終端智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在城市水質(zhì)安全防護(hù)中的應(yīng)用

龐立強(qiáng)

（湛江市雷州青年運(yùn)河管理局廉江市廣鶴水利白蟻防治工程公司，廣東 廉江 524400）

0 引 言

飲用水是人類生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最基本的需求，飲用水水質(zhì)安全問(wèn)題，直接影響到廣大人民群眾的身體健康，制約著城區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。許多水源地由于存在較多的污染源，水質(zhì)安全不能得到保障[1]。因此，開(kāi)展運(yùn)河水源地安全防護(hù)和監(jiān)控，保障城區(qū)供水安全，是保障人民群眾日常生活用水安全的基本條件，是構(gòu)建和諧社會(huì)的基礎(chǔ)。

雷州青年運(yùn)河灌區(qū)位于湛江市北部，即九洲江以南、南渡河以北，東與鑒江流域?yàn)榻纾髋R北部灣。總長(zhǎng) 276.59km，主要功能是農(nóng)業(yè)灌溉，再輔以工業(yè)、生活供水和防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、航運(yùn)、旅游等功能。本文以雷州青年運(yùn)河為例，為了保護(hù)運(yùn)河水源安全，采取了相應(yīng)的措施，并建立了一套智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為城市水質(zhì)安全智慧化防護(hù)提供了思路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水源地的安全監(jiān)控和規(guī)范化管理。

1 水系概況及河道問(wèn)題

1.1 水系概況

雷州青年運(yùn)河源于廣東湛江廉江市鶴地水庫(kù)，經(jīng)遂溪、?？担ń窭字菔信f稱）、湛江等縣市。雷州青年運(yùn)河包括主河和四聯(lián)河、東海河、西海河、東運(yùn)河、西運(yùn)河等五大干河，基本沿自然分水嶺布置，地勢(shì)相對(duì)較高。通過(guò)水位差實(shí)現(xiàn)自流灌溉、提供沿線工業(yè)、城鎮(zhèn)生活、湛江市用水等功能。退水主要通過(guò)排水閘、電站發(fā)電尾水，經(jīng)自然河道、排水涵管等直接或間接排入大海。主、干河分出的干支渠 4039 條，總長(zhǎng)5000多km。渠段主河和東海河主要承擔(dān)灌溉和全年有供水要求，肩負(fù)湛江市城區(qū)供水任務(wù)，渠道長(zhǎng)年不能斷流。

1.2 運(yùn)河問(wèn)題

1）灌溉面積下降：目前主運(yùn)河及五大運(yùn)河上原設(shè)計(jì)灌溉流量大于 1m3/s 的干、支渠共 90 條。東運(yùn)河上的賓合干渠由于西湖水庫(kù)加固后水位抬高 1.5m 后，淹沒(méi)了耕地，再加上居民房屋的建設(shè)占用耕地等原因，造成了灌溉面積大幅度下降。

2）污染嚴(yán)重：雷州青年運(yùn)河從鶴地水庫(kù)渠首至赤坎水庫(kù)是湛江市城區(qū)供水的唯一地表水供應(yīng)通道。運(yùn)河供水渠道長(zhǎng)，且為明渠，沿途跨越 3 個(gè)縣(市、區(qū))，5 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，80 個(gè)自然村莊，流經(jīng)眾多廠礦企業(yè)、養(yǎng)殖場(chǎng)等，大量的人行橋、機(jī)耕橋、公路橋鐵路跨越渠道。雷州青年運(yùn)河和東海河沿渠段建游多出洗衣臺(tái)，嚴(yán)重河道景觀。人群活動(dòng)比較頻繁的村莊河段存在洗衣物、洗澡、傾倒垃圾入河等違法行為，嚴(yán)重影響水質(zhì)，導(dǎo)致污染物長(zhǎng)期存在。綜合水質(zhì)類別未能達(dá)到國(guó)家考核要求的Ⅱ類水質(zhì)，水質(zhì)達(dá)標(biāo)攻堅(jiān)任務(wù)艱巨，形勢(shì)嚴(yán)峻[2]。

