基于融合監控系統的水利監控解決方案

監控前端

水利部門(mén)所管轄的水體資源和水利工程類(lèi)型多樣，包括水庫、河流、堤圍、漁港、水利樞紐、供水設施等，監控場(chǎng)所涉及水閘、大堤、壩體、港灣、采水點(diǎn)、自來(lái)水廠(chǎng)、水文站、防汛亭、水電設施、溢洪道等，這些場(chǎng)所可能在城區，也可能在野外、偏遠山區，有的配備有專(zhuān)用機房，有的只有簡(jiǎn)單的立桿和防水設備箱，有的可以通過(guò)光纖專(zhuān)線(xiàn)，有的則需要無(wú)線(xiàn)傳輸，因此需要針對不同的監控現場(chǎng)選擇適合的監控前端產(chǎn)品，滿(mǎn)足各自特殊的需求。

1、水庫

由于場(chǎng)景開(kāi)闊、水域面積大，有專(zhuān)用機房，且一般需要錄像，可采用日夜兩用的高變倍模擬球機，配合數字硬盤(pán)錄像機DVR，通過(guò)接入光纖專(zhuān)線(xiàn)或通過(guò)3G無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)，將現場(chǎng)畫(huà)面傳遞到監控中心。

在高清應用方案上，對于已建模數混合監控的水庫，建議配備HD-SDI數字高清攝像機，結合帶智能分析功能的高清DVR，可利用原有線(xiàn)路資源平滑升級到高清系統，可實(shí)現對水庫的水體質(zhì)量和表面漂浮物進(jìn)行監測，及時(shí)發(fā)現污染或溺水事件，還可配合水質(zhì)探測裝置進(jìn)一步準確掌握水資源狀況。

2、堤圍、漁港、防汛亭、水文站、采水點(diǎn)

這些場(chǎng)所一般沒(méi)有專(zhuān)門(mén)配套的機房，也沒(méi)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，可以通過(guò)敷設光纜或租用電信運營(yíng)商的線(xiàn)路資源，將圖像傳送到監控中心，對于部分難以鋪設線(xiàn)纜的地區，還可以直接用3G公網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸，能大大減少工程量，提高布點(diǎn)效率。

在高清應用方案上，建議配備網(wǎng)絡(luò )高清攝像機，尤其適合堤圍、漁港這樣視場(chǎng)開(kāi)闊的場(chǎng)景，另外結合水位水質(zhì)傳感器，可對于水文站、采水點(diǎn)這些場(chǎng)所進(jìn)行視頻、數據綜合監控。

3、水利樞紐工程

水利樞紐工程由于規模較大，需要多方位、多角度的監控部署，包括工程周邊的邊界防范，工程內部各場(chǎng)所的監控，如水閘、機組、上游壩坡、水位標尺等，水利樞紐工程有專(zhuān)門(mén)的機房環(huán)境和長(cháng)途線(xiàn)路資源，可將各種音視頻監控、動(dòng)力環(huán)境監控信息統一接入到監控主機，然后通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)傳輸到監控中心。

4、自來(lái)水廠(chǎng)

自來(lái)水廠(chǎng)監控主要包括水源井、加壓泵房、管網(wǎng)的監控。水源井、加壓泵房的點(diǎn)較少，且相對集中，是重點(diǎn)監控對象，可采用有線(xiàn)的方式進(jìn)行數據傳輸，增加視頻監控。每個(gè)監控點(diǎn)安裝監控主機，接入傳感器、智能設備、視頻設備，實(shí)現對水源井、加壓泵房的監控。管網(wǎng)監測點(diǎn)較多，且分散，可采用無(wú)線(xiàn)的方式進(jìn)行數據傳輸，方便部署。每個(gè)監控點(diǎn)安裝小型監控采集裝置，接入傳感器，實(shí)現對管網(wǎng)的監控。

5、機動(dòng)監控點(diǎn)、應急車(chē)、單兵系統

雖然水利部門(mén)花費巨額投資建設了大量監控點(diǎn)，但相對我國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，因此需要準備一定的機動(dòng)、應急響應能力?？赏ㄟ^(guò)架設無(wú)線(xiàn)監控點(diǎn)、攜帶單兵系統進(jìn)行現場(chǎng)的臨時(shí)監控，或者裝備應急監測/指揮車(chē)到各處進(jìn)行機動(dòng)的采集、觀(guān)測與調度指揮。

