河道监控施工方案.docx
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河道监控施工方案
德州市水利局河道高空监控项目
综合解决方案
山东万博科技股份有限公司
2019年5月5日
第一章背景及需求
一.1应用背景
江河湖泊具有重要的资源功能、生态功能和经济功能。
近年来，各地积极采取措施，加强河湖治理、管理和保护，在防洪、供水、发电、航运、养殖等方面取得了显著的综合效益。
但是随着经济社会快速发展，我国河湖管理保护出现了一些新问题，例如，一些地区入河湖污染物排放量居高不下，一些地方侵占河道、围垦湖泊、非法采砂现象时有发生。
目前，河道监控管理的现状是：
1）管理人员工作强度大但管理质量并不高，人为巡检无法实时发现河道险情或事故。
2）当出现险情或事故时，缺少高效、统筹、及时的调度。
3）河道监控点位分散且数量较少，监控数据不够丰富，因而无法建立有效的污染或险情预警，对污染无法进行有效的溯源。
4）由于河道位置的原因，河道视频监控在立杆、布线等方面都存在一定的难度，且需要人力、物力的前期投入和后期维护。
可视化监控系统作为“河长制”管理中的重要保障，各级河长可以通过系统随时随地看到相关辖区内视频监控信息，包括河道水面及两岸保洁、水利设施破坏、入河排污、非法采砂、河道巡查情况等，及时了解发现河道状况；智能化的监控系统可对人员、车辆、船只等违法行为进行智能分析，并自动预警，结合水政执法设备和系统，从而提高管理效率，为“河长制”的有效实施提供良好的支撑。
一.2需求分析
河道视频监控系统可用于多个应用场景，包括河道安全监控、河道水面和沿岸的环境监控、河岸工作情况监控。
针对不同的应用场景，客户对视频监控系统的功能有不同的要求。
一.2.1河道安全监控
河道安全监控包括：
汛期安全防卫、重点区域安全防范（如闸门、大坝等工作状态及稳固程度）、水岸线安全监控、航道船只安全监控等。
此应用场景中，要求通过摄像头对河道安全进行实时监控，并将数据实时上传至平台；平台应具备险情预警、预警派单、处理结果上报的功能，且可以识别船只并记录船只数量，对监控数据进行安全存储。
一.2.2环境监控
在主要偷采砂河段、入河排污口、漂浮物聚集区、倾倒垃圾高发河段、码头等处建设前端视频监控点，实现违法行为监控预警和取证，与河长现场巡河结合，实现对河湖水环境的高效监管。
此应用场景中，要求通过摄像头实时监控水岸情况，可以识别人的特征等，并对行为数据进行记录。
平台应具备污染预警、预警派单、处理结果上报、数据记录的功能。
第二章系统总体设计
二.1总体目标
系统总体目标是通过高空可视化的视频监控手段，并加以智能化分析，辅助“河长制”的顺利实施，实现河道巡查的监督，并发现、报告和制止涉河违法违规行为，维护河湖的健康生命，实现经济社会可持续发展。
二.2总体架构
山东万博公司高空监控系统是依托河道两岸铁塔站址资源，采用“前端高清摄像机+运营商专线+智能平台处理软件+铁塔空间挂高”于一体的大型监控系统，实现多级联网及跨区域监控，在监控指挥中心即可对终端系统集中监控、统一管理。
二.3功能设计
河道视频监控系统通过布设的摄像机，对河道水面及岸线的情况进行实时监控，支持图片和视频的传输，采用数字网络化平台管理，将前端数字视频图像，网络传回至监控中心，实现分布监控、集中控制和管理的功能。
河道视频监控解决方案，实现了对河道水面及沿河流域的实时监控和自动化管理,具体功能包括：
Ø对河道的实时监控及监控数据实时上传。
客户可实时掌握监测点动态。
Ø监控点位与GIS地图的联动。
客户可及时定位险情或事故的位置。
Ø险情或事故预警机制、预警派单功能、处理结果上报功能。
客户可实现险情早发现早处理，并及时将处理结果记录。
Ø污染物、污染行为的抓取和分析功能。
通过建立污染物分析系统，为客户对污染进行溯源及制定污染防控方案提供数据支持。
Ø污染物、污染行为的抓取和分析功能。
