終端智慧監測系統在城市水質安全防護中的應用

龐立強

（湛江市雷州青年運河管理局廉江市廣鶴水利白蟻防治工程公司，廣東 廉江 524400）

0 引 言

飲用水是人類生存和社會經濟發展最基本的需求，飲用水水質安全問題，直接影響到廣大人民群眾的身體健康，制約著城區經濟社會可持續發展。許多水源地由于存在較多的污染源，水質安全不能得到保障[1]。因此，開展運河水源地安全防護和監控，保障城區供水安全，是保障人民群眾日常生活用水安全的基本條件，是構建和諧社會的基礎。

雷州青年運河灌區位于湛江市北部，即九洲江以南、南渡河以北，東與鑒江流域為界，西臨北部灣。總長 276.59km，主要功能是農業灌溉，再輔以工業、生活供水和防洪、發電、養殖、航運、旅游等功能。本文以雷州青年運河為例，為了保護運河水源安全，采取了相應的措施，并建立了一套智慧監測系統，為城市水質安全智慧化防護提供了思路，實現了對水源地的安全監控和規范化管理。

1 水系概況及河道問題

1.1 水系概況

雷州青年運河源于廣東湛江廉江市鶴地水庫，經遂溪、海康（今雷州市舊稱）、湛江等縣市。雷州青年運河包括主河和四聯河、東海河、西海河、東運河、西運河等五大干河，基本沿自然分水嶺布置，地勢相對較高。通過水位差實現自流灌溉、提供沿線工業、城鎮生活、湛江市用水等功能。退水主要通過排水閘、電站發電尾水，經自然河道、排水涵管等直接或間接排入大海。主、干河分出的干支渠 4039 條，總長5000多km。渠段主河和東海河主要承擔灌溉和全年有供水要求，肩負湛江市城區供水任務，渠道長年不能斷流。

1.2 運河問題

1）灌溉面積下降：目前主運河及五大運河上原設計灌溉流量大于 1m3/s 的干、支渠共 90 條。東運河上的賓合干渠由于西湖水庫加固后水位抬高 1.5m 后，淹沒了耕地，再加上居民房屋的建設占用耕地等原因，造成了灌溉面積大幅度下降。

2）污染嚴重：雷州青年運河從鶴地水庫渠首至赤坎水庫是湛江市城區供水的唯一地表水供應通道。運河供水渠道長，且為明渠，沿途跨越 3 個縣(市、區)，5 個鄉鎮，80 個自然村莊，流經眾多廠礦企業、養殖場等，大量的人行橋、機耕橋、公路橋鐵路跨越渠道。雷州青年運河和東海河沿渠段建游多出洗衣臺，嚴重河道景觀。人群活動比較頻繁的村莊河段存在洗衣物、洗澡、傾倒垃圾入河等違法行為，嚴重影響水質，導致污染物長期存在。綜合水質類別未能達到國家考核要求的Ⅱ類水質，水質達標攻堅任務艱巨，形勢嚴峻[2]。

3）缺少監測管理：近現狀河道上沒有設置隔離防護網設施和監控設施。周邊居民環保意識薄弱，居民洗衣服、洗澡、隨手將垃圾傾倒入河等違法行為。由于缺少監控和管理，難以對有關違法行為進行取證和執法，需建設管理規范、智能高效的監測平臺[3]。

基于上述問題，對水源地進行安全防護建設，建立實時連續監測和遠程監控，是解決該地區水系供水安全，預防水突發事件的必須舉措。

2 水源區安全保護

為避免人為破壞，防止人、畜進入保護區，進行耕種、放牧、亂扔垃圾等一系列破壞行為。采取隔離防護、設置警示標志等措施，從源頭上杜絕污染物入河，阻止惡性事件的發生。以達到防治環境污染，保護水源安全的目的。

2.1 水源區隔離防護措施

本次運河渠道水源一級保護區范圍主要包括主運河從渠首至東海河分水口樁號為 0+000～32+744，東海河為渠首至合流水庫樁號 0+000～36+380。在主運河水源一級保護區范圍內沿線兩岸分布有多做城鎮和村莊。其中一級保護區內實行封閉管理，取水口和取水設施周邊設置具有保護性功能的隔離防護設施。一、二級保護區應設立內容準確的、標識明顯的飲用水水源保護區標志。一級保護區的陸域范圍內人口密集及跨河橋梁及上下游設立隔離防護措施（包括隔網、隔墻、防護欄等）。用水水源保護區范圍內有公路、鐵路通過的，設置防護欄防治環境污染防治措施，在進入保護區之前應設立明顯的警示標志，確保水源不被污染[4]。

