План строительства системы мониторинга и управления безопасностью крупных и средних водосбросов

Введение в контекст
В настоящее время в Китае построено 100 321 водосбросный сооружение с пропускной способностью 5 м³/с и более, в том числе 923 крупных и 6 697 средних водосбросных сооружений. По типам водосбросных сооружений выделяют 8 193 переправочных водосброса, 17 808 сбросных (отводящих) водосбросов, 4 955 приливозадерживающих водосбросов, 13 796 отводящих водосбросов и 55 569 регулирующих водосбросов, которые приносят значительные экономические и социальные выгоды в сфере предупреждения наводнений и снижения их последствий, оптимизации распределения водных ресурсов и улучшения экологической обстановки.

Однако в силу ограничений экономических, социальных и технологических условий периода строительства водные шлюзы в Китае, как правило, сталкиваются с такими проблемами, как низкие проектные нормативы, низкое качество и неполноценная инженерная инфраструктура. Под влиянием подхода «снижения уровня управления» после ввода в эксплуатацию большинство водных шлюзов лишены эффективного управления и технического обслуживания. В результате длительной эксплуатации сегодня существует множество угроз безопасности и существенные риски для надёжной работы.

Мониторинг безопасности — важное средство своевременного выявления текущего состояния эксплуатации гидротехнических сооружений, анализа нештатных ситуаций и обеспечения безопасной эксплуатации объектов. В целях всестороннего контроля за проведением работ по мониторингу безопасности крупных и средних водосбросов на всей территории страны Департамент управления эксплуатацией Министерства водных ресурсов 29 апреля 2022 года направил письмо «Обследование по вопросам мониторинга безопасности крупных и средних водосбросов на национальном уровне» (Юньгуань Хань [2022] № 3), в котором потребовал от провинциальных органов водного управления и бассейновых управляющих организаций осуществлять надзор и оказывать методическое сопровождение соответствующим подразделениям, эксплуатирующим крупные и средние водосбросы, с целью тщательного заполнения анкеты обследования по мониторингу безопасности этих сооружений с учётом реальной ситуации. 12 ноября 2024 года Департаментом управления эксплуатацией Министерства водных ресурсов было опубликовано уведомление о подготовке планов реализации мероприятий по мониторингу безопасности важнейших дамб и крупных и средних водосбросов на период пятнадцатой пятилетки (Юньгуань Хань [2024] № 22), в котором предусмотрено, что провинциальные органы водного управления и бассейновые управляющие организации обязаны разработать планы реализации мероприятий по мониторингу безопасности крупных и средних водосбросов на период пятнадцатой пятилетки.

В связи с текущей ситуацией и существующими проблемами мониторинга безопасности крупных и средних водосливных сооружений в Китае отмечается, что многие системы мониторинга их состояния недостают передовых технологий и в основном опираются на ручные наблюдения, что обусловливает низкий уровень автоматизации; поэтому они настоятельно нуждаются в модернизации и реконструкции.

Введение в систему
Система мониторинга и управления безопасностью водосливных сооружений объединяет «Меры по управлению эксплуатацией водосливных сооружений», «Руководящие указания по продвижению стандартизированного управления водохозяйственными объектами» и «Технические требования к мониторингу безопасности водосливных сооружений», что позволяет унифицировать проектирование и строительство систем мониторинга безопасности, организацию управления и охраны средств мониторинга, а также составление и анализ данных мониторинга и наблюдений.

В последние годы технологии мониторинга безопасности продолжают развиваться, а такие системы наблюдения, как распределённые, бесконтактные, автоматизированные и сетевые, постепенно достигают зрелости. Технологические средства — такие как большие данные, интернет вещей, роботы, спутниковая дистанционная съёмка и искусственный интеллект — позволяют осуществлять всесезонный и масштабный мониторинг в сложных условиях. Система мониторинга и управления безопасностью водосливных сооружений будет активно использовать новые технологии и методы для комплексного повышения уровня модернизации эксплуатации и управления водосливными сооружениями, содействия высококачественному развитию водохозяйственной отрасли и обеспечению национальной водной безопасности.