通过建立污染物分析系统，为客户对污染进行溯源及制定污染防控方案提供数据支持。
Ø监控数据个性化分析。
数据分析系统可根据客户的需求提供个性化分析模板，为客户对河道的全方面管理、建立管理机制提供数据依据。
Ø安全管理功能。
通过对客户进行权级分级及河道管辖的管理机制，实现河道责任到人的管理目标。
通过建立数据统一管理机制，实现数据安全监管的目标。
二.4方案特点
本方案为客户提供了一个智能化、数字化、具有可拓展性的系统解决方案。
其具有以下特点：
Ø区别于传统的人工河道巡检，本方案提出通过摄像头对河道进行监控，即提供了一种无人值守、实时监测的解决方法，提高了河道监控的实时性和有效性。
Ø本方案在建设时，可通过铁塔站址的资源共享，降低立杆投资；站址在提供杆体承载的同时，还可提供稳定的电力供应和线路传输，实现了快速建设部署、高效稳定运行。
Ø系统对用户、设备、监测点进行统一管理，有效的保障了用户的权限安全和监测点权责管理（监测点责任到人），实现了设备远程监控。
Ø系统具有丰富的业务功能，在满足实时监控、实时传输、数据综合分析的同时，还通过预警机制、派单机制、处理结果上报、舆情监督等附加功能，为客户提供更加便捷、智能的河道监测治理平台，并为制定河道管理方法提供了有力的数据支持。
二.5设计原则
本着“实用、可靠、开放、兼容、先进、成熟、可扩展与可定制”的原则，充分利用现有资源，结合当前技术发展状况及趋势，考虑项目建设和日后运行的成本以及河长制系统的特殊性，在系统的研发设计、生产制造、测试运行的过程中应严格遵循以下原则：
Ø可靠性
（1）系统设备应选用主流产品，保证系统的高质量和高稳定性，能够适应野外恶劣环境工作，同时采取有效的防雷、接地、稳压等措施；
（2）系统最大限度集成业界稳定且先进的技术及组件，采用成熟技术以降低系统的不稳定因素；
（3）对系统如硬件、操作系统、网络、数据库设计尽可能详尽的故障处理方案，以保证系统的快速恢复性；
Ø实用性
（1）充分利用成熟的先进技术，采用性能/价格比较高的产品；
（2）体系结构、软硬件选型，既保证实用成熟，又能够适应未来的业务发展和技术的更新要求。
（3）系统应该考虑水情采集、报汛通信环境恶劣的因素，所以系统采用的技术、设备要充分考虑现场环境的特殊性，力求尽可能将观测、传输、处理等工作环节自动化，确保应用上的实用性和可操作性。
Ø开放性
系统的技术方案和设备具有良好的互联、互操作能力及升级能力，遵循最新的国际标准、国家标准和行业标准，具有良好的开放性。
Ø先进性
（1）系统的网络平台、硬件平台、系统软件平台技术代表了当今计算机技术发展的方向，应符合当今计算机科学的发展潮流。
（2）系统各平台提供二次开发接口，保证各项技术可以不断的更新和升级以维持系统的先进性。
Ø兼容性
系统采用标准协议，以保证各个系统实现无缝接入和相互协作。
Ø可扩展性
在系统软硬件上的设计和选型上，应充分考虑其可扩展性，接口开放性，系统结构易于扩充，以适应今后可能出现的更大任务负载。
硬件平台具有可升级性，当需要时可以增加新的计算机设备同原有计算机设备一起工作以提高系统的处理能力，保证原有资源的充分利用。
Ø安全性
有抵抗恶性攻击、抵抗任何侵入系统的企图和抵抗企图从系统中获取敏感数据和信息的能力，具有一定的防暴力破坏和防窃取信息的能力。
保证数据和照片的安全性、保密性、完整性、一致性和相容性。
Ø易维护性
（1）系统平台应符合业内通用规范，易于维护。
（2）系统各类应用软件界面友好，安装、使用、维护应简单便捷。
（3）业务流程清晰，符合常规业务处理习惯。
（4）系统数据维护方便，备份及数据恢复快速简单。
（5）系统软件配置简单方便，尽量避免复杂的系统配置
第三章解决方案
三.1前端监控设备
前端视频监控点的建设，是河道视频监控系统的重点建设内容。
前端系统的设计应根据监控现场的实际情况，对摄像机的选型、监控点的选取以及立杆的设计进行整体部署和选择。
