提示沿河道及泵闸出水口及排水渠附近的群众应尽快撤离河道，保证人身安全。

1.2 预警信息系统架构

预警信息系统架构示意如图1所示。

图1 系统架构

（1）预警广播终端.预警广播终端主要接收中心发送过来的控制信号，转换成相应语音信号输出给各站点喇叭。其主要特点如下：①环境适应性强。工业级可靠设计，耐严寒酷暑，–20～+75 ℃工作；适应176～250 V 宽电压，即使在电压不稳地区也可稳定工作。②智能工作，永不掉线。预警广播终端为智能型终端，上电即可进入工作状态；具备完整的防掉线机制，保证终端永远在线。③支持太阳能/风能供电。预警广播终端可接驳太阳能/风能设备，实现在无市电环境下正常工作，解决某些项目现场取电困难的问题。蓄电池阴雨天可连续工作1个月，特别是在沿海地区的汛期发挥重要的作用。④低功耗。具有多级休眠和唤醒模式，最大限度降低功耗，待机功耗不大于1 W，工作功耗不大于4 W，有效节约能源。⑤防雷设计。包括AC 220 V 电源防雷，天线防雷和喇叭线防雷（可选）等，使预警系统在雷电等恶劣环境下依然可靠工作。⑥本智能化预警系统音响为三级负荷，推广使用低损耗、性能优的光源附件，如节能型音箱、低功耗无线传输模块等。选用电气节能环保型产品，本系统选用的均为节能环保产品，如选用免维护盐酸蓄电池作为后备电力供应。太阳能光电产品的应用，太阳能作为清洁能源在本系统中作为主要电力来源，无污染。⑦安装型式。本方案根据河道及泵闸站点的特点，分为两种安装型式：立杆式和壁挂式，见图2和图3。

图2 立杆式安装示意图

图3 壁挂式安装示意图

本次设计参考标准主要依据《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国防洪法》、《电力系统设计》、《公共广播系统工程技术规范》GB50526-2010、《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）、《泵站施工规范》相关标准进行。

（2）预警中心管理平台。预警中心管理平台架设在中心机房的独立服务器上，服务器需连接至外网，进出口带宽保证2 M 以上，并且需提供固定IP 或域名，用于与预警广播终端设备进行连接，并配备相应的安全网络检测设备。现场各无线预警广播终端通过GPRS 网络连接到预警管理平台，以实现预警管理平台对现场广播终端的实时监测、管理、预警信息发布等。

中心平台信息管理权限由超级管理员控制，播放权限下放至区域管理员，可制定多个管理员权限账户，可实现分区域管理预警信息。①超级管理员。中心机房负责人持有，管理中心平台登记信息和监视信息发布情况。②区域管理员。各河道管理处中心管理平台负责人持有，可控制其管理范围内的广播设备，便于管理及处理、发布预警信息。③信息发布员。负责本辖区内的广播设备信息的发布和控制，根据上级指令发布相应的广播。

（3）预警信息发布方式。①联网发送方式。本系统采用B/S 架构模式，用户可用电脑、手机、平板等终端设备在任何可以连接互联网的地方通过登录中心管理平台来控制广播设备。当终端设备通过移动网络自动连接到中心管理平台后，用户即可通过中心平台软件发送预警信息和远程控制信息。设备接收到预警信息后，将预警信息转成语音信息进行预警广播。②人工现场发送。在设备现场，管理人员可通过无线遥控器现场控制播放语音，可供巡查泵闸及巡河工作人员实施现场发布预警或测试设备，尽早地告知附近民众撤离现场。③信息反馈。预警系统无论是通过中心发布信息、区域管理员发布信息、人工现场发布信息后，中心都会收到各发出过预警信息点位的反馈信息，可供中心管理人员查看；管理平台可实时向上一级管理单位报送河道及泵闸各主要站点是预警信息，实现预警信息的多级协同管理，有利于泵站枢纽工程的科学合理调度、安全运行。

