視頻監(jiān)控技術(shù)在水文測報(bào)遠(yuǎn)程管理中的應(yīng)用探討

孔令啟 胡文才

視頻監(jiān)控技術(shù)在水文測報(bào)遠(yuǎn)程管理中的應(yīng)用探討

孔令啟 胡文才

隨著流域工程建設(shè)不斷加快，流域水文站點(diǎn)呈爆發(fā)式增加態(tài)勢，但各級(jí)水文管理機(jī)構(gòu)在歷次機(jī)構(gòu)調(diào)整中人員編制一再壓縮，管理人員嚴(yán)重不足，水文測站及各類報(bào)汛站管理存在巨大的壓力。同時(shí)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水文監(jiān)測從傳統(tǒng)的為防汛抗旱服務(wù)，不斷拓展到為水資源管理、水質(zhì)管理、地質(zhì)災(zāi)害管理、航運(yùn)、交通、能源等全方面服務(wù)，對水文要素監(jiān)控要求越來越高。針對上述難題，本文提出了水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)，并基于該技術(shù)構(gòu)建淮河重要省界水資源監(jiān)測水文站視頻監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用表明該技術(shù)有效實(shí)現(xiàn)了水文要素監(jiān)控的遠(yuǎn)程管理，緩解了水文測報(bào)監(jiān)控管理壓力，同時(shí)還可為流域的防洪抗旱、水資源管理、水質(zhì)管理等工作提供了及時(shí)高效的信息支撐服務(wù)。

一、水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)

1.水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻傳輸

利用水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)測站的自動(dòng)測報(bào)設(shè)備的現(xiàn)有資源進(jìn)行圖像采集傳輸，既能充分發(fā)揮設(shè)備在雨水情有限信息測報(bào)的大量寬裕時(shí)間效益，又能增加水信息控制站點(diǎn)的圖像信息，豐富防汛減災(zāi)水資源配置調(diào)度的可視化信息，對決策支持的幫助很大。

近年來，水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的端機(jī)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步拓展水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)視頻圖像采集傳輸功能。至少已有兩種實(shí)現(xiàn)模式的端機(jī)：一是采用嵌入式處理器硬件設(shè)計(jì)為主的技術(shù)，二是采用軟件功能的擴(kuò)展。遙測端機(jī)傳圖像視頻信息，充分利用其水文要素測報(bào)的時(shí)間間隔與報(bào)汛時(shí)間很短的特點(diǎn)，發(fā)揮的設(shè)備的潛力，提供了增值服務(wù)。

2.常規(guī)視頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)水文站圖像傳輸

水文遙測站點(diǎn)一般比較偏遠(yuǎn)，都在防洪減災(zāi)及水資源配置的主要控制的地點(diǎn)，能利用水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)測站的資源進(jìn)行圖像采集傳輸是很好的信息服務(wù)手段。也有許多水文站在重要水工程樞紐、重要城鎮(zhèn)及工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，利用當(dāng)?shù)匾延匈Y源花費(fèi)很少的投入實(shí)現(xiàn)水文站點(diǎn)的圖像傳輸，也是水文測報(bào)實(shí)現(xiàn)可視化的很好途徑。

圖像前端傳輸主要指各監(jiān)控點(diǎn)視頻采集前端（攝像機(jī)）至各自歸屬的基層監(jiān)控中心機(jī)房所采用的傳輸方式。視頻采集前端傳輸方式主要有以下幾種：

（1）室外型以太網(wǎng)線：適用于視頻采集前端至監(jiān)控中心機(jī)房布線路由小于100米的情況，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)IP口至機(jī)房以太網(wǎng)交換機(jī)用室外型以太網(wǎng)線連接。比較適用位于水庫、水利工程樞紐的水文站。

（2）光纖收發(fā)器+光纜：適用于視頻采集前端至監(jiān)控中心機(jī)房布線路由大于100m、小于2000m，且光（電）纜架空或直埋敷設(shè)路由比較方便、施工容易的情況。也可以租用運(yùn)營商的光纜纖芯或帶寬。比較適用于離水庫、水利工程樞紐及城鎮(zhèn)不遠(yuǎn)的水文站。

（3）無線網(wǎng)橋：適用于視頻采集前端至監(jiān)控中心機(jī)房布線路由大于500m、光（電）纜架空或直埋敷設(shè)困難，且監(jiān)控點(diǎn)比較分散、單一的情況。無線網(wǎng)橋在通信專業(yè)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸相對便宜的設(shè)備，相對于水文站點(diǎn)的圖像傳輸建設(shè)還是投入比較高的，但也是一種可選的技術(shù)方案。

（4）4G多媒體集群水利專網(wǎng)：各監(jiān)控點(diǎn)直接配置4G攝像機(jī)，由4G無線信號(hào)傳輸至4G多媒體集群系統(tǒng)基站，再到監(jiān)控中心機(jī)房。水文站有靠近重要水利樞紐的優(yōu)勢，可利用水利集群專網(wǎng)的優(yōu)勢，得到優(yōu)質(zhì)的水文站視頻圖像。