根据“河长制”及河道管理的要求，根据不同的监视对象，合理选择监视前端，监视前端位置布设应满足对监视对象有效的观察。
三.1.1河面漂浮物
目前，随着工业化、农业化及城镇化建设步伐加速，人为因素对环境造成严重污染，在湖泊、河流、水库等水面上出现大量漂浮物，对水质、水面景观、供水、水产、航运、发电等都造成影响，加强漂浮物的监控和治理，有利于改善水环境，提高工程效益。
三.1.1.1实现方式
在拦漂浮排、拦污栅、回水湾、水利工程上游等漂浮物聚集处，采用星光或黑光摄像机，对水面进行日夜监控，当远程查看漂浮物达到一定面积，或出现树干、漂流船只等大型漂浮物可能危及水利工程安全时，及时组织保洁人员进行清理。
摄像机进行实时监控，但是依然需要工作人员坚守在监控中心，这种做法还是需要大量的人工辅助工作，而且无法实时、准确地对监控情况做出反应。
采用智能AI摄像机，可通过深度学习算法对水面漂浮物进行自动分析实现对水面的智能化监控，并进行预警，与可联动清污设备进行自动清污，从而降低人工监视的工作，提高工作效率。
三.1.2非法倾倒垃圾
由于部分垃圾的处置成本较高，生活垃圾、工业垃圾、建筑弃渣、污泥、泥浆随意向河道内倾倒的现象时有发生，不仅破坏了河岸景观，污染了水环境，也使得河道淤积，严重影响行洪安全。
由于河岸线长，监管难度大，单纯靠河道管理部门巡查监管执法，很难从根本上遏制违法乱倒现象。
三.1.2.1实现方式
对河道边，水库重要出入路口，道路设置车辆卡口系统，对来往车辆进行车牌识别抓拍，及时预警货车的出现特别是夜间货车的出现，防止不法分子倾倒垃圾污染环境。
三.1.2.2实现功能
Ø车辆捕获功能
系统通过视频检测方式实现车辆捕获功能，能对所有经过车辆进行捕获，除了能够捕获在车道上正常行驶的车辆外，还具备捕获跨线行驶及逆向行驶车辆的功能。
在正常车速（5km/h～200km/h）范围内的监控区域规范行驶的车辆图像捕获准确率达95%以上（线圈检测模式捕获率达到99%以上）。
Ø车型判别功能
系统采用车牌颜色和视频检测技术结合的方法对车辆类型进行判别，可对7种车型进行识别（大货车、小货车、客车、轿车、面包车、中型客车、SUV-MPV）。
可利用该功能可按照时段（比如夜间）对货车进行预警，以便及时查处。
Ø车辆牌照自动识别功能
系统可自动对车辆牌照进行识别，包括车牌号码、车牌颜色的识别。
1）车牌号码自动识别
系统具备对符合“GA36-2014”标准的民用车牌、警用车牌、使领馆车牌的号牌自动识别能力，并且具备对2012式军车号牌、2012式武警部队号牌的自动识别能力，
2）车牌颜色自动识别
系统能识别黑、白、蓝、黄、绿五种车牌颜色。
3）前端识别技术
车辆牌照自动识别算法（车牌识别、车牌颜色识别）集成在卡口抓拍单元中，识别结果由卡口抓拍单元直接输出。
可利用该功能对黑名单车辆进行预警，同时也可作为事后追溯的依据。
三.1.3入河排污口
入河排污口是指直接或者通过沟、渠、管道等设施向江河、湖泊排放污水的排污口。
从整个水环境质量监测来看，入河排污口是污染物从产生源头流人地表水体的主要途径，是陆域污染源进入河流、湖泊、水库等水域的通道。
因此，对入河排污口进行有效监控、管理，是完善整个河湖水环境监控系统和网络，是保护地表水环境至关重要的环节。
对入河排污口进行监控，发现水体是否出现颜色改变、泡沫、死鱼等异常现象，以便及时采取措施制止排污。
三.1.3.1实现方式
鉴于现有摄像机在夜间红外补光下色彩缺失、细节不清晰和亮度不足，在夜间监控效果较差，黑光摄像机满足低照度场景下全彩成像的使用环境要求，集多项黑科技于一身，全面提升夜间监控效果，提供彩色、清晰、透亮的监控画面。
既解决传统摄像机因红外补光而丢失色彩信息的难题，又解决星光摄像机因夜间环境光不足而导致画面噪点过大的困难，实现“看得见，又看得清”的效果。
黑光球机黑光护罩一体机
三.1.4非法采砂高发区
近年来，在巨大利益的驱使下，偷采、超采河砂现象十分严重。
