本文介紹基于融合監(jiān)控理念在水利行業(yè)的具體應(yīng)用展現(xiàn)，分別從監(jiān)控點前端采集、中間傳輸、后端管理應(yīng)用幾個環(huán)節(jié)，結(jié)合應(yīng)用場合的差異性進(jìn)行介紹(如圖所示)。

　　水利融合監(jiān)控系統(tǒng)由各級監(jiān)控中心和監(jiān)控站組成。在省、市、縣(區(qū))各級水利主管部門和流域管理單位、防汛指揮中心分別設(shè)置監(jiān)控中心，在水利工程管理和水文監(jiān)測等單位設(shè)置監(jiān)控站。監(jiān)控中心和監(jiān)控站通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)成多層多節(jié)點的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

　　監(jiān)控站與一個或多個前端監(jiān)控點直接相連，采集前端監(jiān)控點的實時圖像和其它相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并對其進(jìn)行管理和存儲。一般監(jiān)控站均為大中型水利工程的直接管理部門和水文部門。監(jiān)控中心則控制、監(jiān)視、管理、調(diào)閱本轄區(qū)內(nèi)監(jiān)控站的所有圖像信息，并向公眾發(fā)布實時狀況圖像信息。

　　市、縣(區(qū))級監(jiān)控中心配置視頻流媒體服務(wù)器，可向同級政府有關(guān)部門及上級監(jiān)控中心提供圖像信息。省級監(jiān)控中心則通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理平臺，根據(jù)實際需要控制、監(jiān)視、管理、調(diào)閱省內(nèi)監(jiān)控站的圖像。

　　這種架構(gòu)適合流域監(jiān)控的要求，體現(xiàn)了流域監(jiān)控的特點，同時在防汛時刻確保各級領(lǐng)導(dǎo)和決策人員可以通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獲取實時視頻信息。

　　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(shè)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(shè)施、溢洪道等，這些場所可能在城區(qū)，也可能在野外、偏遠(yuǎn)山區(qū)，有的配備有專用機(jī)房，有的只有簡單的立桿和防水設(shè)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(chǎn)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(jī)房，且一般需要錄像，可采用日夜兩用的高變倍模擬球機(jī)，配合數(shù)字硬盤錄像機(jī)DVR，通過接入光纖專線或通過3G無線公網(wǎng)，將現(xiàn)場畫面?zhèn)鬟f到監(jiān)控中心。

　　在高清應(yīng)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(jī)，結(jié)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(zhì)量和表面漂浮物進(jìn)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)污染或溺水事件，還可配合水質(zhì)探測裝置進(jìn)一步準(zhǔn)確掌握水資源狀況。[nextpage]

　　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(jī)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(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可以通過敷設(shè)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(shè)線纜的地區(qū)，還可以直接用3G公網(wǎng)進(jìn)行無線傳輸，能大大減少工程量，提高布點效率。

　　在高清應(yīng)用方案上，建議配備網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，尤其適合堤圍、漁港這樣視場開闊的場景，另外結(jié)合水位水質(zhì)傳感器，可對于水文站、采水點這些場所進(jìn)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(nèi)部各場所的監(jiān)控，如水閘、機(jī)組、上游壩坡、水位標(biāo)尺等，水利樞紐工程有專門的機(jī)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(jī)，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(wǎng)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(jìn)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(jī)，接入傳感器、智能設(shè)備、視頻設(shè)備，實現(xiàn)對水源井、加壓泵房的監(jiān)控。管網(wǎng)監(jiān)測點較多，且分散，可采用無線的方式進(jìn)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(wǎng)的監(jiān)控。

　　5、機(jī)動監(jiān)控點、應(yīng)急車、單兵系統(tǒng)

　　雖然水利部門花費巨額投資建設(shè)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(zhǔn)備一定的機(jī)動、應(yīng)急響應(yīng)能力?？赏ㄟ^架設(shè)無線監(jiān)控點、攜帶單兵系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場的臨時監(jiān)控，或者裝備應(yīng)急監(jiān)測/指揮車到各處進(jìn)行機(jī)動的采集、觀測與調(diào)度指揮。

　　在監(jiān)控前端設(shè)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(shè)備取電困難，我們一方面采取借助其他能源發(fā)電，比如風(fēng)光發(fā)電、油機(jī)發(fā)電，目前不少無人值守水文站、觀測站也是采用風(fēng)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(shè)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(yuǎn)端供電方式，從監(jiān)控站機(jī)房向監(jiān)控點設(shè)備進(jìn)行輸電。

