خطة البناء لنظام مراقبة وإدارة السلامة لبوابات المياه الكبيرة والمتوسطة الحجم

مقدمة الخلفية
في الوقت الحالي، أنشأت الصين 100321 بوابة مائية بسرعة تدفق تبلغ 5 أمتار مكعبة/ثانية أو أكثر، بما في ذلك 923 بوابة مائية كبيرة و6697 بوابة مائية متوسطة الحجم؛ ووفقًا لأنواع البوابات المائية، هناك 8193 بوابة لتحويل الفيضانات، و17808 بوابات للتصريف (التراجع)، و4955 بوابة لمنع المد، و13796 بوابة للتحويل، و55569 بوابة تحكم، والتي تتمتع بفوائد اقتصادية واجتماعية هائلة في مجال مكافحة الفيضانات والحد من الكوارث، وتحسين تخصيص الموارد المائية، وتعزيز البيئة الإيكولوجية.

ومع ذلك، وبسبب القيود الاقتصادية والاجتماعية والتكنولوجية خلال فترة البناء، تعاني بوابات المياه في الصين عمومًا من مشكلات مثل المعايير المنخفضة وسوء الجودة وعدم اكتمال المرافق الداعمة. وتحت تأثير فكرة "إعادة بناء الإدارة الخفيفة"، تفتقر معظم بوابات المياه إلى الإدارة والصيانة الفعّالة بعد الانتهاء منها. وبعد تشغيل طويل الأمد، توجد حاليًا العديد من مخاطر السلامة والتهديدات الواضحة التي تؤثر على التشغيل الآمن.

تُعد مراقبة السلامة وسيلة مهمة للإلمام في الوقت المناسب بالحالة التشغيلية لمشاريع بوابات المياه، وتحليل الحالات غير الطبيعية، وضمان سلامة تشغيل المشروع. ومن أجل الإلمام الشامل بجهود مراقبة السلامة لبوابات المياه الكبيرة والمتوسطة الحجم على مستوى البلاد، أصدر قسم إدارة العمليات التابع لوزارة الموارد المائية في 29 أبريل 2022 خطابًا بعنوان "التحقيق في مراقبة سلامة بوابات المياه الكبيرة والمتوسطة الحجم على مستوى البلاد" (Yunguan Han [2022] No. 3)، يطلب من إدارات المياه الإقليمية ووكالات إدارة الأحواض الإشراف وتوجيه وحدات إدارة بوابات المياه الكبيرة والمتوسطة الحجم التابعة لها لتعبئة استمارة المسح الخاصة بمراقبة السلامة لبوابات المياه الكبيرة والمتوسطة بدقة حسب الوضع الفعلي. وفي 12 نوفمبر 2024، صدر إشعار من قسم إدارة العمليات بوزارة الموارد المائية بشأن إعداد خطط تنفيذية لمراقبة سلامة السدود الهامة وبوابات المياه الكبيرة والمتوسطة خلال فترة الخطة الخمسية الخامسة عشرة (Yunguan Han [2024] No. 22)، يطالب إدارات المياه الإقليمية ووكالات إدارة الأحواض بإعداد خطط تنفيذية لمراقبة سلامة بوابات المياه الكبيرة والمتوسطة خلال فترة الخطة الخمسية الخامسة عشرة.

فيما يتعلق بالوضع الحالي والمشاكل القائمة في مراقبة سلامة بوابات المياه الكبيرة والمتوسطة الحجم في الصين، تفتقر العديد من أنظمة مراقبة سلامة البوابات إلى التكنولوجيا المتقدمة وتعتمد بشكل رئيسي على الملاحظة اليدوية، مع مستويات منخفضة من الأتمتة، وهي بحاجة ماسة إلى التحديث والتجديد.

مقدمة النظام
يجمع نظام مراقبة وإدارة سلامة بوابات المياه بين "إجراءات إدارة تشغيل بوابات المياه"، و"الآراء التوجيهية بشأن تعزيز الإدارة المعيارية لمشاريع الحفاظ على المياه"، و"المواصفات الفنية لمراقبة سلامة بوابات المياه"، وذلك لتوحيد تصميم وبناء أنظمة مراقبة السلامة، وإدارة وحماية مرافق مراقبة السلامة، وكذلك تجميع وتحليل بيانات مراقبة السلامة ومراقبتها.

في السنوات الأخيرة، استمرت تقنية مراقبة السلامة في التقدم، وتحسنت تدريجيًا مرافق المراقبة مثل الموزعة وغير المتصلة والآلية والمتصلة بالشبكة. ويمكن للوسائل التكنولوجية مثل البيانات الضخمة وإنترنت الأشياء والروبوتات والاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية والذكاء تحقيق مراقبة على مدار الساعة وعلى نطاق واسع في بيئات معقدة. وسوف تستفيد منظومة مراقبة وإدارة سلامة بوابات المياه بشكل فعال من التقنيات والوسائل الجديدة لتحسين مستوى عصرنة تشغيل وإدارة بوابات المياه بشكل شامل، وتعزيز التنمية عالية الجودة في مجال الحفاظ على المياه، وضمان الأمن المائي الوطني.

