惠安县外走马埭海堤工程人工智能视频监测系统应用介绍

王宏晖

(惠安县外走马埭海堤管理处，福建 惠安 362100)

1 工程概述

惠安县外走马埭海堤位于福建省湄洲湾南岸，地处惠安县辋川、东桥、净峰三镇辖区内。围垦面积5.15万亩，海堤全长14.011km，原设计防护等级3级，主要建筑物包括3段海堤和4座水闸，1号海堤长2.26km，2号海堤长6.842km，3号海堤长4.909km，3座纳潮闸分别布设在鲤鱼岛、大屿岛和塘头，在板屿布设1座排涝闸，相应防潮标准为50年一遇。2012年下半年，福建省人民政府批准成立泉惠石化工业园区，外走马埭海堤工程的防护对象变为以国家级大型石化基地为主的工业园区，根据《防洪标准》(GB 50201—2014)和《海堤工程设计规范》(GB/T 51015—2014)的要求，经泉州市人民政府研究，决定将外走马埭海堤工程等级提升至1级，将工程防护标准提升至200年一遇。工程平面布置见图1。

图1 工程平面布置

为保障工业园区经济快速、稳定、持续发展，妥善解决区域防潮、防洪排涝、水资源、水环境、水生态、水景观等涉水问题，需建设符合海堤工程管理的智慧型视频监测安全管理保障系统，实现对工程的安全管理和运行调度全覆盖、全过程、全天候监控，实现实时数据采集分析、事件自动报警、突发事件应急处理等。

2 外走马埭海堤工程运行现状

外走马埭海堤工程是泉惠石化工业园区抵御高潮袭击、防洪排涝的唯一屏障和行洪通道，工程非常重要。由于管理单位没有参与原工程建设，从2009年3月海堤工程整体完工到2012年5月移交管理期间缺乏管理和养护，在运行过程中出现了较为明显的移位和不均匀沉降，水闸局部损坏严重，2014年11月对板屿排涝闸进行安全鉴定，结果为三类闸，运行指标已达不到设计标准。在管理和运行监控上相对欠缺、落后，依然采用传统人工巡视检查和分析判断，无法对工程设施的管理保护进行全面监管，在台风频发和极端恶劣的天气情况下，依靠人工观测水闸内侧水位和外侧潮位的变化，无法保障工作人员的人身安全，且相对困难，防洪排涝任务的完成依然采用传统的手动操作运行，由于运行人员的业务水平参差不齐，熟练程度不一，存在极大的安全隐患。

随着多媒体处理和网络技术的快速发展，水利视频监测系统将是现代水利实现可持续发展的重要举措。目前传统的管理模式已无法适应现代化水利发展的需要，按照“水利工程补短板、水利行业强监管”的总基调要求，以工程需求为导向、业务应用为核心，建设符合海堤工程管理的智慧型视频监测系统，实现水利工程“全流程、痕迹化、可追溯”管理，以提高工程防汛安全保障能力和综合管理水平，同时改善工作人员的工作环境。

3 系统建设目标和设计原则

3.1 建设目标

应用互联网+智慧水利思维，深度融合监视监测、计算机、网络通信、GIS、数据库、自动控制等技术，建设智慧外走马埭海堤管理应用于一体的集成化综合信息管理系统。基于综合信息管理平台，深化水利人工智能视频监测应用与安防系统的深度融合，初步建成水利基础信息感知体系，满足工程调度、运行场所、设备监视、重点场所监视、重要堤段道路和出入口监视以及安全警卫的需要，做到无人值守、少人值班，实现水资源、水生态、水环境、水安全、水工程的实时在线监视，形成全面覆盖海堤工程的视频监控网络，提升海堤监管、安全运行、应急处置、指挥决策能力和水平，为以国家级大型石化基地为主的工业园区提供防洪服务，为海堤工程本身及广大人民生命财产安全提供保障；与上级主管部门和应急管理部门实现全面的互联互通和信息资源共享。