3）缺少監(jiān)測(cè)管理：近現(xiàn)狀河道上沒(méi)有設(shè)置隔離防護(hù)網(wǎng)設(shè)施和監(jiān)控設(shè)施。周邊居民環(huán)保意識(shí)薄弱，居民洗衣服、洗澡、隨手將垃圾傾倒入河等違法行為。由于缺少監(jiān)控和管理，難以對(duì)有關(guān)違法行為進(jìn)行取證和執(zhí)法，需建設(shè)管理規(guī)范、智能高效的監(jiān)測(cè)平臺(tái)[3]。

基于上述問(wèn)題，對(duì)水源地進(jìn)行安全防護(hù)建設(shè)，建立實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，是解決該地區(qū)水系供水安全，預(yù)防水突發(fā)事件的必須舉措。

2 水源區(qū)安全保護(hù)

為避免人為破壞，防止人、畜進(jìn)入保護(hù)區(qū)，進(jìn)行耕種、放牧、亂扔垃圾等一系列破壞行為。采取隔離防護(hù)、設(shè)置警示標(biāo)志等措施，從源頭上杜絕污染物入河，阻止惡性事件的發(fā)生。以達(dá)到防治環(huán)境污染，保護(hù)水源安全的目的。

2.1 水源區(qū)隔離防護(hù)措施

本次運(yùn)河渠道水源一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍主要包括主運(yùn)河從渠首至東海河分水口樁號(hào)為 0+000～32+744，東海河為渠首至合流水庫(kù)樁號(hào) 0+000～36+380。在主運(yùn)河水源一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)沿線兩岸分布有多做城鎮(zhèn)和村莊。其中一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)實(shí)行封閉管理，取水口和取水設(shè)施周邊設(shè)置具有保護(hù)性功能的隔離防護(hù)設(shè)施。一、二級(jí)保護(hù)區(qū)應(yīng)設(shè)立內(nèi)容準(zhǔn)確的、標(biāo)識(shí)明顯的飲用水水源保護(hù)區(qū)標(biāo)志。一級(jí)保護(hù)區(qū)的陸域范圍內(nèi)人口密集及跨河橋梁及上下游設(shè)立隔離防護(hù)措施（包括隔網(wǎng)、隔墻、防護(hù)欄等）。用水水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)有公路、鐵路通過(guò)的，設(shè)置防護(hù)欄防治環(huán)境污染防治措施，在進(jìn)入保護(hù)區(qū)之前應(yīng)設(shè)立明顯的警示標(biāo)志，確保水源不被污染[4]。

沿雷州青年運(yùn)河主運(yùn)河和東海河共布置防護(hù)欄 41 處，總長(zhǎng) 30234 m，其中主運(yùn)河 29 處，長(zhǎng) 17116 m（渠道防護(hù)欄 14940 m，跨河橋梁防護(hù)欄 2176 m），東海河 12 處，長(zhǎng) 13118 m（渠道防護(hù)欄 12508 m，跨河橋梁防護(hù)欄 610 m）。

2.2 水源區(qū)警戒布設(shè)

飲用水水源保護(hù)區(qū)標(biāo)志包括飲用水水源保護(hù)區(qū)界標(biāo)、交通警示牌和宣傳牌[5]。

2.2.1 水源保護(hù)區(qū)界標(biāo)

飲用水水源保護(hù)區(qū)界標(biāo)用來(lái)標(biāo)識(shí)飲用水水源保護(hù)區(qū)的范圍，一般在在飲用水水源保護(hù)區(qū)的地理邊界設(shè)立，警示人們需謹(jǐn)慎行為。界標(biāo)分一、二級(jí)保護(hù)區(qū)的水域和陸地進(jìn)行。依據(jù)自然地理、環(huán)境特征和環(huán)境管理需要設(shè)立。