يشمل نظام مراقبة السلامة والتحليل والإنذار المبكر نظام مراقبة المعلومات الآلي، ونظام الفحص الذكي، وتحليل بيانات المراقبة ونظام الإنذار المبكر، وغيرها.

مخطط توافقيات النظام

طبقة الإدراك

تشمل طبقة الإدراك جميع معلومات حالة المياه والمعلومات الهندسية ومقاطع الفيديو من الموقع وغيرها داخل بوابة المياه، وذلك باستخدام تقنية الإدراك الشاملة: جهاز قياس مستوى المياه، ومقياس التدفق، ونظام تحديد المواقع العالمي (GNSS)، ومعدات المراقبة التلقائية بالفيديو، وغيرها من تقنيات الاستشعار التي تتيح إدراكًا دقيقًا وجمعًا في الوقت الحقيقي للمعلومات ذات الصلة مثل الظروف الهندسية وظروف المياه والملاحظات البيئية في المنطقة بأكملها. ومن خلال جمع المعلومات في الوقت الحقيقي، يتم توفير أساس للتحليل واتخاذ القرارات لصالح نظام مراقبة وإدارة سلامة بوابة المياه.

طبقة النقل

تشمل طبقة النقل شبكة المنطقة المحلية حيث يقع مستخدمو كل مستوى من النظام، وشبكة المنطقة الواسعة التي تربط شبكات المنطقة المحلية لكل مستوى. إنها منصة لنقل مختلف المعلومات التجارية وحاملة لبيانات النظام، وتوفّر قناة نقل موثوقة وآمنة لجمع المعلومات والصور الفيديوية وأنواع أخرى من المعلومات.

يمكن لمركز إدارة المراقبة مراقبة معدات المراقبة في الموقع عن بُعد. تتواصل المعدات الموجودة في الموقع مع جهاز الكمبيوتر الخاص بقسم الإدارة الأعلى مستوى من خلال طرق شبكات مرنة مثل شبكات 5G/4G والشبكات السلكية، لتحقيق المراقبة عن بُعد.

تعتمد وحدات RTU اللاسلكية للواجهة الأمامية وأجهزة اكتساب البيانات متعددة الوظائف وغيرها على شبكات الاتصالات المتنقلة وشبكات اتصالات الإيثرنت، إلخ، وبالتعاون مع معدات واجهة مركز البيانات، توفر قنوات نقل بيانات مشفرة باستخدام بروتوكول الهيدرولوجيا والموارد المائية لتشكيل شبكة بيانات خاصة بالمستخدم.

الإدارة

تعد طبقة إدارة البيانات مركزًا لتجميع وتوزيع معلومات النظام، وكذلك المنطقة الأساسية لتخزين وإدارة البيانات. يشمل محتوى إدارة البيانات قواعد بيانات تم إنشاؤها ذاتيًا لمراقبة بوابات المياه، والمراقبة بالفيديو، والإدارة الآلية للأعمال، وتحليل البيانات، وغيرها، وذلك اعتمادًا على أطر البيانات المكانية.

طبقة التطبيق

تعد طبقة التطبيق جوهر تنفيذ النظام لـ "الذكاء المنصوري، والإدارة المسطحة، والخدمات المسبقة". تدير هذه الطبقة بيانات مراقبة بوابات المياه وتحللها بشكل شامل، كما توفر واجهات خدمة قياسية لتوفير الوظائف ومشاركة الخدمات من أجل البناء السريع لأنظمة تطبيقات الأعمال.

خطة تنفيذ البناء
وفقًا للمعايير الفنية ذات الصلة ومتطلبات الوثائق، قم تدريجيًا بإنشاء وتحسين مرافق مثل كمية البيئة والتشوهات والتسرب والإجهاد-الانفعال ودرجة الحرارة، بالإضافة إلى أنظمة الرصد الخاصة والأتمتة لبوابات المياه الحالية الكبيرة والمتوسطة الحجم؛ عزز التحذير من المخاطر المرتبطة بفتح وإغلاق البوابات، وشجع تطبيق تقنيات متطورة مثل الاستشعار عن بعد بالأقمار الصناعية، وGNSS (Beidou)، والمركبات الجوية غير المأهولة، وغيرها، مع الأخذ في الاعتبار بشكل شامل احتياجات الرصد اليومية والطارئة، وتعزيز التحقق المتبادل والتحليل المترابط للبيانات المختلفة من عمليات الرصد، وتحسين مستوى الاستشعار الديناميكي لجميع العناصر والتنسيق الثلاثي الأبعاد على مدار الساعة لبوابات المياه، وبناء شبكة متكاملة للرصد والاستشعار تُعرف باسم "شبكة السماء والأرض وهندسة المياه"، وكذلك تعزيز القدرات الشاملة لمراقبة واستشعار سلامة بوابات المياه؛ وادعم تحسين مكتبة نماذج بوابات المياه وقاعدة المعرفة في منصة الري الرقمية المزيفة، وادعم إنشاء بوابات مياه رقمية مزيفة، وتحقق من المشاريع الأربع المسبقة لأعمال الري.

