视频监控技术在水文测报远程管理中的应用探讨

孔令启 胡文才

视频监控技术在水文测报远程管理中的应用探讨

孔令启 胡文才

随着流域工程建设不断加快，流域水文站点呈爆发式增加态势，但各级水文管理机构在历次机构调整中人员编制一再压缩，管理人员严重不足，水文测站及各类报汛站管理存在巨大的压力。同时随着社会经济发展，水文监测从传统的为防汛抗旱服务，不断拓展到为水资源管理、水质管理、地质灾害管理、航运、交通、能源等全方面服务，对水文要素监控要求越来越高。针对上述难题，本文提出了水文自动测报系统视频监控技术，并基于该技术构建淮河重要省界水资源监测水文站视频监控系统，应用表明该技术有效实现了水文要素监控的远程管理，缓解了水文测报监控管理压力，同时还可为流域的防洪抗旱、水资源管理、水质管理等工作提供了及时高效的信息支撑服务。

一、水文自动测报系统视频监控技术

1.水文自动测报系统实现视频传输

利用水文自动测报系统测站的自动测报设备的现有资源进行图像采集传输，既能充分发挥设备在雨水情有限信息测报的大量宽裕时间效益，又能增加水信息控制站点的图像信息，丰富防汛减灾水资源配置调度的可视化信息，对决策支持的帮助很大。

近年来，水文自动测报系统的端机的设计，进一步拓展水文自动测报系统视频图像采集传输功能。至少已有两种实现模式的端机：一是采用嵌入式处理器硬件设计为主的技术，二是采用软件功能的扩展。遥测端机传图像视频信息，充分利用其水文要素测报的时间间隔与报汛时间很短的特点，发挥的设备的潜力，提供了增值服务。

2.常规视频技术实现水文站图像传输

水文遥测站点一般比较偏远，都在防洪减灾及水资源配置的主要控制的地点，能利用水文自动测报系统测站的资源进行图像采集传输是很好的信息服务手段。也有许多水文站在重要水工程枢纽、重要城镇及工农业发达地区，利用当地已有资源花费很少的投入实现水文站点的图像传输，也是水文测报实现可视化的很好途径。

图像前端传输主要指各监控点视频采集前端（摄像机）至各自归属的基层监控中心机房所采用的传输方式。视频采集前端传输方式主要有以下几种：

（1）室外型以太网线：适用于视频采集前端至监控中心机房布线路由小于100米的情况，网络摄像机IP口至机房以太网交换机用室外型以太网线连接。比较适用位于水库、水利工程枢纽的水文站。

（2）光纤收发器+光缆：适用于视频采集前端至监控中心机房布线路由大于100m、小于2000m，且光（电）缆架空或直埋敷设路由比较方便、施工容易的情况。也可以租用运营商的光缆纤芯或带宽。比较适用于离水库、水利工程枢纽及城镇不远的水文站。

（3）无线网桥：适用于视频采集前端至监控中心机房布线路由大于500m、光（电）缆架空或直埋敷设困难，且监控点比较分散、单一的情况。无线网桥在通信专业设备中实现数据传输相对便宜的设备，相对于水文站点的图像传输建设还是投入比较高的，但也是一种可选的技术方案。

（4）4G多媒体集群水利专网：各监控点直接配置4G摄像机，由4G无线信号传输至4G多媒体集群系统基站，再到监控中心机房。水文站有靠近重要水利枢纽的优势，可利用水利集群专网的优势，得到优质的水文站视频图像。

（5）利用公网3G、4G服务：现在公众通信服务网络3G以及覆盖率很高，4G只能覆盖部分城市及部分农村地区。

（6）租用电信运营商的数字电路：现在电信运营商提供的数字电信服务到达乡村，租用固定IP地址的双向10M/4M数字电路。

二、水文测报远程视频监控管理

1.远程视频监控管理

在水文要素测报中，水位、雨量、闸门启闭、水质、气温及风向、风速等信息测报自动化已经非常稳定可靠，流量、泥沙、蒸发的自动测报技术还没有完备、成熟的设备设施。流量测验的自动缆道、ADCP、时差法、雷达波、二线能坡法等自动测验手段，虽是各有特色，但还不能完全解决流量自动测报面临的山区季节性河流、平原水网河道、通航河流及泥沙含量差异的河流等各类不同问题，在测验时还离不开工作人员的现场设置、避险观察等人工干预。人工巡测因为站点数太多，工作人员虽疲于奔命，但很难解决洪水爆发时同一区域内同时出现的大量测验需求。视频监控技术为解决水文测报工作面临的难题提供了技术手段。

