浅谈新宁县夫夷江河道动态监控管理系统

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

浅谈新宁县夫夷江河道动态监控管理系统

柴文珊

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

近年来新宁县提出了“旅游立县、产业强县、文化兴县、开放活县”的战略方针，国民经济迅速发展，城市规模及崀山景区建设不断扩大和完善。新宁县的河道管理工作，直接涉及到景区建设和全县人民群众的生产生活，为建设“水洁、畅流、岸绿、景美”的新宁河道，实现“生态河道、景观河道、数字河道、智能河道”的管理目标，分期分批逐步对全县主要河流、主要河段采取一定的保洁措施，控制排污数量，排污标准；对河道采砂、采矿、排污和非法侵占河道等进行电子数字动态监控，使河道管理再上一个新台阶。

河道动态监控管理河道保洁河道应用软件

1 夫夷江概况

夫夷江为资水的一级支流，系资水南源，河流全长300.69 km，集雨面积4 555 km2，河流坡降0.82‰，兼有防洪、灌溉、通航等综合功能。

夫夷水河道在新宁县境内全长135.75 km，采砂规划新宁县城区以上为禁采区，禁采区河道约30 km。可开采区主要集中在夫夷江中下游河道，分为四个开采区：第一开采区由县城观瀑桥至黄龙镇天花坝，河道中心里程桩号为00+000～15+100，河道长度约15.1 km；第二开采区由黄龙镇天花坝至沉水村桐梓坝，河道中心里程桩号为15+100～24+000，河道长度约8.9 km；第三开采区由黄龙镇沉水村桐梓坝至清江桥乡桃花坝（堡口电站大坝），河道中心里程桩号为24+000～42+700，河道长度约18.7 km；第四开采区由清江桥乡桃花坝（堡口电站大坝）至回龙寺镇大埠村（与邵阳县交界点），河道中心里程桩号42+700～80+500，河道长度约37.8 km。

其中纳入本项目监控系统建设的河道为夫夷江干流及四条一级支流新寨河、崀笏河、鲤溪和盆溪。

2 系统组成

新宁县河道动态监控管理系统主要包括河道采砂动态监控管理系统、城区河道及拦河建筑物动态监控系统和拦污点动态监控系统。系统组成如图1所示。

河道采砂动态监管系统由河道采砂动态监控和河道采砂管理两大部分组成。河道采砂动态监控包括对采砂船只以及指挥巡查船进行定位监控，对采砂船只、重点采砂河段、基地码头以及执法巡查船的动态视频监控等。采砂管理系统可实现采砂基本资料管理、采砂实时监控管理、采砂规划管理、采砂年度计划管理、采砂审批管理、采砂项目招标管理、采砂人管理、采砂项目验结管理及政策法规管理等。

新宁县城区河道及拦河建筑物动态监控主要是对城区河段重点区域的视频监控及夫夷江上拦河建筑物的视频监控。

新宁县河道保洁拦污点的监控主要是对城区上游河段拦污点的图像监控。

3 系统架构

河道动态监管系统总体框架按照系统功能、数据与信息的流向分成五个层次体系，其框架如图1、图2。

图1 河道动态监管系统系统组成图

图2 系统总体框架图

4 监控系统建设

4.1 河道采砂动态监控

采砂动态监控包括定位监控和视频监控。

定位监控可实现在电子地图上显示任意一艘或多艘被跟踪的采砂船当前所在位置以及过去一段时间的运行轨迹，可以显示某一水域现有船只的信息和该船所在位置的信息，采砂船超出指定采区边界时可以自动产生报警信息，中心可以对其进行语音通信，进行有效的调度和控制。采砂船航行轨迹和现场视频图像是重要的历史数据，能为处理有关事件提供有力的证据。

视频监控可实现采砂船只动态视频监控、重点采砂河段视频监控、采砂作业区动态视频监控、禁采区动态视频监控、河势及岸滩动态视频监控、执法码头动态视频监控等。监控中心可以实时掌握河道采砂的现场情况，可进行语音通话，进行有效的调度和控制。

4.1.1 定位监控

定位监控系统采用GPS/北斗全球定位系统，对所有的船只安装GPS/北斗定位系统，实时将船只定位信息发送回监控指挥中心，通过河道动态监控信息管理系统可以实时掌握船只的运行轨迹和所在位置。

4.1.2 采砂船视频监控

（1）系统组成。系统主要实现对新宁县境内主要河道的大型或重点的采砂船只进行动态视频监控。

系统由移动视频监控点前端设备、通信传输系统组成。监控管理中心利用1台具有公网IP的服务器，启动服务后就等待各个采砂船移动视频终端的连接。用户通过监控平台查看相应监控画面，实现对控制现场的远程视频浏览、云镜控制、录像、视频截图等。

