淺談新寧縣夫夷江河道動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)

（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院長沙市410007）

淺談新寧縣夫夷江河道動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)

柴文珊

（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院長沙市410007）

近年來新寧縣提出了“旅游立縣、產(chǎn)業(yè)強(qiáng)縣、文化興縣、開放活縣”的戰(zhàn)略方針，國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，城市規(guī)模及崀山景區(qū)建設(shè)不斷擴(kuò)大和完善。新寧縣的河道管理工作，直接涉及到景區(qū)建設(shè)和全縣人民群眾的生產(chǎn)生活，為建設(shè)“水潔、暢流、岸綠、景美”的新寧河道，實(shí)現(xiàn)“生態(tài)河道、景觀河道、數(shù)字河道、智能河道”的管理目標(biāo)，分期分批逐步對全縣主要河流、主要河段采取一定的保潔措施，控制排污數(shù)量，排污標(biāo)準(zhǔn)；對河道采砂、采礦、排污和非法侵占河道等進(jìn)行電子數(shù)字動(dòng)態(tài)監(jiān)控，使河道管理再上一個(gè)新臺階。

河道動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理河道保潔河道應(yīng)用軟件

1 夫夷江概況

夫夷江為資水的一級支流，系資水南源，河流全長300.69 km，集雨面積4 555 km2，河流坡降0.82‰，兼有防洪、灌溉、通航等綜合功能。

夫夷水河道在新寧縣境內(nèi)全長135.75 km，采砂規(guī)劃新寧縣城區(qū)以上為禁采區(qū)，禁采區(qū)河道約30 km?？砷_采區(qū)主要集中在夫夷江中下游河道，分為四個(gè)開采區(qū)：第一開采區(qū)由縣城觀瀑橋至黃龍鎮(zhèn)天花壩，河道中心里程樁號為00+000～15+100，河道長度約15.1 km；第二開采區(qū)由黃龍鎮(zhèn)天花壩至沉水村桐梓壩，河道中心里程樁號為15+100～24+000，河道長度約8.9 km；第三開采區(qū)由黃龍鎮(zhèn)沉水村桐梓壩至清江橋鄉(xiāng)桃花壩（堡口電站大壩），河道中心里程樁號為24+000～42+700，河道長度約18.7 km；第四開采區(qū)由清江橋鄉(xiāng)桃花壩（堡口電站大壩）至回龍寺鎮(zhèn)大埠村（與邵陽縣交界點(diǎn)），河道中心里程樁號42+700～80+500，河道長度約37.8 km。

其中納入本項(xiàng)目監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的河道為夫夷江干流及四條一級支流新寨河、崀笏河、鯉溪和盆溪。

2 系統(tǒng)組成

新寧縣河道動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)主要包括河道采砂動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)、城區(qū)河道及攔河建筑物動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)和攔污點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)組成如圖1所示。

河道采砂動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)由河道采砂動(dòng)態(tài)監(jiān)控和河道采砂管理兩大部分組成。河道采砂動(dòng)態(tài)監(jiān)控包括對采砂船只以及指揮巡查船進(jìn)行定位監(jiān)控，對采砂船只、重點(diǎn)采砂河段、基地碼頭以及執(zhí)法巡查船的動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控等。采砂管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)采砂基本資料管理、采砂實(shí)時(shí)監(jiān)控管理、采砂規(guī)劃管理、采砂年度計(jì)劃管理、采砂審批管理、采砂項(xiàng)目招標(biāo)管理、采砂人管理、采砂項(xiàng)目驗(yàn)結(jié)管理及政策法規(guī)管理等。

新寧縣城區(qū)河道及攔河建筑物動(dòng)態(tài)監(jiān)控主要是對城區(qū)河段重點(diǎn)區(qū)域的視頻監(jiān)控及夫夷江上攔河建筑物的視頻監(jiān)控。

新寧縣河道保潔攔污點(diǎn)的監(jiān)控主要是對城區(qū)上游河段攔污點(diǎn)的圖像監(jiān)控。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

河道動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)總體框架按照系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)與信息的流向分成五個(gè)層次體系，其框架如圖1、圖2。

