河南省山洪災害防治圖像（視頻）監(jiān)測站應用與實踐

□李延峰 □韓 虎

(1河南省水利信息中心；2河南省燕山水庫管理局)

0 前言

山丘區(qū)暴雨常具突發(fā)性，因山高坡陡，洪水匯流快，流速大，加之人口和財產(chǎn)分布在有限的低平地上，往往在洪水過境的短時間內即可造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。通過開展監(jiān)測、預警系統(tǒng)建設，及時發(fā)布山洪災害預報、警報，保障人民群眾生命安全，減少災害損失。圖像（視頻）監(jiān)測站主要部設在受山洪災害威脅影響較大的集鎮(zhèn)、村落等重點河段、橋頭、重要中小型水庫等重要部位，能夠實時將雨量、水位信息以及工程運行圖像或視頻信息傳輸?shù)绞D像（視頻）監(jiān)控中心，可供防汛工作人員實時掌握工程情況，為防汛指揮決策提供支撐。

1 系統(tǒng)結構

圖像（視頻）監(jiān)測站工作方式主要采用定時抓拍和自主抓拍兩種形式，定時或根據(jù)需要向監(jiān)控系統(tǒng)上傳圖片（視頻）信息。監(jiān)測站設備主要由攝像頭、電源、遙測終端機（RTU）和通信模塊組成，根據(jù)山洪防御工作需要增配水位計、雨量計、水位安裝管、水尺樁等，采集的圖像（視頻）及水雨情數(shù)據(jù)信息通過線纜送入遙測終端機，終端機把采集到的數(shù)據(jù)進行壓縮加密處理、協(xié)議封裝后通過內置的GPRS/3G/4G無線通訊模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。圖像（視頻）監(jiān)測站的監(jiān)控系統(tǒng)建在省、市、縣可調用，圖像（視頻）監(jiān)測站結構如圖1所示。

圖1 圖像（視頻）監(jiān)測站結構圖

2 監(jiān)測站的技術特點

2.1 數(shù)據(jù)自動采集

定時自動采集雨量、水位、圖像等工程信息，數(shù)據(jù)采集間隔時間可任意設定，并可隨時召測。水雨情數(shù)據(jù)的格式采用水利部新近發(fā)布的《水情信息編碼標準》數(shù)據(jù)格式，全部符合自動監(jiān)測站點數(shù)據(jù)通信要通過《水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約》檢測，水情信息各要素全部使用ASCII碼來表示；設備具備定時自檢發(fā)送、死機自動復位、站址設定、掉電數(shù)據(jù)保護、實時時鐘校準、設備測試等功能；具備數(shù)據(jù)補報功能，根據(jù)設定設備提供數(shù)據(jù)存儲和滯留數(shù)據(jù)（當網(wǎng)絡連接不好時的未發(fā)送數(shù)據(jù)）的自動補報功能，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準確性。

2.2 閾值報警

監(jiān)測站具有山洪災害防治監(jiān)測閾值報警功能，當監(jiān)測站采集的雨量或水位值超過用戶設置的相應預警值時，可將預警短信及時發(fā)送給相關責任人，并將預警信息同時發(fā)送到省監(jiān)控中心。

2.3 統(tǒng)一平臺管理

采用全省統(tǒng)一接入和管理平臺，信息流向由監(jiān)測站通過GPRS/3G/4G無線信號傳輸?shù)揭苿庸揪W(wǎng)關，再通過水利APN專線發(fā)送到省圖像（視頻）監(jiān)控中心，監(jiān)測站由省中心統(tǒng)一管理，支持遠程喚醒、遠程設置、遠程維護等功能，每次向省中心發(fā)送的數(shù)據(jù)包帶有設備本身的工作狀態(tài)（電池電壓、信號強度等），通過河南省山洪災害圖像（視頻）監(jiān)測系統(tǒng)供用戶查看和管理。

2.4 提供決策支持

基于實時監(jiān)管與防汛預警技術，開發(fā)的河南省山洪災害圖像（視頻）監(jiān)測系統(tǒng)，應用3DGIS技術實現(xiàn)了動態(tài)危險度排序、圖像監(jiān)視及預警、分級短信預警、降雨量特征分析、移動終端APP應用等功能，為山洪災害防御提供了準確、及時、動態(tài)的預警分析和決策支持。

2.5 工程巡檢

為了便于工程管理，設備具備巡檢功能，工程管理人員巡檢至設備安裝地點后，可使用巡檢設備，實時將現(xiàn)場巡查情況發(fā)送到監(jiān)管系統(tǒng)。

3 設備安裝與施工

3.1 立桿埋設

設備采用立桿安裝，立桿直徑要求≥100 cm，壁厚≥3 cm，立桿地面以上高度3.50 m；材質采用熱鍍鋅鋼管，立桿上需要噴繪“防汛設施，嚴禁損毀”等類似文字。

根據(jù)現(xiàn)場情況可采取兩種方式：第一，安裝位置可以開挖的，需開挖1個深度≥1 m、直徑≥50 cm的基坑，立桿底部需采取固定措施，用混凝土回填；回填平整后，建筑1個60 cm×60 cm×30 cm的水泥墩；第二，若地面不宜開挖（如水泥壩），在立桿底部制作50 cm×50 cm固定底座，底座與地面膨脹螺栓固定，在此基礎上建筑1個60 cm×60 cm×50 cm的混凝土墩。

