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水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

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水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

  1、项目及系统介绍

  1.1 项目背景

  随着国民经济的迅猛发展,水利工程在国民经济中所起的作用越来越大,防汛更是直接影响国民经济发展的一个重要方面。防汛大坝集中监控系统,真正体现防汛的现代化管理,智能化操作。预警防汛大坝水位情况,为领导决策和减少洪水带来损失争取了宝贵的时间,有效保障人民生命财产的安全。由于水利相关工程的信息化覆盖程度不高,在汛期或旱季,都主要通过人工方法进行现场数据采集。这样的工作环境下,数据采集带有很大的延迟,特别是一旦遇上反常状况,信息传递的准确性和高效性,就将大大影响到广大居民的生命财产的安全。近年来,国家提出了建设“数字水利”的目标。全面实施大型水库的信息化建设。一方面加快水利工程的信息化进程,提高其建设的效率,另一方面可以将防汛抗旱的工作逐步从被动转为主动,通过完善的预警机制和应急指挥系统,达到最大程度降低灾害的影响。

  而当在汛期的时候,相关工作人员就需要移动式的巡查水库水坝的运作状况,并将一些异常状况的图像清晰准确地在第一时间即时传送到监控中心。实时地对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行动态监视,随时了解现场情况,以便采取相应的预防和补救措施确保水库安全运行。对领导决策和减少洪水灾害,排除汛期隐患,缓解城市的防洪压力,危险状况预警,保障人民生命财产的安全具有重要作用。

  根据以往水利项目和水利行业的特点,对于水库、河道等重要设施的监控项目,往往涉及的地理范围比较广,监控点比较分散,网络监控用户又比较多,各个水利部门需要层层监管,而且对于大规模的监控项目对系统稳定性的要求比较高,需要尽量减少日后的设备维护工作,为此,合肥优视科技专门针对此项水利设施监控项目设计了一套基于4G网络的远程视频监控方案。

  由于监控环境的特殊性,水库、河道等场地引光纤、布线困难,无线监控以其自身的灵活性高,扩展性强,维护简单等优点,在水利行业得到广泛应用。

  1.2 4G引领无线传输应用于水利监控

  水利安防系统中采用何种传输方式,一般会结合监控的要求和环境两方面来考虑,对于监控画面要求清晰、实时的点位(比如水库、堤围、渔港、枢纽等),一般采用有线传输,会自建专网或租用运营商的专线资源(至少也有ADSL专线),传输稳定、带宽充足,可以保障监控效果,问题是施工周期长、投入大、维护难度大,目前也基本只有电信运营商才愿意建设。

  从目前使用情况看,在视频监控逐渐规模应用于水利行业,由于水利对国计民生的重要性,加上电信运营商的基础设施条件和业务选择性推动,有线网络仍是主要传输途径,也是水利部门的首选方式,从以往的项目建设经验看,至少占了七成以上。而无线传输在过去主要是作为水文采集和图片传输的通道,现在也是作为辅助手段来填补难以铺设线路的地域监控需求。

  4G在通讯领域的成熟应用,为其在水利安防中的宏图施展铺平了道路,也无疑将极大的加速无线传输技术在水利安防监控中的应用,大幅降低布建成本后,在一定程度上解决线路被摧毁的问题。目前在4G方式下的视频传输最高可达到700Kbps的上传速度,一般也可在400-500Kbps左右,满足一般实时视频监控的要求。随着4G网络的覆盖建设,4G无线视频监控在水利行业肩挑重任。其主要应用于如下几个领域:

  由单人便携操作的移动监控设备,或叫单兵系统,用于机动性采集观测,或在抗洪救灾时到前线考察,实时传递到指挥中心便于决策;

  可遥控的无人机载监控设备,用于航拍,可到人员无法抵达的地方进行监控,比如寻找洪水中失踪人口、鸟瞰灾情地区。

  1.3 水利应用环境对系统的特殊要求

  1)太阳能、风能供电与夜视需求:

