基于融合監(jiān)控系統(tǒng)的水利監(jiān)控解決方案

監(jiān)控前端

水利部門所管轄的水體資源和水利工程類型多樣，包括水庫(kù)、河流、堤圍、漁港、水利樞紐、供水設(shè)施等，監(jiān)控場(chǎng)所涉及水閘、大堤、壩體、港灣、采水點(diǎn)、自來水廠、水文站、防汛亭、水電設(shè)施、溢洪道等，這些場(chǎng)所可能在城區(qū)，也可能在野外、偏遠(yuǎn)山區(qū)，有的配備有專用機(jī)房，有的只有簡(jiǎn)單的立桿和防水設(shè)備箱，有的可以通過光纖專線，有的則需要無線傳輸，因此需要針對(duì)不同的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)選擇適合的監(jiān)控前端產(chǎn)品，滿足各自特殊的需求。

1、水庫(kù)

由于場(chǎng)景開闊、水域面積大，有專用機(jī)房，且一般需要錄像，可采用日夜兩用的高變倍模擬球機(jī)，配合數(shù)字硬盤錄像機(jī)DVR，通過接入光纖專線或通過3G無線公網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)畫面?zhèn)鬟f到監(jiān)控中心。

在高清應(yīng)用方案上，對(duì)于已建模數(shù)混合監(jiān)控的水庫(kù)，建議配備HD-SDI數(shù)字高清攝像機(jī)，結(jié)合帶智能分析功能的高清DVR，可利用原有線路資源平滑升級(jí)到高清系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)的水體質(zhì)量和表面漂浮物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染或溺水事件，還可配合水質(zhì)探測(cè)裝置進(jìn)一步準(zhǔn)確掌握水資源狀況。

2、堤圍、漁港、防汛亭、水文站、采水點(diǎn)

這些場(chǎng)所一般沒有專門配套的機(jī)房，也沒有錄像的需求，在傳輸和供電方面需要更加靈活、方便的部署，我們?yōu)檫@些場(chǎng)所配備了輕便、易安裝、低功耗的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可以通過敷設(shè)光纜或租用電信運(yùn)營(yíng)商的線路資源，將圖像傳送到監(jiān)控中心，對(duì)于部分難以鋪設(shè)線纜的地區(qū)，還可以直接用3G公網(wǎng)進(jìn)行無線傳輸，能大大減少工程量，提高布點(diǎn)效率。

在高清應(yīng)用方案上，建議配備網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，尤其適合堤圍、漁港這樣視場(chǎng)開闊的場(chǎng)景，另外結(jié)合水位水質(zhì)傳感器，可對(duì)于水文站、采水點(diǎn)這些場(chǎng)所進(jìn)行視頻、數(shù)據(jù)綜合監(jiān)控。

3、水利樞紐工程

水利樞紐工程由于規(guī)模較大，需要多方位、多角度的監(jiān)控部署，包括工程周邊的邊界防范，工程內(nèi)部各場(chǎng)所的監(jiān)控，如水閘、機(jī)組、上游壩坡、水位標(biāo)尺等，水利樞紐工程有專門的機(jī)房環(huán)境和長(zhǎng)途線路資源，可將各種音視頻監(jiān)控、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控信息統(tǒng)一接入到監(jiān)控主機(jī)，然后通過專線傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

4、自來水廠

自來水廠監(jiān)控主要包括水源井、加壓泵房、管網(wǎng)的監(jiān)控。水源井、加壓泵房的點(diǎn)較少，且相對(duì)集中，是重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象，可采用有線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，增加視頻監(jiān)控。每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)安裝監(jiān)控主機(jī)，接入傳感器、智能設(shè)備、視頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)水源井、加壓泵房的監(jiān)控。管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多，且分散，可采用無線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，方便部署。每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)安裝小型監(jiān)控采集裝置，接入傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的監(jiān)控。

5、機(jī)動(dòng)監(jiān)控點(diǎn)、應(yīng)急車、單兵系統(tǒng)

雖然水利部門花費(fèi)巨額投資建設(shè)了大量監(jiān)控點(diǎn)，但相對(duì)我國(guó)廣闊的水域資源而言，仍顯得匱乏，尤其在汛期突發(fā)情況很多，因此需要準(zhǔn)備一定的機(jī)動(dòng)、應(yīng)急響應(yīng)能力?？赏ㄟ^架設(shè)無線監(jiān)控點(diǎn)、攜帶單兵系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)監(jiān)控，或者裝備應(yīng)急監(jiān)測(cè)/指揮車到各處進(jìn)行機(jī)動(dòng)的采集、觀測(cè)與調(diào)度指揮。

在監(jiān)控前端設(shè)計(jì)方面，我們充分考慮環(huán)境因素，比如供電問題，位于偏僻地區(qū)的監(jiān)控設(shè)備取電困難，我們一方面采取借助其他能源發(fā)電，比如風(fēng)光發(fā)電、油機(jī)發(fā)電，目前不少無人值守水文站、觀測(cè)站也是采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電來滿足日常監(jiān)測(cè)與無線傳輸?shù)男枨?。另一方面采用低功耗設(shè)備，或采取定時(shí)休眠/喚醒來節(jié)能。有些地區(qū)我們還可以采用高壓直流、遠(yuǎn)端供電方式，從監(jiān)控站機(jī)房向監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行輸電。