3.2 水位計安裝

水位計管道采用PVC或鋼管鋪設，并用水泥護管；采用最短距離及整體美觀為前提進行鋪設管道。鋪設前應對管道四周清理；水庫水位計管道需延伸到死水位，河道水位計管道需延伸到河底適當位置（以防管道被泥沙堵死為準），河道水位計管道底還需采取防泥沙堵死和防沖措施（如管道口周邊清理等）。水位計要求：測量范圍在死水位至水庫大壩壩頂高程，河道測量范圍從河道底部到堤防頂部高程或超出河道歷史最高水位0.50 m，測量值需為高程值，水位變幅為0.01 m。

水位計高程獲?。簩τ谀軓漠?shù)孬@取的已安裝水尺的高程，可直接引用；對于能從當?shù)孬@取的附近建筑物的高程，可引測至所安裝水尺的零點后引用；對于周邊建筑物無任何高程信息，則需對水尺零點進行高程測量，采用國家四級水準。

3.3 雨量計安裝

雨量計一般安裝在立桿上，立桿需四周空曠無遮擋，避開高壓線纜及樹木遮擋。雨量變幅為0.50 mm，雨量桶承水口徑：Φ200+0.60 mm，刃口40～45°；測量精度：≤±4%；雨強范圍：0～4 mm/min（允許通過最大雨強8 mm/min）。

3.4 水尺樁安裝

對于已有水尺樁的水庫或河道，若水尺樁旁無明確的水庫汛限水位或河道警戒水位、危險水位標注，則用紅色（水庫汛限、河道危險）、藍色（河道警戒）防水油漆標識（畫粗線，線上標識高程數(shù)字）；水庫汛限水位（高程）、河道危險（保證）水位通過當?shù)厮块T獲取。

對于無水尺樁的水庫或河道，則需按照《水位觀測標準》（GB/T50138-2010）中的有關要求安裝水尺樁，有關關鍵要求如下：

在水庫和河道上，采用直立式水尺或矮樁式水尺。水尺板固定在垂直的靠樁上，靠樁可用型鋼、鐵管或鋼筋混凝土等材料制作；水尺觀讀范圍：水庫站應與水庫壩頂高程平齊，河道站應堤防頂部高程或超出河道歷史最高水位0.50 m，低于歷史最低水位；水位范圍超出單個水尺樁范圍時，應增設水尺樁；連續(xù)多個水尺樁應設置在同一斷面上，并≥10 cm的重合。

水尺樁旁的壩坡或堤防上用紅色防水油漆畫≥10 cm粗線標識水庫汛限或河道危險水位，用藍色防水油漆畫≥10 cm粗線標識河道警戒水位，線上標識高程數(shù)字；水庫汛限水位（高程）、河道危險（保證）水位通過當?shù)厮块T獲取。

水尺樁安裝時，應將靠樁澆注在穩(wěn)固的巖石或水泥護坡上，或直接將靠樁打入河床。靠樁入土深度：松軟土層或凍土層地帶，宜埋設至松土層或凍土層以下至少0.50 m；在淤泥河床上，入土深度不宜小于靠樁在河底以上高度的1.50倍；在阻水作用小的堅固巖石或混凝土塊石的河岸、橋墩、水工建筑物上，可直接刻繪刻度或安裝水尺板。水尺應與水平面垂直，安裝時應吊垂線校正。

3.5 攝像頭安裝

攝像頭安裝位置須視野開闊，攝像頭前無遮擋。對于水庫的關鍵觀測位置：大壩全景、大壩迎水面、溢洪道、水尺；對于河道的關鍵觀測位置：河堤、水尺、路口或橋頭。圖像站的2個攝像頭要能分別兼顧到以上關鍵位置；視頻站攝像頭初始位置要對準水庫大壩全景或河道堤防、水尺（默認權限禁止移動），攝像頭移動范圍能兼顧到所有關鍵位置。圖像或視頻要求對焦清晰不模糊、色彩均衡。

4 應用效益

該設備是專門針對山丘區(qū)地形及通信條件，采用集成度高，多通道通信的方案，針對性強，安全可靠，建設和運行維護成本低，滿足各級實時掌握水庫河道水位、雨量、實時圖片和視頻等水、雨、工情綜合信息的需要，為防汛抗旱及工程管理等提供有效技術支持。截至目前，河南省山洪災害防治項目已建設圖像（視頻）監(jiān)測站1207處，在山洪防御工作中發(fā)揮了積極的作用，最大限度保障人民生命財產(chǎn)安全。

[1]陳防震.3G技術在水利視頻監(jiān)控中的應用[J].科技資訊,2011(21).