視頻監控技術在水文測報遠程管理中的應用探討

孔令啟 胡文才

視頻監控技術在水文測報遠程管理中的應用探討

孔令啟 胡文才

隨著流域工程建設不斷加快，流域水文站點呈爆發式增加態勢，但各級水文管理機構在歷次機構調整中人員編制一再壓縮，管理人員嚴重不足，水文測站及各類報汛站管理存在巨大的壓力。同時隨著社會經濟發展，水文監測從傳統的為防汛抗旱服務，不斷拓展到為水資源管理、水質管理、地質災害管理、航運、交通、能源等全方面服務，對水文要素監控要求越來越高。針對上述難題，本文提出了水文自動測報系統視頻監控技術，并基于該技術構建淮河重要省界水資源監測水文站視頻監控系統，應用表明該技術有效實現了水文要素監控的遠程管理，緩解了水文測報監控管理壓力，同時還可為流域的防洪抗旱、水資源管理、水質管理等工作提供了及時高效的信息支撐服務。

一、水文自動測報系統視頻監控技術

1.水文自動測報系統實現視頻傳輸

利用水文自動測報系統測站的自動測報設備的現有資源進行圖像采集傳輸，既能充分發揮設備在雨水情有限信息測報的大量寬裕時間效益，又能增加水信息控制站點的圖像信息，豐富防汛減災水資源配置調度的可視化信息，對決策支持的幫助很大。

近年來，水文自動測報系統的端機的設計，進一步拓展水文自動測報系統視頻圖像采集傳輸功能。至少已有兩種實現模式的端機：一是采用嵌入式處理器硬件設計為主的技術，二是采用軟件功能的擴展。遙測端機傳圖像視頻信息，充分利用其水文要素測報的時間間隔與報汛時間很短的特點，發揮的設備的潛力，提供了增值服務。

2.常規視頻技術實現水文站圖像傳輸

水文遙測站點一般比較偏遠，都在防洪減災及水資源配置的主要控制的地點，能利用水文自動測報系統測站的資源進行圖像采集傳輸是很好的信息服務手段。也有許多水文站在重要水工程樞紐、重要城鎮及工農業發達地區，利用當地已有資源花費很少的投入實現水文站點的圖像傳輸，也是水文測報實現可視化的很好途徑。

圖像前端傳輸主要指各監控點視頻采集前端（攝像機）至各自歸屬的基層監控中心機房所采用的傳輸方式。視頻采集前端傳輸方式主要有以下幾種：

（1）室外型以太網線：適用于視頻采集前端至監控中心機房布線路由小于100米的情況，網絡攝像機IP口至機房以太網交換機用室外型以太網線連接。比較適用位于水庫、水利工程樞紐的水文站。

（2）光纖收發器+光纜：適用于視頻采集前端至監控中心機房布線路由大于100m、小于2000m，且光（電）纜架空或直埋敷設路由比較方便、施工容易的情況。也可以租用運營商的光纜纖芯或帶寬。比較適用于離水庫、水利工程樞紐及城鎮不遠的水文站。

（3）無線網橋：適用于視頻采集前端至監控中心機房布線路由大于500m、光（電）纜架空或直埋敷設困難，且監控點比較分散、單一的情況。無線網橋在通信專業設備中實現數據傳輸相對便宜的設備，相對于水文站點的圖像傳輸建設還是投入比較高的，但也是一種可選的技術方案。

（4）4G多媒體集群水利專網：各監控點直接配置4G攝像機，由4G無線信號傳輸至4G多媒體集群系統基站，再到監控中心機房。水文站有靠近重要水利樞紐的優勢，可利用水利集群專網的優勢，得到優質的水文站視頻圖像。

（5）利用公網3G、4G服務：現在公眾通信服務網絡3G以及覆蓋率很高，4G只能覆蓋部分城市及部分農村地區。

（6）租用電信運營商的數字電路：現在電信運營商提供的數字電信服務到達鄉村，租用固定IP地址的雙向10M/4M數字電路。

二、水文測報遠程視頻監控管理

1.遠程視頻監控管理

在水文要素測報中，水位、雨量、閘門啟閉、水質、氣溫及風向、風速等信息測報自動化已經非常穩定可靠，流量、泥沙、蒸發的自動測報技術還沒有完備、成熟的設備設施。流量測驗的自動纜道、ADCP、時差法、雷達波、二線能坡法等自動測驗手段，雖是各有特色，但還不能完全解決流量自動測報面臨的山區季節性河流、平原水網河道、通航河流及泥沙含量差異的河流等各類不同問題，在測驗時還離不開工作人員的現場設置、避險觀察等人工干預。人工巡測因為站點數太多，工作人員雖疲于奔命，但很難解決洪水爆發時同一區域內同時出現的大量測驗需求。視頻監控技術為解決水文測報工作面臨的難題提供了技術手段。