水文测报的远程管理完全可以应用成熟的视频监视及远程控制技术，在遥远的管理机关的监控中心，面对巨大的屏幕，操作人员坐在键盘前，根据需要发出指令，操作远处水文测流自动缆道、自动泥沙监测仪、竖直ADCP、自动蒸发监测仪等设备，完成水文要素的测报。可以根据拥有的测站规模，确立在省、地市水文局或具有规模的中心站建立监控中心，远程监控所属水文测站的测报工作，重点是监控那些无人值守的水文测站，特别是中小河流、山洪灾害项目新增设的水文监测站。

2.远程视频监控管理的意义

（1）水文测报事业爆发式发展的需要

水文测报从传统的人工观测、电报及电话报汛，发展到自动化测报，再到巡测，每一步都是依赖技术进步减轻人工观测的工作量和工作强度，缓解了水文测报业务量的发展和人员编制减少的矛盾，推动了水文事业的发展。

近年来水文报汛站点大幅度增加，特别是经过国家防汛抗旱指挥系统、全国中小河流治理项目及全国山洪灾害防治项目的建设。以江苏省为例：全省原设水文站150个、水位站137个、雨量站237个。中小河流水文监测系统总体建设规模如下：98个水文站（改建24个，新建74个）、156个水位站（改建19个，新建137个）、125个雨量站（改建65个，新建60个）。新增水文站74个，水位站137个，雨量站60个，比原有测站规模分别增加了 49.3%、100%、25.3%。测站规模如此扩大，测报任务同样暴增，而人员编制并没有明显增加，运行经费远不能满足所需增加管理工作量的要求。采用视频监控技术对无人值守的水文测站进行远程管理，可以缓解部分压力。

（2）保障水文设施安全生产的需要

根据水文规范水文测报断面一般都处于野外偏僻地点，水文设施的地理位置上较为分散，民情、社情十分复杂，而现代设施设备经济价值较高，往往成为犯罪份子偷盗、破坏的对象。新增水文设施的站点，与管理单位距离远，人工巡查、安全监管任务重、难度大，为保障水文测报设施设备的安全运行，建设水文设施安全监视系统势在必行。

（3）实现信息共享，提高水文服务效能的需要

水文测报站点分散，一般多在江河湖泊水库堤岸边的重要控制断面，这些地段的视频监控信息，正是管区内现有的各类涉水信息系统所急需。水文监视监控系统在现有资源的基础上扩展功能，花费少，见效快，为防汛及水资源管理提供增值服务，扩大了水文服务的功能与效率。

（4）实现水文测报现代化的需要

实现水利现代化是社会发展的要求。水文系统是水利事业信息化的尖兵，现代化的窗口。水文信息管理服务的现代化水平是水利管理现代化的基本要求。水文测站远程管理的视频监控是水文发展的一个预期方向，和水文自动测报技术一起构成水文管理现代化的基础。并以现有现代化建设为先导，加强辅助性系统建设，广泛地应用现代信息技术，充分开发水文测报管理辅助性系统，是实现测报现代化的必然选择。

三、淮河重要省界水资源监测水文站视频监控系统

利用水文自动测报系统视频监控技术，开发建设了淮河重要省界水资源监测水文站视频监控系统。淮河重要省界断面水资源监测水文站改造项目中选用部分图像传输条件成熟的重要站点，实施水文测站图像监测。实时视频监控高清化、网络化，实现水文测站远程管理可视化。

1.站点布置

建设淮河及沂沭泗河水系8个视频监控站，为淮委相关管理部门提供实时动态监视监控信息及高效可靠的管理手段，提供丰富精准的决策依据，提高水资源管理的信息化、现代化水平，增强应急指挥能力。

2.系统框架

监视监控系统由摄像机、传输信道、淮委视频监控中心等组成。

前端视频采集系统由摄像机、电源系统等组成。可以根据监控中心的操作发出的命令来控制视频切换、镜头变焦、近景/远景、光圈调节等以及控制云台上下、左右和自动巡视等动作。

各视频监控点中，王家坝水文站采用已建的淮委微波专线，大官庄水文站采用已建的沂沭泗4G水利专网，班台、界首、小柳巷、港上及新安5站采用4M电信光纤网络，黄庄水文站目前采用电信3G网络，待电信4G网络开通后，更换4G卡。

淮委视频监控中心利用通信总站已建平台，设计中充分考虑系统设备与其的兼容性。

四、结语

水文测报工作面对水文监测要素增加，时效性要求越来越高，服务面越来越宽的情况，由防汛指挥系统、山洪灾害及中小河流的国家项目的实施导致各类测站数量爆发式增加。水文单位在人员编制缩减、经费增加有限的情况下，测报管理面临很大压力。日益成熟的远程视频监视及控制技术的发展，为水文的技术革命带来机会，使用视频监控技术实现水文测报远程管理的必要性显而易见，可行性也已经呈现。建议相关部门大力开展视频监控试点，做好规划，研究相关设备标准及水文测报管理制度规范，推动水文测报远程管理的视频监控工作，促进水文测报事业良性发展■

（作者单位：江苏省水土保持总站210000 沂沭泗水利管理局水文局221018）