المراقبة البيئية:
يشمل بشكل رئيسي مراقبة منسوب المياه قبل وبعد البوابة، ومراقبة التدفق عبر البوابة، ومراقبة هطول الأمطار، والمراقبة الجوية، وغيرها.

يُعد مراقبة المعايير البيئية لبوابات المياه حلقة رئيسية في إدارة سلامة البوابات المائية. ومن خلال إنشاء نقاط مراقبة لهطول الأمطار والعناصر الجوية حول موقع السدادة، وإعداد نقاط قياس منسوب المياه وتدفقها أعلى وأسفل السدادة، يتم اختيار أجهزة الاستشعار المناسبة بناءً على البيئة المكانية للحصول على معلومات جوية حقيقية في الوقت الفعلي، وبيانات عن منسوب المياه وظروف تدفق المياه، مما يوفر دعمًا مهمًا للتخطيط العلمي والتشغيل الآمن للسدادة.

1.1 مراقبة منسوب المياه

استخدم مقياس مستوى المياه بالرادار. فهم آني لتغيرات منسوب المياه، والتنبؤ الهيدرولوجي في الوقت المناسب وإدارة الجدولة.

جهاز قياس مستوى المياه بالرادار هو جهاز أوتوماتيكي بالكامل يعتمد على تقنية رادار الموجات المليمترية، حيث يستخدم وظيفة تحديد المدى لرادار النبض عالي التردد أو الموجة المستمرة ذات التشكيل الترددي (FMCW) لتحقيق قياس مستوى المياه. عندما يعمل الجهاز، تُصدر مسبار مستوى المياه نبضات عالية التردد أو موجات مستمرة نحو الأسفل. وعندما تلامس هذه النبضات أو الموجات المستمرة سطح الماء، تنعكس ثم يتم استقبالها بواسطة المسبار. هناك فرق زمني بين إرسال واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية. وباستخدام هذا الفرق الزمني الصغير وسرعة انتقال الموجة (سرعة الضوء C)، يمكن حساب المسافة H2 من المسبار إلى الهدف (سطح الماء). ومن ثم، يمكن الحصول على مستوى المياه h بطرح المسافة H2 من المدى H1.

1.2 مراقبة تدفق الجسر العلوي

يمكن استخدام مقياس التدفق الراداري. مقياس التدفق الراداري هو مقياس تدفق آلي بالكامل يعتمد على تقنية رادار الموجات المليمترية. يستخدم مقياس التدفق الراداري أولاً وظيفة تحديد المدى لرادار الموجة المستمرة ذات التردد المتغير (FMCW) لقياس مستوى المياه. عندما يعمل، تصدر مسبار مستوى المياه موجة مستمرة عالية التردد نحو الأسفل. تنعكس الموجة المستمرة عند اصطدامها بسطح الماء ثم يتم استقبالها بواسطة المسبار. تكون تردد الصدى المستلم مطابقًا للتردد المنبعث، وكلاهما يتبع نمط الموجة المثلثية، باستثناء فارق زمني صغير. من خلال استخدام هذا الفارق الزمني الصغير وسرعة انتقال الموجة (سرعة الضوء C)، يمكن حساب المسافة D من المسبار إلى الهدف (سطح الماء)، ومن ثم الحصول على مستوى المياه عن طريق طرح المسافة D من نطاق القياس.

في الوقت نفسه، تولد مسبار السرعة الراداري موجات كهرومغناطيسية باتجاه سطح الماء. وعندما تلتقي الموجات الكهرومغناطيسية بسطح الماء المتحرك، تنثني وتُشكّل أصداءً. ونظرًا لانزياح التردد في الأصداء المستلمة مقارنةً بتردد الإرسال، يمكن الحصول على سرعة سطح الماء من معادلة دوبلر للتردد.

يستخدم جهاز قياس تدفق الرادار المضيف بعد ذلك "خوارزمية مستوى المياه - المساحة المقطعية" المدمجة و"خوارزمية العلاقة بين سرعة السطح وسرعة التدفق الصفحي" للحصول على المساحة المقطعية ومعدل التصريف. ومن خلال حساب العلاقة بين مستوى المياه والمساحة المقطعية، وكذلك بين سرعة السطح وسرعة التدفق الصفحي، يمكن تحديد المساحة المقطعية ومعدل التدفق.