Система мониторинга, анализа и раннего предупреждения в сфере безопасности включает автоматизированную систему информационного мониторинга, интеллектуальную систему инспекции, систему анализа мониторинговых данных и раннего предупреждения и др.

Схема топологии системы

Слой восприятия

Слой восприятия включает всю информацию о состоянии водных объектов, инженерную информацию, видеозаписи с местности и т. п. внутри водосливной плотины, используя технологии всестороннего восприятия: уровнемеры, расходомеры, системы спутниковой навигации GNSS, автоматизированное видео‑мониторинговое оборудование и другие датчиковые технологии, что обеспечивает точное восприятие и оперативный сбор соответствующих данных — таких как состояние сооружений, гидрологические параметры и экологические наблюдения — по всей территории. Сбор информации в режиме реального времени служит основой для анализа и принятия решений в системе мониторинга и управления безопасностью водосливной плотины.

Транспортный уровень

Транспортный уровень включает локальную вычислительную сеть, в которой размещаются пользователи каждого уровня системы, а также глобальную вычислительную сеть, соединяющую локальные сети всех уровней. Он служит платформой для передачи различной бизнес‑информации и носителем системных данных, обеспечивая надёжный и защищённый канал передачи информации, видеокадров и других видов данных.

Центр управления мониторингом позволяет дистанционно осуществлять контроль за оборудованием, установленным на объекте. Оборудование на месте взаимодействует с компьютером вышестоящего управляющего органа посредством гибких сетевых решений — таких как сети 5G/4G и проводные сети — для реализации удалённого мониторинга.

Беспроводные РТУ на переднем конце, многофункциональные устройства сбора данных и т. п. работают на основе сетей мобильной связи, сетей Ethernet и других технологий; совместно с оборудованием интерфейса центра обработки данных они обеспечивают зашифрованные каналы передачи данных по протоколам гидрологического и водно-ресурсного характера, формируя пользовательскую информационную сеть.

управление

Слой управления данными является центром агрегации и распространения системной информации, а также ключевой областью хранения и управления данными. Содержание управления данными включает собственные базы данных для мониторинга водных сооружений, видеонаблюдения, автоматизированного управления бизнес‑процессами, анализа данных и др., построенные на основе пространственных информационных платформ.

прикладной уровень

Прикладной уровень является ядром реализации в системе концепций «платформенная интеллектуализация, плоское управление и предварительное обслуживание». Этот уровень обеспечивает комплексное управление и анализ данных мониторинга водных шлюзов, а также предоставляет стандартные сервисные интерфейсы, позволяющие осуществлять функциональное и сервисное взаимное использование для быстрого построения бизнес‑прикладных систем.

План реализации строительства
В соответствии с соответствующими техническими стандартами и требованиями документов постепенно создавать и совершенствовать системы мониторинга — включая наблюдение за экологическими параметрами, деформациями, фильтрацией, напряжённо‑деформационными и температурными характеристиками, а также специальные виды мониторинга и автоматизированные системы — для существующих крупных и средних водосбросов; укреплять систему предупреждения о рисках при открытии и закрытии затворов, продвигать применение передовых технологий, таких как спутниковая дистанционная съёмка, ГНСС («Бэйдоу»), беспилотные летательные аппараты и др.; всесторонне учитывать как повседневные, так и аварийные потребности в мониторинге, усиливать перекрёстную проверку и взаимосвязанный анализ различных видов мониторинговых данных, повышать уровень динамического восприятия всех элементов и обеспечивать всепогодную трёхмерную координацию работы водосбросов; формировать интегрированную сеть мониторинга и восприятия «небо–земля–гидротехническое сооружение», комплексно укрепляя возможности по безопасному мониторингу и осведомлённости о состоянии водосбросов; поддерживать развитие библиотеки моделей и базы знаний водосбросов на платформе цифрового двойника в сфере водного хозяйства, содействовать созданию цифровых двойников водосбросов и реализовывать «четыре предварительные проекта» в рамках водного хозяйства.