（4）预警流程。根据气象台发布的信号，在做出预警决定后，可设置系统自动预警或人工预警。预警流程如图4所示。

图4 预警流程

1.3 预警系统的站点选址及安装要求

（1）站点选址。站点布置原则为，在河道重要节点及泵闸进出水口做预警广播布置，根据人流量的大小进行选址，尽量选择在人员聚集区、河道出入口、泵闸出入口、天桥底下等人员容易聚集的地方，把警示效果最大化。一般间隔300～500 m 设置站点，保证语音的覆盖范围。

（2）立杆式安装。本方案采用景观立杆，一体化设计，即立杆、设备、喇叭均安装于一体，兼顾美观和功能的实用。每根立杆在显眼位置喷涂防洪Logo标志和警示标语，并印制唯一的编号，便于管理；立杆表面设置防水广告位，可内置宣传标语和内容，并可根据需要进行更换；立杆设遥控按钮，巡查人员可在现场通过遥控器控制播放语言和测试设备；立杆顶部安装LED 警报灯，在播放语音的同时闪烁，达到声光同时提醒的效果；立杆采用钢材料制作，与底部防雷基础连接一体，防止直击雷的损坏。立杆的安装：在需要安装立杆的底部开挖制作0.4 m×0.4 m×0.6 m的混凝土基座，立杆通过底座螺栓固定在基座上面，立杆与防雷接地极连接在一起。立杆式安装示意详见图5。

图5 立杆式安装示意

（3）防雷地网制作：在每个广播点制作固定基座的时候，同时需要制作防雷地网，保证设备的接地电阻值满足规定要求。防雷地网制作采用2.5 m 镀锌角钢作为接地极，围绕立杆基座四周打入地下，采用镀锌扁钢焊接与基座连为一体，形成防雷接地网。

2 系统运行效果分析

2.1 智能预警便于泵站与水闸联合调度

当台风或暴雨黄色预警时，对泵站水闸枢纽工程进行防洪调度。调度方案为：依据潮汐特征预报表，上游雨情水情工况，结合排涝河口的实时水位，满足运行条件时调度水闸并开启排涝泵站水泵机组进行防洪抽排。在此之前应做好充分的预警发布和信息传达工作，通过智能化预警信息系统广播气象预警信息、降雨信息、水位信息等，以语音报警2次，为泵闸的联合调度提供实时预警信息。该系统顺利完成了为期半年的泵闸进出水口的预警广播试运行，充分发挥了提前预警、有效疏散关键节点处人员聚集的作用。运行两年后取得了良好的效果，市民经常称赞该系统的播放警示内容，增强了自己的安全意识。

2.2 智能预警便于宣传安全及保护环境

该系统不仅能有效提高预警的覆盖面，而且还有助于加强涉河关键节点的安全宣传，包括涉水安全知识、洪水避险自救常识和突发涉水事件提醒，以及水库泄洪前、泵闸运行前的及时预警，形成立体的防洪安全预警管理体系。平时也可以对居民传递环境保护知识，形成耳濡目染，增强了市民保护河道爱护环境的意识，加大了绿色宣传力度。长久的运行不仅能减少人员因洪涝灾害造成的伤亡，达到民生水利和社会防洪的目的，而且也加强了台风暴雨来临前河道周边人员的安全管理。

3 结束语

在此项目中，不仅掌握了智能化预警系统在水利工程中的有效应用，也增强了项目统筹管理经验。在本次设计中涉及很多方面的专业知识，比如水利水电机电辅助系统的功能设计、智能化的理解、泵闸联合调度方案的优化执行、设备选型及运用、系统运行程序的编辑、数据的采集及传输、软硬件的配置与兼容、站点选址及安装等。在整个项目实施过程中态度决定一切，耐心也是决定成功的关键。目前深圳市水利工程河道泵闸机电设备的智能化监管项目还有很大的发展空间，本文中的设计理念及应用在河道智能化预警及泵闸联合调度领域就是一个不错的尝试，能够为类似项目做借鉴参考。