水文測報的遠程管理完全可以應用成熟的視頻監視及遠程控制技術，在遙遠的管理機關的監控中心，面對巨大的屏幕，操作人員坐在鍵盤前，根據需要發出指令，操作遠處水文測流自動纜道、自動泥沙監測儀、豎直ADCP、自動蒸發監測儀等設備，完成水文要素的測報。可以根據擁有的測站規模，確立在省、地市水文局或具有規模的中心站建立監控中心，遠程監控所屬水文測站的測報工作，重點是監控那些無人值守的水文測站，特別是中小河流、山洪災害項目新增設的水文監測站。

2.遠程視頻監控管理的意義

（1）水文測報事業爆發式發展的需要

水文測報從傳統的人工觀測、電報及電話報汛，發展到自動化測報，再到巡測，每一步都是依賴技術進步減輕人工觀測的工作量和工作強度，緩解了水文測報業務量的發展和人員編制減少的矛盾，推動了水文事業的發展。

近年來水文報汛站點大幅度增加，特別是經過國家防汛抗旱指揮系統、全國中小河流治理項目及全國山洪災害防治項目的建設。以江蘇省為例：全省原設水文站150個、水位站137個、雨量站237個。中小河流水文監測系統總體建設規模如下：98個水文站（改建24個，新建74個）、156個水位站（改建19個，新建137個）、125個雨量站（改建65個，新建60個）。新增水文站74個，水位站137個，雨量站60個，比原有測站規模分別增加了 49.3%、100%、25.3%。測站規模如此擴大，測報任務同樣暴增，而人員編制并沒有明顯增加，運行經費遠不能滿足所需增加管理工作量的要求。采用視頻監控技術對無人值守的水文測站進行遠程管理，可以緩解部分壓力。

（2）保障水文設施安全生產的需要

根據水文規范水文測報斷面一般都處于野外偏僻地點，水文設施的地理位置上較為分散，民情、社情十分復雜，而現代設施設備經濟價值較高，往往成為犯罪份子偷盜、破壞的對象。新增水文設施的站點，與管理單位距離遠，人工巡查、安全監管任務重、難度大，為保障水文測報設施設備的安全運行，建設水文設施安全監視系統勢在必行。

（3）實現信息共享，提高水文服務效能的需要

水文測報站點分散，一般多在江河湖泊水庫堤岸邊的重要控制斷面，這些地段的視頻監控信息，正是管區內現有的各類涉水信息系統所急需。水文監視監控系統在現有資源的基礎上擴展功能，花費少，見效快，為防汛及水資源管理提供增值服務，擴大了水文服務的功能與效率。

（4）實現水文測報現代化的需要

實現水利現代化是社會發展的要求。水文系統是水利事業信息化的尖兵，現代化的窗口。水文信息管理服務的現代化水平是水利管理現代化的基本要求。水文測站遠程管理的視頻監控是水文發展的一個預期方向，和水文自動測報技術一起構成水文管理現代化的基礎。并以現有現代化建設為先導，加強輔助性系統建設，廣泛地應用現代信息技術，充分開發水文測報管理輔助性系統，是實現測報現代化的必然選擇。

三、淮河重要省界水資源監測水文站視頻監控系統

利用水文自動測報系統視頻監控技術，開發建設了淮河重要省界水資源監測水文站視頻監控系統。淮河重要省界斷面水資源監測水文站改造項目中選用部分圖像傳輸條件成熟的重要站點，實施水文測站圖像監測。實時視頻監控高清化、網絡化，實現水文測站遠程管理可視化。

1.站點布置

建設淮河及沂沭泗河水系8個視頻監控站，為淮委相關管理部門提供實時動態監視監控信息及高效可靠的管理手段，提供豐富精準的決策依據，提高水資源管理的信息化、現代化水平，增強應急指揮能力。

2.系統框架

監視監控系統由攝像機、傳輸信道、淮委視頻監控中心等組成。

前端視頻采集系統由攝像機、電源系統等組成。可以根據監控中心的操作發出的命令來控制視頻切換、鏡頭變焦、近景/遠景、光圈調節等以及控制云臺上下、左右和自動巡視等動作。

各視頻監控點中，王家壩水文站采用已建的淮委微波專線，大官莊水文站采用已建的沂沭泗4G水利專網，班臺、界首、小柳巷、港上及新安5站采用4M電信光纖網絡，黃莊水文站目前采用電信3G網絡，待電信4G網絡開通后，更換4G卡。

淮委視頻監控中心利用通信總站已建平臺，設計中充分考慮系統設備與其的兼容性。

四、結語

水文測報工作面對水文監測要素增加，時效性要求越來越高，服務面越來越寬的情況，由防汛指揮系統、山洪災害及中小河流的國家項目的實施導致各類測站數量爆發式增加。水文單位在人員編制縮減、經費增加有限的情況下，測報管理面臨很大壓力。日益成熟的遠程視頻監視及控制技術的發展，為水文的技術革命帶來機會，使用視頻監控技術實現水文測報遠程管理的必要性顯而易見，可行性也已經呈現。建議相關部門大力開展視頻監控試點，做好規劃，研究相關設備標準及水文測報管理制度規范，推動水文測報遠程管理的視頻監控工作，促進水文測報事業良性發展■

（作者單位：江蘇省水土保持總站210000 沂沭泗水利管理局水文局221018）