Экологический мониторинг:
В основном это включает мониторинг уровня воды до и после шлюза, контроль расхода воды через шлюз, наблюдение за осадками, метеорологический мониторинг и т. п.

Мониторинг экологических параметров водосливных сооружений является ключевым звеном в системе управления их безопасностью. Устанавливая наблюдательные пункты для измерения осадков и метеорологических факторов в районе водослива, а также пункты измерения уровня воды и расхода воды в верхнем и нижнем бьефах, в соответствии с местными условиями подбираются соответствующие датчики, позволяющие получать в режиме реального времени данные о метеорологической обстановке, уровне воды и гидрологическом режиме, что обеспечивает надёжную основу для научно обоснованного планирования эксплуатации и безопасной работы водослива.

1.1 Мониторинг уровня воды

Используйте радиолокационный измеритель уровня воды. Получайте информацию об изменениях уровня воды в режиме реального времени, осуществляйте своевременное гидрологическое прогнозирование и планирование управления.

Радарный уровнемер — это полностью автоматический прибор измерения уровня воды, основанный на технологии миллиметровых радиолокационных волн; он использует функцию дальнометрии высокочастотного импульсного или частотно‑модулированного непрерывного волнового (FMCW) радара для определения уровня воды. В процессе работы зонд уровня излучает вниз высокочастотные импульсы либо непрерывные волны. При встрече этих импульсов или волн с поверхностью воды они отражаются и затем принимаются зондом. Между моментом излучения и моментом приёма электромагнитных волн возникает временная разница. Зная эту небольшую разницу во времени и скорость распространения волны (скорость света C), можно вычислить расстояние H2 от зонда до объекта (поверхности воды). Затем уровень воды h определяется как разность между дальностью H1 и расстоянием H2.

1.2 Мониторинг трафика на путепроводе

Можно использовать радиолокационный расходомер. Радиолокационный расходомер — это полностью автоматический прибор учёта расхода, основанный на технологии миллиметрового радиолокационного диапазона. Вначале данный прибор использует функцию измерения расстояния, реализованную в радаре с частотной модуляцией непрерывной волны (FMCW), для определения уровня воды. Во время работы зонд уровня воды излучает вниз непрерывную волну высокой частоты; эта волна отражается от поверхности воды и затем принимается зондом. Частота принятого эха совпадает с частотой излучаемой волны — обе следуют треугольному закону изменения частоты, за исключением временной разницы. Используя эту небольшую временную разницу и скорость распространения волны (скорость света C), можно вычислить расстояние D от зонда до объекта (поверхности воды), после чего, вычитая полученное расстояние D из измерительного диапазона, определяется уровень воды.

В то же время радиолокационный датчик скорости излучает электромагнитные волны в направлении водной поверхности. При встрече этих волн с движущейся водной поверхностью происходит их рассеяние, что приводит к образованию эхо‑сигналов. Благодаря частотному смещению принимаемых эхо‑сигналов по сравнению с исходной частотой излучения скорость водной поверхности можно определить на основе уравнения Доплера.

Затем основной блок радарного расходомера использует встроенные алгоритмы «зависимость уровня воды от площади поперечного сечения» и «соотношение между поверхностной скоростью и ламинарной скоростью», чтобы определить площадь поперечного сечения и расход. Вычисляя взаимосвязь между уровнем воды и площадью поперечного сечения, а также между поверхностной и ламинарной скоростями, можно рассчитать площадь поперечного сечения и расход.

