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、河流、堤圍、漁港、水利樞紐、供水設施等，監(jiān)控場所涉及水閘、大堤、壩體、港灣、采水點、自來水廠、水文站、防汛亭、水電設施、溢洪道等，這些場所可能在城區(qū)，也可能在野外、偏遠山區(qū)，有的配備有專用機房，有的只有簡單的立桿和防水設備箱，有的可以通過光纖專線，有的則需要無線傳輸，因此需要針對不同的監(jiān)控現(xiàn)場選擇適合的監(jiān)控前端產品，滿足各自特殊的需求。

1、水庫

由于場景開闊、水域面積大，有專用機房，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(shù)字硬盤錄像機DVR，通過接入光纖專線或通過3G無線公網，將現(xiàn)場畫面?zhèn)鬟f到監(jiān)控中心。

在高清應用方案上，對于已建模數(shù)混合監(jiān)控的水庫，建議配備HD-SDI數(shù)字高清攝像機，結合帶智能分析功能的高清DVR，可利用原有線路資源平滑升級到高清系統(tǒng)，可實現(xiàn)對水庫的水體質量和表面漂浮物進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)污染或溺水事件，還可配合水質探測裝置進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

這些場所一般沒有專門配套的機房，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@些場所配備了輕便、易安裝、低功耗的網絡攝像機，可以通過敷設光纜或租用電信運營商的線路資源，將圖像傳送到監(jiān)控中心，對于部分難以鋪設線纜的地區(qū)，還可以直接用3G公網進行無線傳輸，能大大減少工程量，提高布點效率。

在高清應用方案上，建議配備網絡高清攝像機，尤其適合堤圍、漁港這樣視場開闊的場景，另外結合水位水質傳感器，可對于水文站、采水點這些場所進行視頻、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，工程內部各場所的監(jiān)控，如水閘、機組、上游壩坡、水位標尺等，水利樞紐工程有專門的機房環(huán)境和長途線路資源，可將各種音視頻監(jiān)控、動力環(huán)境監(jiān)控信息統(tǒng)一接入到監(jiān)控主機，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、管網的監(jiān)控。水源井、加壓泵房的點較少，且相對集中，是重點監(jiān)控對象，可采用有線的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，增加視頻監(jiān)控。每個監(jiān)控點安裝監(jiān)控主機，接入傳感器、智能設備、視頻設備，實現(xiàn)對水源井、加壓泵房的監(jiān)控。管網監(jiān)測點較多，且分散，可采用無線的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，方便部署。每個監(jiān)控點安裝小型監(jiān)控采集裝置，接入傳感器，實現(xiàn)對管網的監(jiān)控。

5、機動監(jiān)控點、應急車、單兵系統(tǒng)

雖然水利部門花費巨額投資建設了大量監(jiān)控點，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、應急響應能力。可通過架設無線監(jiān)控點、攜帶單兵系統(tǒng)進行現(xiàn)場的臨時監(jiān)控，或者裝備應急監(jiān)測/指揮車到各處進行機動的采集、觀測與調度指揮。

在監(jiān)控前端設計方面，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)控設備取電困難，我們一方面采取借助其他能源發(fā)電，比如風光發(fā)電、油機發(fā)電，目前不少無人值守水文站、觀測站也是采用風光互補發(fā)電來滿足日常監(jiān)測與無線傳輸?shù)男枨?。另一方面采用低功耗設備，或采取定時休眠/喚醒來節(jié)能。有些地區(qū)我們還可以采用高壓直流、遠端供電方式，從監(jiān)控站機房向監(jiān)控點設備進行輸電。

另一個是防雷問題，水利工程往往建設在野外空曠之處，易受到雷電侵襲，監(jiān)控點設備的電源一般在現(xiàn)場就近取用，也易受雷電影響產生高壓和浪涌電流，為了設備能可靠、長久地運行，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(jiān)控站點均應配置電源浪涌保護器，防止雷電的侵襲。

第三個是夜間監(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鍵時刻，因而在系統(tǒng)設計時應充分考慮夜間監(jiān)控的要求，可采用射燈照明或紅外方式。建設優(yōu)先選用射燈照明模式。夜間監(jiān)控中，輔助照明設備開啟時投射到被監(jiān)控區(qū)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(jiān)視距離應根據(jù)實際狀況確定，室外一般不應低于30米。

傳輸線路

業(yè)內一般將水利監(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、樞紐、河道等各地監(jiān)控點圖像、數(shù)據(jù)傳到監(jiān)控站或匯聚點，骨干線路則將圖像、數(shù)據(jù)等信息遠程傳輸?shù)缴霞壉O(jiān)控中心。

對于骨干線路，通常采用水利政務專網，各省在防汛抗旱指揮系統(tǒng)項目建設時已做了網絡建設和改造，除視頻監(jiān)控外，還承載了視頻會商與水情監(jiān)測等業(yè)務。鑒于大流域管理的需求，有的還建設了跨省線路，便于下游地區(qū)對上游水情的及時了解。

由于水利環(huán)境的復雜性，接入線路就存在較多不確定因素，通常我們會結合監(jiān)控的要求和環(huán)境兩方面來選擇傳輸方式，對于監(jiān)控畫面要求清晰、實時的點位(比如水庫、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或租用運營商的專線資源。一些無人值守泵站、河道監(jiān)測站、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)，但有線網絡難以到達或者投資較大的地區(qū)，則考慮無線網絡(以3G網絡為主)或點對點傳輸通道(如微波無線擴頻、OFDM)。

這里特別提到一點，山洪災害是我國現(xiàn)階段造成生命財產損失較大的水患類型，有突發(fā)性、隱蔽性、破壞性強的特點，因為環(huán)境偏僻惡劣，難以利用常規(guī)手段加以監(jiān)測。我們在山洪預警方面融合了物聯(lián)網WSN技術，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區(qū)域的監(jiān)控主機，再通過3G網絡匯聚到監(jiān)控中心進行分析處理，從而加強了對山洪災害的預報能力。

監(jiān)控中心管理平臺

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