【摘要】隨著計算機(jī)、通訊技術(shù)、電子技術(shù)不斷的發(fā)展，水利工程施工建設(shè)及其運(yùn)行管理逐漸的走向了高效準(zhǔn)確地自動化采集、傳輸、分析、處理等數(shù)字化的管理。下面就結(jié)合作者實際工作經(jīng)驗，簡要的分析疏浚駁船載運(yùn)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用，以供借鑒。

【關(guān)鍵詞】水利工程；疏浚駁船載運(yùn)；監(jiān)控系統(tǒng)

1、 疏浚駁船載運(yùn)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的分析

疏浚駁船載運(yùn)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的整體規(guī)劃思路可以歸結(jié)為：整合疏浚區(qū)地理信息、駁船吃水變化信息和駁船GPS位置信息，借助衛(wèi)星定位技術(shù)、GIS技術(shù)、三維聲納成像技術(shù)、圖像識別技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段，通過載運(yùn)狀態(tài)智能監(jiān)測模型，實時監(jiān)控疏浚駁船從河道疏浚區(qū)至淤泥傾倒區(qū)的整個航行過程中的載運(yùn)狀態(tài)情況，從而實現(xiàn)監(jiān)管部門對疏浚駁船載運(yùn)狀態(tài)監(jiān)測和管理智能化。

2、 系統(tǒng)總體的設(shè)計

2 .1 疏浚船船體監(jiān)控分系統(tǒng)主要包括GPS終端、一體化遙控終端、供電系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)及其附屬設(shè)備等。其中根據(jù)疏浚船的種類及工作方式，系統(tǒng)針對主要在內(nèi)河工作的小型疏浚船項目擬在船體通過安裝GPS終端，實時掌握疏浚船的運(yùn)行路線，疏浚船運(yùn)行路線偏移預(yù)定航線時系統(tǒng)自動報警，提醒監(jiān)管人員。針對船體具備安裝泵機(jī)組和底閥的大中型船體，系統(tǒng)擬同時安裝GPS終端和一體化遙控終端，通過GPS獲取的疏浚船定位信息并通過一體化遙控終端控制泵機(jī)組或液壓裝置，疏浚船只能在到達(dá)指定區(qū)域才能啟動泵機(jī)組或底閥，防止疏浚船在運(yùn)輸途中偷排事件的發(fā)生。

2.2 沿岸監(jiān)測斷面監(jiān)控系統(tǒng)主要包括聲吶三維成像系統(tǒng)、圖像識別監(jiān)控設(shè)備、供電設(shè)備、圖像存儲設(shè)備、信號傳輸設(shè)備及其附屬設(shè)備等。

2.3 監(jiān)控中心系統(tǒng)主要包括應(yīng)用服務(wù)器、存儲設(shè)備、通訊設(shè)備、應(yīng)用軟件等。

疏浚駁船載運(yùn)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示：

2.4信息流

系統(tǒng)信息流為監(jiān)管部門在監(jiān)測斷面預(yù)先確定監(jiān)測區(qū)域經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，并利用疏浚船船載GPS讀取其位置信息，待疏浚船GPS達(dá)到監(jiān)測區(qū)域時，啟動聲納成像掃描系統(tǒng)和視頻抓拍系統(tǒng)。系統(tǒng)利用GPS定位終端確定并上傳疏浚船的位置和船體基本狀態(tài)信息；通過三維成像掃描船體水下成像，判斷疏浚船是否存在通過底閥或其他動力設(shè)備偷排現(xiàn)場；通過視頻監(jiān)測設(shè)備判斷兩個監(jiān)測斷面疏浚船吃水深度是否存在異常變化。平臺通過集成運(yùn)用疏浚船GPS信息、聲納三維成像數(shù)據(jù)、船體吃水深度變化數(shù)據(jù)，進(jìn)行疏浚船的識別和狀態(tài)判斷，若存在異常狀態(tài)向有關(guān)部門提供實時報警功能。

3 、船載測控終端設(shè)備詳細(xì)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)組成

GPRS船載衛(wèi)星定位系統(tǒng)由船載單元、GPRS無線網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心3部分組成。GPRS船載系統(tǒng)包括嵌入式系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星接收模塊和GPRS無線通信模塊。GPRS無線鏈路是基于移動公司的GPRS移動通信公眾網(wǎng)， 包括MSC基站控制器、SGSN業(yè)務(wù)支撐節(jié)點(diǎn)和GGSN網(wǎng)關(guān)支撐節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