圖1 河道動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)系統(tǒng)組成圖

圖2 系統(tǒng)總體框架圖

4 監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

4.1 河道采砂動(dòng)態(tài)監(jiān)控

采砂動(dòng)態(tài)監(jiān)控包括定位監(jiān)控和視頻監(jiān)控。

定位監(jiān)控可實(shí)現(xiàn)在電子地圖上顯示任意一艘或多艘被跟蹤的采砂船當(dāng)前所在位置以及過去一段時(shí)間的運(yùn)行軌跡，可以顯示某一水域現(xiàn)有船只的信息和該船所在位置的信息，采砂船超出指定采區(qū)邊界時(shí)可以自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信息，中心可以對其進(jìn)行語音通信，進(jìn)行有效的調(diào)度和控制。采砂船航行軌跡和現(xiàn)場視頻圖像是重要的歷史數(shù)據(jù)，能為處理有關(guān)事件提供有力的證據(jù)。

視頻監(jiān)控可實(shí)現(xiàn)采砂船只動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控、重點(diǎn)采砂河段視頻監(jiān)控、采砂作業(yè)區(qū)動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控、禁采區(qū)動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控、河勢及岸灘動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控、執(zhí)法碼頭動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控等。監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)掌握河道采砂的現(xiàn)場情況，可進(jìn)行語音通話，進(jìn)行有效的調(diào)度和控制。

4.1.1 定位監(jiān)控

定位監(jiān)控系統(tǒng)采用GPS/北斗全球定位系統(tǒng)，對所有的船只安裝GPS/北斗定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)將船只定位信息發(fā)送回監(jiān)控指揮中心，通過河道動(dòng)態(tài)監(jiān)控信息管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)掌握船只的運(yùn)行軌跡和所在位置。

4.1.2 采砂船視頻監(jiān)控

（1）系統(tǒng)組成。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對新寧縣境內(nèi)主要河道的大型或重點(diǎn)的采砂船只進(jìn)行動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控。

系統(tǒng)由移動(dòng)視頻監(jiān)控點(diǎn)前端設(shè)備、通信傳輸系統(tǒng)組成。監(jiān)控管理中心利用1臺具有公網(wǎng)IP的服務(wù)器，啟動(dòng)服務(wù)后就等待各個(gè)采砂船移動(dòng)視頻終端的連接。用戶通過監(jiān)控平臺查看相應(yīng)監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)對控制現(xiàn)場的遠(yuǎn)程視頻瀏覽、云鏡控制、錄像、視頻截圖等。

（2）工作方式。采砂船的移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的工作方式為：船舶監(jiān)控RTU 7×24h全天候值守，實(shí)時(shí)采集RTU工作狀態(tài)、采砂船定位信息、視頻采集終端工作狀態(tài)、電池狀態(tài)等信息。船舶移動(dòng)時(shí)，向監(jiān)視中心發(fā)送船只實(shí)時(shí)定位信息，同時(shí)無論船舶移動(dòng)與否，定時(shí)（整點(diǎn)或半點(diǎn)或其它周期）向監(jiān)視中心發(fā)送定位信息。

3G視頻采集終端和高清球機(jī)，平時(shí)處于關(guān)閉、不通電狀態(tài)，其啟動(dòng)方式分四種：

●船舶開動(dòng)啟動(dòng)：船舶開動(dòng)時(shí)或傳送帶工作時(shí)自主啟動(dòng)。

●遠(yuǎn)端召喚啟動(dòng)：通過監(jiān)控管理中心遙控啟動(dòng)。

●定時(shí)啟動(dòng)：通過內(nèi)置的時(shí)間點(diǎn)自主啟動(dòng)。

●定位啟動(dòng)：通過船舶的定位信息按照一定位置條件啟動(dòng)。

當(dāng)24 h值守的監(jiān)控RTU當(dāng)監(jiān)控到船舶啟動(dòng)或監(jiān)視中心遠(yuǎn)程召喚或其它條件，再通過繼電器為3G視頻采集終端和高清球機(jī)供電，啟動(dòng)其進(jìn)行視頻采集或拍照，視頻或圖像信息通過3G視頻采集終端實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)視管理中心，本地安裝了存儲設(shè)備時(shí)也可本地存儲。

為便于管理，采砂船移動(dòng)視頻監(jiān)控點(diǎn)采用獨(dú)立的太陽能電源系統(tǒng)，與船上電源完全隔離，因此為了節(jié)省設(shè)備投入成本和3G通信運(yùn)行費(fèi)用，視頻的采集采取限時(shí)工作方式。

