智慧河道视频监控系统方案

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智慧河道视频监控系统方案

 

一、 需求分析 
1.1 河道管理现状 
河道视频监控解决方案可为相关政府部门(水利局、环保局、住建局)、景区、工厂等提供重点区域及相关站点的河道实时情况,对河道进行统一管理和统一调度指挥。  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。  因此,客户急需通过一套网络化、数字化的视频监控系统,解决河道监控中的问题,实现快速建设部署、无人值守、实时监控、险情早发现早处理,实现污染有源可查、有据可依。 
1.2 客户需求  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。  

(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。 
(2) 环境监控  环境监控主要指水岸环境监控,如:是否有破坏水岸环境、乱砍乱伐、违法围垦行为等。  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。 
(3) 工作监控  工作监控指对排污工人的日常河道清理工作能效进行监控,对保洁船是否正常作业、航道线路等进行监控。 此应用场景中,要求通过摄像头实时监控工作情况,并对监控数据进行保存。若船只偏离既定航线或发生事故,应及时发现并追踪船只位置,或记录事故发生过程,并及时派单进行现场处理。  

二、 系统设计 
2.1 总体架构 
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。  河道视频监控系统由前端监控设备、传输网络和监控中心组成。
管理服务器 拼接显示屏
录像管理服务器
存储系统
流媒体服务器
监控中心
……
监控管理平台
设备接入服务器
……
传输网络
无线传输
光纤传输
FSU+4G)
……
前端监控设备 摄像机1 摄像机2 摄像机3 摄像机N
  

前端监控设备由不同型号、不同技术指标的视频摄像头组成,客户根据业务需求选择适合的摄像头。 
视频监控系统的传输网络可根据业务需求、数据类型(视频或图像)选择光纤传输或无线传输。 
监控中心可为用户提供数据存储、GIS地图联动、报警管理等功能,相关功能以综合平台为载体,供客户使用。 
2.2 功能设计 
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: 
(1) 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。 
(2) 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。 
(3) 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。 
(4) 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。 
(5) 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。

(6) 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。  

2.3 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: 
(1) 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。 
(2) 本方案在建设时,可通过站址的复用,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,实现了快速建设部署、高效稳定运行。 
(3) 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。 
(4) 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。 

(5) 本方案设计架构灵活,模块化的设计使系统可方便的与其他业务进行平台共享和数据共用(如:环境监测平台、广告平台等),满足不同单位不同领域的业务需求。 
三、 解决方案 
3.1 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。 
3.1.1 摄像机选型  摄像机作为河道视频监控的基础,负责各个监控点的视频信号的采集,应结合实际监控需求和现场环境,选择合适的产品,以保证良好的视频监
控效果。  根据河道视频监控业务的特点,监控摄像机应至少满足以下基本要求: 
(1) 具有24小时连续监控  河道监控业务中,需要要求摄像机保持全天候正常监控工作,因此在选择摄像机时,应选择白天和黑夜均可对目标进行清晰监控的摄像机。 
(2) 远距离监控  河道监控业务应用场景广泛,针对需要远距离监控的场景,要求摄像机在远距离监控时仍能保证监控图像的清晰。  

(3) 适应复杂环境  河道监控的摄像机置于室外,在风吹日晒的复杂环境下,会对摄像机的工作有一定的影响。因此,摄像机应满足耐高温、抗雷击、防水、防潮、防尘、透雾等功能,以适应各类恶劣天气。 
(4) 易安装调试  由于摄像机多安装在高处、且难以摘取,因此在选择摄像机时应考虑摄像机的易安装调试,若在使用时对摄像机进行再度调试,不仅增加了工作量,且增加维护成本。 
3.1.2 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:重点监控河道区域可每隔一定距离设立一套监控设备,实现流域无死角全方位监控;河道上游设立监控设备,通过实时监控上游的水位情况,做好下游的保护和预警工作。 
3.1.3 立杆设计要求  河道视频监控业务中,摄像机安装固定以立杆为主,根据监视范围及避免摄像机被遮挡的原则选择适合高度的杆体。杆体应注意防雷设计,保证供电。  除了新建杆体外,也可以利用资源进行摄像机的挂载。基站密集的分布与所处的制高点,能够与视频监控业务有效的融合,提供挂载设备的承载设施。除此之外,资源还可提供可靠的供电保障和安全防盗设施等基础设施。采集点所在应优先选择配有机房或机柜的点位,方便放置存储设备并且提供高可靠电力保障。  

3.2 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。 
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。 
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。  

(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,可利用现有的站点进行选点建设。与此同时,可将无线网络传输作为有线传输的补充。其
中,对于图片型数据,或传输数据量不大的监控设备,可通过FSU进行无线传输,在满足数据可靠传输的同时,支持数据在平台的存储功能,实现了本地监测设备、监测数据与FSU网络无缝对接。 
3.3 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。 
3.3.1 监控管理平台 
监控管理平台是供客户使用、满足客户业务需求的功能平台。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: 
(1) 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。 
(2) GIS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。 
(3) 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。 
(4) 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。 
(5) 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。 
(6) 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。 
3.3.2 各类应用服务器  

