一、方案背景與目標

水閘作為水利工程的核心樞紐，在防洪減災(zāi)、水資源配置、灌溉供水、航運保障等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。當前我國多數(shù)水閘存在監(jiān)測手段落后、數(shù)據(jù)孤島嚴重、智能分析不足、可視化水平低等問題，部分水閘仍依賴人工巡檢與手動操作，不僅效率低下，還難以應(yīng)對極端水文事件與設(shè)備突發(fā)故障，易引發(fā)安全隱患與經(jīng)濟損失。

隨著智慧水利建設(shè)的推進，構(gòu)建一套實時、精準、智能的水閘環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)從經(jīng)驗管理向數(shù)據(jù)驅(qū)動管理的轉(zhuǎn)型，已成為水利工程現(xiàn)代化管理的迫切需求。

- 實時全面監(jiān)測：覆蓋水文、水質(zhì)、設(shè)備狀態(tài)、工程結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境等多維度參數(shù)，實現(xiàn)24小時不間斷自動化監(jiān)測，消除監(jiān)測盲區(qū)。

- 智能報警處置：建立多級報警機制，通過數(shù)據(jù)建模分析實現(xiàn)故障提前預(yù)判與異常自動報警，為應(yīng)急處置爭取時間。

- 遠程智能控制：支持本地與遠程雙重控制模式，實現(xiàn)閘門啟閉、泵組運行的自動化調(diào)度，達成無人值守、少人值守目標。

- 數(shù)據(jù)價值挖掘：整合多源監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析、趨勢預(yù)測生成決策報表，為水閘優(yōu)化運行、維護保養(yǎng)提供數(shù)據(jù)支撐。

- 可視化集中管理：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建三維可視化平臺，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、地理信息的一體化展示與交互管理。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

水閘環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)解決方案，采用感知層-傳輸層-平臺層-應(yīng)用層四層架構(gòu)設(shè)計，各層級協(xié)同聯(lián)動，確保數(shù)據(jù)從采集、傳輸、處理到應(yīng)用的全流程高效可靠，同時具備良好的擴展性與兼容性。

1、感知層

作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源頭，感知層通過部署高精度傳感器、測控終端、視頻設(shè)備等，實現(xiàn)對水閘運行全要素的精準采集。

2、傳輸層

構(gòu)建有線+無線雙模通信網(wǎng)絡(luò)，保障數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。針對偏遠區(qū)域或移動監(jiān)測點，部署4G/5G、LoRa、NB-IoT等無線通信模塊，支持通信鏈路冗余備份，避免因單一鏈路故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷。

3、平臺層

核心數(shù)據(jù)處理與存儲中心，集成數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)清洗、邊緣計算、云端協(xié)同等功能。

4、應(yīng)用層

面向水閘管理的實際業(yè)務(wù)需求，提供可視化監(jiān)控、智能分析、遠程控制、報警處置、報表管理等核心應(yīng)用，支持PC端、移動端、大屏端多終端訪問，實現(xiàn)全場景便捷管理。

三、核心功能

1、實時監(jiān)測

實時采集閘前閘后水位、上下游流速、過閘流量、降雨量等參數(shù)，采用超聲波、雷達等高精度水位傳感器，測量精度可達毫米級，生成流量趨勢曲線，為防洪調(diào)度、水量配置提供數(shù)據(jù)支撐。支持設(shè)置多級水位警戒閾值，異常時自動觸發(fā)報警。

監(jiān)測水體基礎(chǔ)理化參數(shù)與污染指標，包括水溫、pH值、溶解氧、濁度、電導(dǎo)率、氨氮、總磷、COD、BOD等，實時掌握水質(zhì)變化狀況。當檢測到水質(zhì)超標時，系統(tǒng)自動定位污染區(qū)域，聯(lián)動視頻設(shè)備抓拍現(xiàn)場畫面，輔助污染溯源與應(yīng)急處置。

針對閘門啟閉機、排澇泵組、變壓器等核心設(shè)備，監(jiān)測其運行狀態(tài)、電壓電流、電機溫度、啟閉力、閘門開度/位置、振動參數(shù)等，評估設(shè)備運行負荷與健康狀態(tài)。通過振動分析、電流異常檢測等算法，實現(xiàn)設(shè)備故障提前預(yù)判，避免突發(fā)故障影響水閘運行。

監(jiān)測閘室、翼墻、護坡等結(jié)構(gòu)的沉降、傾斜、裂縫開合度，以及閘基滲流水位、揚壓力、下游河床沖刷深度等參數(shù)，評估結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與地基安全。通過數(shù)據(jù)趨勢分析，預(yù)測結(jié)構(gòu)變形風險，防止?jié)B透破壞、揚壓力過大等導(dǎo)致的工程失穩(wěn)。