1.3 مراقبة هطول الأمطار

اعتماد مقياس أمطار بدلّة الالتفاف. عندما يكون مقياس الأمطار قيد التشغيل، يتم تصفية مياه الأمطار المجمعة عند مدخل المياه عبر القمع العلوي وإدخالها إلى دلو القياس ذي الدَّلْفَتَيْنِ. دلو الالتفاف هو هيكل ميكانيكي ثنائي الاستقرار؛ فعندما يحصل أحد المقصورتين على الماء، تكون المقصورة الأخرى في حالة انتظار. وعندما يصل حجم مياه الأمطار المتلقاة إلى القيمة المحددة مسبقًا، وبفعل الجاذبية، ينقلب الدلو ويصبح في حالة انتظار، بينما تكون الحجرة الأخرى في حالة العمل وتستقبل مياه الأمطار. وعندما يصل منسوب المياه فيها إلى القيمة المحددة مسبقًا، تنقلب تلقائيًا مرة أخرى وتنتقل إلى حالة الانتظار. وهناك مغناطيس دائم مثبت على الجدار الجانبي لدلو الالتفاف، يمر بجانب مفتاح التلامس الجاف عندما ينقلب الدلو، مما يؤدي إلى تشغيل مفتاح التلامس الجاف وإيقافه بشكل متناوب. يرسل مفتاح التلامس الجاف إشارة تشغيل وإيقاف (إشارة نبضية) في كل مرة ينقلب فيها دلو الالتفاف.

بهذه الطريقة، يتم حساب عدد عمليات قلب الدلو من خلال مسح مفتاح القصب الجاف باستخدام فولاذ مغناطيسي وإرسال إشارات نبضية. تمثل كل إشارة نبضية مسجلة هطولًا بمقدار 0.5 أو 0.2 ملليمتر، مما يحقق الغرض من القياس عن بُعد لهطول الأمطار.

1.4 المراقبة الجوية

اعتماد صندوق مزود بفتحات متكامل وجهاز استشعار لسرعة الرياح واتجاهها. كما أن مراقبة درجة الحرارة والمعلومات الجوية الأخرى للبوابة والبيئة المحيطة بها لها تأثير تحذيري على حالات مثل تجمد البوابة وتعطل المعدات.

يمكن استخدام الجهاز على نطاق واسع للكشف البيئي، حيث يدمج جمع الضوضاء، وجسيمات PM2.5 وPM10، ودرجة الحرارة والرطوبة، والضغط الجوي والإضاءة. يتم تركيبه في صندوق مزود بفتحات تهوية، ويعتمد بروتوكول الاتصال القياسي MODBUS-RTU مع إخراج إشارة RS485. يمكن أن تصل مسافة الاتصال إلى 2000 متر (حسب القياس). يستخدم هذا المرسل على نطاق واسع في حالات مختلفة تتطلب قياس درجة حرارة الرطوبة البيئية، والضوضاء، وجودة الهواء، والضغط الجوي، والإضاءة، وغيرها. إنه آمن وموثوق به، كما أنه يتميز بالجمال المظهر، وسهولة التركيب، وقوة التحمل.

جهاز إرسال اتجاه الرياح صغير الحجم وخفيف الوزن في المظهر، سهل الحمل والتجميع، ويمكنه الحصول بفعالية على معلومات حول اتجاه وسرعة الرياح. الهيكل مصنوع من مادة البولي كربونات المركبة، التي تتمتع بخصائص جيدة في مقاومة التآكل والتآكل، مما يضمن عدم تشوه جهاز الإرسال أثناء الاستخدام طويل الأمد. وفي الوقت نفسه، يتماشى مع نظام محمل داخلي سلس لضمان جمع المعلومات بدقة.

مراقبة التشوه:
يعتمد مراقبة التشوه على مزيج من أساليب الملاحظة اليدوية والآلية باستخدام GNSS.

يتم تحقيق مراقبة النزوح الاصطناعي من خلال إنشاء نقاط مراقبة للتشوه واستخدام معدات المراقبة مثل الثيودوليت والمحطات الشاملة لمراقبة تشوه السد.

يشمل نظام GNSS بشكل رئيسي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التابع للولايات المتحدة ونظام الملاحة بالأقمار الصناعية GLONASS التابع لروسيا

(GLONASS)، ونظام بيدو الصيني للملاحة بالأقمار الصناعية (BDS)، ونظام غاليليو الأوروبي للملاحة بالأقمار الصناعية (GALILEO)، من بين أنظمة أخرى. تتميز تقنية GNSS بمزايا الوقت الفعلي والاستمرارية والعالمية والأتمتة والقدرة على العمل في جميع الأحوال الجوية. وقد تم تطبيقها بنجاح في مراقبة تشوه الطرق السريعة والجسور والمباني الشاهقة جدًا والسكك الحديدية وبوابات المياه ومنحدرات الحفاظ على المياه. كما لعبت دورًا مهمًا في مراقبة وتحذير مبكر من هبوط الأرض ومنحدرات التربة الممدة والانهيارات الأرضية والكوارث الجيولوجية وغيرها من المخاطر.

من خلال المراقبة المستمرة لمحطات مراقبة GNSS، يمكن الحصول على معلومات الموقع لكل نقطة مراقبة في أوقات مختلفة؛ ثم تُستخدم تقنيات حوسبة عالية الدقة لمعالجة معلومات الموقع باستخدام برامج، مع إزالة عوامل الخطأ الناتجة عن التأثيرات البيئية المختلفة، ومقارنتها بالنتائج الأولية للحصول على معلومات الإزاحة لكل نقطة مراقبة في أوقات مختلفة؛ وأخيرًا، ستُعرض نتائج المراقبة على منصة النظام للمراقبة، ليتمكن الموظفون في الموقع من فهم الحالة الهيكلية بشكل فوري.

