河道管理監(jiān)控系統(tǒng)在山東黃河的研究應用

侯曉燕 魏 彬 張 晶 張 強 蘇擁軍

（山東黃河河務局山東黃河信息中心，山東 濟南250013）

為保證防洪工作有的放矢，依靠現(xiàn)代計算機通信技術和傳感技術，實施對河道水位的無人化遠程實時監(jiān)測，并且能夠自動傳輸?shù)缴厦娓骷壷鞴懿块T，達到科學預警，減少防洪成本，提高效率。

1 山東河道監(jiān)控現(xiàn)狀

（1）近10年來,黃河下游年平均來水量明顯減少,河道不斷淤積抬高,防洪形勢日趨嚴峻。雖然近幾年按2000年防洪標準加高加固了部分堤防、險工,進行河道整治工程,消除了一些險點、險段和病險涵閘,但防洪工程仍然存在許多隱患,防洪形勢不容樂觀，特別是對黃河下游重要的險工險點的實時監(jiān)控的沒有開展，使得黃河大堤很多重要的險工險點長期處于無人實時監(jiān)控狀態(tài)。黃河一旦出現(xiàn)決口，而防汛部門不能及時收到信息，將給防汛帶來很大的安全隱患。黃河大堤出現(xiàn)人為破壞，不能實時進行監(jiān)控，極大地影響和制約著黃河的健康發(fā)展。

（2）目前黃河下游河道管理基礎設施和能力建設較為薄弱，管理手段相對落后、信息化程度低，已不能適應新時期河道管理工作需要。

（3）黃河下游河道的污染問題一直得不到有效的解決。嚴重影響了黃河水的質(zhì)量，給黃河健康調(diào)水、供水和行洪等日常河道防護工作造成很大障礙。

（4）沿黃堤壩上建有很多重要的水利基礎設施，經(jīng)常出現(xiàn)的損毀情況得不到及時上報，給防汛工作帶來很大隱患。

2 山東河道監(jiān)控應用分析

（1）山東黃河仍然有發(fā)大洪水的可能性。黃河下游兩岸大堤水利基礎設備存在人為和自然損害的現(xiàn)象，得不到及時發(fā)現(xiàn)和治理。給黃河下游防汛帶來嚴重的安全隱患。

（2）黃河下游各險工險點水面污染和植被被破壞情況時有發(fā)生，得不到及時發(fā)現(xiàn)處理。

（3）山東黃河河道監(jiān)控系統(tǒng)項目建設是“數(shù)字黃河”工程建設的重要組成部分，是全面提升黃河水量調(diào)度水平，實現(xiàn)水資源有效管理、高效配置的重要手段之一。2002年以來，山東局實現(xiàn)的黃河下游51座引黃涵閘遠程監(jiān)控為黃河下游各險工險點監(jiān)控系統(tǒng)的建設提供了寶貴的建設經(jīng)驗。

（4）隨著監(jiān)控和無線網(wǎng)絡技術快速發(fā)展，該技術已被廣泛應用于各行各業(yè)的管理之中，并在各領域產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟和社會效益。運用先進的3G無線網(wǎng)絡技術和監(jiān)控技術在黃河下游河道各個險工險點建立系統(tǒng)的監(jiān)控網(wǎng)絡，用于對黃河下游水資源水利基礎設施、水位監(jiān)測、水量調(diào)度及水面污染監(jiān)控治理，是維護黃河下游河道健康發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，保持良好的管理環(huán)境的重要手段。

鑒于上述幾點必要性分析，加強對黃河下游河道水資源進行監(jiān)控和管理.利用現(xiàn)代先進的無線傳輸技術和監(jiān)控設備，建設黃河下游河道監(jiān)控系統(tǒng)，及時獲取河道基礎設施、水勢、水面和水文信息，實現(xiàn)對黃河下游實時視頻監(jiān)控，給領導合理科學地調(diào)度水資源提供真實的資料，對于確保黃河不斷流、維持河流生命、促進下游社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

3 山東河道監(jiān)控應用方案研究

（1）在黃河河道的各個重要的險工險點監(jiān)控點安裝攝像設備和視頻接入服務器,視頻服務器通過客戶專用網(wǎng)絡或公共互聯(lián)網(wǎng)絡，采用網(wǎng)絡通過無線方式接入的視頻監(jiān)控平臺。

（2）在監(jiān)控中心的監(jiān)控PC上安裝控制臺管理軟件，監(jiān)控PC通過客戶專用網(wǎng)絡或公共互聯(lián)網(wǎng)絡與網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺連接，實現(xiàn)對監(jiān)控點的監(jiān)控，供領導者決策指揮。

（3）利用視頻監(jiān)控平臺對監(jiān)控點的圖像進行實時的數(shù)字化錄像及存儲，便于事后對案件進行科學分析，并具有網(wǎng)絡化聯(lián)網(wǎng)傳輸功能，便于各級領導查看分析。

（4）黃河下游河道監(jiān)控中心——包括客戶用戶的監(jiān)控控制臺、數(shù)字顯示墻等，通過客戶端軟件使用不同類型的接口與中心服務平臺相聯(lián)接，可以根據(jù)實際需要配置安裝。