部署氣象傳感器監(jiān)測閘區(qū)風速、風向、氣溫、濕度等環(huán)境參數(shù)，為設(shè)備運行管理提供依據(jù);安裝高清紅外攝像頭，實現(xiàn)對內(nèi)河、外河、閘門、泵組等關(guān)鍵區(qū)域的實時視頻監(jiān)控，支持視頻與監(jiān)測數(shù)據(jù)同屏/分屏顯示，兼顧安全防范與現(xiàn)場可視化管控。

2、智能控制

支持本地手動+遠程手動+邏輯自動三重控制模式，確保操作靈活可靠，同時設(shè)置權(quán)限分級與操作確認機制，保障控制安全。

- 本地控制：通過LCU柜觸摸屏手動操作閘門升、降、停及泵組啟停，實時顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)。

- 遠程控制：管理人員通過監(jiān)控平臺遠程控制閘門開度、泵組運行，支持遠程調(diào)節(jié)與狀態(tài)反饋，實現(xiàn)無人值守。

- 自動控制：基于預(yù)設(shè)邏輯實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)動運行，如內(nèi)河水位達警戒水位且外河水位較低時，自動開啟矮閘自流排水;內(nèi)外河水位均超警戒時，自動開啟高閘并順序啟動排澇泵強行排水，水位回落至安全范圍后自動關(guān)閉設(shè)備。

3、報警通知

建立多級報警機制，覆蓋水位超限、設(shè)備故障、水質(zhì)超標、通信中斷、供電異常等各類異常場景。當監(jiān)測參數(shù)越限或設(shè)備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)立即觸發(fā)聲光報警、短信推送、APP推送等多重提醒，同時記錄報警時間、位置、原因等信息，形成報警處置臺賬，支持報警事件追溯與閉環(huán)管理。通過趨勢分析算法，對水位上漲速度、設(shè)備振動變化等進行預(yù)測，實現(xiàn)從被動報警到主動報警的升級。

4、數(shù)據(jù)管理與分析

實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)、操作記錄、歷史影像等信息的長期存儲與高效管理，支持數(shù)據(jù)查詢、篩選、導(dǎo)出功能。系統(tǒng)自動生成日報、月報、年報及專項統(tǒng)計報表，包含數(shù)據(jù)趨勢曲線、設(shè)備運行時長、報警頻次等內(nèi)容，輔助管理人員分析設(shè)備運行規(guī)律、優(yōu)化維護計劃。通過數(shù)據(jù)融合分析，挖掘水文參數(shù)與設(shè)備狀態(tài)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為水閘運行優(yōu)化提供決策支持。

5、可視化管理

基于物聯(lián)網(wǎng)組態(tài)編輯功能，構(gòu)建水閘工程三維可視化場景，整合水閘結(jié)構(gòu)模型、地理信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)，實現(xiàn)動態(tài)展示與交互管理。管理人員可通過三維模型直觀查看閘門開度、水位變化、設(shè)備運行狀態(tài)等信息，點擊模型節(jié)點可調(diào)取對應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)與歷史記錄，提升管理的直觀性與高效性。

- 系統(tǒng)總覽界面：集中展示所有水閘的核心監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備運行狀態(tài)、報警信息，實現(xiàn)全局態(tài)勢一目了然。

- 三維可視化界面：基于BIM+GIS模型，動態(tài)展示水閘結(jié)構(gòu)、水位變化、閘門開度，支持場景縮放、旋轉(zhuǎn)與節(jié)點交互。

- 設(shè)備控制界面：可視化操作閘門啟閉、泵組運行，實時反饋設(shè)備狀態(tài)與控制結(jié)果，設(shè)置操作權(quán)限與確認流程。

- 數(shù)據(jù)報表界面：支持自定義報表模板，自動生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計、趨勢分析報表，可導(dǎo)出Excel格式文件。

- 報警管理界面：展示報警列表、報警位置、報警詳情，支持報警處理、銷號與歷史記錄查詢，形成閉環(huán)管理。

四、效益分析

安全效益：通過全要素實時監(jiān)測與提前報警，及時發(fā)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)隱患與設(shè)備故障，有效防范洪水倒灌、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、設(shè)備損壞等安全事故，保障水閘工程安全運行與周邊人民生命財產(chǎn)安全。

管理效益：實現(xiàn)水閘無人值守、少人值守，大幅減少人工巡檢與操作成本，提升管理效率;通過數(shù)據(jù)自動化采集與報表生成，替代傳統(tǒng)人工記錄，避免人為誤差，實現(xiàn)規(guī)范化、精細化管理。

經(jīng)濟與生態(tài)效益：優(yōu)化閘門調(diào)度與泵組運行策略，降低能耗與設(shè)備損耗，延長設(shè)備使用壽命;精準監(jiān)測水質(zhì)與水量，為水資源優(yōu)化配置、生態(tài)補水調(diào)度提供支撐，兼顧防洪減災(zāi)與生態(tài)保護，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與生態(tài)效益雙贏。