  视频监控在水利行业的应用需要考虑工作人员在特定环境中的一些要求,比如在水利安防应用中,不论是防盗、防破坏的安防需求,还是防洪防灾的安防需求,夜间监控是必须考虑的,因为水利监控环境大都在野外,夜间基本没有环境光,夜间监控使用的低照度摄像机灵敏度要高,或者有补光措施;还有对部分水体监控要求摄像机支持大变倍,以便能远视距观察;有的监控点位要求清晰度很高,能分辨水面的漂浮物,或远处的船只标识等等。

  2)考虑到水资源环境的特殊性,水利部门在管理上采用既有垂直式行政管理,又有上下游关联式流域管理的交叉体系,因此在流域、省、市、县(区)级水利主管部门和防汛抗旱指挥中心都会设置各级监控中心,在水利工程管理单位和水文监测单位设置监控站。监控中心和监控站通过自建专网或租用公网专线连接,构成多层多节点的网状结构。

  3)其次,水利监控设施多在户外甚至野外,条件恶劣,摄像机等设备必须具备防水、防雷、防锈蚀、防高低温、防大风等特性,在很多实际工程应用中,大多数摄像机损坏是因为雷击,还有的设备因高温工作而死机。在某些入海口处所选用的设备还应考虑防盐雾、防腐蚀、防锈蚀、防变形等问题。此外,大部分的水利工程处于野外,容易成为偷盗的目标,因而在施工时应充分考虑到防盗、防暴等要求,防护等级应不低于IP65。其他还有传输、供电方面的环境特殊性,如有的场所无法敷设线缆,只能采用无线传输、风光互补发电等等。

  4)水利部门在水利信息化建设方面还有防洪预警、水文监测、工程管理、视频会商等业务系统,需要将视频监控与这些业务系统对接、关联,以最大化发挥视频信息在业务应用中的作用。因此各级监控中心的监控平台应具备可扩展的业务接口,方便实现与水利其它业务子系统的对接,并应具有资产管理、设备自动巡检及智能事后检索等符合水利实际应用需求,便于水利部门方便实现系统管理的扩展应用功能。

  1.4 系统概述

  根据需求, 水库实现无人执守及安全监控,具备以下功能:

  汛期的水库安全防卫工作,时刻注意水库的水位,如果水位到了警戒线,有了险情,马上报警

  水库重点区域的防范,随时注意闸门、大坝的正常工作和稳固程度

  水库水面情况的实时远端监控:水面上是否有漂浮物(如白色垃圾)、漂流物(如泄漏的原油)

  水库水岸情况的实时远端监控:岸上的物体(如人、兽)是否进入危险区(如闸门口、大堤上),是否有可疑的情况(如有人想要破坏水库)

  能够随时检测水库中水的水质,并将信息传到远端,发现水质超标,马上报警

  对水库天气情况的实时监控

  远端控制中心与水库现场的语音通讯,遇到情况时能够做到远距离的指挥工作

  由于水库大坝等水利监控点分布在较为广阔的范围内,并且和监控中心/信息中心的距离较远,且观测点数量相对较多。由于水库水坝的监控中心不仅要对水库水位、流速等做精确观察,还要对其水库内的水质状况进行一定的评定,保证水面污染低于指标。同时,对于监测目标的图像要求则是需要能够在不同观测范围的条件下,准确观测到目标的数据以及水位指示等。

  采用传统视频监控方式对带宽要求很高,一般都需要采用有线方式才能够提供高带宽和稳定的信道传输的保障。对于水库水坝这样的大范围多点监控,线路铺设成本高昂,而且系统架设工程耗时很大,同时,因为很多地理和环境的因素,如河流、山脉等障碍,架设线缆相当困难。同时,视频监控方式所能提供的图像清晰度有限,当作为大范围鸟瞰式观测水库的水质状况的时候,就很难分辨图像的污染水质来源、方向等细节了。