4.1.3 砂場定點(diǎn)視頻監(jiān)控

（1）系統(tǒng)組成。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對新寧縣主要的基地碼頭（砂場）運(yùn)砂及碼頭附近河道情況進(jìn)行視頻監(jiān)視。

定點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控前端、傳輸系統(tǒng)組成。各監(jiān)控點(diǎn)視頻信息采取光纖傳輸至新寧縣河道管理站的監(jiān)控管理中心服務(wù)平臺。監(jiān)控管理中心利用1臺具有公網(wǎng)IP的服務(wù)器同各監(jiān)控點(diǎn)連接。通過監(jiān)控平臺查看相應(yīng)監(jiān)控畫面，并實(shí)現(xiàn)對控制現(xiàn)場的遠(yuǎn)程視頻瀏覽、云鏡控制、錄像、視頻截圖等。如圖3。

圖3 砂場定點(diǎn)視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成圖

（2）工作方式。支持7×24 h不間斷全天候作。能晝夜可以拍攝清晰的視頻，配置云臺和高性能攝像頭，使攝像頭可以轉(zhuǎn)動(dòng)改變方向,鏡頭可變焦。

視頻數(shù)據(jù)可采用本地和遠(yuǎn)端兩種存儲方式進(jìn)行存儲。本地存儲可以實(shí)時(shí)查看或調(diào)用視頻。遠(yuǎn)端模式將實(shí)時(shí)視頻信息傳送到監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器上保存。

4.2 城區(qū)河道及攔河建筑物視頻監(jiān)控系統(tǒng)

目前，新寧縣城區(qū)河道缺乏規(guī)范、有力管理，以至于城區(qū)河道污染嚴(yán)重，通航受阻，為了對城區(qū)河道進(jìn)行規(guī)范有序的管理，以適應(yīng)新寧縣生態(tài)旅游城市建設(shè)的要求，需對城區(qū)河道進(jìn)行有效、實(shí)時(shí)的現(xiàn)場圖像監(jiān)控。

（1）系統(tǒng)組成。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對新寧縣城區(qū)河道及攔河建筑物情況情況進(jìn)行視頻監(jiān)視。

城區(qū)河道及攔河建筑物視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控前端、傳輸系統(tǒng)組成。各監(jiān)控點(diǎn)視頻信息采取光纖傳輸至新寧縣河道管理站的監(jiān)控管理中心服務(wù)平臺。監(jiān)控管理中心利用1臺具有公網(wǎng)IP的服務(wù)器同各監(jiān)控點(diǎn)連接。通過監(jiān)控平臺查看相應(yīng)監(jiān)控畫面，并實(shí)現(xiàn)對控制現(xiàn)場的遠(yuǎn)程視頻瀏覽、云鏡控制、錄像、視頻截圖等。如圖4。

圖4 城區(qū)河道及攔河建筑物視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成圖

（2）工作方式。支持7×24 h不間斷全天候工作。能晝夜可以拍攝清晰的視頻，配置云臺和高性能攝像頭，使攝像頭可以轉(zhuǎn)動(dòng)改變方向,鏡頭可變焦。

視頻數(shù)據(jù)采用遠(yuǎn)端模式進(jìn)行存儲。遠(yuǎn)端模式將實(shí)時(shí)視頻信息傳送到監(jiān)控管理中心的服務(wù)器上保存。監(jiān)控管理中心可對監(jiān)控?cái)z像頭的鏡頭、云臺進(jìn)行控制，并對現(xiàn)場實(shí)時(shí)情況進(jìn)行視頻錄像、存儲、截圖。

4.3 河道保潔攔污點(diǎn)圖像監(jiān)控

（1）系統(tǒng)組成。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對新寧縣河道保潔攔污點(diǎn)情況進(jìn)行圖像監(jiān)視。

系統(tǒng)由圖像監(jiān)控點(diǎn)前端設(shè)備、通信傳輸系統(tǒng)組成。監(jiān)控管理中心利用1臺具有公網(wǎng)IP的服務(wù)器，啟動(dòng)服務(wù)后就等待各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)終端的連接。用戶通過監(jiān)控平臺查看相應(yīng)監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)對控制現(xiàn)場的遠(yuǎn)程圖像瀏覽。如圖5。