河道中滥采乱挖河砂，不仅影响了河道的生态环境，使得河床结构和河流走势发生变化，造成局部河势恶化，危及河道堤防的安全。
另一方面，采砂船舶的不规范停泊占据了大量的航道，使得其他船舶的采砂工作受到严重影响，导致船舶碰撞事故时有发生，给航道的规范化管理带来了很大困难。
此外，不合理的采砂影响到水生生物的生存，使得某些生物的繁衍率、成活率降低，水生态环境逐渐恶化，因此对采砂活动进行规范化管理势在必行。
三.1.4.1实现方式
热成像摄像机完美适用于夜晚光线条件差、甚至无光的场景，同时针对烟、雾、雨、雪等恶劣环境，热成像成像受影响很小，效果明显好于可见光。
针对非法釆砂者，往往选择夜间、雾天或能见度较低的天气下进行非法采砂，因此选择热成像视频源作为检测触发源，可达到较好的检测效果。
热成像双光谱云台摄像机内置检测模块、长高度估算分析模块、速度估算模块、热点颜色警示功能等智能分析算法，可对采集到的热成像视频信息进行分析。
由于采砂船在采砂过程中处于几乎静止状态，并且发动机持续开启，存在明显的热点特征，通过速度估算模块和热点颜色警示模块的分析，可对禁采区非法采砂船进行预警。
三.1.4.2功能
Ø抓拍和推送功能
当发现监控区域内存在长时间停留的可疑船只，利用热成像的热点颜色警示功能，对船只热点区域（如发动机，烟囱）进行判断，对高温区着色并报警，同时联动可见光部分实现船只高清抓拍及录像，抓拍的视频或图片传送到平台进一步分析，并可推送到其他终端，实施现场确认和执法。
Ø违法位置确定功能
在电子地图上标示了摄像机的位置，结合摄像机自动测距功能、摄像机的方位角，可自动计算出违法采砂船的位置，便于执法人员迅速查处。
三.1.5全景摄像机
根据以上河道视频监控业务的特点，除根据以上功能采用不同监控摄像机外，在监控铁塔上推荐使用全景监控摄像机和AR全景监控摄像机。
分别有以下特点：
1）全景监控摄像机上部分有四个摄像机进行全景拼接，下部分挂载球机可进行光学变焦进行细节观测。
另外全景球机还集成了先进的视频分析算法和多目标跟踪算法程序，可实现自动或手动对全景区域内的多个目标进行区域入侵、越界、进入区域、离开区域行为的检测，并可输出报警信号和联动云台跟踪，从而满足高等级监控管理需求。
2）AR全景监控摄像机也是上部分有四个摄像机进行全景拼接，下部分挂载球机可进行光学变焦进行细节观测。
AR全景监控摄像机支持AR标签叠加技术。
设备通过视频坐标系转换技术和定位技术，可以将AR标签数据精准的叠加到视频码流中，这样即使相机画面转动，AR标签也是和码流一起移动，不会出现AR标签漂移和抖动的问题。
在监控视频中可以添加建筑物如水利工程、水闸、水库、水尺的标签，可现实建筑物名称及数据的显示；还可将已建设的视频点位当做标签进行添加，当点击监控标签时，前端摄像机图像已画中画的形式在AR监控中进行显示，从而实现高低联动，还可将水尺、雨量等信息叠加在AR实景监控上。
三.1.6监控点选取
河道视频监控业务的监控点具有分布广、不集中的特点，在监控点选取时，可根据监控对象、事件发生的频率，采用铁塔高点位整体布局监测、低点位重点监测、沿线无遮挡部署的方式进行监控。
如：
重点监控河道区域根据铁塔站址位置可每隔一定距离安装一套监控设备，实现流域无死角全方位监控；在已建前端点位或前端有水尺、雨量等物联网数据的地方推荐使用AR全景摄像机。
三.2传输网络
传输网络将前端设备采集的图片和视频传输到监控中心，是河道视频监控系统的重要组成部分。
河道视频监控系统网络建设应遵循网络实用性、安全性、先进性、适用性、可靠性等原则。
传输网络在设计时，应从传输带宽、传输时效性、传输质量等三个方面进行综合考虑。
三.2.1传输带宽
应根据前端视频设备的数量设计网络带宽需求，带宽设计应满足前端设备以及用户终端接入监控中心的带宽要求。
三.2.2传输质量
监控专网是高流量高并发IP网络，因此视频监控专网的网络带宽有着明确的要求，其中网络部署需要尽量采用前端百兆带宽接入，上行汇聚千兆传输，对于汇聚节点及核心网络，延时、丢包率等都有明确的要求。