沿雷州青年運河主運河和東海河共布置防護欄 41 處，總長 30234 m，其中主運河 29 處，長 17116 m（渠道防護欄 14940 m，跨河橋梁防護欄 2176 m），東海河 12 處，長 13118 m（渠道防護欄 12508 m，跨河橋梁防護欄 610 m）。

2.2 水源區警戒布設

飲用水水源保護區標志包括飲用水水源保護區界標、交通警示牌和宣傳牌[5]。

2.2.1 水源保護區界標

飲用水水源保護區界標用來標識飲用水水源保護區的范圍，一般在在飲用水水源保護區的地理邊界設立，警示人們需謹慎行為。界標分一、二級保護區的水域和陸地進行。依據自然地理、環境特征和環境管理需要設立。

2.2.2 水源保護區警示

飲用水水源保護區交通警示牌設置于一級保護區、二級保護區和準保護區范圍內的主干道、高速公路等道路旁。能夠警示車輛、船舶或行人已進入飲用水水源保護區道路或者航道，在該道路和航道上行駛需謹慎駕駛或謹慎行為。

2.2.3 水源保護區宣傳牌

飲用水水源保護區宣傳牌一般設置在在人口密集的地方，起到對過往人群進行宣傳教育的作用。可根據各級地方政府的實際需要，為保護當地飲用水水源而設立。

經現場調查，運河渠道水源一級保護區范圍內沿線均設置了一級保護區界標和二級保護區界標及相應飲用水水源保護區標志，但各種水源環保宣傳牌、警示牌等較少，因此擬在每間隔50m設置水源環保宣傳牌、警示牌一個，在跨河橋梁兩側防護欄掛設水源環保宣傳牌、警示牌。

2.3 水源區河道景觀環境美化提升

在河渠道水源一級保護區范圍內，共建有 32 個洗衣臺（下河臺階），洗衣臺寬1.2～5m，個別洗衣臺原來進行過封堵，但未徹底，存在安全隱患。拆除沿河32個違法洗衣臺建筑物，并采用水下混凝土對拆除后的渠道進行澆筑修復，水下混泥土澆筑平均厚度35mm，恢復了河道內原貌，達到美觀，生態治理的效果。

3 終端智慧監控系統搭建

傳統的方式是采用人工巡檢的方式對轄區飲用水源地進行監管，費時費力。終端智慧監控系統通過依托中國鐵塔公司在現有通信塔 30m以上位置高位安裝專業監控攝像機，實現對水源地的視頻監控。在運河渠道流域附近、交通穿越的一級保護區區域和河道沿線實施視頻布控，實時監測，防止破壞行為，及時了解水源地水質及其他重大事件，有利于水源地的保護及管理。

通過終端智慧監控系統，管理部門可建立自動在線監控設施，對飲用水水源地取水口及重要供水工程設施實現 24h自動視頻監控。加強了針對突發污染事件的應急監測能力，具備預警和突發事件發生時，加密監測和增加監測項目的應急監測能力，從而對運河潛在的安全隱患進行徹底整治，維護水質安全。

3.1 監控系統設計原則

終端智慧系統設計和建設體現了科學性，同時體現了系統性，即應考慮各個系統之間的密切聯系，從而保證系統的穩定、可靠、安全地運行，達到功能齊全、技術先進、布設科學、經濟合理、安全可行、質量可靠、管理有效的目的。嚴格按國家關于系統建設的有關標準設計，文件圖紙規范齊全，力求統一性和可調整性。是一套高品質，符合發展方向，有適度前瞻性的智慧監控系統。

該智慧監測系統擁有可靠的技術保障，能夠保證系統有強的持續運行能力。具有較好的擴展性，預留有擴展空間，保證將來各種新業務的開展。并且能以較低的成本投入來保證系統的正常運轉，實現高效能和高效益。

3.2 監控系統布置

對穿越村莊人類居住密集點約 40 公里的主運河廉南河段與東海河段兩岸人口密集區域 41 處（廉江范圍 29 處，遂溪范圍 12）有效的監控，監控設施共建 25 個監控點，其中17個高塔智能監控點和 8 個低位監控點。

1）運河渠道區域：在運河渠道流域附近通信高塔加載超高清、多倍變焦的智能攝像球機結合人口密集區跨河橋梁附近立桿安裝前端視頻，實時監控市區供水運河渠道是否有生態污染物靠近或者違法污染行為。

