淺談新寧縣夫夷江河道動態監控管理系統

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

淺談新寧縣夫夷江河道動態監控管理系統

柴文珊

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

近年來新寧縣提出了“旅游立縣、產業強縣、文化興縣、開放活縣”的戰略方針，國民經濟迅速發展，城市規模及崀山景區建設不斷擴大和完善。新寧縣的河道管理工作，直接涉及到景區建設和全縣人民群眾的生產生活，為建設“水潔、暢流、岸綠、景美”的新寧河道，實現“生態河道、景觀河道、數字河道、智能河道”的管理目標，分期分批逐步對全縣主要河流、主要河段采取一定的保潔措施，控制排污數量，排污標準；對河道采砂、采礦、排污和非法侵占河道等進行電子數字動態監控，使河道管理再上一個新臺階。

河道動態監控管理河道保潔河道應用軟件

1 夫夷江概況

夫夷江為資水的一級支流，系資水南源，河流全長300.69 km，集雨面積4 555 km2，河流坡降0.82‰，兼有防洪、灌溉、通航等綜合功能。

夫夷水河道在新寧縣境內全長135.75 km，采砂規劃新寧縣城區以上為禁采區，禁采區河道約30 km。可開采區主要集中在夫夷江中下游河道，分為四個開采區：第一開采區由縣城觀瀑橋至黃龍鎮天花壩，河道中心里程樁號為00+000～15+100，河道長度約15.1 km；第二開采區由黃龍鎮天花壩至沉水村桐梓壩，河道中心里程樁號為15+100～24+000，河道長度約8.9 km；第三開采區由黃龍鎮沉水村桐梓壩至清江橋鄉桃花壩（堡口電站大壩），河道中心里程樁號為24+000～42+700，河道長度約18.7 km；第四開采區由清江橋鄉桃花壩（堡口電站大壩）至回龍寺鎮大埠村（與邵陽縣交界點），河道中心里程樁號42+700～80+500，河道長度約37.8 km。

其中納入本項目監控系統建設的河道為夫夷江干流及四條一級支流新寨河、崀笏河、鯉溪和盆溪。

2 系統組成

新寧縣河道動態監控管理系統主要包括河道采砂動態監控管理系統、城區河道及攔河建筑物動態監控系統和攔污點動態監控系統。系統組成如圖1所示。

河道采砂動態監管系統由河道采砂動態監控和河道采砂管理兩大部分組成。河道采砂動態監控包括對采砂船只以及指揮巡查船進行定位監控，對采砂船只、重點采砂河段、基地碼頭以及執法巡查船的動態視頻監控等。采砂管理系統可實現采砂基本資料管理、采砂實時監控管理、采砂規劃管理、采砂年度計劃管理、采砂審批管理、采砂項目招標管理、采砂人管理、采砂項目驗結管理及政策法規管理等。

新寧縣城區河道及攔河建筑物動態監控主要是對城區河段重點區域的視頻監控及夫夷江上攔河建筑物的視頻監控。

新寧縣河道保潔攔污點的監控主要是對城區上游河段攔污點的圖像監控。

3 系統架構

河道動態監管系統總體框架按照系統功能、數據與信息的流向分成五個層次體系，其框架如圖1、圖2。

圖1 河道動態監管系統系統組成圖

圖2 系統總體框架圖

4 監控系統建設

4.1 河道采砂動態監控

采砂動態監控包括定位監控和視頻監控。

定位監控可實現在電子地圖上顯示任意一艘或多艘被跟蹤的采砂船當前所在位置以及過去一段時間的運行軌跡，可以顯示某一水域現有船只的信息和該船所在位置的信息，采砂船超出指定采區邊界時可以自動產生報警信息，中心可以對其進行語音通信，進行有效的調度和控制。采砂船航行軌跡和現場視頻圖像是重要的歷史數據，能為處理有關事件提供有力的證據。

視頻監控可實現采砂船只動態視頻監控、重點采砂河段視頻監控、采砂作業區動態視頻監控、禁采區動態視頻監控、河勢及岸灘動態視頻監控、執法碼頭動態視頻監控等。監控中心可以實時掌握河道采砂的現場情況，可進行語音通話，進行有效的調度和控制。

4.1.1 定位監控

定位監控系統采用GPS/北斗全球定位系統，對所有的船只安裝GPS/北斗定位系統，實時將船只定位信息發送回監控指揮中心，通過河道動態監控信息管理系統可以實時掌握船只的運行軌跡和所在位置。

4.1.2 采砂船視頻監控

（1）系統組成。系統主要實現對新寧縣境內主要河道的大型或重點的采砂船只進行動態視頻監控。

系統由移動視頻監控點前端設備、通信傳輸系統組成。監控管理中心利用1臺具有公網IP的服務器，啟動服務后就等待各個采砂船移動視頻終端的連接。用戶通過監控平臺查看相應監控畫面，實現對控制現場的遠程視頻瀏覽、云鏡控制、錄像、視頻截圖等。