三.2.3传输时效性
河道视频监控系统对视频及图像的传输实时性及延时要求较高。
河道视频监控系统的网络传输以光纤传输方式为主，利用铁塔站点已具备的运营商光纤专网线路可大大缩减工程建设周期，保证传输线路的稳定性。
三.3监控中心
监控中心是将前端采集的视频信息通过解码，转化为图像信号传送到监视器上，同时将视频信息进行存储。
监控中心是视频监控系统的中心，通常部署在中心机房。
监控中心设备主要包括：
监控管理平台、各类应用服务器（包括管理服务器、流媒体服务器、录像管理服务器、设备接入服务器、报警管理服务器等）、存储系统、液晶拼接显示屏等。
三.3.1监控管理平台
监控管理平台为客户提供视频监控、摄像头控制、视频数据存储/回放/分析、GIS地图联动、险情/事故预警、派单及派单处理结果上报、舆情监督等功能。
监控管理平台采用模块化设计，可根据用户的业务需求对平台功能进行定制化开发。
监控管理平台的具体功能包括：
Ø报警机制。
当发生险情或事故时，可通过平台进行报警，并通过派单机制进行派单处理，且支持处理结果的上报。
ØGIS电子地图联动。
支持电子地图的载入，以及按比例显示、全局或局部放大、缩小等，支持将监测点在地图上联动显示。
Ø管理功能。
提供用户权级管理（将河道监控任务责任到人）、权限管理（不同客户对平台的使用权限不同）、设备管理（摄像头开启、关闭、云台控制等管理，摄像头损坏的告警管理等）及日志管理等。
Ø液晶拼接显示屏管理。
支持视频上墙，支持视频单画面、多画面分割，支持多种轮巡、切换等功能，实现视频在平台与大屏之间的切换。
Ø数据分析功能。
平台通过数据分析模型，对视频监控的内容进行科学的分析，包括污染物的分析、人的特征及其行为的分析等，为河道的治理提供海量数据支持。
Ø舆情监督功能。
平台为社会大众提供河道治理监督及上报的功能，实现对河道的线上、线下共同治理。
三.3.2各类应用服务器
Ø管理服务器。
负责平台的用户权限、设备状况、电子地图、告警信息和日志等的配置和管理。
Ø流媒体服务器。
负责对前端设备采集的视频进行调度转发。
Ø录像管理服务器。
支持客户端获取任一录像的索引表，并可远程实时点播或下载后进行回放。
Ø设备接入服务器。
用于接入不同厂商的前端设备，实现不同厂家的设备接入平台的功能。
Ø报警管理服务器。
用于采集和接收系统设备或报警接口提供的报警信息，并进行分类、存储、显示和联动操作。
三.3.3存储系统
根据《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）的要求：
“数据、图像、声音等记录资料保留时间应满足安全管理要求，所有资料至少要保留30天以上”。
根据河道监控视频的业务需求，以及监控规模，可选择适合的存储方式。
Ø高清NVR存储
NVR直接获取网络摄像机传输的视频、音频，通过将其数字化之后在网络上进行传输，从而实现网络化、分布式架构，并实现视频、音频的本地化存储和管理。
高清NVR存储模式适合于中小型监控系统的使用，可接入多路高清视频。
Ø集中存储
服务器连接前端编解码器，通过流媒体协议下载数据，存放到存储设备上。
服务器和存储设备之间可通过ISCSI、NAS、FC等协议连接。
视频集中存储管理，存储空间利用率高，易于扩容，且数据存储可靠性高。
集中存储模式适合于大中型平台的视频监控业务。
Ø云存储
云存储采用集群化部署，保证系统的可靠性及可用性；采用虚拟化技术，将存储资源统一为存储池，不仅提供大的存储容量，且能够方便的进行容量的扩充，具有良好的弹性调整性能。
云存储模式适合大型平台，且有海量视频存储需求的视频监控业务。
第四章监控点位布设位置
四.1安装位置及取电方式
现场共设点位22个监控点，其中14个安装于基站顶部距地面直线距离45-60米，覆盖范围1200米-1500米，2个点位河闸上，6个监控点位安装河道一侧，立杆5根，14个监控点位直接基站取电，2个点位河闸上取电，剩余6个全部由基站直接供电，这样大大提高安全性，光纤线路及电源线路，全部架空，架挂水泥杆上，保证线路安全。