系統(tǒng)采用先進的無線視頻傳輸技術，同時支持C/S結(jié)構的客戶端監(jiān)控和B/S結(jié)構的IE瀏覽器監(jiān)控，還支持手機隨時隨地移動監(jiān)控。

主要由以下三部分組成：

（1）視頻的采集壓縮模塊

（2）無線的數(shù)據(jù)傳輸模塊

（3）中心的監(jiān)控管理平臺

系統(tǒng)結(jié)構簡潔明了，擴展性好，能適應多變的監(jiān)控要求。

各功能模塊說明：

（1）視頻采集模塊：該模塊用于完成對視頻信號的采集，將USB攝像頭接收器采集到的信號以文件的形式保存或者放入緩沖區(qū)供其他模塊使用。

（2）GPS定位模塊。該模塊用于實時記錄監(jiān)控終端當前所處的位置、移動速度、移動方向等狀態(tài)信息。

（3）圖像壓縮模塊。該模塊用于完成對圖像數(shù)據(jù)的壓縮處理，讀取由視頻采集模塊產(chǎn)生的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，對其進行壓縮處理后再以文件的形式保存或者將壓縮數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)供其他模塊使用。

（4）無線通信模塊。該模塊用于完成對視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸，讀取緩沖區(qū)里的視頻數(shù)據(jù)，并將其打成UDP包，然后將其做成流式文件格式，通過TD模塊和CDMA模塊傳輸?shù)椒掌魃稀?/p>

黃河下游河道管理監(jiān)控系統(tǒng)，共分視頻監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡傳輸、監(jiān)控中心三大功能模塊，應用先進的視頻壓縮技術對視頻進行壓縮解碼，完成多畫面顯示與切換、遠程控制等功能。

在監(jiān)控終端首先通過視頻采集模塊把攝像機攝取模擬圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，再壓縮編碼成為數(shù)字格式（MPEG-4）的格式圖像，放到發(fā)送緩沖區(qū)里，網(wǎng)絡傳輸部分再從緩沖區(qū)里讀取數(shù)據(jù)，封裝成UDP包，然后CDMA模塊通過無線網(wǎng)絡發(fā)送UDP包。在遠程監(jiān)控中心服務器端，把接收到的UDP數(shù)據(jù)包進行處理放到接收緩沖區(qū)里，再進行解碼。

監(jiān)控終端功能：將處理后的模擬視頻信號數(shù)字化，壓縮，并將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)進行錄像保存到硬盤或傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；接受監(jiān)控中心的遠程指令，根據(jù)指令要求切換視頻源或?qū)υ婆_和鏡頭等監(jiān)控設備或其他開關設備進行控制。

監(jiān)控中心功能：接收視頻流進行實時播放，并保存到硬盤；隨時跟蹤監(jiān)控終端當前所處的位置、移動速度、移動方向、狀態(tài)信息等情況，對終端進行定位時可以按照定時、定距等多種方式監(jiān)控，并能夠在系統(tǒng)界面上顯示終端的各項監(jiān)控指標。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了一個應用在專用或公用網(wǎng)絡上跨地域、跨行業(yè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的全面解決方案，客戶視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以利用統(tǒng)一監(jiān)控平臺，采用全數(shù)字化的圖像傳輸和處理系統(tǒng)，通過無處不在的網(wǎng)絡將分散、獨立的圖像采集點進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)在監(jiān)控范圍內(nèi)的統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理、資源共享。

傳輸部分系統(tǒng)數(shù)據(jù)的發(fā)送采用開源代碼。服務器端的任務是提供配置接口，完成音視頻數(shù)據(jù)采集、事件監(jiān)控等監(jiān)控事務，并且與客戶端通信，發(fā)送媒體數(shù)據(jù)和通知消息。從客戶端應用程序來看，服務器端包括遠程管理服務器和媒體服務器。前者負責接收控制命令，反饋服務器狀態(tài)；后者負責傳輸媒體數(shù)據(jù)?？蛻舳丝梢越邮諒拿襟w服務器傳來的媒體數(shù)據(jù)，但是不可直接對媒體服務器進行配置。

山東黃河河道監(jiān)控項目是黃河防洪非工程基礎設施之一，是黃河治理現(xiàn)代化的基礎平臺，是“數(shù)字黃河”工程實施的根本，對確保黃河長治久安、可持續(xù)發(fā)展有著至關重要的作用，其經(jīng)濟、社會效益巨大。此外，山東河道監(jiān)控系統(tǒng)，能向河道管理部門提供閘門控制、水面清潔治理等提供準確有效的判斷依據(jù)。系統(tǒng)通過避免由于水利基本設備和電纜等被盜帶來的經(jīng)濟損失，從而間接地為黃河河務管理部門每年帶來不可估量的經(jīng)濟效益。

［1］楊天怡.圖像通信與監(jiān)控系統(tǒng)[M].北京:中國鐵道出版社，1994.

［2］殷人昆，田金蘭，等.實用面向?qū)ο筌浖こ探坛蘙M].電子工業(yè)出版社，1998，5.

［3］謝紅華，陸以勤，呂錦.基于3G無線網(wǎng)絡的高質(zhì)量實時視頻監(jiān)視系統(tǒng)的設計[J].計算機應用研究，2007.