河道管理监控系统在山东黄河的研究应用

侯晓燕 魏 彬 张 晶 张 强 苏拥军

（山东黄河河务局山东黄河信息中心，山东 济南250013）

为保证防洪工作有的放矢，依靠现代计算机通信技术和传感技术，实施对河道水位的无人化远程实时监测，并且能够自动传输到上面各级主管部门，达到科学预警，减少防洪成本，提高效率。

1 山东河道监控现状

（1）近10年来,黄河下游年平均来水量明显减少,河道不断淤积抬高,防洪形势日趋严峻。虽然近几年按2000年防洪标准加高加固了部分堤防、险工,进行河道整治工程,消除了一些险点、险段和病险涵闸,但防洪工程仍然存在许多隐患,防洪形势不容乐观，特别是对黄河下游重要的险工险点的实时监控的没有开展，使得黄河大堤很多重要的险工险点长期处于无人实时监控状态。黄河一旦出现决口，而防汛部门不能及时收到信息，将给防汛带来很大的安全隐患。黄河大堤出现人为破坏，不能实时进行监控，极大地影响和制约着黄河的健康发展。

（2）目前黄河下游河道管理基础设施和能力建设较为薄弱，管理手段相对落后、信息化程度低，已不能适应新时期河道管理工作需要。

（3）黄河下游河道的污染问题一直得不到有效的解决。严重影响了黄河水的质量，给黄河健康调水、供水和行洪等日常河道防护工作造成很大障碍。

（4）沿黄堤坝上建有很多重要的水利基础设施，经常出现的损毁情况得不到及时上报，给防汛工作带来很大隐患。

2 山东河道监控应用分析

（1）山东黄河仍然有发大洪水的可能性。黄河下游两岸大堤水利基础设备存在人为和自然损害的现象，得不到及时发现和治理。给黄河下游防汛带来严重的安全隐患。

（2）黄河下游各险工险点水面污染和植被被破坏情况时有发生，得不到及时发现处理。

（3）山东黄河河道监控系统项目建设是“数字黄河”工程建设的重要组成部分，是全面提升黄河水量调度水平，实现水资源有效管理、高效配置的重要手段之一。2002年以来，山东局实现的黄河下游51座引黄涵闸远程监控为黄河下游各险工险点监控系统的建设提供了宝贵的建设经验。

（4）随着监控和无线网络技术快速发展，该技术已被广泛应用于各行各业的管理之中，并在各领域产生了显著的经济和社会效益。运用先进的3G无线网络技术和监控技术在黄河下游河道各个险工险点建立系统的监控网络，用于对黄河下游水资源水利基础设施、水位监测、水量调度及水面污染监控治理，是维护黄河下游河道健康发展的重要环节，保持良好的管理环境的重要手段。

鉴于上述几点必要性分析，加强对黄河下游河道水资源进行监控和管理.利用现代先进的无线传输技术和监控设备，建设黄河下游河道监控系统，及时获取河道基础设施、水势、水面和水文信息，实现对黄河下游实时视频监控，给领导合理科学地调度水资源提供真实的资料，对于确保黄河不断流、维持河流生命、促进下游社会经济的可持续发展具有重大意义。

