山东省淄博市太河水库管理局 山东省淄博市 255178
摘要：近十余年来，视频监控技术在水利工程管理中的应用越来越普及，其直观、及时、准确的特点为水利工程的运行管理和安全管理奠定了坚实的数据基础。结合淄博市太河水库视频监控系统的建设，介绍了视频监控系统在水利工程中的建设和应用思路。
一、太河水库基本情况
太河水库位于淄博市东南部的淄河干流上，是淄博市最大的水库，总库容1.833亿立方米，兴利库容1.128亿立方米，上游控制流域面积780平方公里，是一座集防洪、灌溉、城乡供水、水力发电等综合利用的大（二）型水库。太河水库于1960年2月动工兴建，1971年春大坝合龙，1976年7月总干渠竣工通水发挥效益。太河水库工程由枢纽工程和灌区工程两部分组成。枢纽工程包括大坝、东溢洪道、西溢洪道、输水洞、水电站等五部分，大坝以上库区面积约为10平方公里，管理范围周长约41公里。灌区工程包括总干渠，一、二、三干渠及分干、支渠等，设计灌溉面积32.1万亩其中由水库管理局负责管理的总干渠、二干渠箱涵和地下管道总长31公里。
二、视频监控技术在太河水库的应用发展
（一）视频监控系统建设历程。针对太河水库管理范围大，地形复杂，日常管理工作量大，巡视死角多的现实情况，从2008年开始，太河水库在工程管理中分步实施了视频监控系统的建设，先后建设了枢纽工程视频监控系统、灌区工程视频监控系统、办公区安保视频监控系统、防汛视频监控系统、上游库区视频监控系统、配电设施视频监控系统和无人机视频监控系统等，目前共部署各类摄像机170台。
（二）系统结构和主要设备
1.视频监控平台。2008年和2010年分步实施了枢纽工程监控系统和灌区工程监控系统，两个系统均采用DVR作为视频管理服务器，分别部署在防汛调度中心和灌区工程调度中心，两个系统之间数据无法共享且无法实现远程网络共享，仅能实现在调度中心的实时监控、数据存储等功能，使用不灵活、不方便。为解决这一情况，太河水库在2014年建设安保视频监控系统时，搭建了视频综合管理平台。视频管理平台采用以Linux为架构的软硬件一体设备，以宽带网络为基础，将分散独立的现场监控点进行联网，实现统一监控和管理。可能灵活的根据工作需要设置用户和操作权限，所有用户可能通过互联网客户端完成系统授权的视频监控系统操作和管理功能。管理平台初建时配置了内置的4T存储空间，2018年对管理平台进行了软硬件升级，新外置挂载了CVR集中工存储服务器，配置了4*60共240T存储空间，连续存储1个月的高清视频数据。
2.监控系统网络拓朴结构。视频监控系统采用星型结构组网，视频管理平台挂载10000M视频系统主交换机，主交换机至现场的二级结点均采用光纤组网，二级结点至三级结点或前端摄像机采用六类网线、同轴电缆、微波无线网桥等多种传输方式和介质进行组网，实现了系统的灵活组网，保障的系统的拓展和安全稳定运行。
3.前端摄像机。根据现场监控需要，灵活配置不同功能的摄像机，主要包括：
重载云台激光摄像机，200万像素，支持最低照度0.001Lux（彩色），0.0001 Lux（黑白），62倍光学变焦，3000m激光补光，工作温度－45℃至65℃。激光摄像机共部署6台，使用15米铁塔安装，微波无线网桥传输，2000W太阳能供电，主要应用于上游库区大场景视频监控，最远监控范围可达水库大坝上游20公里处。
高清红外球形摄像机，200万像素，支持最低照度0.005Lux（彩色），0.0005 Lux（黑白），100红外补光m，30倍光学变焦，工作温度－30℃至65℃。高清红外球形摄像机共部署130台，主要用于枢纽工程和灌区工程视频监控，监控范围包括大坝、溢洪道、水电站和全长31公里的灌区工程。
高清红外枪型摄像机，200万像素，12倍光学变焦，0.005Lux（彩色），0.0005 Lux（黑白），100红外补光m。高清红外枪型摄像机主要应用用办公设施安保监控和部分枢纽工程监控。