（2）工作方式。采砂船的移动监控设备的工作方式为：船舶监控RTU 7×24h全天候值守，实时采集RTU工作状态、采砂船定位信息、视频采集终端工作状态、电池状态等信息。船舶移动时，向监视中心发送船只实时定位信息，同时无论船舶移动与否，定时（整点或半点或其它周期）向监视中心发送定位信息。

3G视频采集终端和高清球机，平时处于关闭、不通电状态，其启动方式分四种：

●船舶开动启动：船舶开动时或传送带工作时自主启动。

●远端召唤启动：通过监控管理中心遥控启动。

●定时启动：通过内置的时间点自主启动。

●定位启动：通过船舶的定位信息按照一定位置条件启动。

当24 h值守的监控RTU当监控到船舶启动或监视中心远程召唤或其它条件，再通过继电器为3G视频采集终端和高清球机供电，启动其进行视频采集或拍照，视频或图像信息通过3G视频采集终端实时传送到监视管理中心，本地安装了存储设备时也可本地存储。

为便于管理，采砂船移动视频监控点采用独立的太阳能电源系统，与船上电源完全隔离，因此为了节省设备投入成本和3G通信运行费用，视频的采集采取限时工作方式。

4.1.3 砂场定点视频监控

（1）系统组成。系统主要实现对新宁县主要的基地码头（砂场）运砂及码头附近河道情况进行视频监视。

定点视频监控系统包括监控前端、传输系统组成。各监控点视频信息采取光纤传输至新宁县河道管理站的监控管理中心服务平台。监控管理中心利用1台具有公网IP的服务器同各监控点连接。通过监控平台查看相应监控画面，并实现对控制现场的远程视频浏览、云镜控制、录像、视频截图等。如图3。

图3 砂场定点视频监视系统组成图

（2）工作方式。支持7×24 h不间断全天候作。能昼夜可以拍摄清晰的视频，配置云台和高性能摄像头，使摄像头可以转动改变方向,镜头可变焦。

视频数据可采用本地和远端两种存储方式进行存储。本地存储可以实时查看或调用视频。远端模式将实时视频信息传送到监控系统的服务器上保存。

4.2 城区河道及拦河建筑物视频监控系统

目前，新宁县城区河道缺乏规范、有力管理，以至于城区河道污染严重，通航受阻，为了对城区河道进行规范有序的管理，以适应新宁县生态旅游城市建设的要求，需对城区河道进行有效、实时的现场图像监控。

（1）系统组成。系统主要实现对新宁县城区河道及拦河建筑物情况情况进行视频监视。

城区河道及拦河建筑物视频监控系统包括监控前端、传输系统组成。各监控点视频信息采取光纤传输至新宁县河道管理站的监控管理中心服务平台。监控管理中心利用1台具有公网IP的服务器同各监控点连接。通过监控平台查看相应监控画面，并实现对控制现场的远程视频浏览、云镜控制、录像、视频截图等。如图4。

图4 城区河道及拦河建筑物视频监视系统组成图

（2）工作方式。支持7×24 h不间断全天候工作。能昼夜可以拍摄清晰的视频，配置云台和高性能摄像头，使摄像头可以转动改变方向,镜头可变焦。

视频数据采用远端模式进行存储。远端模式将实时视频信息传送到监控管理中心的服务器上保存。监控管理中心可对监控摄像头的镜头、云台进行控制，并对现场实时情况进行视频录像、存储、截图。

4.3 河道保洁拦污点图像监控

（1）系统组成。系统主要实现对新宁县河道保洁拦污点情况进行图像监视。

系统由图像监控点前端设备、通信传输系统组成。监控管理中心利用1台具有公网IP的服务器，启动服务后就等待各个监控点终端的连接。用户通过监控平台查看相应监控画面，实现对控制现场的远程图像浏览。如图5。

（2）工作方式。平时一体化摄像头处于断电状态，监控RTU则24 h值守，可定时（整点或半点或其它时间周期）启动一体化摄像头工作，拍照并将图像实时通过GPRS传回监控管理中心。监控管理中心也可远程启动摄像头工作。

要求能昼夜可以拍摄清晰的视频，配置云台和高性能摄像头，使摄像头可以转动改变方向,镜头可变焦。

图5 拦污监控点基于3G的无线图像监视系统组成图

图像数据传送回监控管理中心，由服务器上保存。监控管理中心支持对监控摄像头的镜头、云台进行控制。

5 监控管理中心建设

新宁县河道站的监控管理中心建设是本项目的核心部分，是系统功能的集中体现。通过监控中心可以实时、动态监视河道采砂、河道保洁的现场情况，同时利用定制开发的信息管理软件辅助进行河道治理、河道取砂的信息化管理，提高科学管理与科学决策的水平。