2.2.2 水源保護(hù)區(qū)警示

飲用水水源保護(hù)區(qū)交通警示牌設(shè)置于一級(jí)保護(hù)區(qū)、二級(jí)保護(hù)區(qū)和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的主干道、高速公路等道路旁。能夠警示車輛、船舶或行人已進(jìn)入飲用水水源保護(hù)區(qū)道路或者航道，在該道路和航道上行駛需謹(jǐn)慎駕駛或謹(jǐn)慎行為。

2.2.3 水源保護(hù)區(qū)宣傳牌

飲用水水源保護(hù)區(qū)宣傳牌一般設(shè)置在在人口密集的地方，起到對(duì)過(guò)往人群進(jìn)行宣傳教育的作用?？筛鶕?jù)各級(jí)地方政府的實(shí)際需要，為保護(hù)當(dāng)?shù)仫嬘盟炊O(shè)立。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，運(yùn)河渠道水源一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)沿線均設(shè)置了一級(jí)保護(hù)區(qū)界標(biāo)和二級(jí)保護(hù)區(qū)界標(biāo)及相應(yīng)飲用水水源保護(hù)區(qū)標(biāo)志，但各種水源環(huán)保宣傳牌、警示牌等較少，因此擬在每間隔50m設(shè)置水源環(huán)保宣傳牌、警示牌一個(gè)，在跨河橋梁兩側(cè)防護(hù)欄掛設(shè)水源環(huán)保宣傳牌、警示牌。

2.3 水源區(qū)河道景觀環(huán)境美化提升

在河渠道水源一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，共建有 32 個(gè)洗衣臺(tái)（下河臺(tái)階），洗衣臺(tái)寬1.2～5m，個(gè)別洗衣臺(tái)原來(lái)進(jìn)行過(guò)封堵，但未徹底，存在安全隱患。拆除沿河32個(gè)違法洗衣臺(tái)建筑物，并采用水下混凝土對(duì)拆除后的渠道進(jìn)行澆筑修復(fù)，水下混泥土澆筑平均厚度35mm，恢復(fù)了河道內(nèi)原貌，達(dá)到美觀，生態(tài)治理的效果。

3 終端智慧監(jiān)控系統(tǒng)搭建

傳統(tǒng)的方式是采用人工巡檢的方式對(duì)轄區(qū)飲用水源地進(jìn)行監(jiān)管，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。終端智慧監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)依托中國(guó)鐵塔公司在現(xiàn)有通信塔 30m以上位置高位安裝專業(yè)監(jiān)控?cái)z像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水源地的視頻監(jiān)控。在運(yùn)河渠道流域附近、交通穿越的一級(jí)保護(hù)區(qū)區(qū)域和河道沿線實(shí)施視頻布控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防止破壞行為，及時(shí)了解水源地水質(zhì)及其他重大事件，有利于水源地的保護(hù)及管理。

通過(guò)終端智慧監(jiān)控系統(tǒng)，管理部門可建立自動(dòng)在線監(jiān)控設(shè)施，對(duì)飲用水水源地取水口及重要供水工程設(shè)施實(shí)現(xiàn) 24h自動(dòng)視頻監(jiān)控。加強(qiáng)了針對(duì)突發(fā)污染事件的應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力，具備預(yù)警和突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，加密監(jiān)測(cè)和增加監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力，從而對(duì)運(yùn)河潛在的安全隱患進(jìn)行徹底整治，維護(hù)水質(zhì)安全。

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

終端智慧系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)體現(xiàn)了科學(xué)性，同時(shí)體現(xiàn)了系統(tǒng)性，即應(yīng)考慮各個(gè)系統(tǒng)之間的密切聯(lián)系，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行，達(dá)到功能齊全、技術(shù)先進(jìn)、布設(shè)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可行、質(zhì)量可靠、管理有效的目的。嚴(yán)格按國(guó)家關(guān)于系統(tǒng)建設(shè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，文件圖紙規(guī)范齊全，力求統(tǒng)一性和可調(diào)整性。是一套高品質(zhì)，符合發(fā)展方向，有適度前瞻性的智慧監(jiān)控系統(tǒng)。