　　另一個是防雷問題，水利工程往往建設(shè)在野外空曠之處，易受到雷電侵襲，監(jiān)控點設(shè)備的電源一般在現(xiàn)場就近取用，也易受雷電影響產(chǎn)生高壓和浪涌電流，為了設(shè)備能可靠、長久地運行，攝像機(jī)桿和前端機(jī)箱必須接地;對攝像機(jī)的視頻信號均應(yīng)配置防雷設(shè)備，以防止雷電對攝像機(jī)等設(shè)備的損壞;對各監(jiān)控站點均應(yīng)配置電源浪涌保護(hù)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(guān)鍵時刻，因而在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)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(shè)優(yōu)先選用射燈照明模式。夜間監(jiān)控中，輔助照明設(shè)備開啟時投射到被監(jiān)控區(qū)域的有效照度應(yīng)不低于40W白熾燈照度。紅外攝像機(jī)的有效監(jiān)視距離應(yīng)根據(jù)實際狀況確定，室外一般不應(yīng)低于30米。[nextpage]

　　傳輸線路

　　業(yè)內(nèi)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(yuǎn)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(wù)專網(wǎng)，各省在防汛抗旱指揮系統(tǒng)項目建設(shè)時已做了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(wù)。鑒于大流域管理的需求，有的還建設(shè)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(fù)雜性，接入線路就存在較多不確定因素，通常我們會結(jié)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(wǎng)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(wǎng)絡(luò)難以到達(dá)或者投資較大的地區(qū)，則考慮無線網(wǎng)絡(luò)(以3G網(wǎng)絡(luò)為主)或點對點傳輸通道(如微波無線擴(kuò)頻、OFDM)。

　　這里特別提到一點，山洪災(zāi)害是我國現(xiàn)階段造成生命財產(chǎn)損失較大的水患類型，有突發(fā)性、隱蔽性、破壞性強(qiáng)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(yù)警方面融合了物聯(lián)網(wǎng)WSN技術(shù)，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(jī)，再通過3G網(wǎng)絡(luò)匯聚到監(jiān)控中心進(jìn)行分析處理，從而加強(qiáng)了對山洪災(zāi)害的預(yù)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(shè)規(guī)模、復(fù)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(nèi)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(wù)的能力，或者向有關(guān)部門共享部分視頻資源。

　　監(jiān)控管理平臺針對水利行業(yè)的特點，進(jìn)行了大量優(yōu)化，大致包括以下幾大特點：

　　· 大容量接入與并發(fā)訪問。在水資源較豐富的省份，由于河道水網(wǎng)密布、大小水利工程星羅棋布，水文監(jiān)測和水利設(shè)施監(jiān)控所需的監(jiān)控點往往數(shù)以千計，這就需要平臺具有大容量接入的管理能力，及對各地圖像并發(fā)訪問的處理能力。特別在易發(fā)生水文、氣象災(zāi)害的汛期、臺風(fēng)等特定時間，往往需要同時關(guān)注很多具有險情的水利設(shè)施、河道等監(jiān)控點，平臺和網(wǎng)絡(luò)都將面對較大的負(fù)荷考驗;

　　· 多廠家設(shè)備兼容。各地水文監(jiān)測、水利監(jiān)控的信息化建設(shè)先后不一，設(shè)備選型各異，造成在后期建設(shè)平臺進(jìn)行統(tǒng)一管理時面臨多廠家的設(shè)備分布，為保護(hù)已有投資，避免重復(fù)建設(shè)的浪費，就要求平臺能兼容很多廠家，至少是主流廠家的設(shè)備;

　　· 多業(yè)務(wù)融合。管理平臺能綜合前端采集的視頻信息與數(shù)據(jù)信息(如水情、風(fēng)情、雨情、地質(zhì)情況等)，通過電子地圖進(jìn)行分析、觀察，并產(chǎn)生預(yù)警提示，在監(jiān)控終端上可以在圖像疊加所在點的水文信息，在水利電子地圖上可以選取監(jiān)測點進(jìn)行現(xiàn)場圖像調(diào)看。另外可以通過與水雨情及工情數(shù)據(jù)庫對接，獲得現(xiàn)有閘門和水庫的水雨情及工情信息，實現(xiàn)有效聯(lián)動，例如在水位超過某個警戒值時聯(lián)動視頻實現(xiàn)報警，便于領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)人員及時做出決策。也可以為水文信息發(fā)布系統(tǒng)提供各時期的現(xiàn)場圖片，便于直觀地展示水雨情、工情;

　　· 多級管理與互聯(lián)。由于水利行業(yè)是垂直管理、跨區(qū)域協(xié)同特征很明顯的一個行業(yè)，一個流域、一條河從上游到下游，縱向上從省廳到流域到地市到區(qū)縣，需分級調(diào)度指揮，橫向上沿途的地市相互間有溝通、共享的需求，如上游爆發(fā)山洪，在下游的城市如果能看到上游城市水域的圖像，就可以早做防災(zāi)準(zhǔn)備。因此我們充分考慮了平臺間的級聯(lián)與互聯(lián)特性，一方面通過二維權(quán)限體系和資源管理，實現(xiàn)水利部門上下級監(jiān)管的有序性，另一方面通過級聯(lián)互聯(lián)保障了用戶對數(shù)據(jù)、圖像獲取的有效性。