小型水庫視頻監(jiān)視系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

袁少航

河北省小型水庫眾多，作為重要的防洪設(shè)施，小型水庫在防災(zāi)減災(zāi)方面起著至關(guān)重要的作用。因此，開展庫區(qū)視頻監(jiān)視工作，更有利于保障水庫安全運(yùn)行，更有利于保障下游人民群眾生命、財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)《河北省深化小型水庫管理體制改革實(shí)施方案》等相關(guān)要求，小型水庫將逐漸采用物業(yè)化管理，對(duì)水庫管理的信息化、自動(dòng)化水平提出較高要求，亟需對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測監(jiān)控設(shè)施進(jìn)行查漏補(bǔ)缺和升級(jí)改造。建設(shè)小型水庫視頻監(jiān)視系統(tǒng)后，運(yùn)行管理單位可通過PC 端或者手機(jī)端，實(shí)時(shí)察看庫區(qū)狀況及水庫水位，進(jìn)而提高水庫運(yùn)行管理水平和防災(zāi)減災(zāi)能力。

1.總體設(shè)計(jì)

為滿足小型水庫視頻監(jiān)視需求，在小型水庫大壩或庫區(qū)適當(dāng)位置設(shè)置戶外視頻網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。新增視頻監(jiān)視系統(tǒng)分為現(xiàn)地部分和管理平臺(tái)兩級(jí)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)地部分設(shè)置網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)和通訊模塊，通訊模塊采用運(yùn)營商4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)將視頻信號(hào)傳至管理平臺(tái)。

選用設(shè)備符合結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、能耗低，具有可靠的防雷、防凍、防盜等安全保護(hù)措施，可在無人值守的情況下長期穩(wěn)定運(yùn)行。

平臺(tái)具有良好的兼容性和可擴(kuò)展性，充分考慮未來監(jiān)測設(shè)備的擴(kuò)充需求，相關(guān)設(shè)備的配套系統(tǒng)預(yù)留接口，確保與系統(tǒng)無縫對(duì)接。設(shè)計(jì)框圖見圖1。

2.系統(tǒng)功能

視頻監(jiān)視系統(tǒng)在小型水庫現(xiàn)地設(shè)置高清4G 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，設(shè)備應(yīng)具有自動(dòng)關(guān)閉、開啟光學(xué)透霧功能；支持智能雨刷，雨天自適應(yīng)工作，保障成像清晰，實(shí)現(xiàn)圖片定時(shí)拍攝、異常抓拍、泄洪監(jiān)測、大壩管理范圍內(nèi)非法行為智能化偵測報(bào)警等功能。在省、市、縣各級(jí)水利管理部門設(shè)置視頻管理平臺(tái)，各級(jí)水利主管部門通過互聯(lián)網(wǎng)利用視頻監(jiān)視終端訪問管理平臺(tái)或者通過數(shù)據(jù)流量采用手機(jī)App 訪問管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各小型水庫監(jiān)控圖像、視頻的查看及回放。

2.1 方案布置

每座小型水庫配置1～2 套黑光級(jí)水位識(shí)別球形攝像機(jī)，自動(dòng)讀取標(biāo)準(zhǔn)水位尺，獲得水位數(shù)據(jù)。視頻設(shè)備立桿于壩坡上下游，用以監(jiān)視庫區(qū)及溢洪道水位、水流狀態(tài)及水庫下游；部分小型水庫副壩較長，可在副壩上視野開闊處增設(shè)1 臺(tái)攝像機(jī)用以監(jiān)視庫區(qū)水位。

視頻監(jiān)視設(shè)備均安裝在立柱上，立柱高度均小于15m，故按照第三類建筑物進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。用電設(shè)備布置間距較大，因此采用“TT”接地制式，每處用電設(shè)備布置獨(dú)立的集中接地裝置，集中接地裝置選用熱鍍鋅扁鋼焊接成均壓網(wǎng)，引雷設(shè)備選用避雷針，布置于立桿頂部。各處接地系統(tǒng)接地電阻不大于4Ω，不滿足要求時(shí)外引接地裝置。設(shè)備配電箱及信息箱進(jìn)線處裝設(shè)防雷保護(hù)裝置，防止雷電侵入波入侵造成設(shè)備損壞。所有用電設(shè)備均應(yīng)與接地裝置可靠連接。

