水資源監(jiān)控平臺優(yōu)化設(shè)計

李方++潘春燕

摘 要 水資源問題日益突出，傳統(tǒng)監(jiān)控手段需要更新。視頻監(jiān)控一直在傳統(tǒng)的水資源監(jiān)控項目中處于輔助地位，僅作為現(xiàn)場情況全景查看、錄像回放等輔助手段。隨著視頻技術(shù)和監(jiān)控算法的發(fā)展，使得視頻監(jiān)控在水資源監(jiān)控尤其是水面智能監(jiān)控找到了新的切入點。本文分析水資源視頻監(jiān)控研究的現(xiàn)狀和問題，給出監(jiān)控平臺優(yōu)化設(shè)計的對策。

【關(guān)鍵詞】視頻監(jiān)控 智能分析 漂浮物1 引言隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，水資源問題日益突出。水資源的形勢將發(fā)生深刻的變化，加強水資源監(jiān)控已成為當今環(huán)境治理過程中的重點內(nèi)容。2 研究現(xiàn)狀及問題美國、日本、荷蘭、英國等國家于20世紀70年代開始發(fā)展水質(zhì)監(jiān)測。上世紀80年代中期國內(nèi)才開始水質(zhì)在線自動監(jiān)測技術(shù)方面的研究。從我國提出水資源監(jiān)控系統(tǒng)的概念以來，自動監(jiān)控系統(tǒng)得到廣泛的推廣和應(yīng)用，在各級環(huán)保部門中，資金的投入和技術(shù)的革新上呈現(xiàn)快速增長勢頭。國內(nèi)關(guān)于水資源監(jiān)控方面的研究在三峽地區(qū)比較多，文獻[1]中重慶大學黃歡設(shè)計了基于計算機網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的大范圍水域水質(zhì)的監(jiān)測方案，運用Web技術(shù)實現(xiàn)三峽庫區(qū)水環(huán)境檢測系統(tǒng)的開放性設(shè)計。李宇航在文獻[2]中闡述了水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和總體結(jié)構(gòu)，完成了系統(tǒng)控制電路的設(shè)計。這些研究主要采用遙感技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等對水質(zhì)的物理化學指標進行可視化監(jiān)控。針對水面環(huán)境，應(yīng)用遙感飛機、地球衛(wèi)星、GPS定位技術(shù)對河流、航天實驗室、湖泊、海洋和水庫進行遙感監(jiān)測。視頻監(jiān)控由于其本身特性的限制，與數(shù)據(jù)直接關(guān)聯(lián)性低，一直在傳統(tǒng)的水資源監(jiān)控項目中處于輔助地位，僅作為現(xiàn)場情況全景查看、錄像回放等輔助手段。目前各省市地方基本上都建有自己的水資源管理平臺，盡管采取的技術(shù)手段各有不同，從傳統(tǒng)角度來講研究已比較成熟，已投入使用的小型監(jiān)控系統(tǒng)如紫陽縣漢江水質(zhì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安吉縣水庫實時監(jiān)控系統(tǒng)能夠全方位、實時在線監(jiān)控水面狀況，發(fā)現(xiàn)多起漂浮物并及時處理，提高了水資源監(jiān)控效率。但是這種監(jiān)控需要人工24小時值守查看大屏幕發(fā)現(xiàn)問題，費時費力，并沒有發(fā)揮視頻監(jiān)控應(yīng)該發(fā)揮的作用和優(yōu)點，薄弱點在于智能分析這一環(huán)節(jié)，利用率還比較低，效率還能搞提高。隨著視頻技術(shù)和監(jiān)控算法的發(fā)展，清晰度大幅提升，3G/4G無線視頻和圖片傳輸?shù)膽?yīng)用，使得視頻監(jiān)控在水資源監(jiān)控尤其是水面智能監(jiān)控找到了新的切入點。石為人在文獻[3]中提出一種自動檢測三峽庫區(qū)水域水華現(xiàn)象的圖像處理算法，建立水華預警模型進而對水華預警。文獻[4]中提出基于混合高斯模型的背景差分法和幀差法提取出水面的漂浮物體。吳有富、左建軍、楊鵬等人在文獻[5][6][7][8][9]提出了對水面漂浮物進行分類和識別，并給出了相關(guān)的研究思路和方法，開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。國家從戰(zhàn)略層面正在建設(shè)統(tǒng)一的水資源管理平臺，貴州依托大數(shù)據(jù)業(yè)正建設(shè)水資源的云平臺。研究水面漂浮物智能監(jiān)控，將其融入水資源管理平臺，能夠優(yōu)化平臺，提高效率。