在監控前端設計方面，我們充分考慮環(huán)境因素，比如供電問(wèn)題，位于偏僻地區的監控設備取電困難，我們一方面采取借助其他能源發(fā)電，比如風(fēng)光發(fā)電、油機發(fā)電，目前不少無(wú)人值守水文站、觀(guān)測站也是采用風(fēng)光互補發(fā)電來(lái)滿(mǎn)足日常監測與無(wú)線(xiàn)傳輸的需求。另一方面采用低功耗設備，或采取定時(shí)休眠/喚醒來(lái)節能。有些地區我們還可以采用高壓直流、遠端供電方式，從監控站機房向監控點(diǎn)設備進(jìn)行輸電。

另一個(gè)是防雷問(wèn)題，水利工程往往建設在野外空曠之處，易受到雷電侵襲，監控點(diǎn)設備的電源一般在現場(chǎng)就近取用，也易受雷電影響產(chǎn)生高壓和浪涌電流，為了設備能可靠、長(cháng)久地運行，攝像機桿和前端機箱必須接地;對攝像機的視頻信號均應配置防雷設備，以防止雷電對攝像機等設備的損壞;對各監控站點(diǎn)均應配置電源浪涌保護器，防止雷電的侵襲。

第三個(gè)是夜間監控問(wèn)題，現有水利工程中，不少未安裝照明系統，而夜間又往往是抗洪的關(guān)鍵時(shí)刻，因而在系統設計時(shí)應充分考慮夜間監控的要求，可采用射燈照明或紅外方式。建設優(yōu)先選用射燈照明模式。夜間監控中，輔助照明設備開(kāi)啟時(shí)投射到被監控區域的有效照度應不低于40W白熾燈照度。紅外攝像機的有效監視距離應根據實(shí)際狀況確定，室外一般不應低于30米。

傳輸線(xiàn)路

業(yè)內一般將水利監控的傳輸線(xiàn)路分為兩類(lèi)，一類(lèi)是接入線(xiàn)路，一類(lèi)是骨干線(xiàn)路。接入線(xiàn)路解決將位于水庫、樞紐、河道等各地監控點(diǎn)圖像、數據傳到監控站或匯聚點(diǎn)，骨干線(xiàn)路則將圖像、數據等信息遠程傳輸到上級監控中心。

對于骨干線(xiàn)路，通常采用水利政務(wù)專(zhuān)網(wǎng)，各省在防汛抗旱指揮系統項目建設時(shí)已做了網(wǎng)絡(luò )建設和改造，除視頻監控外，還承載了視頻會(huì )商與水情監測等業(yè)務(wù)。鑒于大流域管理的需求，有的還建設了跨省線(xiàn)路，便于下游地區對上游水情的及時(shí)了解。

由于水利環(huán)境的復雜性，接入線(xiàn)路就存在較多不確定因素，通常我們會(huì )結合監控的要求和環(huán)境兩方面來(lái)選擇傳輸方式，對于監控畫(huà)面要求清晰、實(shí)時(shí)的點(diǎn)位(比如水庫、堤圍、漁港、樞紐等)，一般采用有線(xiàn)傳輸，借助水利部門(mén)自建專(zhuān)網(wǎng)或租用運營(yíng)商的專(zhuān)線(xiàn)資源。一些無(wú)人值守泵站、河道監測站、水文站，位于崇山峻嶺深處或荒無(wú)人煙之地，或者即便在城區，但有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )難以到達或者投資較大的地區，則考慮無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )(以3G網(wǎng)絡(luò )為主)或點(diǎn)對點(diǎn)傳輸通道(如微波無(wú)線(xiàn)擴頻、OFDM)。

這里特別提到一點(diǎn)，山洪災害是我國現階段造成生命財產(chǎn)損失較大的水患類(lèi)型，有突發(fā)性、隱蔽性、破壞性強的特點(diǎn)，因為環(huán)境偏僻惡劣，難以利用常規手段加以監測。我們在山洪預警方面融合了物聯(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，利用ZigBee傳輸手段，將采集的信息傳到觀(guān)測區域的監控主機，再通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )匯聚到監控中心進(jìn)行分析處理，從而加強了對山洪災害的預報能力。

監控中心管理平臺

水利部門(mén)垂直管理特征明顯，為了既保障統一的指揮，又能實(shí)現分散自主管理，從跨省的流域管理委員會(huì )，到各省、市、水利工程的多級管理單位，都會(huì )建設規模、復雜度不一的監控中心，通過(guò)各級監控中心的管理平臺，既可以訪(fǎng)問(wèn)管轄范圍內的水利監控點(diǎn)，也可以向上級監控中心提供級聯(lián)服務(wù)的能力，或者向有關(guān)部門(mén)共享部分視頻資源。