مراقبة التسرب:
تشمل بشكل رئيسي مراقبة ضغط الارتفاع، ومراقبة تسرب أعمدة البوابات، ومراقبة تسرب المسارات الجانبية، وغيرها.

ستتغير نفاذية الصخور الأساسية في هندسة بوابات المياه بسبب وجود شقوق هيكلية، وسيؤدي ضغط الارتفاع الناتج إلى زيادة قوة الانزلاق لأساس البوابة، مما يزيد من احتمالية حدوث أضرار لأساس البوابة. لذلك، فإن مراقبة ضغط الارتفاع وتحليل التغيرات في خصائص التسرب أمران مهمان للغاية.

في الوقت نفسه، فإن البوابات ذات الرأس المائي العالي والبوابات ذات النفاذية الجيدة للتربة على كلا الجانبين ستنتج تسريبًا جانبيًا. ويؤدي التسريب الجانبي إلى توليد ضغط مائي أفقي جانبي على جدار الضفة وجدران الأجنحة، مما يؤثر على استقرارها؛ وقد تحدث أضرار بالتسريب عند مخرج التسريب، وكذلك عند التقاطع بين الردم وجدار الضفة أو جدران الأجنحة. ولذلك، يعد التسريب الجانبي أيضًا محورًا رئيسيًا لمراقبة تسرب بوابات المياه.

يمكن مراقبة حالة تسرب هيكل بوابة المياه من خلال تركيب أنابيب قياس الضغط في مواقع مناسبة مثل الأرصفة وحماية المنحدرات، ووضع عدادات ضغط، وعدادات لقياس ضغط الرفع، وغيرها. وعندما تتجاوز قيمة المراقبة العتبة المحددة، يطلق النظام إنذارًا تلقائيًا لضمان استقرار هيكل بوابة المياه، واكتشاف المخاطر المحتملة على السلامة في الوقت المناسب، وتوفير ضمانات قوية لتشغيل بوابة المياه بشكل آمن.

مراقبة الإجهاد والانفعال:
من خلال تركيب مقاييس شد سطحية ذات أسلاك اهتزازية على سطح الهياكل الهيدروليكية أو الهياكل الأخرى، يمكن قياس الشد على سطح الهيكل، كما يمكن قياس درجة الحرارة في نقاط التركيب بشكل متزامن.

تتميز مقاييس شد سطح السلك الاهتزازي بمعامل مرونة صغير وأداء تتبع جيد مع الهيكل المُقاس، كما أنها لن تتداخل مع مجال الإجهاد الأصلي أثناء القياس. تتمتع بتصميم شامل، وهيكل كامل من الفولاذ المقاوم للصدأ، وتركيب بسيط، واستخدام موثوق، ويمكن إعادة تدويرها وإعادة استخدامها.

عندما تخضع الهيكلة المختبرة للتشوه، فإنها ستؤدي إلى تشوه جهاز قياس الإجهاد السطحي، وسيتم نقل هذا التشوه إلى السلك الاهتزازي عبر مقاعد النهاية الأمامية والخلفية ليتحول إلى تغيرات في إجهاد السلك الاهتزازي، مما يؤدي بدوره إلى تغيير تردد اهتزاز السلك. تقوم الملف الكهرومغناطيسي بتحفيز الوتر الاهتزازي وقياس تردده. يتم نقل إشارة التردد إلى جهاز القراءة عبر الكابل لقياس شدّ الهيكلة. كما يتم قياس قيم درجة الحرارة للأماكن المدفونة بشكل متزامن.

مراقبة التشققات والوصلات الهيكلية:
تحت التأثيرات المشتركة للفروقات الداخلية والخارجية في درجة الحرارة، وانكماش الخرسانة، والقيود الخارجية، والتسوية غير المتكافئة للأساس، قد تحدث شقوق في خرسانة ركيزة البوابة، مما يؤثر بشكل كبير على متانة الهيكل وغالبًا ما يصبح سببًا لتلف الهيكل.

من خلال تركيب مقاييس الشقوق على الشقوق، يمكن مراقبة الشقوق الحالية على ركيزة البوابة، وتحليل الأنماط المتغيرة للشقوق لضمان استقرار وهيكلية بوابة المياه وسلامة تشغيلها.

عندما تخضع الهيكلة المقاسة للإزاحة، فإنها ستؤدي إلى دفع قضيب القياس الخاص بمقياس المفصل السطحي للتمدد والانكماش، ونقله إلى السلك المهتز عبر المفصل العالمي لتحويله إلى تغيير في إجهاد السلك المهتز، مما يؤدي بدوره إلى تغيير تردد اهتزاز السلك. تقوم الملف الكهرومغناطيسي بتحفيز الوتر المهتز وقياس تردده الاهتزازي. يتم نقل إشارة التردد إلى جهاز القراءة عبر الكابل، والذي يمكنه قياس إزاحة الهيكلة المقاسة وفي الوقت نفسه قياس درجة حرارة النقطة المدفونة.