整個系統(tǒng)硬件主要是由船載移動單元、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心所組成，船載移動單元經(jīng)過GPS接收模塊接收船舶的定位信息，經(jīng)過移動用戶板進(jìn)行處理，經(jīng)過GPRS模塊、監(jiān)控中心通信，監(jiān)控中心接收到的定位信息，將船舶位置顯示于電子地圖中，經(jīng)過GPRS網(wǎng)絡(luò)實行船舶的調(diào)度。

4 、基于圖像識別的船舶吃水深度監(jiān)測系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計

4.1 建設(shè)內(nèi)容

項目擬依托現(xiàn)有兩個水文站點(diǎn)建立2套船舶吃水深度專用視頻探測設(shè)備，用以監(jiān)測途徑監(jiān)測站點(diǎn)的污泥運(yùn)輸船過程中是否存在偷排漏排現(xiàn)場。

4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一個完整的視頻監(jiān)視系統(tǒng)由三大部分組成，主要有前端子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)和中心子系統(tǒng)。前端子系統(tǒng)主要完成前端圖像信號的獲?。粋鬏斪酉到y(tǒng)主要完成前端圖像的傳送和控制通信；中心站子系統(tǒng)主要完成圖像信號的切換控制、輸出顯示以及圖像的存儲。

4.3 系統(tǒng)功能

4.3.1視頻監(jiān)視功能。要求各視頻前端圖像信息能準(zhǔn)確、清晰、實時地傳送到監(jiān)控中心，同時對多路視頻進(jìn)行監(jiān)控。攝像機(jī)采用品牌攝像機(jī)，確保在強(qiáng)光或夜間環(huán)境下，系統(tǒng)能可靠、穩(wěn)定運(yùn)行并能提供較好的圖像質(zhì)量。

4.3.2遠(yuǎn)程操控功能。監(jiān)控中心可對攝像機(jī)鏡頭進(jìn)行光圈、焦距、景深距離的控制操作，對云臺可做全方位控制。

4.3.3硬盤錄像功能?？呻S時將現(xiàn)場情況錄像，并可進(jìn)行智能回放及檢索。

4.3.4網(wǎng)絡(luò)支持功能。在網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性及要求方面可支持網(wǎng)關(guān)、NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）、代理、防火墻、路由器等。

4.3.5系統(tǒng)擴(kuò)充功能。系統(tǒng)擴(kuò)充性能好，只需要增加視頻監(jiān)視設(shè)備就可以擴(kuò)大監(jiān)視范圍，而不會影響原有系統(tǒng)的性能和質(zhì)量。

4.3.6系統(tǒng)管理功能。具有完善的系統(tǒng)管理功能，包括安全管理、用戶管理、服務(wù)器管理等。

4.3.7船體吃水深度識別、計算功能。能根據(jù)船體特定標(biāo)記，計算船體相對吃水深度。

4.4 三維實時成像聲納系統(tǒng)設(shè)計

4.4.1系統(tǒng)組成

聲吶成像系統(tǒng)主要由聲納頭、云臺、接線盒及數(shù)據(jù)傳輸電纜等部分組成。其中聲納頭通過以太網(wǎng)鏈路和USB傳輸線與PC連接，從而實現(xiàn)計算機(jī)與聲吶和云臺之間的通信，系統(tǒng)示意如圖4-9所示。聲吶頭包含發(fā)射器、接收器及手法轉(zhuǎn)換器，同時控制波束形成的電路。此外，系統(tǒng)自帶實時監(jiān)測控制軟件，可控制云臺轉(zhuǎn)動及進(jìn)行聲吶的參數(shù)的配置。

4.4.2系統(tǒng)功能及性能

系統(tǒng)可提供可靠、精確的水下圖像顯示。系統(tǒng)包括水下聲納和可選的傾角馬達(dá)（建議選配），通過以太網(wǎng)連接到基于Windows的電腦。可選的傾角馬達(dá)使用戶可以在+10°至-90°的垂直掃描范圍內(nèi)以5°的增量進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)內(nèi)置傾角驅(qū)動電子，加強(qiáng)垂直掃描功能；配置以太網(wǎng)接口（10/100Mbps），可編程；安裝設(shè)置簡易方便，能夠滿足1.25m-300m范圍；可集成視頻獲取和顯示，用戶可編程IP地址。

