河道管理監控系統在山東黃河的研究應用

侯曉燕 魏 彬 張 晶 張 強 蘇擁軍

（山東黃河河務局山東黃河信息中心，山東 濟南250013）

為保證防洪工作有的放矢，依靠現代計算機通信技術和傳感技術，實施對河道水位的無人化遠程實時監測，并且能夠自動傳輸到上面各級主管部門，達到科學預警，減少防洪成本，提高效率。

1 山東河道監控現狀

（1）近10年來,黃河下游年平均來水量明顯減少,河道不斷淤積抬高,防洪形勢日趨嚴峻。雖然近幾年按2000年防洪標準加高加固了部分堤防、險工,進行河道整治工程,消除了一些險點、險段和病險涵閘,但防洪工程仍然存在許多隱患,防洪形勢不容樂觀，特別是對黃河下游重要的險工險點的實時監控的沒有開展，使得黃河大堤很多重要的險工險點長期處于無人實時監控狀態。黃河一旦出現決口，而防汛部門不能及時收到信息，將給防汛帶來很大的安全隱患。黃河大堤出現人為破壞，不能實時進行監控，極大地影響和制約著黃河的健康發展。

（2）目前黃河下游河道管理基礎設施和能力建設較為薄弱，管理手段相對落后、信息化程度低，已不能適應新時期河道管理工作需要。

（3）黃河下游河道的污染問題一直得不到有效的解決。嚴重影響了黃河水的質量，給黃河健康調水、供水和行洪等日常河道防護工作造成很大障礙。

（4）沿黃堤壩上建有很多重要的水利基礎設施，經常出現的損毀情況得不到及時上報，給防汛工作帶來很大隱患。

2 山東河道監控應用分析

（1）山東黃河仍然有發大洪水的可能性。黃河下游兩岸大堤水利基礎設備存在人為和自然損害的現象，得不到及時發現和治理。給黃河下游防汛帶來嚴重的安全隱患。

（2）黃河下游各險工險點水面污染和植被被破壞情況時有發生，得不到及時發現處理。

（3）山東黃河河道監控系統項目建設是“數字黃河”工程建設的重要組成部分，是全面提升黃河水量調度水平，實現水資源有效管理、高效配置的重要手段之一。2002年以來，山東局實現的黃河下游51座引黃涵閘遠程監控為黃河下游各險工險點監控系統的建設提供了寶貴的建設經驗。

（4）隨著監控和無線網絡技術快速發展，該技術已被廣泛應用于各行各業的管理之中，并在各領域產生了顯著的經濟和社會效益。運用先進的3G無線網絡技術和監控技術在黃河下游河道各個險工險點建立系統的監控網絡，用于對黃河下游水資源水利基礎設施、水位監測、水量調度及水面污染監控治理，是維護黃河下游河道健康發展的重要環節，保持良好的管理環境的重要手段。

鑒于上述幾點必要性分析，加強對黃河下游河道水資源進行監控和管理.利用現代先進的無線傳輸技術和監控設備，建設黃河下游河道監控系統，及時獲取河道基礎設施、水勢、水面和水文信息，實現對黃河下游實時視頻監控，給領導合理科學地調度水資源提供真實的資料，對于確保黃河不斷流、維持河流生命、促進下游社會經濟的可持續發展具有重大意義。