（2）工作方式。采砂船的移動監控設備的工作方式為：船舶監控RTU 7×24h全天候值守，實時采集RTU工作狀態、采砂船定位信息、視頻采集終端工作狀態、電池狀態等信息。船舶移動時，向監視中心發送船只實時定位信息，同時無論船舶移動與否，定時（整點或半點或其它周期）向監視中心發送定位信息。

3G視頻采集終端和高清球機，平時處于關閉、不通電狀態，其啟動方式分四種：

●船舶開動啟動：船舶開動時或傳送帶工作時自主啟動。

●遠端召喚啟動：通過監控管理中心遙控啟動。

●定時啟動：通過內置的時間點自主啟動。

●定位啟動：通過船舶的定位信息按照一定位置條件啟動。

當24 h值守的監控RTU當監控到船舶啟動或監視中心遠程召喚或其它條件，再通過繼電器為3G視頻采集終端和高清球機供電，啟動其進行視頻采集或拍照，視頻或圖像信息通過3G視頻采集終端實時傳送到監視管理中心，本地安裝了存儲設備時也可本地存儲。

為便于管理，采砂船移動視頻監控點采用獨立的太陽能電源系統，與船上電源完全隔離，因此為了節省設備投入成本和3G通信運行費用，視頻的采集采取限時工作方式。

4.1.3 砂場定點視頻監控

（1）系統組成。系統主要實現對新寧縣主要的基地碼頭（砂場）運砂及碼頭附近河道情況進行視頻監視。

定點視頻監控系統包括監控前端、傳輸系統組成。各監控點視頻信息采取光纖傳輸至新寧縣河道管理站的監控管理中心服務平臺。監控管理中心利用1臺具有公網IP的服務器同各監控點連接。通過監控平臺查看相應監控畫面，并實現對控制現場的遠程視頻瀏覽、云鏡控制、錄像、視頻截圖等。如圖3。

圖3 砂場定點視頻監視系統組成圖

（2）工作方式。支持7×24 h不間斷全天候作。能晝夜可以拍攝清晰的視頻，配置云臺和高性能攝像頭，使攝像頭可以轉動改變方向,鏡頭可變焦。

視頻數據可采用本地和遠端兩種存儲方式進行存儲。本地存儲可以實時查看或調用視頻。遠端模式將實時視頻信息傳送到監控系統的服務器上保存。

4.2 城區河道及攔河建筑物視頻監控系統

目前，新寧縣城區河道缺乏規范、有力管理，以至于城區河道污染嚴重，通航受阻，為了對城區河道進行規范有序的管理，以適應新寧縣生態旅游城市建設的要求，需對城區河道進行有效、實時的現場圖像監控。

（1）系統組成。系統主要實現對新寧縣城區河道及攔河建筑物情況情況進行視頻監視。

城區河道及攔河建筑物視頻監控系統包括監控前端、傳輸系統組成。各監控點視頻信息采取光纖傳輸至新寧縣河道管理站的監控管理中心服務平臺。監控管理中心利用1臺具有公網IP的服務器同各監控點連接。通過監控平臺查看相應監控畫面，并實現對控制現場的遠程視頻瀏覽、云鏡控制、錄像、視頻截圖等。如圖4。

圖4 城區河道及攔河建筑物視頻監視系統組成圖

（2）工作方式。支持7×24 h不間斷全天候工作。能晝夜可以拍攝清晰的視頻，配置云臺和高性能攝像頭，使攝像頭可以轉動改變方向,鏡頭可變焦。

視頻數據采用遠端模式進行存儲。遠端模式將實時視頻信息傳送到監控管理中心的服務器上保存。監控管理中心可對監控攝像頭的鏡頭、云臺進行控制，并對現場實時情況進行視頻錄像、存儲、截圖。

4.3 河道保潔攔污點圖像監控

（1）系統組成。系統主要實現對新寧縣河道保潔攔污點情況進行圖像監視。

系統由圖像監控點前端設備、通信傳輸系統組成。監控管理中心利用1臺具有公網IP的服務器，啟動服務后就等待各個監控點終端的連接。用戶通過監控平臺查看相應監控畫面，實現對控制現場的遠程圖像瀏覽。如圖5。

（2）工作方式。平時一體化攝像頭處于斷電狀態，監控RTU則24 h值守，可定時（整點或半點或其它時間周期）啟動一體化攝像頭工作，拍照并將圖像實時通過GPRS傳回監控管理中心。監控管理中心也可遠程啟動攝像頭工作。

要求能晝夜可以拍攝清晰的視頻，配置云臺和高性能攝像頭，使攝像頭可以轉動改變方向,鏡頭可變焦。

圖5 攔污監控點基于3G的無線圖像監視系統組成圖

圖像數據傳送回監控管理中心，由服務器上保存。監控管理中心支持對監控攝像頭的鏡頭、云臺進行控制。

5 監控管理中心建設

新寧縣河道站的監控管理中心建設是本項目的核心部分，是系統功能的集中體現。通過監控中心可以實時、動態監視河道采砂、河道保潔的現場情況，同時利用定制開發的信息管理軟件輔助進行河道治理、河道取砂的信息化管理，提高科學管理與科學決策的水平。