1 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。 
2 流媒体服务器,负责对前端设备采集的视频进行调度转发。 
3 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。 
4 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。 
5 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。 
3.3.3 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。 
1 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。 
(2) 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。 
(3) 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。 
3.3.4 液晶拼接显示屏 
液晶拼接显示屏在设计时应充分考虑客户使用的便利性、稳定性和可扩展性等要素。大屏幕液晶拼接单元应满足无灼伤、无变形、亮度均匀、画面稳定、寿命长等要求。 
3.4 可拓展应用  江河湖泊具有重要的资源功能、生态功能和经济功能,是最重要的水源,也是人类赖以生存的基础。国家也对水环境越来越重视,比如2016年开始推行的河长制,从六方面强调了对水资源的监控和管理。因此,对河道的监控,除了从视频监控业务展开以外,还可以从河道的水质监测、水位监测、流量监测、污染源监测等方面,展开河道监控业务,具体解决方案请参考发布的《环境监测业务解决方案-水质监测分册》。  

四、 典型案例——舟山河道监控项目 
4.1 客户需求 
1 舟山河道水利现状:岛城河道在长效管养过程中存在的问题日益突出,日常清理无人监管、排污无法实时监控、闸口水位不明等传统城市河道管理模式的弊端已开始凸显。 
2 舟山“五水共治”工作对城区河道治理提出首期需求,一是监控工人日常河道清理工作效能;二是监控河道排污情况;三是监控对泄洪闸附近水位。 
3 舟山市政府希望通过“智慧河道”综合管理平台建设,将地理信息、动态监管、辅助决策与社会参与融入城市信息化建设中,实现智慧化发展道路。 

4.2 解决方案 
项目采用视频监控解决方案,实现了对河道的实时监控和管理,采用有线传输和无线传输(通过FSU实现数据采集)两种组网方式,为客户提供决策智能化河道管理平台。  

4.2.1 系统功能 
1 数据资源可视化 
基于电子地图,对所有应用于河道管理的视频监控进行定位,通过定位功能,准确了解知道监控的分布情况。可以通过视频管理对象、位置、区域等信息进行视频搜索,能够通过直接点击监控标志,查看固定监控探
头信息。定位功能分单点定位和全部定位。最终建立内河基础数据库,形成养护公司与河道、工程项目与河道、排污企业与河道的智能关联,基于2/3GIS地图,实现传感、视频、报警等基础数据与分析数据的可视化
展现。 
2 实时监控影像的播放、控制  监控视频实时查看。在对监控实时图像进行查看时,应允许通过后台系统对探头进行操作,来改变视频监控的可视方向。全天候24小时实时监测河道水位状态,当暴雨、台风等恶劣天气来临时,起到及时预警、提前采取措施的作用。结合电子地图,能够准确的提供报警地理位置以及报警的详细信息。  

(3) 视频监控分析  视频监控主要针对河道敏感区域、特定区域的管控,由前端系统、监控中心、传输网络和平台软件四部分组成。系统提供了视频监控、环境监控、地图呈现、智能分析、主动报警等功能。比如当出现水位上升情况,可以通过视频的智能分析识别水位上涨情况,从而进行分析及预警,起到双重保障、万无一失的作用。 
4.2.2 后期升级 
(1) 建设物联感知监控  对城市内河的水位、水质、排污口、泵站安装物联感知监测设备,实现水位、水质、排水状况监控监测。 
(2) 实现大数据分析  对内河水质数据、排污企业数据、视频图像比对进行分析与研判,达到提前预警的效能;对水位、泵站排水流量、视频监控等数据分析,实现城区防洪排涝智能化。 
4.3 项目成效及特点 
舟山河道监控项目1-3期合计34个点位,其中9个点位使用自有,7个点位使用社会资源塔,其余18个点位通过新建简易杆等方式实现。  项目切实解决了城市河道无人监管、排污无法实时监控、闸口水位不

明等管养问题。 
(1) 项目满足了客户的监控需求。如实现300万像素球机,360度范围可见,夜视功能和30天存储容量。 
(2) 项目满足了客户的应用需求。如综合业务平台、手机APP等多终端对摄像头的远程控制及视频数据的管理等;视频数据与电子地图有效联动,可视化展示等功能。
(3) 项目具有可复制性强。“五水共治”项目是各级政府均高度关注的重点工程,各地契合点类同。此类项目充分体现了的站址优势、和电源保障优势的价值,而FSU的数据采集和传输则实现了具有特色的数据传输方式,更加经济、快速和高效。
4.4 商务合作模式 
公司执行一体化信息服务综合解决方案,是面向政府的“交钥匙”工程,公司投资设备、施工,客户租赁购买服务,每年支付服务费。项目实
施分工如下: 
(1) 设备由公司进行硬件投资采购。 
(2) 项目现场施工由公司完成,同时租赁运营商有线传输链路。 
(3) 综合业务平台由总部搭建。  

(4) 运营维护由公司负责。其中设备、工程质保期内由厂家、施工单位维保。