（2）工作方式。平時(shí)一體化攝像頭處于斷電狀態(tài)，監(jiān)控RTU則24 h值守，可定時(shí)（整點(diǎn)或半點(diǎn)或其它時(shí)間周期）啟動(dòng)一體化攝像頭工作，拍照并將圖像實(shí)時(shí)通過GPRS傳回監(jiān)控管理中心。監(jiān)控管理中心也可遠(yuǎn)程啟動(dòng)攝像頭工作。

要求能晝夜可以拍攝清晰的視頻，配置云臺和高性能攝像頭，使攝像頭可以轉(zhuǎn)動(dòng)改變方向,鏡頭可變焦。

圖5 攔污監(jiān)控點(diǎn)基于3G的無線圖像監(jiān)視系統(tǒng)組成圖

圖像數(shù)據(jù)傳送回監(jiān)控管理中心，由服務(wù)器上保存。監(jiān)控管理中心支持對監(jiān)控?cái)z像頭的鏡頭、云臺進(jìn)行控制。

5 監(jiān)控管理中心建設(shè)

新寧縣河道站的監(jiān)控管理中心建設(shè)是本項(xiàng)目的核心部分，是系統(tǒng)功能的集中體現(xiàn)。通過監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)視河道采砂、河道保潔的現(xiàn)場情況，同時(shí)利用定制開發(fā)的信息管理軟件輔助進(jìn)行河道治理、河道取砂的信息化管理，提高科學(xué)管理與科學(xué)決策的水平。

本次監(jiān)控管理中心建設(shè)的內(nèi)容主要包括建立滿足使用要求、較為現(xiàn)代化的集中監(jiān)控辦公環(huán)境、搭建動(dòng)態(tài)監(jiān)控與應(yīng)用軟件使用的軟硬件平臺。具體包括中心機(jī)房建設(shè)、監(jiān)控室建設(shè)、大屏幕監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)平臺系統(tǒng)建設(shè)（含應(yīng)用服務(wù)器、監(jiān)控電腦、UPS、打印機(jī)以及機(jī)柜等）、移動(dòng)執(zhí)法與監(jiān)察管理設(shè)備建設(shè)等內(nèi)容。

6 通信傳輸系統(tǒng)

綜上所述，監(jiān)控點(diǎn)與監(jiān)控中心的通信方式分3G無線通信和光纖有線通信兩種。無線通信方式主要有利用電信運(yùn)營商的3G網(wǎng)絡(luò)，光纖通信建議選擇租用中國電信的4 MB點(diǎn)對點(diǎn)寬帶光纖數(shù)字業(yè)務(wù)。

同時(shí)監(jiān)控管理中心由于視頻接收流量大，數(shù)據(jù)訪問量也相對較多，需租用1條100 MB的電信數(shù)字光纖，并有至少具有4個(gè)公網(wǎng)IP地址。

7 基礎(chǔ)軟件及應(yīng)用軟件建設(shè)

河道動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件平臺建設(shè)主要工作包括基礎(chǔ)平臺軟件和應(yīng)用軟件兩部分。

基礎(chǔ)平臺軟件包括服務(wù)器操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫平臺軟件、WebGIS平臺軟件、基礎(chǔ)地理信息電子地圖。應(yīng)用軟件包括實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、采砂管理信息系統(tǒng)。同時(shí)還包括數(shù)據(jù)庫建庫和電子地圖加工，以及與防汛、城市安防系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)的共享軟件開發(fā)。

7.1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控軟件

由移動(dòng)監(jiān)控點(diǎn)、固定監(jiān)控點(diǎn)等前端視頻編碼器傳送過來的視頻碼流，經(jīng)過光纖、3G等傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控管理中心的視頻服務(wù)器中，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的管理、控制。

系統(tǒng)基于三層結(jié)構(gòu)，其軟件架構(gòu)如圖6所示。

圖6 軟件架構(gòu)圖

7.2河道采砂管理系統(tǒng)軟件

河道采砂管理系統(tǒng)分為采砂業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)和采砂信息管理子系統(tǒng)。

7.2.1 采砂業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)