四.2点位描述
序号
备注
光缆（米）
电源线（米）
安装方式
管线安装方式
取点方式
1
百多安1200米AR河岸树木密集，选取为临时点位
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
2
齐河移动谭策屯
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
3
移动蔡王庄村南1200
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
4
齐河县中国铁塔齐河后随1200米
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
5
齐河县中国移动齐河崔许1200
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
6
齐河县中国移动齐河李英屯南
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
7
齐河县中国移动芦庄联通南
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
8
大金岭桥1500米
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
9
齐河县中国铁塔齐河王保1500米
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
10
临邑县中国移动王阁1500米
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
11
临邑县中国联通临邑夏口王郑1500米
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
12
临邑县中国移动临邑三十里堡1500米
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
13
临邑县中国移动牛角店1500米
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
14
齐河县中国移动楼子张庄村1500米
100
80
基站顶部
机房到基站顶部
基站取电
15
黑光球机半径300米
1800
1800
单独立6米杆
架空
基站取电
16
防化连口门监控补点
1200
200
安装2米横担支架
架空
基站取电
17
郝庄闸500米低点监控普通黑光
2100
200
安装3米横担支架
架空
闸口取电
18
裴庄公路桥半径500米低点黑光球机
1500
1500
单独立6米杆
架空
基站取电
19
郎家桥半径500低点黑光球机
950
950
单独立6米杆
架空
基站取电
20
马呈黄桥半径500米低点黑光球机
1250
1250
单独立6米杆
架空
基站取电
21
大孙桥低点监控半径500米
1000
1000
单独立6米杆
架空
基站取电
22
牛角店闸半径500米低点监控
2000
200
安装3米横担支架
架空
闸口取电
合计
13200
8220
四.3施工造价清单
序号
名称
数量
单位
设备单价
设备总计
施工费
施工费总价
合计
1
铁塔监控
14
个
1500
21000
21000
2
地面监控
8
个
500
4000
4000
3
光缆8芯
13200
米
4
52800
4
52800
105600
4
电源线2*1.5
8220
米
4
32880
3
24660
57540
5
光收发
22
对
260
5720
20
440
6160
升级会员 