該智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擁有可靠的技術(shù)保障，能夠保證系統(tǒng)有強(qiáng)的持續(xù)運(yùn)行能力。具有較好的擴(kuò)展性，預(yù)留有擴(kuò)展空間，保證將來(lái)各種新業(yè)務(wù)的開(kāi)展。并且能以較低的成本投入來(lái)保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高效能和高效益。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)布置

對(duì)穿越村莊人類居住密集點(diǎn)約 40 公里的主運(yùn)河廉南河段與東海河段兩岸人口密集區(qū)域 41 處（廉江范圍 29 處，遂溪范圍 12）有效的監(jiān)控，監(jiān)控設(shè)施共建 25 個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，其中17個(gè)高塔智能監(jiān)控點(diǎn)和 8 個(gè)低位監(jiān)控點(diǎn)。

1）運(yùn)河渠道區(qū)域：在運(yùn)河渠道流域附近通信高塔加載超高清、多倍變焦的智能攝像球機(jī)結(jié)合人口密集區(qū)跨河橋梁附近立桿安裝前端視頻，實(shí)時(shí)監(jiān)控市區(qū)供水運(yùn)河渠道是否有生態(tài)污染物靠近或者違法污染行為。

2）交通穿越區(qū)域：在交通穿越的一級(jí)保護(hù)區(qū)區(qū)域?qū)嵤┮曨l布控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)往運(yùn)行車輛及?；镘囕v，如若發(fā)生交通事故，有污染風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，進(jìn)行及時(shí)預(yù)警。

3）河道沿岸：在河道沿線實(shí)施視頻布控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)河道沿岸人員及項(xiàng)目施工情況，防止破壞行為。巡查人員能夠輕松通過(guò)移動(dòng)終端對(duì)實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行自由查看，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地對(duì)河道狀況進(jìn)行監(jiān)控。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)，包括組網(wǎng)架構(gòu)、平臺(tái)功能架構(gòu)、子系統(tǒng)架構(gòu)等。

水資源監(jiān)控業(yè)務(wù)總體架構(gòu)可分為設(shè)備接入層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)管理系統(tǒng)層、以及應(yīng)用層，通常水資源監(jiān)控業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由設(shè)備接入層通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸后，由數(shù)據(jù)層及服務(wù)層對(duì)其進(jìn)行分發(fā)管理，經(jīng)應(yīng)用層展示最終結(jié)果。

設(shè)備接入層是以通信鐵塔 30m以上的位置掛載前端感知設(shè)備所在層級(jí)，主要考慮高空瞭望覆蓋更遠(yuǎn)的范圍，無(wú)需使用密集布點(diǎn)的低位監(jiān)控以節(jié)約投入成本，使用的攝像機(jī)主流功能詳見(jiàn)設(shè)備功能部分。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層采用光纖、網(wǎng)橋、無(wú)線傳輸?shù)确绞?，使底端設(shè)備接入公共或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與平臺(tái)或設(shè)備與設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)層是通過(guò)存儲(chǔ)和過(guò)濾視頻監(jiān)控所采集的視頻數(shù)據(jù)，將視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化主要通過(guò)前端設(shè)備內(nèi)嵌相應(yīng)功能以及后端設(shè)備平臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

服務(wù)管理系統(tǒng)層類似于平臺(tái)層，提供對(duì)于數(shù)據(jù)、設(shè)備、用戶、交互規(guī)則等信息進(jìn)行管理，提供上層應(yīng)用與下層設(shè)備數(shù)據(jù)間接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在平臺(tái)內(nèi)自由交互。

應(yīng)用層可以通過(guò)軟件去解決客戶的各種需求，對(duì)采集到的視頻監(jiān)控信息數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理并在軟件上進(jìn)行展示，幫助客戶實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的目的。