3 山東河道監控應用方案研究

（1）在黃河河道的各個重要的險工險點監控點安裝攝像設備和視頻接入服務器,視頻服務器通過客戶專用網絡或公共互聯網絡，采用網絡通過無線方式接入的視頻監控平臺。

（2）在監控中心的監控PC上安裝控制臺管理軟件，監控PC通過客戶專用網絡或公共互聯網絡與網絡視頻監控系統平臺連接，實現對監控點的監控，供領導者決策指揮。

（3）利用視頻監控平臺對監控點的圖像進行實時的數字化錄像及存儲，便于事后對案件進行科學分析，并具有網絡化聯網傳輸功能，便于各級領導查看分析。

（4）黃河下游河道監控中心——包括客戶用戶的監控控制臺、數字顯示墻等，通過客戶端軟件使用不同類型的接口與中心服務平臺相聯接，可以根據實際需要配置安裝。

系統采用先進的無線視頻傳輸技術，同時支持C/S結構的客戶端監控和B/S結構的IE瀏覽器監控，還支持手機隨時隨地移動監控。

主要由以下三部分組成：

（1）視頻的采集壓縮模塊

（2）無線的數據傳輸模塊

（3）中心的監控管理平臺

系統結構簡潔明了，擴展性好，能適應多變的監控要求。

各功能模塊說明：

（1）視頻采集模塊：該模塊用于完成對視頻信號的采集，將USB攝像頭接收器采集到的信號以文件的形式保存或者放入緩沖區供其他模塊使用。

（2）GPS定位模塊。該模塊用于實時記錄監控終端當前所處的位置、移動速度、移動方向等狀態信息。

（3）圖像壓縮模塊。該模塊用于完成對圖像數據的壓縮處理，讀取由視頻采集模塊產生的緩沖區數據，對其進行壓縮處理后再以文件的形式保存或者將壓縮數據放入緩沖區供其他模塊使用。

（4）無線通信模塊。該模塊用于完成對視頻數據的網絡傳輸，讀取緩沖區里的視頻數據，并將其打成UDP包，然后將其做成流式文件格式，通過TD模塊和CDMA模塊傳輸到服務器上。

黃河下游河道管理監控系統，共分視頻監控系統、網絡傳輸、監控中心三大功能模塊，應用先進的視頻壓縮技術對視頻進行壓縮解碼，完成多畫面顯示與切換、遠程控制等功能。

在監控終端首先通過視頻采集模塊把攝像機攝取模擬圖像轉換成數字圖像，再壓縮編碼成為數字格式（MPEG-4）的格式圖像，放到發送緩沖區里，網絡傳輸部分再從緩沖區里讀取數據，封裝成UDP包，然后CDMA模塊通過無線網絡發送UDP包。在遠程監控中心服務器端，把接收到的UDP數據包進行處理放到接收緩沖區里，再進行解碼。

監控終端功能：將處理后的模擬視頻信號數字化，壓縮，并將壓縮后的圖像數據進行錄像保存到硬盤或傳輸到監控中心；接受監控中心的遠程指令，根據指令要求切換視頻源或對云臺和鏡頭等監控設備或其他開關設備進行控制。

監控中心功能：接收視頻流進行實時播放，并保存到硬盤；隨時跟蹤監控終端當前所處的位置、移動速度、移動方向、狀態信息等情況，對終端進行定位時可以按照定時、定距等多種方式監控，并能夠在系統界面上顯示終端的各項監控指標。

視頻監控系統提供了一個應用在專用或公用網絡上跨地域、跨行業的視頻監控系統的全面解決方案，客戶視頻監控系統可以利用統一監控平臺，采用全數字化的圖像傳輸和處理系統，通過無處不在的網絡將分散、獨立的圖像采集點進行聯網，實現在監控范圍內的統一監控、統一存儲、統一管理、資源共享。

傳輸部分系統數據的發送采用開源代碼。服務器端的任務是提供配置接口，完成音視頻數據采集、事件監控等監控事務，并且與客戶端通信，發送媒體數據和通知消息。從客戶端應用程序來看，服務器端包括遠程管理服務器和媒體服務器。前者負責接收控制命令，反饋服務器狀態；后者負責傳輸媒體數據。客戶端可以接收從媒體服務器傳來的媒體數據，但是不可直接對媒體服務器進行配置。

山東黃河河道監控項目是黃河防洪非工程基礎設施之一，是黃河治理現代化的基礎平臺，是“數字黃河”工程實施的根本，對確保黃河長治久安、可持續發展有著至關重要的作用，其經濟、社會效益巨大。此外，山東河道監控系統，能向河道管理部門提供閘門控制、水面清潔治理等提供準確有效的判斷依據。系統通過避免由于水利基本設備和電纜等被盜帶來的經濟損失，從而間接地為黃河河務管理部門每年帶來不可估量的經濟效益。

［1］楊天怡.圖像通信與監控系統[M].北京:中國鐵道出版社，1994.

［2］殷人昆，田金蘭，等.實用面向對象軟件工程教程[M].電子工業出版社，1998，5.

［3］謝紅華，陸以勤，呂錦.基于3G無線網絡的高質量實時視頻監視系統的設計[J].計算機應用研究，2007.