系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下：

頻率：260kHz或可選的675kHz；

換能器波束寬度：接受120°（水平）*20°（垂直）；發(fā)射120°（水平）*20°（垂直）；

有效水平波束寬度：1.5°；

波束：120，240，480；

范圍分辨率：范圍的0.2%；

最小探測范圍：0.5m；

最大工作深度：300m；

接口：標(biāo)準(zhǔn)10/100Mbps以太網(wǎng)接口（10BASE-T）

最大電纜長度：標(biāo)準(zhǔn)10m，通過以太網(wǎng)擴(kuò)展器可擴(kuò)展至約9000m；

電源：22-32VDC；

重量（260kHz）：空氣中4.8kg（含傾角馬達(dá)），2kg（不含傾角馬達(dá)）。

4.5 中心站系統(tǒng)設(shè)計

4.5.1系統(tǒng)組成

中心站系統(tǒng)主要配置數(shù)據(jù)/應(yīng)用服務(wù)器、GPRS接收裝置、視頻服務(wù)器、監(jiān)控工作站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。由于中心站系統(tǒng)設(shè)置在水文總站，因而部分設(shè)備可以利用現(xiàn)有的技術(shù)裝備。

4.5.2系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)基于Arcgis Server平臺開發(fā)，采用B/S架構(gòu)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，分為電子地圖、監(jiān)控信息采集與處理、實時信息監(jiān)視預(yù)警、基礎(chǔ)信息查詢、疏浚船舶信息查詢、監(jiān)控設(shè)備遠(yuǎn)程控制、疏浚船舶偷排報警、疏浚船舶偷排識別取證、統(tǒng)計分析、設(shè)置與配置、用戶管理與日志記錄等功能模塊。具體功能如下：

（1）電子地圖

電子地圖是本系統(tǒng)交互設(shè)計的基礎(chǔ)，系統(tǒng)的大部分交互功能將在監(jiān)控區(qū)域地圖基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計和呈現(xiàn)。該模塊將實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電子地圖的瀏覽，提供通用地圖工具如測距、測面積、坐標(biāo)顯示、標(biāo)注、圖形輸出等，并可選擇疊加豐富的動態(tài)圖層，如船舶專題圖層、港區(qū)線劃圖層和其他參考要素。

（2）監(jiān)控信息采集與處理

實時采集各類監(jiān)控信息，如船舶的GPS信息、岸站監(jiān)控點(diǎn)的視頻與圖像信息、岸站監(jiān)控點(diǎn)的聲納掃描信息、船舶的任務(wù)信息等，實現(xiàn)各類信息的接收、處理、糾錯、分類、存儲等功能，并根據(jù)現(xiàn)場需求下發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控指令，確保系統(tǒng)整體工作。

（3）實時信息監(jiān)視預(yù)警

通過電子地圖實現(xiàn)各類實時信息的監(jiān)視與預(yù)警功能，可實時顯示站點(diǎn)分布情況、實時航跡信息、實時圖像與視頻信息、實時聲納掃描信息等。同時根據(jù)監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控信息，對疏浚船舶航跡異常、航速異常、未到卸泥地停泊、圖像識別吃水深度異常、聲納掃描結(jié)果異常等行為進(jìn)行聲、光報警，并形成日志記錄。

（4）基礎(chǔ)信息查詢

實現(xiàn)各類基礎(chǔ)信息，如站點(diǎn)信息、路線信息、設(shè)備信息、運(yùn)行狀態(tài)信息等內(nèi)容的各類簡單與組合查詢功能。

（5）疏浚船舶信息查詢

實現(xiàn)對疏浚船舶的基礎(chǔ)信息、運(yùn)泥設(shè)備參數(shù)信息、運(yùn)泥任務(wù)信息、運(yùn)泥路線信息的綜合查詢，在任務(wù)狀態(tài)下可實現(xiàn)船舶的實時航行狀態(tài)監(jiān)測。

（6）監(jiān)控設(shè)備遠(yuǎn)程控制

該模塊可以遠(yuǎn)程控制監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)信息，遠(yuǎn)程操作監(jiān)控設(shè)備。

（7）疏浚船舶偷排識別取證

根據(jù)報警信息，對偷排船只進(jìn)行跟蹤、視頻拍攝記錄其偷排行為。

（8）統(tǒng)計分析

實現(xiàn)各類信息的綜合統(tǒng)計與分析功能。如單位時間內(nèi)船舶的任務(wù)統(tǒng)計、船舶違法情況統(tǒng)計、船舶運(yùn)行效率分析等專項統(tǒng)計分析功能。

（9）設(shè)置與配置

（10）用戶管理與日志記錄

結(jié)束語：

綜上所述，水利工程的自動化主要是集自動測報、通信、自動監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)集成等高新技術(shù)在一體現(xiàn)代化信息的采集系統(tǒng)作為基礎(chǔ)、通信、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為保障，信息管理和決策支持系統(tǒng)是核心地一項結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模龐大、建設(shè)較長地信息系統(tǒng)工程。

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作者簡介：魏廣（1982-），男，江蘇鹽城人，主要從事水利信息自動化、水資源管理工作.