3 山东河道监控应用方案研究

（1）在黄河河道的各个重要的险工险点监控点安装摄像设备和视频接入服务器,视频服务器通过客户专用网络或公共互联网络，采用网络通过无线方式接入的视频监控平台。

（2）在监控中心的监控PC上安装控制台管理软件，监控PC通过客户专用网络或公共互联网络与网络视频监控系统平台连接，实现对监控点的监控，供领导者决策指挥。

（3）利用视频监控平台对监控点的图像进行实时的数字化录像及存储，便于事后对案件进行科学分析，并具有网络化联网传输功能，便于各级领导查看分析。

（4）黄河下游河道监控中心——包括客户用户的监控控制台、数字显示墙等，通过客户端软件使用不同类型的接口与中心服务平台相联接，可以根据实际需要配置安装。

系统采用先进的无线视频传输技术，同时支持C/S结构的客户端监控和B/S结构的IE浏览器监控，还支持手机随时随地移动监控。

主要由以下三部分组成：

（1）视频的采集压缩模块

（2）无线的数据传输模块

（3）中心的监控管理平台

系统结构简洁明了，扩展性好，能适应多变的监控要求。

各功能模块说明：

（1）视频采集模块：该模块用于完成对视频信号的采集，将USB摄像头接收器采集到的信号以文件的形式保存或者放入缓冲区供其他模块使用。

（2）GPS定位模块。该模块用于实时记录监控终端当前所处的位置、移动速度、移动方向等状态信息。

（3）图像压缩模块。该模块用于完成对图像数据的压缩处理，读取由视频采集模块产生的缓冲区数据，对其进行压缩处理后再以文件的形式保存或者将压缩数据放入缓冲区供其他模块使用。

（4）无线通信模块。该模块用于完成对视频数据的网络传输，读取缓冲区里的视频数据，并将其打成UDP包，然后将其做成流式文件格式，通过TD模块和CDMA模块传输到服务器上。

黄河下游河道管理监控系统，共分视频监控系统、网络传输、监控中心三大功能模块，应用先进的视频压缩技术对视频进行压缩解码，完成多画面显示与切换、远程控制等功能。

在监控终端首先通过视频采集模块把摄像机摄取模拟图像转换成数字图像，再压缩编码成为数字格式（MPEG-4）的格式图像，放到发送缓冲区里，网络传输部分再从缓冲区里读取数据，封装成UDP包，然后CDMA模块通过无线网络发送UDP包。在远程监控中心服务器端，把接收到的UDP数据包进行处理放到接收缓冲区里，再进行解码。

监控终端功能：将处理后的模拟视频信号数字化，压缩，并将压缩后的图像数据进行录像保存到硬盘或传输到监控中心；接受监控中心的远程指令，根据指令要求切换视频源或对云台和镜头等监控设备或其他开关设备进行控制。

监控中心功能：接收视频流进行实时播放，并保存到硬盘；随时跟踪监控终端当前所处的位置、移动速度、移动方向、状态信息等情况，对终端进行定位时可以按照定时、定距等多种方式监控，并能够在系统界面上显示终端的各项监控指标。

视频监控系统提供了一个应用在专用或公用网络上跨地域、跨行业的视频监控系统的全面解决方案，客户视频监控系统可以利用统一监控平台，采用全数字化的图像传输和处理系统，通过无处不在的网络将分散、独立的图像采集点进行联网，实现在监控范围内的统一监控、统一存储、统一管理、资源共享。

传输部分系统数据的发送采用开源代码。服务器端的任务是提供配置接口，完成音视频数据采集、事件监控等监控事务，并且与客户端通信，发送媒体数据和通知消息。从客户端应用程序来看，服务器端包括远程管理服务器和媒体服务器。前者负责接收控制命令，反馈服务器状态；后者负责传输媒体数据。客户端可以接收从媒体服务器传来的媒体数据，但是不可直接对媒体服务器进行配置。

山东黄河河道监控项目是黄河防洪非工程基础设施之一，是黄河治理现代化的基础平台，是“数字黄河”工程实施的根本，对确保黄河长治久安、可持续发展有着至关重要的作用，其经济、社会效益巨大。此外，山东河道监控系统，能向河道管理部门提供闸门控制、水面清洁治理等提供准确有效的判断依据。系统通过避免由于水利基本设备和电缆等被盗带来的经济损失，从而间接地为黄河河务管理部门每年带来不可估量的经济效益。

［1］杨天怡.图像通信与监控系统[M].北京:中国铁道出版社，1994.

［2］殷人昆，田金兰，等.实用面向对象软件工程教程[M].电子工业出版社，1998，5.

［3］谢红华，陆以勤，吕锦.基于3G无线网络的高质量实时视频监视系统的设计[J].计算机应用研究，2007.