另一個(gè)是防雷問題，水利工程往往建設(shè)在野外空曠之處，易受到雷電侵襲，監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備的電源一般在現(xiàn)場(chǎng)就近取用，也易受雷電影響產(chǎn)生高壓和浪涌電流，為了設(shè)備能可靠、長(zhǎng)久地運(yùn)行，攝像機(jī)桿和前端機(jī)箱必須接地;對(duì)攝像機(jī)的視頻信號(hào)均應(yīng)配置防雷設(shè)備，以防止雷電對(duì)攝像機(jī)等設(shè)備的損壞;對(duì)各監(jiān)控站點(diǎn)均應(yīng)配置電源浪涌保護(hù)器，防止雷電的侵襲。

第三個(gè)是夜間監(jiān)控問題，現(xiàn)有水利工程中，不少未安裝照明系統(tǒng)，而夜間又往往是抗洪的關(guān)鍵時(shí)刻，因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮夜間監(jiān)控的要求，可采用射燈照明或紅外方式。建設(shè)優(yōu)先選用射燈照明模式。夜間監(jiān)控中，輔助照明設(shè)備開啟時(shí)投射到被監(jiān)控區(qū)域的有效照度應(yīng)不低于40W白熾燈照度。紅外攝像機(jī)的有效監(jiān)視距離應(yīng)根據(jù)實(shí)際狀況確定，室外一般不應(yīng)低于30米。

傳輸線路

業(yè)內(nèi)一般將水利監(jiān)控的傳輸線路分為兩類，一類是接入線路，一類是骨干線路。接入線路解決將位于水庫(kù)、樞紐、河道等各地監(jiān)控點(diǎn)圖像、數(shù)據(jù)傳到監(jiān)控站或匯聚點(diǎn)，骨干線路則將圖像、數(shù)據(jù)等信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)缴霞?jí)監(jiān)控中心。

對(duì)于骨干線路，通常采用水利政務(wù)專網(wǎng)，各省在防汛抗旱指揮系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)時(shí)已做了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和改造，除視頻監(jiān)控外，還承載了視頻會(huì)商與水情監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)。鑒于大流域管理的需求，有的還建設(shè)了跨省線路，便于下游地區(qū)對(duì)上游水情的及時(shí)了解。

由于水利環(huán)境的復(fù)雜性，接入線路就存在較多不確定因素，通常我們會(huì)結(jié)合監(jiān)控的要求和環(huán)境兩方面來選擇傳輸方式，對(duì)于監(jiān)控畫面要求清晰、實(shí)時(shí)的點(diǎn)位(比如水庫(kù)、堤圍、漁港、樞紐等)，一般采用有線傳輸，借助水利部門自建專網(wǎng)或租用運(yùn)營(yíng)商的專線資源。一些無人值守泵站、河道監(jiān)測(cè)站、水文站，位于崇山峻嶺深處或荒無人煙之地，或者即便在城區(qū)，但有線網(wǎng)絡(luò)難以到達(dá)或者投資較大的地區(qū)，則考慮無線網(wǎng)絡(luò)(以3G網(wǎng)絡(luò)為主)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸通道(如微波無線擴(kuò)頻、OFDM)。

這里特別提到一點(diǎn)，山洪災(zāi)害是我國(guó)現(xiàn)階段造成生命財(cái)產(chǎn)損失較大的水患類型，有突發(fā)性、隱蔽性、破壞性強(qiáng)的特點(diǎn)，因?yàn)榄h(huán)境偏僻惡劣，難以利用常規(guī)手段加以監(jiān)測(cè)。我們?cè)谏胶轭A(yù)警方面融合了物聯(lián)網(wǎng)WSN技術(shù)，將水情傳感器灑落分布在山洪多發(fā)地區(qū)，利用ZigBee傳輸手段，將采集的信息傳到觀測(cè)區(qū)域的監(jiān)控主機(jī)，再通過3G網(wǎng)絡(luò)匯聚到監(jiān)控中心進(jìn)行分析處理，從而加強(qiáng)了對(duì)山洪災(zāi)害的預(yù)報(bào)能力。

監(jiān)控中心管理平臺(tái)

水利部門垂直管理特征明顯，為了既保障統(tǒng)一的指揮，又能實(shí)現(xiàn)分散自主管理，從跨省的流域管理委員會(huì)，到各省、市、水利工程的多級(jí)管理單位，都會(huì)建設(shè)規(guī)模、復(fù)雜度不一的監(jiān)控中心，通過各級(jí)監(jiān)控中心的管理平臺(tái)，既可以訪問管轄范圍內(nèi)的水利監(jiān)控點(diǎn)，也可以向上級(jí)監(jiān)控中心提供級(jí)聯(lián)服務(wù)的能力，或者向有關(guān)部門共享部分視頻資源。