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谈谈我国水利监控系统的发展

作者: 时间:2008-07-16

    水利视频监控系统是数字水利的重要组成部分,也是近期数字水利系统建设中的热点和亮点。随着系统应用的逐渐深化和扩展,水利行业视频监控系统将逐渐朝数字化、网络化和智能化方向发展,应用面越来越广,大规模联网的流域监控成为发展趋势,利用各种无线通信技术扩展监控范围和预案提高快速决策和应急指挥能力,利用智能视频检测技术提高视频监控系统的自动化程度,将成为未来水利视频监控系统的重要特征。各个参与其中的厂家应针对水利行业的特殊需求和环境进行深入开发并推出适用的设备和软件平台,和水利管理部门一起推进视频监控系统在水利行业的应用和发展。 
 


流域联网监控逐渐成为主流


以往水利视频监控以单个水利工程设施监控为主,往往附属在闸门控制系统中,为本地工作人员服务。近几年出现了以流域和大区域为单位的大型联网监控系统,该类系统可使领导远程监视水利设施状况,同时避免由于只看到单个水利设施而无法了解上下游各个相关站点情况的尴尬局面,在防汛抗洪过程中为各级领导提供了全局决策依据。在此情况下,新建水利视频监控系统必然将远程监视以及流域的整体监控作为必备的技术要求,同时已建监控点也将逐步实现联网改造和接入。各省水利管理部门为适合这种发展趋势逐步出台了相应的配套标准,以期实现水利视频监控的标准化,相关厂家应及时跟进这一标准化过程。


从技术上而言,流域监控系统必然对系统架构以及服务器平台提出了更高的要求,在此过程中,必须要实现服务器分布式部署,同时解决服务器级联、备份以及互相支援等问题,提高流媒体服务器的转发效率以满足大流量视频数据的转发和分发,并确保不堵塞现有水利专网。图1是典型的省域视频监控系统拓扑图。


图1中,系统形成了三级结构,主要有省水利厅、市水利局和大型水利设施管理处等三级,各级可独立工作,也可级联协同工作。图2为湖州、金华两地水利视频监控的统一监控平台示意,可在此基础上进一步扩展成省级平台。


无线技术的推广和应用


由于水库大坝等水利监控点分布在较广阔的范围内,与监控中心的距离较远,利用传统的有线连接方式,线路铺设成本高昂,且施工周期长,有时因为河流山脉等障碍难以架设线缆,这些问题均可采用无线方式进行解决,所以无线传输方式在水利行业监控系统中比较受青睐,其所占比例越来越高。现有无线网络主要有以下几种:


·卫星通讯网技术;
·微波数据网传输技术;
·基于运营商的无线网络传输技术;
·无线局域网技术(包含WiMAX技术)。


卫星通讯网技术由于成本较高,不适合水利行业大规模应用。水利部门可采用微波数据网传输技术进行视频传输,但是应尽量满足微波方式的视距传输要求,在空旷处建设效果较好。


基于运营商的无线网络传输技术也就是利用现有无线网络运营商平台进行网络传输,主要有中国移动的GPRS/EDGE网络和中国联通的CDMA网络。这些网络的实际数据上传速度一般在60kbps左右,在这样的带宽下视频效果不够理想,为更好的在该网络条件下进行数据传输,系统应针对视频编码及网络传输流控部分进行优化。而新推出的3G网络理论上可基本满足传输实时视频的要求,但由于种种原因其稳定应用尚需时日。


无线局域网可以满足实时视频传输的要求,同时现有的无线局域网通过中继等方式显著提高了覆盖半径,已经可以满足中小型水利设施的网络覆盖要求。最新的WiMAX技术可实现城镇无线覆盖的要求,当然WiMAX技术成本还比较高,大规模推广尚有一定难度。


在水利行业中,建议采用无线局域网和基于运营商的无线网络传输技术相结合的方式,在较易铺设网络处建设无线局域网,在某些难点或不便铺设处通过CDMA或者EDGE传输视频。


另外通过无线方式也可对车辆和人员进行移动视频监控,实现可视化的调度和指挥,在水利行业抗洪抢险作业中,人员、车辆的调度是重中之重,而在调度过程中,人员和车辆的位置和实时视频是关键信息,因而在系统中需要对GPS定位系统和GIS 系统进行重点设计,确保调度人员快速确定相关人员和车辆的位置。图3是车辆和人员定位和轨迹示意图。



智能化技术的逐渐应用


智能搜索引擎
以往录像检索等工作是通过时间检索,此种方式搜索时所花时间往往很长,为确定某个场景需要进行多次检索,给工作人员带来较多的工作负担。为解决这一问题,在水利行业中逐渐出现了以事件检索为主的检索模式,如对一些专用水利事件(开关闸门等)进行分类检索并连动回放。这些事件信息可存放在专门的数据库文件中,并与视频信息关联,也可作为附加信息或用户信息嵌在视频流中,通过数据库检索或视频流搜索获得事件信息。该事件信息也可通过智能视频检测获得,从而实现更为有效和智能化的事件记录和检索模式。图5为通过水雨情信息检索录像的界面示意,水雨情信息可直接通过查询事件获得,并直接回放此时的录像,对于开关闸门等事件也可按照此种方式检索录像。


水利专用的智能视频检测技术
智能视频检测技术近几年逐渐从理论阶段走向实用并成为未来视频监控系统的核心技术,视频检测已经在很多行业中获得了应用,根据笔者的经验,在行业应用中要推进

智能视频检测技术需要注意以下几个方面:
·针对某个行业的应用进行特别设计,现有的通用视频处理算法往往只能对某些特定场景有较好的效果,因而在应用过程中,需要针对行业应用和现场环境进行优化设计,选择适应行业环境条件的应用,例如在水利应用中必须对水波纹干扰进行特别处理;


·在应用前对场景进行充分的学习和适应,视频处理算法往往需要预设某些阈值灵敏度和参数,一些自适应算法可以对此过程进行自动学习,但是也存在学习时间过长,有时甚至出现无法收敛的情况,因而在应用中需对该过程进行适当的人工干预,确保针对现场环境设置合适参数;


·现有的智能视频检测产品主要有两种形态,一种是采用集中检测方式,在软件平台处完成检测,一种是采用分布式检测方式,在摄像机视频处接入嵌入式设备完成检测,在应用中推荐采用后一种模式;

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