  在这种应用环境中,4G无线视频监控设备可发挥其无线布线,组网方便的特性,只要在有4G(电信或者联通)的网络信号的地方选址架杆,通过太阳能、风能供电,就可以实现在野外环境中的实时现场监控,典型设备如下图示:

  优视科技的4G图传产品已经在多种野外应用场合得到广泛的考验,典型例如:

  天津国土资源监控,CCTV-13报道: ?http://news.cntv.cn/20110830/118287.shtml

  

水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

 

  1.5 系统特点

  在各水电管理所、堤坝、水库架设优视无线视频监控设备,在监控区域沿线依据4G信号强度进行选址,架杆架设优视无线视频监控设备,通过无线网络将现场图像传输到监控中心查阅;在监控中心可以随时了解各监控点的情况,可以进行连续24小时实时监控;系统具有视频无线传输、本地录像存储、远程下载、回放和备份功能;

  可通过串口(232/485)接入各类外部数据采集器,例如温湿度、风速、超声波水位计等,与时间戳、GPS定位坐标信息等一同叠加在H.264的视频流上传输到监控中心,并同时录像保存下来;

  支持实时视频流模式和定时抓图模式,可通过后端软件远程控制自由切换;

  支持实时视频流模式:视频图像监清晰流畅?,视频帧率可保持CIF@25fps;

  支持定时抓拍模式:不再传输大量的视频流,而采用定时抓拍高清晰度照片(1280x1024)的形式,可大大节约4G网络的资费消耗;在需要看实时视频的时候,可以动态的切换到视频流模式;

  系统具有良好可扩展性,随着监控点的增加,只要增加前端设备,无需增加其他后台软硬件;

  水利局通过监控中心,可以随时了解各监控点的情况,可以进行连续24小时实时监控;

  具有监控、录像、回放、传输和备份功能,现场拍到的视频图像可进行存储;

  可通过所有电脑或者瘦素季客户端浏览观看前端监控点的情况;

  支持多级用户权限;

  对于突发事故现场,实现远程视频指挥;

  可靠性:采用嵌入式实时操作系统和专用的硬件结构,保证了基于嵌入式DSP的无线网络视频服务器比基于PC机的系统具有更高的实时性、稳定性和可靠性。

  可与便携式4G图传执法记录仪、智能安全帽、临时布控球等设备配合使用,共同接入统一的后端监管平台smarteye进行统一的管理调度

  

水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

 

  

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  2、系统总体规划

  2.1系统网络拓扑图

  

水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

 

  

水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

 

  2.2 系统构成说明

  太阳能、风能、蓄电池等供电设备以及高杆、防雷等工程设备;

  注意:这个与设备现场是否可提供供电有关,如果已经有电源线缆拉过来,则可免去昂贵的太阳能、风能、蓄电池等供电设备。

  优视无线图传设备

  集视频采集、图像压缩、无线网络传输等功能为一体的数字视频处理系统,采用太阳能/风能供电,集成标准I/O接口和串口为一体,集成包括超声波液位器等外部采集装置,置于野外高杆上,把采集的模拟视频,压缩编码后,变成数字图像信息,把数字视频通过4G 无线网络,经INTERNET公网传输到监控中心。

  

水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

 

  

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水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

 

  

水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

水位计

 

  服务器

  包括数据库服务器和应用服务器,负责用户的权限分配和管理以及对所采集的视频信号进行压缩和传输并最终进行存储的服务器集群。

  一般的,监控中心只要是一台具有公网IP或者域名的服务器即可。启动服务后,就等待各个监控终端的连接,对于始终在线模式的终端,可以按照需要查询当前的图像情况,也可以自动不停地记录监控点的图像变化

  监控客户端

  可通过用户后期建设的监控中心进行实时视频的预览。视频监控客户端可以在监控中心PC上使用,也可以在手机上观看。

  系统结构简洁明了,扩展性好,能适应多变的监控要求。

  

水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

 

  前端传感器等数据采集,透传到后端平台进行处理,参考如下图示

  

水利防汛指挥 水位无线视频监测系统方案

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