مراقبة حالة البوابة والرافعة:
يشمل بشكل رئيسي فتح البوابة ومراقبة الجهد والتيار للرافعة، وغيرها

مراقبة فتح البوابة:

من خلال مراقبة فتح البوابة في الوقت الفعلي، يمكن اكتشاف الحالات غير الطبيعية ومخاطر السلامة مثل التعثر والتشوه أثناء تشغيل البوابة في الوقت المناسب، ويمكن اتخاذ تدابير الصيانة المقابلة لضمان التشغيل الآمن للبوابة.

في الظروف الجوية القاسية أو التغيرات في منسوب المياه، يمكن لمراقبة فتح البوابات أن تساعد المهندسين على تعديل فتح البوابات بسرعة لمواكبة التغيرات البيئية وتقليل الأضرار التي تلحق بالمعدات أو الحوادث الأمنية الناجمة عن التشغيل غير السليم.

في الوقت نفسه، يمكن أن يقلل من تكرار عمليات الفحص اليدوي، ويخفض تكاليف العمالة، ومن خلال تحليل البيانات، يمكن اكتشاف المشكلات المحتملة مسبقًا، مما يقلل من وقت التوقف ويحسن كفاءة العمل بشكل عام.

من خلال تركيب أجهزة استشعار مناسبة للبوابة لمراقبة فتح البوابة في الوقت الفعلي، تقوم أجهزة الاستشعار بتحويل معلومات فتح البوابة إلى إشارات كهربائية ونقلها إلى مركز التحكم لمعالجتها وتحليلها.

مراقبة الجهد والتيار لمعدات التبديل:

يمكن لمراقبة تغيرات الجهد والتيار في محرك البوابة تحديد حالة عمل المحرك وتشغيله.

الجهد الكهربائي هو الأساس للتشغيل الطبيعي للمعدات، ويمكن أن يؤثر الجهد العالي أو المنخفض على عمل المعدات. قد يؤدي الجهد العالي إلى احتراق المعدات، في حين قد يؤدي الجهد المنخفض إلى بطء التشغيل أو انخفاض الكفاءة أو حتى عدم القدرة على تشغيل المعدات. من خلال مراقبة الجهد، يمكن اكتشاف التقلبات أو الاختلالات في الجهد في الوقت المناسب، واتخاذ الإجراءات اللازمة لتجنب تلف المعدات الناجم عن مشكلات الجهد وإطالة عمر خدمة المعدات.

التيار هو معلمة مهمة تعكس حالة الحمل للمعدات. من خلال مراقبة التيار، يمكن تحديد ما إذا كانت المعدات تعمل تحت حمل طبيعي، مما يساعد على تجنب مشكلات مثل ارتفاع درجة الحرارة والتلف الناجم عن الحمل الزائد أو غير المتوازن. قد يشير التيار الزائد أو عدم التوازن بين الأطوار إلى أعطال داخلية في المعدات، مثل نقص زيت المحامل أو اكتساح الدوار، وغيرها. إن المراقبة في الوقت المناسب للتيار يمكن أن تساعد في منع هذه الأعطال وتقليل وقت توقف المعدات.

من خلال نظام المراقبة الذكي، يمكن مراقبة الجهد والتيار لآلة فتح وإغلاق البوابة في الوقت الفعلي لضمان عمل المعدات ضمن نطاق التشغيل العادي. وعند اكتشاف جهد أو تيار غير طبيعي، سيقوم النظام تلقائيًا بإصدار إنذار وإبلاغ موظفي الإدارة من خلال أجهزة الكمبيوتر والتطبيقات الجوالة وغيرها من الوسائل لضمان حل المشكلات في الوقت المناسب.

‌‌‌‌

مراقبة الفيديو بالذكاء الاصطناعي:
يمكن لنظام المراقبة بالفيديو مراقبة المناطق الرئيسية لمحطة البوابة في الوقت الفعلي، مثل قنوات الدخول وغرف العمليات وغيرها، لضمان سلامة الأفراد والمعدات. ومن خلال كاميرات عالية الدقة وتكنولوجيا التعرف الذكي، يمكن للنظام تحديد السلوكيات غير الطبيعية تلقائيًا، وإصدار إشارات تنبيهية في الوقت المناسب، ومنع المخاطر المحتملة على السلامة.

يمكن لنظام المراقبة بالفيديو مراقبة محطة البوابة على مدار الساعة وفي جميع الاتجاهات، مما يقلل من الحاجة إلى الدوريات اليدوية ويخفض تكاليف العمالة. كما يمكن لموظفي الإدارة مراقبة الديناميكيات في الموقع في الوقت الفعلي من خلال مركز المراقبة، وتحديد المشكلات ومعالجتها بسرعة، وتحسين كفاءة الإدارة.