開采監(jiān)視的實(shí)現(xiàn)是根據(jù)自動(dòng)和手動(dòng)測量的基本數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的算法統(tǒng)計(jì)，然后與規(guī)劃數(shù)據(jù)做對比，判斷其是否違規(guī)，對于違規(guī)的操作將在地圖上給予醒目提示，監(jiān)視的原理如下（圖7）：

（1）根據(jù)規(guī)劃的開采范圍，在地圖上制作開采區(qū)圖層，在后臺設(shè)置每個(gè)采區(qū)的砂船控制數(shù)量、禁采期、開采量和開采高程，同時(shí)設(shè)定好采砂船與采區(qū)的對應(yīng)關(guān)系，每條采砂船有唯一的標(biāo)識。

圖7 采砂業(yè)務(wù)管理邏輯圖

（2）采砂船是否越界監(jiān)視：通過地理信息分析技術(shù)，將GPS采砂船位置信息與開采區(qū)圖層位置對比，判斷是否越界。

（3）采區(qū)內(nèi)船數(shù)監(jiān)視：通過地理信息分析技術(shù)，統(tǒng)計(jì)在各個(gè)采區(qū)圖層內(nèi)采砂船的數(shù)量。

（4）禁采期監(jiān)視：根據(jù)振動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)可以判斷采砂船是否在作業(yè)，然后與采區(qū)設(shè)置的禁采期對比。

（5）開采量監(jiān)視：根據(jù)速度傳感器判斷采砂船發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和開啟時(shí)間，估算其開采量，與預(yù)先設(shè)置的開采量對比。

（6）開采高程監(jiān)視：完全由人工測量開采高程數(shù)據(jù)，通過移動(dòng)終端記錄到后臺系統(tǒng)，后臺系統(tǒng)自動(dòng)對比。

7.2.2 采砂信息管理子系統(tǒng)

采砂信息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)采砂基本資料管理、采砂規(guī)劃管理、采砂年度計(jì)劃管理、采砂審批管理、采砂項(xiàng)目招標(biāo)管理、采砂人管理、采砂項(xiàng)目驗(yàn)結(jié)管理及政策法規(guī)管理等。系統(tǒng)滿足河道采砂項(xiàng)目的規(guī)劃、審批、計(jì)劃、招標(biāo)、實(shí)施和驗(yàn)結(jié)全過程動(dòng)態(tài)監(jiān)控、管理需求，方便河道管理站的日常業(yè)務(wù)管理，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供信息支持。

河道采砂動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)總體框架采用用戶界面層、系統(tǒng)應(yīng)用層和系統(tǒng)支撐層的三層架構(gòu)體系，系統(tǒng)的總體框架如圖8。

8 項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)行管理

圖8 軟件架構(gòu)圖

為保障河道監(jiān)控管理平臺的正常運(yùn)行，需建立運(yùn)行管理機(jī)構(gòu)和技術(shù)支持中心，配備必要的技術(shù)人員，購置儀器和交通工具，安排相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)費(fèi)，制定切實(shí)可行的運(yùn)行管理制度，形成完整的運(yùn)行維護(hù)管理體系，并調(diào)動(dòng)使用單位的應(yīng)用積極性，提高系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)工作的主動(dòng)性，保證系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定發(fā)揮作用和效益。

新寧縣河道監(jiān)控管理平臺系統(tǒng)運(yùn)行管理單位為新寧縣河道管理站，新寧縣河道管理站應(yīng)設(shè)專人負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)行管理。

河道管理站應(yīng)建立整個(gè)監(jiān)控管理平臺的設(shè)備臺帳，由專人負(fù)責(zé)。設(shè)備賬目應(yīng)記錄設(shè)備的購買日期、型號、性能、保修期、維護(hù)周期等，并明確相應(yīng)的保管人，記錄設(shè)備變更情況；各種設(shè)備應(yīng)由專業(yè)人員操作、使用，避免非專業(yè)人員操作不當(dāng)而導(dǎo)致的設(shè)備損壞，對設(shè)備保管人應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的操作和維護(hù)保養(yǎng)、安全防范培訓(xùn)。關(guān)鍵設(shè)施應(yīng)制定保養(yǎng)和檢修計(jì)劃。

2016-10-31）

柴文珊（1982－），男，湖南慈利人，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)從事水利信息化工作，手機(jī)：13875935817，E－mail:124135300@qq.com。