2）交通穿越區域：在交通穿越的一級保護區區域實施視頻布控，實時監測過往運行車輛及危化物車輛，如若發生交通事故，有污染風險發生，進行及時預警。

3）河道沿岸：在河道沿線實施視頻布控，實時監測河道沿岸人員及項目施工情況，防止破壞行為。巡查人員能夠輕松通過移動終端對實時視頻進行自由查看，實現隨時隨地對河道狀況進行監控。

3.3 監控系統架構

監控系統的總體架構，包括組網架構、平臺功能架構、子系統架構等。

水資源監控業務總體架構可分為設備接入層、網絡傳輸層、數據層、服務管理系統層、以及應用層，通常水資源監控業務數據由設備接入層通過網絡傳輸后，由數據層及服務層對其進行分發管理，經應用層展示最終結果。

設備接入層是以通信鐵塔 30m以上的位置掛載前端感知設備所在層級，主要考慮高空瞭望覆蓋更遠的范圍，無需使用密集布點的低位監控以節約投入成本，使用的攝像機主流功能詳見設備功能部分。

網絡傳輸層采用光纖、網橋、無線傳輸等方式，使底端設備接入公共或專用網絡，實現設備與平臺或設備與設備間的數據傳輸。

數據層是通過存儲和過濾視頻監控所采集的視頻數據，將視頻數據結構化。視頻數據結構化主要通過前端設備內嵌相應功能以及后端設備平臺進行實現。

服務管理系統層類似于平臺層，提供對于數據、設備、用戶、交互規則等信息進行管理，提供上層應用與下層設備數據間接口，實現數據在平臺內自由交互。

應用層可以通過軟件去解決客戶的各種需求，對采集到的視頻監控信息數據進行快速處理并在軟件上進行展示，幫助客戶實現相應的目的。

3.4 監控系統的傳輸與儲存

3.4.1 傳輸方式

1）無線網絡：由于無線網絡基于運營商網絡，4G小區理論上行速度為 50Mbps，但由于多用戶共享，實際傳輸速度要遠低于理論速率。應考慮因地制宜，合理選擇無線回傳方式，并著重注意流量使用以及客戶對畫面卡頓及穩定性要求。在單 SIM卡單通道資源不足的情況下，可考慮多通道甚至多運營商進行傳輸，提高網絡傳輸帶寬，提升畫面流暢度及質量。

2）有線網絡：通過租賃運營網絡光纖網絡資源，實現對視頻監控數據的傳輸，該方式作為視頻監控業務中最常用的傳統方式，穩定性相對較高，可作為大多數監控場景下的傳輸選擇，通常單路視頻監控采用 10M 帶寬進行傳輸。

3）無線網橋：無線網橋是針對一些偏遠地區，光纖網絡無法覆蓋的監控點位，通過安裝無線網橋的方式將數據從無網絡覆蓋區域傳輸至有光纖網絡覆蓋區域，匯聚后統一將數據由有線網絡進行回傳。

3.4.2 儲存模式

NVR 存儲通過在攝像頭前端位置加裝網絡硬盤刻錄機（NVR），實現對監控錄像的本地化存儲，單臺 NVR 可支持多路視頻接入，具體存儲大小視配置硬盤空間決定，同時適用于在僅回傳圖片的方式，且采用無線傳輸模式下作為本地存儲空間，本存儲方案適用于小面積零散監控點位。

根據《水利視頻監視系統技術規范》（SL515-2013)要求，視頻監視系統對視頻信息連續存儲時間≥7d，重要實時視頻信息連續存儲時間≥15d。運河區域為重要的一級水源保護區，故本次實時視頻信息連續存儲時間不小于15d。根據攝像機的存儲需要，每個站點配置 4T 企業級硬盤[6]。低桿監控站點正在站點配置。高位鐵塔站點攝像機自帶 256G 的內存，并在監視中心配備磁盤陣列存儲，支持硬盤 16 個，配置 4T 企業級硬盤 16 個。在攝像頭前端位置加裝網絡硬盤刻錄機（NVR），實現對監控錄像的本地化存儲。

4 結 語

本文以雷州青年運河為例，針對其水源保護的需求，介紹了一種結合終端智慧系統所提出的水質安全防護策略。通過增加隔離防護和護區警示牌標志，防止人類不合理活動對水源保護區水質造成影響，并恢復河道內坡原貌[7]。再結合終端智慧監測系統，有效實現了對飲用水源地巡查的隨時監督，并能夠及時發現、報告和制止一系列違法違規行為，提高飲用水水源地環境管理水平，確保水源水質安全，維護河湖的健康，有利于改善周邊環境，改良水質，有利于城市安全供水，大大提高湛江市區供水安全保障能力，保障市區供水水質安全。