يمكن أن تُستخدم الصور وبيانات الفيديو التي يسجلها نظام المراقبة بالفيديو كأساس مهم لمساعدة موظفي الإدارة على تحليل عمل محطة البوابة، وتحسين خطط الجدولة، وتعزيز كفاءة استخدام الموارد. كما يمكن للنظام إنشاء تقارير عمل متنوعة تلقائيًا، مما يوفر دعمًا بياناتيًا شاملًا لقسم الإدارة.

في الوقت نفسه، تتمتع أنظمة المراقبة بالفيديو بتأثير رادع ويمكنها الحدّ بشكل فعال من حدوث الأنشطة الإجرامية مثل السرقة والسطو. فمن خلال تسجيل الديناميكيات الحية للمشهد عبر نظام فيديو، توفر أساسًا للتحقيق في القضية وتُستخدم لجمع الأدلة بعد الانتهاء من العمل.

‌

الدورية الآلية بالطائرات بدون طيار:
يمكن أن يشمل نظام الفحص الذاتي للمركبة الجوية غير المأهولة أجهزة إدراك نهائية مثل المركبات الجوية غير المأهولة وكاميرات بزاوية تدوير مزدوجة وضوء، ومكبرات صوت عن بعد، وأعشاش آلية كبيرة، بالإضافة إلى البنية التحتية الشبكية مثل خدمات تحديد المواقع بدقة عالية تصل إلى مستوى السنتيمتر.

يمكن تصميم منصة للتحكم في الطيران ضمن النظام، وتتكون من وحدات مثل نظرة عامة على المطار، وتخطيط المهام، وتخطيط المسارات، وإدارة المعدات، وإدارة الإنذارات، وإدارة النظام. كما أنها مزودة بخوارزميات متنوعة للذكاء الاصطناعي مثل التعرف على الأجسام العائمة والتعرف على الصيد، والتي يمكنها تحديد تغيرات مستوى المياه والمشاكل المحتملة في السد بسرعة.

يُعد نظام الفحص الذاتي للمركبة الجوية غير المأهولة مكملاً مثاليًا لنظام المراقبة والإدراك "الجوي" الخاص بنظام المراقبة والإدراك المتكامل لمشروع "هندسة المياه في السماء والأرض" في هندسة الحفاظ على المياه. وهو يحقق التحكم والفحص الآلي للمعدات مثل أعشاش الآلات والمركبات الجوية غير المأهولة أثناء التشغيل بدون طيار، ويلبي احتياجات الفحص التلقائي الكامل وغير المنقطع للمنشآت الهيدروليكية والانهيارات الأرضية. وفي حال حدوث حالة طارئة، يعرض النظام لقطات حية من الطائرة المسيرة من خلال وظيفة التوجيه أثناء الطيران، ويحصل على المعلومات الميدانية في الوقت المناسب. كما يمكن للنظام جمع بيانات الفحص والصور عالية الدقة للمنشآت الهيدروليكية والانهيارات الأرضية من أوقات وزوايا واتجاهات متعددة، وإنشاء قاعدة بيانات منها.

مقدمة المنصة
تتضمن النسخة الأساسية من نظام مراقبة وإدارة سلامة البوابات بشكل رئيسي وظائف مثل إدارة المعلومات الأساسية، وإدارة تشغيل البوابات، والتحليل الجغرافي للبوابات، وتحليل عمليات البوابات، وإدارة سلامة البوابات، وإدارة صيانة البوابات، ومراقبة الصور.

يتكامل النظام مع مراقبة صور التحكم الآلي للبوابات، والجمع التلقائي، والإرسال، والاستعلام، واتخاذ القرارات بشأن معلومات المياه، مما يحقق التحكم الآلي في البوابات، ويقلل من العبء العمالي على الموظفين، ويساعد كبار المسؤولين في الرقابة والجدولة.

تستند منصة إدارة التصور ثلاثي الأبعاد لبوابة المياه الذكية إلى تقنية النسخة الرقمية المتقدمة. ومن خلال تقنية النسخة الرقمية وخوارزميات معالجة البيانات المتقدمة، يمكن للمنصة تحقيق المراقبة والصيانة والإدارة الشاملة لبوابات المياه. ويمكن للمستخدمين الحصول على حالة التشغيل الفورية وبيانات البيئة الخاصة ببوابة المياه من خلال المنصة، بالإضافة إلى إجراء التحكم عن بُعد، مما يحسّن من قدرة منشآت بوابات المياه على الوقاية من الفيضانات وسرعة الاستجابة لها.