3.2 设计原则

a.实用性和规范性。根据工程需求，结合监视对象环境条件特殊性、运行维护、监视级别等因素统筹考虑，充分利用成熟的先进技术，对监视对象进行准确、实时的监控，满足有关规范要求。

b.完整性。监视图像信息应具有原始完整性，避免信号失真及丢包；摄像机的监视范围应包括所有重要的设备，尽量减少目标区域的盲区。

c.安全性。全面考虑设备、网络和数据的安全，设备具有防暴力破坏和防窃取信息的能力，以及对异常、报警事件进行快速应急响应、日志记录及共享功能。

d.可扩展性。充分考虑系统可扩展和容量扩充，结合工程建设需要，满足当前业务应用以及预测今后的扩容需求，并充分考虑设备的兼容性。

e.易管理性和易维护性。人机界面清晰简洁、人性化软件设计，系统功能强大，易于掌握，操作简便实用，系统可远程操作，维护简单、易于管理。

4 人工智能视频监测系统结构组成

4.1 系统组成

外走马埭海堤工程采用网络视频监控系统，监控中心设置在海堤管理处，由视频综合管理平台、前端视频采集设备、存储系统、通信系统、显示系统、网络设备及智能运维系统等组成，实现对海堤、各闸站分中心等前端智能感知设备进行实时数据采集、传输、分析、存储和管理。

基于水利“一张图”的应用，在GIS平台上动态地叠加视频监控信息。利用自建光纤建立网络流媒体数据通信链路，通过ActiveX技术将多媒体控制与浏览器相集成，利用Web浏览器完成对视频监控点的实时视频浏览和远程控制，通过手持移动终端与系统平台平滑对接，让管理人员不受地域、时间限制，轻松掌握管理区域基本信息，实现监控点分布查看、视频点播、远程控制、视频回放。为领导决策、指挥调度和处置突发事件提供及时、可靠的图像和视频信息。视频监控系统组网图见图2。

图2 视频监控系统组网图

4.2 系统主要设备选型

a.摄像机。为增强目标识别能力及覆盖范围，外走马埭海堤工程摄像机全部采用网络智能球机(内置云台)，根据安装地点和要求分为室内、室外快球和室外半球。

b.网络硬盘录像机。采用嵌入式结构，负责将前端摄像机上传的视频信息进行存储、转发及管理。

c.中心管理服务器+媒体存储服务器。监控中心管理平台对系统中所有设备资源、用户资源、媒体资源进行统一管理并提供用户访问接口。实现用户登录认证、权限管理、报警管理、网络管理、远程管理、视频流存储与转发、用户请求响应等。

d. LCD、DLP拼接大屏幕。ⓐ监控中心配置一套3×4共12台46英寸液晶拼接大屏幕，供值班管理人员浏览各闸分中心、海堤路以及现地设备运行状态，及时了解现场情况；ⓑ会商中心配置一套3×4共12台50英寸DLP拼接大屏幕，是海堤综合信息管理平台的核心和中枢，是直接指挥海堤各项运行调度管理工作的重要场所，由大屏幕显示系统、数字会议系统等组成。

4.3 系统功能应用

a.满足重要设备设施安防需求。海堤工程作为保护石化工业园区的重要屏障，为确保工程的安全运行，在堤防的关键位置布设水文监测和安全监测等设施，因工程呈线性分布、距离较远且无人值守，易受人为破坏，对其进行有效监控极为重要，一旦遭受到入侵或破坏立即联动报警，在监控中心大屏幕上显示报警点精确的地理位置和实时视频图像，以便采取相应措施。

b.满足防洪排涝调度需求，实现闸门远程自动化控制。系统采用屏幕分区技术，将屏幕设定为视频区、启闭状态区、指令控制区，实现闸控的多屏监视，快速掌握内海与外海的水位信息，保障控制过程的可靠性和安全性，通过视频同步显示闸站周边的图像情况，实现视频信息与远程控制界面的同时显示，在闸门运行的同时可以观察到周边的情况，避免因对周边情况不了解而发生意外事故，随时观察闸门运行是否稳定正常，全方位监视闸站现场情况，使运行情况能够得到有效控制，满足工程调度运行。

c.满足对风暴潮长期观测需求。评估风暴潮对海堤的影响，观测潮汐及波浪爬高变化信息，及时记录海堤环境变化，对数据进行分析和评价，为海堤管理和决策部门提供可靠的技术支撑，有助于提高海堤的管理水平和运营维护。

d.满足堤防工程安全管理日常监视需求。对违法行为和特殊情况进行及时跟踪监视，对汛情、险情、灾情实行动态监控，以便采取相应的预防措施和应急抢险措施，消除隐患，确保海堤工程的安全运行，避免事故的发生。