3.4 監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸與儲(chǔ)存

3.4.1 傳輸方式

1）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，4G小區(qū)理論上行速度為 50Mbps，但由于多用戶共享，實(shí)際傳輸速度要遠(yuǎn)低于理論速率。應(yīng)考慮因地制宜，合理選擇無(wú)線回傳方式，并著重注意流量使用以及客戶對(duì)畫(huà)面卡頓及穩(wěn)定性要求。在單 SIM卡單通道資源不足的情況下，可考慮多通道甚至多運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，提升畫(huà)面流暢度及質(zhì)量。

2）有線網(wǎng)絡(luò)：通過(guò)租賃運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)光纖網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸，該方式作為視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)中最常用的傳統(tǒng)方式，穩(wěn)定性相對(duì)較高，可作為大多數(shù)監(jiān)控場(chǎng)景下的傳輸選擇，通常單路視頻監(jiān)控采用 10M 帶寬進(jìn)行傳輸。

3）無(wú)線網(wǎng)橋：無(wú)線網(wǎng)橋是針對(duì)一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，光纖網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的監(jiān)控點(diǎn)位，通過(guò)安裝無(wú)線網(wǎng)橋的方式將數(shù)據(jù)從無(wú)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域傳輸至有光纖網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，匯聚后統(tǒng)一將數(shù)據(jù)由有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行回傳。

3.4.2 儲(chǔ)存模式

NVR 存儲(chǔ)通過(guò)在攝像頭前端位置加裝網(wǎng)絡(luò)硬盤刻錄機(jī)（NVR），實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控錄像的本地化存儲(chǔ)，單臺(tái) NVR 可支持多路視頻接入，具體存儲(chǔ)大小視配置硬盤空間決定，同時(shí)適用于在僅回傳圖片的方式，且采用無(wú)線傳輸模式下作為本地存儲(chǔ)空間，本存儲(chǔ)方案適用于小面積零散監(jiān)控點(diǎn)位。

根據(jù)《水利視頻監(jiān)視系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（SL515-2013)要求，視頻監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)視頻信息連續(xù)存儲(chǔ)時(shí)間≥7d，重要實(shí)時(shí)視頻信息連續(xù)存儲(chǔ)時(shí)間≥15d。運(yùn)河區(qū)域?yàn)橹匾囊患?jí)水源保護(hù)區(qū)，故本次實(shí)時(shí)視頻信息連續(xù)存儲(chǔ)時(shí)間不小于15d。根據(jù)攝像機(jī)的存儲(chǔ)需要，每個(gè)站點(diǎn)配置 4T 企業(yè)級(jí)硬盤[6]。低桿監(jiān)控站點(diǎn)正在站點(diǎn)配置。高位鐵塔站點(diǎn)攝像機(jī)自帶 256G 的內(nèi)存，并在監(jiān)視中心配備磁盤陣列存儲(chǔ)，支持硬盤 16 個(gè)，配置 4T 企業(yè)級(jí)硬盤 16 個(gè)。在攝像頭前端位置加裝網(wǎng)絡(luò)硬盤刻錄機(jī)（NVR），實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控錄像的本地化存儲(chǔ)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以雷州青年運(yùn)河為例，針對(duì)其水源保護(hù)的需求，介紹了一種結(jié)合終端智慧系統(tǒng)所提出的水質(zhì)安全防護(hù)策略。通過(guò)增加隔離防護(hù)和護(hù)區(qū)警示牌標(biāo)志，防止人類不合理活動(dòng)對(duì)水源保護(hù)區(qū)水質(zhì)造成影響，并恢復(fù)河道內(nèi)坡原貌[7]。再結(jié)合終端智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)飲用水源地巡查的隨時(shí)監(jiān)督，并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、報(bào)告和制止一系列違法違規(guī)行為，提高飲用水水源地環(huán)境管理水平，確保水源水質(zhì)安全，維護(hù)河湖的健康，有利于改善周邊環(huán)境，改良水質(zhì)，有利于城市安全供水，大大提高湛江市區(qū)供水安全保障能力，保障市區(qū)供水水質(zhì)安全。