يشير مشروع البوابات التوأم الرقمية إلى استخدام تقنية رقمية متقدمة لرقمنة بيانات البيئة في الوقت الفعلي، مثل الهيكل المادي وديناميكيات تدفق المياه وجودة المياه للبوابة، وإنشاء نموذج افتراضي يتوافق مع البوابة الحقيقية. ومن خلال هذا النموذج الافتراضي، يمكن محاكاة عمل بوابات المياه، والتنبؤ بتدفق المياه، واكتشاف الأعطال، وإدارة الصيانة. يتميز مشروع البوابات التوأم الرقمية بالخصائص التالية:

1. المراقبة الديناميكية في الوقت الحقيقي: من خلال أجهزة الاستشعار وأجهزة المراقبة، يتم الحصول على بيانات آنية حول حالة التشغيل، وتغيرات منسوب المياه، وسرعة تدفق المياه، وغيرها من عناصر بوابة المياه، ويتم تحويل هذه البيانات إلى صيغ رقمية وتحديثها في النموذج الافتراضي بشكل فوري.

2. محاكاة التشغيل الذكي: من خلال النماذج الافتراضية، يمكن محاكاة وتوقع ظروف التشغيل المختلفة لبوابات المياه، كما يمكن استخدام تقنيات وخوارزميات محاكاة متقدمة لتوفير دعم ذكي لاتخاذ القرارات المتعلقة بتشغيل وإدارة بوابات المياه.

3. كشف الأعطال وإدارة الصيانة: من خلال النماذج الافتراضية، من الممكن إجراء كشف الأعطال وإدارة الصيانة لبوابات المياه، واكتشاف المشكلات وحلها مسبقًا، وضمان التشغيل الطبيعي لبوابات المياه.

4. مشاركة البيانات والعمل التعاوني: يمكن للنماذج الافتراضية تحقيق مشاركة البيانات والعمل التعاوني من خلال منصات الحوسبة السحابية، كما يمكن لأقسام متعددة استخدام النماذج الافتراضية بشكل مشترك لإدارة وتشغيل بوابات المياه.

5. إدارة الأمن: مراقبة المنطقة المحيطة ببوابة المياه على مدار الساعة من خلال كاميرات المراقبة بالفيديو، ونقل تدفق الفيديو إلى النظام الخلفي للمعالجة والتخزين. ويمكن للمستخدمين عرض لقطات المراقبة بالفيديو في الوقت الحقيقي عبر المنصة، واتخاذ الإجراءات الأمنية المناسبة فورًا عند اكتشاف حالات غير طبيعية.

يمكن لتنفيذ مشاريع بوابات المياه النسخة الرقمية أن يحسّن الكفاءة التشغيلية وسلامة البوابات المائية، ويقلل من الأخطاء البشرية والحوادث، ويوفر دعماً تقنياً جديداً لإدارة الموارد المائية الحضرية وأعمال مكافحة الفيضانات. كما يمكن تطبيق إدارة عبر الإنترنت لدورة حياة البوابات المائية بالكامل، وتعزيز تحليل المخاطر والتحذيرات الخاصة بفتح وإغلاق البوابات، وضمان سلامة البوابات المائية.

القيمة النظامية
1. تحسين مستوى الذكاء في إدارة الموارد المائية الحضرية: يمكن لنظام مراقبة وإدارة سلامة بوابات المياه تحقيق المراقبة الذكية، ومحاكاة التشغيل، ودعم اتخاذ القرار لبوابات المياه، مما يُحسّن مستوى الذكاء في إدارة الموارد المائية الحضرية، ويوفّر مياه شرب وخدمات مائية أكثر أمانًا وموثوقية للمدن.

2. تعزيز القدرة ومستوى أعمال مكافحة الفيضانات الحضرية: يمكن لمشروع السد التوأم الرقمي تحقيق المراقبة الديناميكية في الوقت الحقيقي ومحاكاة التشغيل للسد، وتحسين كفاءة وأمان تشغيل السد، وتعزيز القدرة ومستوى أعمال مكافحة الفيضانات الحضرية، وتقليل تأثير الفيضانات على المدينة.

3. تعزيز الابتكار وتطوير تقنية هندسة الحفاظ على المياه الحضرية: يحتاج مشروع السد التوأمي الرقمي إلى تحقيق التوازن بين التكنولوجيا الرقمية وتقنية هندسة الحفاظ على المياه، وتعزيز التكامل والتطوير المبتكر للتقنيتين، وتوفير أفكار وأساليب جديدة لتقنية هندسة الحفاظ على المياه الحضرية.

باختصار، يتمتع مشروع بوابة المياه التوأم الرقمي بآفاق تطبيقية مهمة في إدارة الموارد المائية الحضرية وأعمال مكافحة الفيضانات. يمكنه تحسين مستوى الذكاء في إدارة الموارد المائية، وتعزيز القدرة والمستوى في أعمال مكافحة الفيضانات، وتعزيز الابتكار والتطوير في تقنيات هندسة الحفاظ على المياه، بالإضافة إلى تحسين جودة البيئة المائية الحضرية والصحة الإيكولوجية. آمل أنه من خلال الابتكار التكنولوجي المستمر والاستكشاف العملي، يمكن لمشروع السدة التوأم الرقمي أن يقدم دعماً فنياً وحلولاً أفضل لإدارة الموارد المائية الحضرية وأعمال مكافحة الفيضانات.