e.满足应对极端气候及处置突发事件会商需求。海堤工程地处东南沿海，属亚热带海洋性季风气候，遭受台风、暴雨、暴潮侵袭等极端气候或设备运行出现异常状况以及突发事件时，值班领导可根据应急处置预案，将大屏幕显示转入应急指挥模式，接入事件现场监控画面，现场人员也可以通过手持移动终端实时传送现场图像，并组织各部门进行会商分析，突破时空限制，了解现状、掌控态势、实时指挥。同时还可以开启远程视频会议系统，邀请上级主管部门、应急管理部门组织专家进行异地会商，通过系统共享，相关业务数据画面以大窗口放大显示，使得身处各地的参会方可以同时看到事发现场监控画面，并直接在视频会议中对突发事件进行商讨、指导、决策指挥，实现监控指挥一体化。

智能监控视频终端具有自动跟踪移动目标并报警的功能，在不需要人为干预的情况下，能通过对序列图像的自动分析，对监控场景中的变化进行定位、识别和跟踪，变“被动的巡查监视”为“主动监视”，能够对视频进行智能分析处理，挖掘其关键信息，异常情况发生时及时发出警报、提供有用信息，有效地协助工程管理人员处理危机，全天候监视堤防工程区域内的动态图像，确保工程安全运行。

4.4 系统的安全措施

a.保证设备的安全性，结合使用环境，通过建设符合规范要求的综合接地网，满足设备的防雷击和过电压保护。

b.保障传输的可靠性，通过建设独立光缆实现与外网的物理隔离，提高数据传输的抗干扰能力。

c.提高系统的安全性，建立权限控制，为不同工作人员设置不同控制权限。

d.考虑设备在最恶劣的环境条件下运行，必须提高设备抗腐蚀措施和防抗台风的能力。

e.存储服务器的冗余技术，确保存储管理不间断工作；磁盘的冗余技术，采用各种RAID机制；磁盘在线更新机制，采用热备盘实现故障的自动替换。

4.5 系统的功能特点

a.采用基于Web嵌入式视频服务器核心技术的网络可视化监控系统，用户通过 IE浏览器可在网络的任何计算机上实时监控前端现场视频信息，可对同一现场同时监控，也可选择其他监控现场，相互不受影响，真正做到“多任务”的实时监控。

b.采用国际最新的H.265图像压缩处理技术，网络占用带宽小，网络适应能力强，提高了视频预览的流畅度。

c.采用视频智能化分析预警技术，实现人脸识别、车牌识别、水尺读取、周界防范、设备防破坏等应用，异常情况联动报警并提供精确定位，变“被动监视”为“主动预警”，实现事前防控，主动发现。

d.进行智能化运行维护，管理平台对设备进行智能监测、可视化展现、视频质量诊断、检查管理，故障告警、统计分析，做到早发现、早解决，实现设备运行状况可视、可控、可管。

5 结论及前景

人工智能视频监测系统建设应用应与当前的管理机制紧密结合，将先进的视频图像监控技术与行为智能分析技术融合起来，应用于海岸堤防这种情况多变的监控对象，把直观、生动的图像信息及时、高效地呈现在值班人员及决策者面前，为工程的防洪排涝决策方案的制定提供有力的保障及支撑，具有极大的研究价值及应用前景。

水利部提出“水利工程补短板、水利行业强监管”改革发展总基调，补短板、强监管需要安全、可靠、先进的信息化来支撑实现，智慧水利建设是有力的抓手。基于5G技术传输速度快、延时低、大连接的特点，加强采集设备边缘计算实时分析，自动发现危情、险情、违法事件等，结合视频实时监测、无人机、无人船、水下机器人在水利工程管理的应用，对不方便达到的区域或应对极端汛情、险情、突发事件可进行超高清视频实时回传。未来加强5G、云计算、大数据、物联网、区块链、AI、VR/AR等技术与水利业务深度融合，将成为水利行业数字化转型的关键。智慧水利建设需统一标准、统一规划，应用集成化平台构建智慧水利各业务系统以实现互联互通、资源共享。智慧水利建设需要提升水利工程管理人员技术水平，培养新型、复合型管理人才，加大水利工程基础设施智能感知体系建设投入，加强核心技术研发，提升水利行业的综合创新、融合应用，促进智慧水利的可持续发展。