本次监控管理中心建设的内容主要包括建立满足使用要求、较为现代化的集中监控办公环境、搭建动态监控与应用软件使用的软硬件平台。具体包括中心机房建设、监控室建设、大屏幕监控系统建设、网络及计算机平台系统建设（含应用服务器、监控电脑、UPS、打印机以及机柜等）、移动执法与监察管理设备建设等内容。

6 通信传输系统

综上所述，监控点与监控中心的通信方式分3G无线通信和光纤有线通信两种。无线通信方式主要有利用电信运营商的3G网络，光纤通信建议选择租用中国电信的4 MB点对点宽带光纤数字业务。

同时监控管理中心由于视频接收流量大，数据访问量也相对较多，需租用1条100 MB的电信数字光纤，并有至少具有4个公网IP地址。

7 基础软件及应用软件建设

河道动态监控管理系统软件平台建设主要工作包括基础平台软件和应用软件两部分。

基础平台软件包括服务器操作系统、数据库平台软件、WebGIS平台软件、基础地理信息电子地图。应用软件包括实时动态视频监控系统、采砂管理信息系统。同时还包括数据库建库和电子地图加工，以及与防汛、城市安防系统等相关系统的共享软件开发。

7.1 实时动态视频监控软件

由移动监控点、固定监控点等前端视频编码器传送过来的视频码流，经过光纤、3G等传输网络传输到监控管理中心的视频服务器中，实时动态视频监控软件实现对整个监控系统的管理、控制。

系统基于三层结构，其软件架构如图6所示。

图6 软件架构图

7.2河道采砂管理系统软件

河道采砂管理系统分为采砂业务管理子系统和采砂信息管理子系统。

7.2.1 采砂业务管理子系统

开采监视的实现是根据自动和手动测量的基本数据，经过一定的算法统计，然后与规划数据做对比，判断其是否违规，对于违规的操作将在地图上给予醒目提示，监视的原理如下（图7）：

（1）根据规划的开采范围，在地图上制作开采区图层，在后台设置每个采区的砂船控制数量、禁采期、开采量和开采高程，同时设定好采砂船与采区的对应关系，每条采砂船有唯一的标识。

图7 采砂业务管理逻辑图

（2）采砂船是否越界监视：通过地理信息分析技术，将GPS采砂船位置信息与开采区图层位置对比，判断是否越界。

（3）采区内船数监视：通过地理信息分析技术，统计在各个采区图层内采砂船的数量。

（4）禁采期监视：根据振动传感器的数据可以判断采砂船是否在作业，然后与采区设置的禁采期对比。

（5）开采量监视：根据速度传感器判断采砂船发动机的功率和开启时间，估算其开采量，与预先设置的开采量对比。

（6）开采高程监视：完全由人工测量开采高程数据，通过移动终端记录到后台系统，后台系统自动对比。

7.2.2 采砂信息管理子系统

采砂信息管理系统可实现采砂基本资料管理、采砂规划管理、采砂年度计划管理、采砂审批管理、采砂项目招标管理、采砂人管理、采砂项目验结管理及政策法规管理等。系统满足河道采砂项目的规划、审批、计划、招标、实施和验结全过程动态监控、管理需求，方便河道管理站的日常业务管理，为领导决策提供信息支持。

河道采砂动态监管系统总体框架采用用户界面层、系统应用层和系统支撑层的三层架构体系，系统的总体框架如图8。

8 项目建设与运行管理

图8 软件架构图

为保障河道监控管理平台的正常运行，需建立运行管理机构和技术支持中心，配备必要的技术人员，购置仪器和交通工具，安排相应的运行维护经费，制定切实可行的运行管理制度，形成完整的运行维护管理体系，并调动使用单位的应用积极性，提高系统运行和维护工作的主动性，保证系统能够长期稳定发挥作用和效益。

新宁县河道监控管理平台系统运行管理单位为新宁县河道管理站，新宁县河道管理站应设专人负责系统的运行管理。

河道管理站应建立整个监控管理平台的设备台帐，由专人负责。设备账目应记录设备的购买日期、型号、性能、保修期、维护周期等，并明确相应的保管人，记录设备变更情况；各种设备应由专业人员操作、使用，避免非专业人员操作不当而导致的设备损坏，对设备保管人应进行相应的操作和维护保养、安全防范培训。关键设施应制定保养和检修计划。

2016-10-31）

柴文珊（1982－），男，湖南慈利人，大学本科，工程师，现从事水利信息化工作，手机：13875935817，E－mail:124135300@qq.com。