本次監控管理中心建設的內容主要包括建立滿足使用要求、較為現代化的集中監控辦公環境、搭建動態監控與應用軟件使用的軟硬件平臺。具體包括中心機房建設、監控室建設、大屏幕監控系統建設、網絡及計算機平臺系統建設（含應用服務器、監控電腦、UPS、打印機以及機柜等）、移動執法與監察管理設備建設等內容。

6 通信傳輸系統

綜上所述，監控點與監控中心的通信方式分3G無線通信和光纖有線通信兩種。無線通信方式主要有利用電信運營商的3G網絡，光纖通信建議選擇租用中國電信的4 MB點對點寬帶光纖數字業務。

同時監控管理中心由于視頻接收流量大，數據訪問量也相對較多，需租用1條100 MB的電信數字光纖，并有至少具有4個公網IP地址。

7 基礎軟件及應用軟件建設

河道動態監控管理系統軟件平臺建設主要工作包括基礎平臺軟件和應用軟件兩部分。

基礎平臺軟件包括服務器操作系統、數據庫平臺軟件、WebGIS平臺軟件、基礎地理信息電子地圖。應用軟件包括實時動態視頻監控系統、采砂管理信息系統。同時還包括數據庫建庫和電子地圖加工，以及與防汛、城市安防系統等相關系統的共享軟件開發。

7.1 實時動態視頻監控軟件

由移動監控點、固定監控點等前端視頻編碼器傳送過來的視頻碼流，經過光纖、3G等傳輸網絡傳輸到監控管理中心的視頻服務器中，實時動態視頻監控軟件實現對整個監控系統的管理、控制。

系統基于三層結構，其軟件架構如圖6所示。

圖6 軟件架構圖

7.2河道采砂管理系統軟件

河道采砂管理系統分為采砂業務管理子系統和采砂信息管理子系統。

7.2.1 采砂業務管理子系統

開采監視的實現是根據自動和手動測量的基本數據，經過一定的算法統計，然后與規劃數據做對比，判斷其是否違規，對于違規的操作將在地圖上給予醒目提示，監視的原理如下（圖7）：

（1）根據規劃的開采范圍，在地圖上制作開采區圖層，在后臺設置每個采區的砂船控制數量、禁采期、開采量和開采高程，同時設定好采砂船與采區的對應關系，每條采砂船有唯一的標識。

圖7 采砂業務管理邏輯圖

（2）采砂船是否越界監視：通過地理信息分析技術，將GPS采砂船位置信息與開采區圖層位置對比，判斷是否越界。

（3）采區內船數監視：通過地理信息分析技術，統計在各個采區圖層內采砂船的數量。

（4）禁采期監視：根據振動傳感器的數據可以判斷采砂船是否在作業，然后與采區設置的禁采期對比。

（5）開采量監視：根據速度傳感器判斷采砂船發動機的功率和開啟時間，估算其開采量，與預先設置的開采量對比。

（6）開采高程監視：完全由人工測量開采高程數據，通過移動終端記錄到后臺系統，后臺系統自動對比。

7.2.2 采砂信息管理子系統

采砂信息管理系統可實現采砂基本資料管理、采砂規劃管理、采砂年度計劃管理、采砂審批管理、采砂項目招標管理、采砂人管理、采砂項目驗結管理及政策法規管理等。系統滿足河道采砂項目的規劃、審批、計劃、招標、實施和驗結全過程動態監控、管理需求，方便河道管理站的日常業務管理，為領導決策提供信息支持。

河道采砂動態監管系統總體框架采用用戶界面層、系統應用層和系統支撐層的三層架構體系，系統的總體框架如圖8。

8 項目建設與運行管理

圖8 軟件架構圖

為保障河道監控管理平臺的正常運行，需建立運行管理機構和技術支持中心，配備必要的技術人員，購置儀器和交通工具，安排相應的運行維護經費，制定切實可行的運行管理制度，形成完整的運行維護管理體系，并調動使用單位的應用積極性，提高系統運行和維護工作的主動性，保證系統能夠長期穩定發揮作用和效益。

新寧縣河道監控管理平臺系統運行管理單位為新寧縣河道管理站，新寧縣河道管理站應設專人負責系統的運行管理。

河道管理站應建立整個監控管理平臺的設備臺帳，由專人負責。設備賬目應記錄設備的購買日期、型號、性能、保修期、維護周期等，并明確相應的保管人，記錄設備變更情況；各種設備應由專業人員操作、使用，避免非專業人員操作不當而導致的設備損壞，對設備保管人應進行相應的操作和維護保養、安全防范培訓。關鍵設施應制定保養和檢修計劃。

2016-10-31）

柴文珊（1982－），男，湖南慈利人，大學本科，工程師，現從事水利信息化工作，手機：13875935817，E－mail:124135300@qq.com。