3 對策及總結(jié)智能視頻監(jiān)控技術(shù)近幾年逐漸從理論階段走向?qū)嵱貌⒊蔀槲磥硪曨l監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)，視頻監(jiān)控已經(jīng)在很多行業(yè)中獲得了應(yīng)用，在水資源管理應(yīng)用中要推進智能視頻監(jiān)控技術(shù)需要注意以下幾個方面。（1）針對某個行業(yè)的應(yīng)用進行特別設(shè)計，現(xiàn)有的通用視頻處理算法往往只能對某些特定場景有較好的效果，因而在應(yīng)用過程中，需要針對行業(yè)應(yīng)用和現(xiàn)場環(huán)境進行優(yōu)化設(shè)計，選擇適應(yīng)行業(yè)環(huán)境條件的應(yīng)用。一般地，視頻圖像中運動對象是需要檢測的感興趣目標，因此智能視頻檢測常以檢測圖像內(nèi)容的變化為主，對于水利監(jiān)控而言，由于畫面同時包含水面，而水面在動態(tài)變化，因此提高了視頻檢測的難度。但是，水面波紋具有形狀不固定、相鄰幀運動方向連續(xù)、紋理特殊等特點，基于這些特點，水面波紋的干擾可被排除。（2）智能視頻檢測技術(shù)在現(xiàn)有條件下已經(jīng)可以代替人工完成大部分工作，不過要完全代替人工還需時日，在應(yīng)用前對場景進行充分的學習和適應(yīng)，視頻處理算法往往需要預設(shè)某些閾值靈敏度和參數(shù)，一些自適應(yīng)算法可以對此過程進行自動學習，但是也存在學習時間過長，有時甚至出現(xiàn)無法收斂的情況。因而在應(yīng)用中最好的模式是在智能視頻檢測的基礎(chǔ)上適當輔以人工，確保針對現(xiàn)場環(huán)境設(shè)置合適參數(shù)。 隨著系統(tǒng)應(yīng)用的逐漸深化和擴展，水面視頻監(jiān)控系統(tǒng)將逐漸朝數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展，大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)的流域監(jiān)控成為發(fā)展趨勢，利用各種無線通信技術(shù)擴展監(jiān)控范圍和預案提高快速決策和應(yīng)急指揮能力，利用智能視頻檢測技術(shù)提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的自動化程度，將成為未來水面視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要特征。特別是智能化技術(shù)使大規(guī)模視頻監(jiān)控更具實用意義，可大幅節(jié)省人力和監(jiān)視設(shè)備，在水利行業(yè)的應(yīng)用將有廣闊的前景，并推進水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)向智能化的綜合管理系統(tǒng)發(fā)展。參考文獻[1]黃歡.基于Web的三峽庫區(qū)水質(zhì)監(jiān)測及分析系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].重慶：重慶大學，2009.[2]李宇航.三峽庫區(qū)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制技術(shù)研究[D].重慶：重慶大學，2010.[3]石為人，賈承暉，王楷.基于圖像處理的三峽庫區(qū)水域水華檢測算法及預警研究[J].儀器儀表學報，2010（12）：2641-2647.[4]江杰，李剛.河流漂浮物的自動監(jiān)測方法研究[J].人民黃河，2010，32（11）：47-48.[5]吳有富，左建軍，吳晶.一種基于SOM的水面污染物智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].環(huán)?？萍?，2012（18）.[6]左建軍，吳有富.水面漂浮物智能監(jiān)控技術(shù)[J].軟件導刊，2013，12（04）：150-152.[7]Wu Y，Zhuo J，Wu J.An Intelligence Monitoring System for Abnormal Water Surface Based on ART[C]//Digital Manufacturing and Automation（ICDMA），2013 Fourth International Conference on. IEEE，2013：171-174.[8]左建軍.計算機視覺技術(shù)在社會公共服務(wù)中的應(yīng)用研究[D].貴陽：貴州民族大學，2013.[9]楊鵬.基于計算機視覺的水面智能監(jiān)控研究[D].貴陽：貴州民族大學，2015.作者簡介李方（1991-），男，河南省息縣人?，F(xiàn)為貴州民族大學理學院碩士研究生。作者單位貴州民族大學理學院 貴州省貴陽市 550025