1.3 Мониторинг осадков

Принятие дождемера с опрокидывающимся ведёрком. При работе дождемера собранная у входного отверстия дождевая вода фильтруется через верхний воронкообразный приемник и поступает в измерительное опрокидывающееся ведро. Это ведро представляет собой механическую бистабильную конструкцию: когда одно отделение наполняется водой, другое находится в состоянии ожидания; при достижении заданного объёма воды под действием силы тяжести оно переворачивается и переходит в состояние ожидания, тогда как второе отделение принимает дождевую воду. По мере набора воды до установленного уровня оно самостоятельно опрокидывается и снова переходит в состояние ожидания. На боковой стенке опрокидывающегося ведра установлен постоянный магнит; при его повороте он проходит мимо сухого герконового переключателя, вызывая попеременное замыкание и размыкание контактов. Каждый раз, когда ведро опрокидывается, герконовый переключатель подаёт сигнал включения‑выключения (импульсный сигнал).

Таким образом, количество перекидываний опрокидывающегося ведёрка подсчитывается путём сканирования сухого геркона магнитным стальным элементом и формирования импульсных сигналов. Каждый зафиксированный импульс соответствует осадкам толщиной 0,5 или 0,2 миллиметра, что обеспечивает функцию телеметрии осадков.

1.4 Метеорологический мониторинг

Применение интегрированного жалюзийного короба и датчика скорости и направления ветра. Мониторинг температуры и других метеорологических параметров на шлюзе и в его непосредственном окружении позволяет своевременно предупреждать о таких ситуациях, как обледенение шлюза и выход оборудования из строя.

Устройство может широко применяться для мониторинга окружающей среды, объединяя функции измерения уровня шума, концентрации частиц PM2,5 и PM10, температуры и влажности, атмосферного давления и освещённости. Оно устанавливается в решётчатом коробе и использует стандартный протокол связи MODBUS‑RTU с выходом сигнала по интерфейсу RS485. Дальность связи достигает 2000 метров (по измерениям). Этот передатчик широко применяется в самых разных ситуациях, где требуется измерение температуры и влажности окружающей среды, уровня шума, качества воздуха, атмосферного давления, освещённости и т. п. Он безопасен, надёжен, эстетичен, прост в установке и долговечен.

Передатчик направления ветра компактен и лёгок по конструкции, удобен в переноске и сборке, а также позволяет эффективно получать данные о направлении и скорости ветра. Корпус выполнен из поликарбонатного композитного материала, обладающего высокими антикоррозионными и противоэрозионными свойствами, что обеспечивает отсутствие деформации при длительной эксплуатации. Вместе с тем он оснащён внутренней системой гладких подшипников, гарантирующей точность измерений.

Мониторинг деформаций:
Мониторинг деформаций осуществляется с использованием комбинации ручных и автоматизированных методов наблюдений на основе ГНСС.

Наблюдение за искусственным смещением осуществляется путём устройства пунктов наблюдения за деформациями и применения измерительных приборов, таких как теодолиты и тахеометры, для контроля деформаций плотины.

Система ГНСС в основном включает в себя глобальную систему позиционирования (GPS) Соединённых Штатов и российскую спутниковую навигационную систему ГЛОНАСС.

(ГЛОНАСС), китайская система спутниковой навигации «Бэйдоу» (BDS) и европейская система спутниковой навигации «Галилео» (GALILEO), а также другие. Технология ГНСС обладает преимуществами в реальном времени, непрерывности, глобальности, автоматизации и всепогодности. Она успешно применяется для мониторинга деформаций автомобильных дорог, мостов, сверхвысотных зданий, железнодорожных путей, водосливных сооружений и склонов гидротехнических сооружений. Кроме того, она играет важную роль в мониторинге и раннем предупреждении о просадках грунта, оползнях на склонах из расширяющихся глин, сходах оползней, геологических катастрофах и других опасных явлениях.

Путём непрерывного наблюдения за станциями GNSS‑мониторинга можно получать данные о координатах каждой измерительной точки в различные моменты времени; затем с использованием высокоточных вычислительных технологий и соответствующего программного обеспечения обрабатываются эти данные, устраняются различные факторы погрешности, обусловленные воздействием окружающей среды, и производится их сравнение с исходными результатами, что позволяет определить перемещения каждой контрольной точки в разные периоды; наконец, полученные результаты мониторинга отображаются на системной платформе наблюдения, обеспечивая оперативное информирование персонала на объекте о текущем состоянии конструкции.