因小型水庫地理位置相距較遠(yuǎn)，各監(jiān)測點(diǎn)位分散，因此采用4G 運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳輸，可根據(jù)水庫所在位置選擇信號(hào)較強(qiáng)的運(yùn)營商。由于視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)體量較大，非汛期時(shí)可在本地進(jìn)行實(shí)時(shí)畫面存儲(chǔ)，需要遠(yuǎn)程調(diào)用時(shí)再通過4G 信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸；汛期時(shí)可根據(jù)水庫水位考慮是否進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在現(xiàn)地。因?yàn)樾枨笕萘繛?T，所以配置錄像機(jī)帶2T 硬盤進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.2.1 需求容量計(jì)算

計(jì)算需求容量需要根據(jù)前端監(jiān)控設(shè)備的輸入回路數(shù)、單路視頻圖像碼流、錄像時(shí)間、錄像信息保存時(shí)間。

視頻圖像存儲(chǔ)空間計(jì)算公式：單個(gè)通道24 小時(shí)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)容量（GB）=【視頻碼流大?。∕B）×3600s×24h×存儲(chǔ)天數(shù)/8】/1024。

單路200 萬像素球機(jī)視頻碼流約4Mb，存儲(chǔ)30 天，計(jì)算如下：

4×3600×24×30/8/1024=1266GB≈1.24TB

2.2.2 硬盤實(shí)際容量計(jì)算

按照2T 硬盤計(jì)算，標(biāo)稱2TB 的硬盤由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用二進(jìn)制的原因，其實(shí)際可用容量為2000/1.024/1.024/1.024=1863GB。

格式化損失約為5%，2TB 硬盤實(shí)際容量約為：

圖1 小型水庫視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

1863×0.95 /1024=1.73TB

按預(yù)留15%的存儲(chǔ)容量計(jì)算單臺(tái)攝像機(jī)信息存儲(chǔ)30 日所需2T 硬盤數(shù)量：1.24（/85%×5.2）=0.84 塊。

2.3 設(shè)備供電

小型水庫大部分都位于僻遠(yuǎn)山區(qū)，現(xiàn)場無市政電源，引接市政電源投資較高，故結(jié)合實(shí)際情況考慮現(xiàn)地視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)包括高效單晶硅太陽能電池板、充放電控制器以及閥控式鉛酸蓄電池組（包含地埋箱或保溫箱）等。蓄電池分為直埋和錨固安裝兩種方式：一是直埋安裝則是把蓄電池放入防水地埋箱中，埋置于凍土以下；二是錨固安裝則是把蓄電池放入金屬防水保溫箱中，錨固與某基礎(chǔ)上。

太陽能供電裝置輸出電壓選擇直流24V，系統(tǒng)容量應(yīng)保證連續(xù)1 周以上陰雨天氣設(shè)備正常工作需求。經(jīng)計(jì)算太陽能電池板功率選用640Wp，蓄電池容量1000Ah。

2.4 數(shù)據(jù)查看

視頻監(jiān)視信號(hào)利用運(yùn)營商4G 網(wǎng)絡(luò)傳輸至視頻監(jiān)控平臺(tái)，通過視頻分析軟件可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查看和控制設(shè)備。在省、市、縣級(jí)水利主管部門設(shè)置視頻監(jiān)控平臺(tái)客戶端及手機(jī)端App。各級(jí)水庫運(yùn)行管理人員可通過互聯(lián)網(wǎng)采用PC 端或通過數(shù)據(jù)流量采用手機(jī)端App 查看視頻信息。

3.結(jié)語

通過設(shè)置小型水庫視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小型水庫庫區(qū)狀況實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)掌握庫區(qū)運(yùn)行狀況并進(jìn)行巡檢監(jiān)管，可實(shí)現(xiàn)小型水庫的可視化、數(shù)字化管理，進(jìn)而滿足安全運(yùn)行要求，有利于提高水庫的防災(zāi)減災(zāi)能力。