（5）利用公網(wǎng)3G、4G服務(wù)：現(xiàn)在公眾通信服務(wù)網(wǎng)絡(luò)3G以及覆蓋率很高，4G只能覆蓋部分城市及部分農(nóng)村地區(qū)。

（6）租用電信運(yùn)營商的數(shù)字電路：現(xiàn)在電信運(yùn)營商提供的數(shù)字電信服務(wù)到達(dá)鄉(xiāng)村，租用固定IP地址的雙向10M/4M數(shù)字電路。

二、水文測報(bào)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控管理

1.遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控管理

在水文要素測報(bào)中，水位、雨量、閘門啟閉、水質(zhì)、氣溫及風(fēng)向、風(fēng)速等信息測報(bào)自動(dòng)化已經(jīng)非常穩(wěn)定可靠，流量、泥沙、蒸發(fā)的自動(dòng)測報(bào)技術(shù)還沒有完備、成熟的設(shè)備設(shè)施。流量測驗(yàn)的自動(dòng)纜道、ADCP、時(shí)差法、雷達(dá)波、二線能坡法等自動(dòng)測驗(yàn)手段，雖是各有特色，但還不能完全解決流量自動(dòng)測報(bào)面臨的山區(qū)季節(jié)性河流、平原水網(wǎng)河道、通航河流及泥沙含量差異的河流等各類不同問題，在測驗(yàn)時(shí)還離不開工作人員的現(xiàn)場設(shè)置、避險(xiǎn)觀察等人工干預(yù)。人工巡測因?yàn)檎军c(diǎn)數(shù)太多，工作人員雖疲于奔命，但很難解決洪水爆發(fā)時(shí)同一區(qū)域內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)的大量測驗(yàn)需求。視頻監(jiān)控技術(shù)為解決水文測報(bào)工作面臨的難題提供了技術(shù)手段。

水文測報(bào)的遠(yuǎn)程管理完全可以應(yīng)用成熟的視頻監(jiān)視及遠(yuǎn)程控制技術(shù)，在遙遠(yuǎn)的管理機(jī)關(guān)的監(jiān)控中心，面對巨大的屏幕，操作人員坐在鍵盤前，根據(jù)需要發(fā)出指令，操作遠(yuǎn)處水文測流自動(dòng)纜道、自動(dòng)泥沙監(jiān)測儀、豎直ADCP、自動(dòng)蒸發(fā)監(jiān)測儀等設(shè)備，完成水文要素的測報(bào)?？梢愿鶕?jù)擁有的測站規(guī)模，確立在省、地市水文局或具有規(guī)模的中心站建立監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程監(jiān)控所屬水文測站的測報(bào)工作，重點(diǎn)是監(jiān)控那些無人值守的水文測站，特別是中小河流、山洪災(zāi)害項(xiàng)目新增設(shè)的水文監(jiān)測站。

2.遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控管理的意義

（1）水文測報(bào)事業(yè)爆發(fā)式發(fā)展的需要

水文測報(bào)從傳統(tǒng)的人工觀測、電報(bào)及電話報(bào)汛，發(fā)展到自動(dòng)化測報(bào)，再到巡測，每一步都是依賴技術(shù)進(jìn)步減輕人工觀測的工作量和工作強(qiáng)度，緩解了水文測報(bào)業(yè)務(wù)量的發(fā)展和人員編制減少的矛盾，推動(dòng)了水文事業(yè)的發(fā)展。

近年來水文報(bào)汛站點(diǎn)大幅度增加，特別是經(jīng)過國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)、全國中小河流治理項(xiàng)目及全國山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目的建設(shè)。以江蘇省為例：全省原設(shè)水文站150個(gè)、水位站137個(gè)、雨量站237個(gè)。中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)總體建設(shè)規(guī)模如下：98個(gè)水文站（改建24個(gè)，新建74個(gè)）、156個(gè)水位站（改建19個(gè)，新建137個(gè)）、125個(gè)雨量站（改建65個(gè)，新建60個(gè)）。新增水文站74個(gè)，水位站137個(gè)，雨量站60個(gè)，比原有測站規(guī)模分別增加了 49.3%、100%、25.3%。測站規(guī)模如此擴(kuò)大，測報(bào)任務(wù)同樣暴增，而人員編制并沒有明顯增加，運(yùn)行經(jīng)費(fèi)遠(yuǎn)不能滿足所需增加管理工作量的要求。采用視頻監(jiān)控技術(shù)對無人值守的水文測站進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，可以緩解部分壓力。

（2）保障水文設(shè)施安全生產(chǎn)的需要

根據(jù)水文規(guī)范水文測報(bào)斷面一般都處于野外偏僻地點(diǎn)，水文設(shè)施的地理位置上較為分散，民情、社情十分復(fù)雜，而現(xiàn)代設(shè)施設(shè)備經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，往往成為犯罪份子偷盜、破壞的對象。新增水文設(shè)施的站點(diǎn)，與管理單位距離遠(yuǎn)，人工巡查、安全監(jiān)管任務(wù)重、難度大，為保障水文測報(bào)設(shè)施設(shè)備的安全運(yùn)行，建設(shè)水文設(shè)施安全監(jiān)視系統(tǒng)勢在必行。