Мониторинг фильтрации:
В основном включает мониторинг подъёмного давления, мониторинг фильтрации у створа затвора, мониторинг боковой фильтрации и т. п.

Проницаемость коренных пород в сооружениях водосливных затворов изменяется вследствие наличия структурных трещин, а возникающее при этом подъёмное давление усиливает скользящее усилие на основании затвора, повышая вероятность повреждения его фундамента. Поэтому мониторинг подъёмного давления и анализ изменений характеристик фильтрации имеют крайне важное значение.

В то же время шлюзовые сооружения, работающие при высоком напоре воды, а также сооружения с хорошей водопроницаемостью грунтов по обеим сторонам, вызывают боковое фильтрационное течение. Боковое фильтрационное течение создаёт боковое горизонтальное водное давление на береговую стенку и крыло‑стенку, что влияет на их устойчивость; возможны повреждения вследствие фильтрации в районе выхода фильтрационных потоков, а также в зоне стыка насыпи с береговой стенкой или крыло‑стенкой. Поэтому боковое фильтрационное течение также является одним из ключевых объектов мониторинга фильтрации в водосбросных сооружениях.

Состояние фильтрации в сооружении водосброса можно контролировать путём установки измерительных труб для определения давления в соответствующих точках — например, на опорах и в элементах защиты откосов — а также монтажа манометров, датчиков подъёмного давления и других приборов. При превышении установленного порогового значения система автоматически подаёт сигнал тревоги, что обеспечивает стабильность работы сооружения водосброса, позволяет своевременно выявлять потенциальные угрозы безопасности и создаёт надёжные гарантии безопасной эксплуатации водосброса.

Мониторинг напряжений и деформаций:
Установив вибрационные проволочные поверхностные тензометры на поверхности гидротехнических сооружений или других конструкций, можно измерять деформации на их поверхности и одновременно регистрировать температуру в местах монтажа.

Вибрационный проволочный поверхностный датчик деформации обладает низким модулем упругости, хорошей сопоставимостью с характеристиками измеряемой конструкции и не вносит изменений в исходное напряжённое поле при проведении измерений. Он выполнен в компактном исполнении, полностью из нержавеющей стали, отличается простотой монтажа и надёжностью эксплуатации, а также подлежит переработке и повторному использованию.

При деформации испытуемой конструкции происходит деформация поверхностного тензометра, а эта деформация передаётся вибрирующей струне через передние и задние опорные узлы, что приводит к изменению напряжений в струне и, соответственно, к изменению её частоты колебаний. Электромагнитная катушка возбуждает вибрацию струны и измеряет её частоту. Сигнал частоты по кабелю передаётся на устройство считывания, позволяя оценить деформацию конструкции. Одновременно осуществляется измерение температурных значений скрытых точек.

Мониторинг трещин и конструкционных стыков:
Под совокупным воздействием внутренних и внешних температурных перепадов, усадки бетона, внешних ограничений и неравномерной осадки основания в бетоне устоя затвора могут возникать трещины, что существенно снижает долговечность сооружения и нередко становится причиной его повреждений.

Установив трещиномеры на трещины, можно осуществлять мониторинг существующих трещин в опоре водосливной плотины и анализировать их изменения, что позволяет обеспечить стабильность и целостность конструкции водосливной плотины и гарантировать её безопасную эксплуатацию.

Когда измеряемая конструкция подвергается смещению, это приводит к расширению и сжатию измерительного стержня поверхностного датчика деформации; через универсальный шарнир это перемещение передаётся вибрирующей проволоке, вызывая изменение её напряжения и, соответственно, частоты колебаний. Электромагнитная катушка возбуждает вибрацию проволоки и измеряет её частоту. Сигнал о частоте по кабелю передаётся устройству считывания, которое позволяет определять смещение измеряемой конструкции и одновременно измерять температуру закладной точки.