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4.无人机视频监控系统。由于水库周边地形复杂，存在众多监控死角，如使用定点的摄像机实现无死角监控，许多摄像机实际监控范围很小，综合摄像机成本、现场安装、供电保障等多因素考虑，导致系统性价比不高。因此，充分利用无人机系统部署灵活、实时反馈、全程记录、全天候作业的特点，部署了无人机视频监控系统，对视频监控系统的死角进行动态视频监控，实现了水库管理范围的无死角监控。无人机视频监控系统由飞行器、云台摄像机、手持式地面站和飞控服务器组成。飞行器采用碳纤维机身，对角线轴距820mm，最大飞行高度海拔5000m，巡航速度15m/s（54km/h），悬停精度水平±0.2m，垂直±0.5m，最大起飞重量10kg，抗风等级7级，续航时间35min。使用北斗、GPS、GLONASS三模卫星定位，可实现定高、定点、自主巡航等多姿态飞行模式。云台摄像机300万像素，30倍光学变焦，支持最低照度0.005Lux（彩色），0.0005 Lux（黑白）。手持式地面站8英寸高清显示屏，支持多点触控，采用4G通信，控制和图像回传距离大于20公里，内置GPS，可实时定位。飞控服务器，使用华为服务器安装飞控软件，实现无人机的远程管理，并将视频数据实时接入视频管理平台。
三、视频监控技术在水利工程中的应用经验
太河水库视频监控系统从2008年开始建设，使用了同轴模拟、同轴高清、网络高清、云台激光等多种不同时代、不同类型的摄像机，综合功能需要、建设成本和运行管理，总结了视频监控技术在水利工程中的几点应用经验。
（一）要合理选择传输介质。随着网络技术的不断普及，网络摄像机由于组网灵活、清晰度高等特点呈现出逐步替代同轴摄像机的趋势，但是在水利工程的应用中，同轴高清（CVI）和网络高清（IPC）到底该选择哪一种，还应根据工程现场情况进行确定，网络的不一定比同轴的好。以太河水库为例，在枢纽工程如溢洪道，其监控视频的结点设备放在闸室内，而结点设备除了汇聚闸室内、启闭机、闸门等处的监控外，还要汇聚溢洪道泄槽边墙的视频监控信号，而从闸室视频信号汇聚点到泄槽边墙的线路长度在350米左右，如使用网络高清设备，受网线可靠传输距离100米的限制，在线路上至少需加装3级交换中继设备，即多了3个管理点和故障点，而同轴高清的可靠传输距离为500－600米，不需任何中继即可很好的完成数据传输。水利工程特别是大型水利工程由于工程体积比较大，同轴高清视频监控设备在200－500米范围的数据传输上是具备一定优势的。
（二）要合理确定视频监控点数量和位置。从管理需要的角度上来讲，视频监控死角越少越好，最好能做到无死角监控，但是要做到无死角监控，并不是监控点数量越多越好。以太河水库为例，山区水库一般都有地形复杂，水域岸线曲折蜿蜒的特点，视频监控存在比较严重的“灯下黑”现象，越靠近视频监控点，受地形影响的死角越多，如做到无死角，往往每隔几十米就需配置一个摄像头，而这个摄像头监控的范围也非常小，造成设备的功能浪费。太河水库视频监控系统设计时，在监控功能完成情况相同的前提下，进行了两种设计方案的对比：一种是配置大量高清球型摄像机，监控范围自摄像机开始至远端，此方案摄像机单价较低，但需要数量较多，监控41公里水域岸线约需150台摄像机，综合考虑现场施工、运行供电、数据传输和后期运行管理等多方面因素，性价比不高；而最终选定的方案是采用重型云台激光摄像机，充分利用摄像机的高倍变焦性能，监控范围由远及近，实现“对岸监控”，即部署在水库东岸的摄像机主要监控水库西岸，而部署在西岸的摄像机主要监控水库东岸，此方案摄像机单机价格较高，但需要数量较少，仅部署6台摄像机即可完成41公里水域岸线监控，综合多方面因素考虑，性价比较高，且后期运行管理工作量少。
（三）要合理确定摄像机类型。摄像机并不是越高端越好，球型机不一定比枪型机好，既完成监控功能需求，又做到低成本即为最佳。以太河水库为例，在早期部署的监控闸门开启状态的摄像机采用球型机，但在运行过程中，由于本身功能要求就是监控一个角度的闸门开启状态，因此从未进行角度调节，造成了球型摄像机功能浪费，因此在后期根据实际需要，对于监控角度要求单一，例如闸门、重要出入口等部们，均配置了枪型摄像机，并根据监控范围的需求，合理确定摄像机的变焦倍数和夜视功能，大大减少了建设成本。
四、结语
视频监控系统是获取现场情况最直接、客观和有效的监控手段，在水利工程特别是水库工程的运行管理、防汛决策、供水调度、突发事件响应等方面发挥着重要作用。但由于现实条件制约，水利工程的视频监控系统多为分步实施，在实施过程中一定要结全水利工程视频监控功能的具体需求，分门另类、科学设计、统筹兼顾、集成共享，让视频监控系统在水利工程管理中发挥更大的作用，推动水利工程管理实现现代化。
论文作者:焦玉梁
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第26期
论文发表时间:2019/8/8
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