（3）實(shí)現(xiàn)信息共享，提高水文服務(wù)效能的需要

水文測報(bào)站點(diǎn)分散，一般多在江河湖泊水庫堤岸邊的重要控制斷面，這些地段的視頻監(jiān)控信息，正是管區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的各類涉水信息系統(tǒng)所急需。水文監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上擴(kuò)展功能，花費(fèi)少，見效快，為防汛及水資源管理提供增值服務(wù)，擴(kuò)大了水文服務(wù)的功能與效率。

（4）實(shí)現(xiàn)水文測報(bào)現(xiàn)代化的需要

實(shí)現(xiàn)水利現(xiàn)代化是社會(huì)發(fā)展的要求。水文系統(tǒng)是水利事業(yè)信息化的尖兵，現(xiàn)代化的窗口。水文信息管理服務(wù)的現(xiàn)代化水平是水利管理現(xiàn)代化的基本要求。水文測站遠(yuǎn)程管理的視頻監(jiān)控是水文發(fā)展的一個(gè)預(yù)期方向，和水文自動(dòng)測報(bào)技術(shù)一起構(gòu)成水文管理現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。并以現(xiàn)有現(xiàn)代化建設(shè)為先導(dǎo)，加強(qiáng)輔助性系統(tǒng)建設(shè)，廣泛地應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，充分開發(fā)水文測報(bào)管理輔助性系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)測報(bào)現(xiàn)代化的必然選擇。

三、淮河重要省界水資源監(jiān)測水文站視頻監(jiān)控系統(tǒng)

利用水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)，開發(fā)建設(shè)了淮河重要省界水資源監(jiān)測水文站視頻監(jiān)控系統(tǒng)?；春又匾〗鐢嗝嫠Y源監(jiān)測水文站改造項(xiàng)目中選用部分圖像傳輸條件成熟的重要站點(diǎn)，實(shí)施水文測站圖像監(jiān)測。實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控高清化、網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)水文測站遠(yuǎn)程管理可視化。

1.站點(diǎn)布置

建設(shè)淮河及沂沭泗河水系8個(gè)視頻監(jiān)控站，為淮委相關(guān)管理部門提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)控信息及高效可靠的管理手段，提供豐富精準(zhǔn)的決策依據(jù)，提高水資源管理的信息化、現(xiàn)代化水平，增強(qiáng)應(yīng)急指揮能力。

2.系統(tǒng)框架

監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機(jī)、傳輸信道、淮委視頻監(jiān)控中心等組成。

前端視頻采集系統(tǒng)由攝像機(jī)、電源系統(tǒng)等組成?？梢愿鶕?jù)監(jiān)控中心的操作發(fā)出的命令來控制視頻切換、鏡頭變焦、近景/遠(yuǎn)景、光圈調(diào)節(jié)等以及控制云臺(tái)上下、左右和自動(dòng)巡視等動(dòng)作。

各視頻監(jiān)控點(diǎn)中，王家壩水文站采用已建的淮委微波專線，大官莊水文站采用已建的沂沭泗4G水利專網(wǎng)，班臺(tái)、界首、小柳巷、港上及新安5站采用4M電信光纖網(wǎng)絡(luò)，黃莊水文站目前采用電信3G網(wǎng)絡(luò)，待電信4G網(wǎng)絡(luò)開通后，更換4G卡。

淮委視頻監(jiān)控中心利用通信總站已建平臺(tái)，設(shè)計(jì)中充分考慮系統(tǒng)設(shè)備與其的兼容性。

四、結(jié)語

水文測報(bào)工作面對水文監(jiān)測要素增加，時(shí)效性要求越來越高，服務(wù)面越來越寬的情況，由防汛指揮系統(tǒng)、山洪災(zāi)害及中小河流的國家項(xiàng)目的實(shí)施導(dǎo)致各類測站數(shù)量爆發(fā)式增加。水文單位在人員編制縮減、經(jīng)費(fèi)增加有限的情況下，測報(bào)管理面臨很大壓力。日益成熟的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視及控制技術(shù)的發(fā)展，為水文的技術(shù)革命帶來機(jī)會(huì)，使用視頻監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)水文測報(bào)遠(yuǎn)程管理的必要性顯而易見，可行性也已經(jīng)呈現(xiàn)。建議相關(guān)部門大力開展視頻監(jiān)控試點(diǎn)，做好規(guī)劃，研究相關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)及水文測報(bào)管理制度規(guī)范，推動(dòng)水文測報(bào)遠(yuǎn)程管理的視頻監(jiān)控工作，促進(jìn)水文測報(bào)事業(yè)良性發(fā)展■

（作者單位：江蘇省水土保持總站210000 沂沭泗水利管理局水文局221018）