Мониторинг состояния ворот и подъёмного механизма:
В основном включает открытие затвора, контроль напряжения и тока лебёдки и т. п.

Контроль открытия ворот:

Путём мониторинга открытия затвора в режиме реального времени можно своевременно выявлять нештатные ситуации и угрозы безопасности, такие как заклинивание и деформация при эксплуатации затвора, а также принимать соответствующие меры по техническому обслуживанию, обеспечивая безопасную работу затвора.

В условиях экстремальных погодных явлений или при изменении уровня воды мониторинг степени открытия затвора позволяет инженерам оперативно корректировать его положение, обеспечивая адаптацию к изменениям окружающей среды и снижая риск повреждения оборудования или возникновения аварийных ситуаций, связанных с неправильной эксплуатацией.

В то же время это позволяет сократить частоту ручных проверок, снизить трудозатраты и, благодаря анализу данных, заранее выявлять потенциальные проблемы, уменьшая простои и повышая общую эффективность работы.

Установив соответствующие датчики шлагбаума для мониторинга его открытия в режиме реального времени, эти датчики преобразуют информацию об открытии шлагбаума в электрические сигналы и передают их в центр управления для обработки и анализа.

Контроль напряжения и тока в распределительном устройстве:

Мониторинг изменений напряжения и тока в приводном двигателе позволяет определить его рабочее и эксплуатационное состояние.

Напряжение является основой нормальной работы оборудования, и как повышенное, так и пониженное напряжение могут негативно сказаться на его эксплуатации. Высокое напряжение может привести к выходу оборудования из строя, тогда как низкое — к замедлению работы, снижению эффективности или даже невозможности запуска устройства. Мониторинг напряжения позволяет своевременно выявлять его колебания и отклонения от нормы и принимать соответствующие меры, предотвращая повреждение оборудования вследствие проблем с напряжением и продлевая срок его службы.

Ток — важный параметр, отражающий режим нагрузки оборудования. Путём мониторинга тока можно определить, работает ли оборудование при нормальной нагрузке, предотвращая такие проблемы, как перегрев и повреждения, вызванные чрезмерной или несбалансированной нагрузкой. Избыточный ток или нарушение трёхфазной симметрии могут свидетельствовать о внутренних неисправностях оборудования, таких как недостаток смазки в подшипниках, замыкание ротора и др. Своевременный контроль тока позволяет предотвратить эти неисправности и сократить время простоя оборудования.

С помощью интеллектуальной системы мониторинга напряжение и ток механизма открывания‑закрывания ворот могут отслеживаться в режиме реального времени, что обеспечивает работу оборудования в пределах нормального рабочего диапазона. При выявлении отклонений напряжения или тока система автоматически подаёт сигнал тревоги и уведомляет руководящий персонал посредством компьютеров, мобильных приложений и других каналов, гарантируя оперативное устранение возникших проблем.

‌‌‌‌

Видеонаблюдение с использованием ИИ:
Система видеонаблюдения позволяет в режиме реального времени контролировать ключевые зоны контрольно-пропускного пункта — такие как проходные, операторские помещения и др. — обеспечивая безопасность персонала и оборудования. Благодаря высококачественным камерам и технологиям интеллектуального распознавания система способна автоматически выявлять отклонения от нормального поведения, своевременно подавать предупредительные сигналы и предотвращать возможные угрозы безопасности.

Система видеонаблюдения позволяет круглосуточно и во всех направлениях контролировать контрольно-пропускной пункт, сокращая необходимость вручную осуществлять патрулирование и снижая трудозатраты. Руководящий персонал через центр мониторинга в режиме реального времени отслеживает ситуацию на объекте, оперативно выявляет и устраняет возникающие проблемы, повышая эффективность управления.

Изображения и видеоданные, записываемые системой видеонаблюдения, могут служить важной основой для анализа работы контрольно-пропускного пункта, оптимизации графиков работы и повышения эффективности использования ресурсов. Система также способна автоматически формировать различные отчёты, обеспечивая управленческий отдел комплексной информационной поддержкой.

Между тем системы видеонаблюдения обладают сдерживающим эффектом и позволяют существенно снизить количество преступных проявлений, таких как кражи и ограбления. Записывая в реальном времени происходящее на месте, система видеонаблюдения служит основой для расследования дела и используется для сбора доказательств после его завершения.

‌

Автоматизированный дроновый патруль:
Система автономной инспекции с использованием беспилотных летательных аппаратов может включать устройства конечного уровня восприятия, такие как беспилотные летательные аппараты, камеры с двойным световым панорамно‑наклонным модулем, дистанционные громкоговорители и крупные автоматизированные станции для зарядки, а также сетевую инфраструктуру, включая услуги высокоточного позиционирования на уровне сантиметров.

В рамках системы может быть разработана платформа управления полётами, состоящая из таких модулей, как обзор аэропорта, планирование задач, планирование маршрутов, управление оборудованием, управление тревогами и системное управление. Она оснащена различными алгоритмами искусственного интеллекта, такими как распознавание плавающих объектов и распознавание рыболовных сетей, что позволяет оперативно выявлять изменения уровня воды и потенциальные проблемы с плотиной.

Автономная система инспекции с использованием беспилотных летательных аппаратов является идеальным дополнением к «воздушной» системе мониторинга и восприятия интегрированной системы мониторинга и восприятия «небо‑земля‑вода» в сфере водного хозяйства. Она обеспечивает управление и автоматическую проверку таких объектов, как машинные узлы и беспилотные летательные аппараты, в режиме безлюдной эксплуатации, удовлетворяя потребности в полностью автоматическом и непрерывном обследовании гидротехнических сооружений и оползней. В случае возникновения чрезвычайной ситуации система посредством функции руководимого полёта отображает видеопоток с дрона в реальном времени, оперативно получая информацию с места событий. Кроме того, система позволяет осуществлять сбор данных обследования и высококачественных изображений гидротехнических сооружений и оползней с различных времён, углов и направлений, формируя соответствующую базу данных.

Введение в платформу
Базовая версия системы мониторинга и управления безопасностью шлюза включает в себя, в основном, такие функции, как управление базовой информацией, управление эксплуатацией шлюза, географический анализ шлюза, анализ работы шлюза, управление безопасностью шлюза, управление техническим обслуживанием шлюза и видеомониторинг.

Система обеспечивает автоматизированный контроль и видеомониторинг работы шлюзов, а также автоматизированный сбор, передачу, поиск и обработку данных о водных ресурсах, что позволяет осуществлять автоматическое управление шлюзами, снижать трудоёмкость работы персонала и помогать руководящему составу в осуществлении надзора и планировании.

Платформа управления 3D‑визуализацией интеллектуальных водосливных сооружений основана на передовых технологиях цифрового двойника. Благодаря технологии цифрового двойника и продвинутым алгоритмам обработки данных платформа обеспечивает комплексный мониторинг, техническое обслуживание и управление водосливными сооружениями. Пользователи могут получать через платформу актуальные данные о состоянии работы и окружающей среде водосливного сооружения, а также осуществлять дистанционное управление, что повышает эффективность противопаводковых мер и скорость реагирования объектов водосливной системы.

Проект «цифрового близнеца шлюза» предполагает использование передовых цифровых технологий для оцифровки в реальном времени таких экологических данных, как физическая структура сооружения, динамика водотока и качество воды, а также для создания виртуальной модели, соответствующей реальному шлюзу. С помощью этой виртуальной модели можно имитировать работу водосливных затворов, прогнозировать движение воды, выявлять неисправности и организовывать техническое обслуживание. Проект «цифрового близнеца шлюза» обладает следующими особенностями:

1. Динамический мониторинг в реальном времени: с помощью датчиков и контрольных устройств осуществляется сбор данных о состоянии работы, изменениях уровня воды, скорости течения и других параметрах водосливной плотины; эти данные преобразуются в цифровой формат и в режиме реального времени обновляются в виртуальной модели.

2. Интеллектуальное моделирование эксплуатации: с помощью виртуальных моделей можно имитировать и прогнозировать различные режимы работы водосливных сооружений, а также применять передовые технологии и алгоритмы моделирования для обеспечения интеллектуальной поддержки принятия решений в сфере эксплуатации и управления водосливными сооружениями.

3. Диагностика неисправностей и управление техническим обслуживанием: с помощью виртуальных моделей можно осуществлять диагностику неисправностей и управление техническим обслуживанием водосливных сооружений, заранее выявлять и устранять возникающие проблемы, обеспечивая их надлежащую эксплуатацию.

4. Обмен данными и совместная работа: Виртуальные модели позволяют осуществлять обмен данными и организовывать совместную работу с помощью платформ облачных вычислений, а различные подразделения могут совместно использовать виртуальные модели для управления и эксплуатации водосливных сооружений.

5. Управление безопасностью: круглосуточно осуществляется видеонаблюдение за прилегающей территорией водного шлюза с помощью камер видеонаблюдения; видеопоток передаётся на сервер для обработки и хранения. Пользователи могут в режиме реального времени просматривать видеозаписи с платформы и незамедлительно принимать соответствующие меры по обеспечению безопасности при выявлении нештатных ситуаций.

Внедрение проектов цифровых двойников водосливных шлюзов позволяет повысить эксплуатационную эффективность и безопасность этих сооружений, сократить число человеческих ошибок и аварий, а также обеспечить новую техническую поддержку в сфере управления городскими водными ресурсами и проведения мероприятий по предотвращению наводнений. Реализация онлайн‑управления полным жизненным циклом водосливных шлюзов, усиление анализа рисков и систем оповещения при открытии и закрытии шлюзов — всё это способствует обеспечению их надёжной и безопасной эксплуатации.

Системная ценность
1. Повышение уровня интеллектуализации управления городскими водными ресурсами: система мониторинга и управления безопасностью водосливных сооружений позволяет осуществлять интеллектуальный мониторинг, имитацию эксплуатации и поддержку принятия решений по управлению водосливными сооружениями, повышая уровень интеллектуализации управления городскими водными ресурсами и обеспечивая города более безопасной и надёжной питьевой водой и водоснабжением.

2. Повышение эффективности и уровня работы по управлению городскими наводнениями: проект цифрового двойника шлюза позволяет осуществлять в режиме реального времени динамический мониторинг и моделирование его эксплуатации, повышать операционную эффективность и безопасность шлюза, укреплять потенциал и уровень системы управления городскими наводнениями и снижать воздействие наводнений на город.

3. Содействие инновациям и развитию технологий городского водного хозяйства: проект цифрового двойника шлюза должен обеспечивать сбалансированное сочетание цифровых технологий и технологий водного хозяйства, способствовать их интеграции и инновационному развитию, а также предоставлять новые идеи и методы для совершенствования технологий городского водного хозяйства.

В целом проект цифрового двойника водосливной плотины обладает значительными перспективами применения в сфере управления городскими водными ресурсами и в работе по предотвращению наводнений. Он способен повысить уровень интеллектуализации управления водными ресурсами, укрепить потенциал и эффективность мероприятий по защите от наводнений, стимулировать инновационное развитие технологий в области гидротехнического строительства, а также улучшить качество городской водной среды и состояние экологического здоровья. Надеюсь, что благодаря постоянным технологическим инновациям и практическим экспериментам проект цифрового двойника водосливной плотины сможет обеспечить более надёжную техническую поддержку и комплексные решения для управления городскими водными ресурсами и реализации мер по предотвращению наводнений.