王宏暉

(惠安縣外走馬埭海堤管理處，福建 惠安 362100)

1 工程概述

惠安縣外走馬埭海堤位于福建省湄洲灣南岸，地處惠安縣輞川、東橋、凈峰三鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)。圍墾面積5.15萬(wàn)畝，海堤全長(zhǎng)14.011km，原設(shè)計(jì)防護(hù)等級(jí)3級(jí)，主要建筑物包括3段海堤和4座水閘，1號(hào)海堤長(zhǎng)2.26km，2號(hào)海堤長(zhǎng)6.842km，3號(hào)海堤長(zhǎng)4.909km，3座納潮閘分別布設(shè)在鯉魚島、大嶼島和塘頭，在板嶼布設(shè)1座排澇閘，相應(yīng)防潮標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。2012年下半年，福建省人民政府批準(zhǔn)成立泉惠石化工業(yè)園區(qū)，外走馬埭海堤工程的防護(hù)對(duì)象變?yōu)橐試?guó)家級(jí)大型石化基地為主的工業(yè)園區(qū)，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—2014)和《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 51015—2014)的要求，經(jīng)泉州市人民政府研究，決定將外走馬埭海堤工程等級(jí)提升至1級(jí)，將工程防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)提升至200年一遇。工程平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 工程平面布置

為保障工業(yè)園區(qū)經(jīng)濟(jì)快速、穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展，妥善解決區(qū)域防潮、防洪排澇、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水景觀等涉水問(wèn)題，需建設(shè)符合海堤工程管理的智慧型視頻監(jiān)測(cè)安全管理保障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的安全管理和運(yùn)行調(diào)度全覆蓋、全過(guò)程、全天候監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析、事件自動(dòng)報(bào)警、突發(fā)事件應(yīng)急處理等。

2 外走馬埭海堤工程運(yùn)行現(xiàn)狀

外走馬埭海堤工程是泉惠石化工業(yè)園區(qū)抵御高潮襲擊、防洪排澇的唯一屏障和行洪通道，工程非常重要。由于管理單位沒(méi)有參與原工程建設(shè)，從2009年3月海堤工程整體完工到2012年5月移交管理期間缺乏管理和養(yǎng)護(hù)，在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了較為明顯的移位和不均勻沉降，水閘局部損壞嚴(yán)重，2014年11月對(duì)板嶼排澇閘進(jìn)行安全鑒定，結(jié)果為三類閘，運(yùn)行指標(biāo)已達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在管理和運(yùn)行監(jiān)控上相對(duì)欠缺、落后，依然采用傳統(tǒng)人工巡視檢查和分析判斷，無(wú)法對(duì)工程設(shè)施的管理保護(hù)進(jìn)行全面監(jiān)管，在臺(tái)風(fēng)頻發(fā)和極端惡劣的天氣情況下，依靠人工觀測(cè)水閘內(nèi)側(cè)水位和外側(cè)潮位的變化，無(wú)法保障工作人員的人身安全，且相對(duì)困難，防洪排澇任務(wù)的完成依然采用傳統(tǒng)的手動(dòng)操作運(yùn)行，由于運(yùn)行人員的業(yè)務(wù)水平參差不齊，熟練程度不一，存在極大的安全隱患。

隨著多媒體處理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，水利視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將是現(xiàn)代水利實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。目前傳統(tǒng)的管理模式已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化水利發(fā)展的需要，按照“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的總基調(diào)要求，以工程需求為導(dǎo)向、業(yè)務(wù)應(yīng)用為核心，建設(shè)符合海堤工程管理的智慧型視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水利工程“全流程、痕跡化、可追溯”管理，以提高工程防汛安全保障能力和綜合管理水平，同時(shí)改善工作人員的工作環(huán)境。

3 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)和設(shè)計(jì)原則

3.1 建設(shè)目標(biāo)

應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)+智慧水利思維，深度融合監(jiān)視監(jiān)測(cè)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)控制等技術(shù)，建設(shè)智慧外走馬埭海堤管理應(yīng)用于一體的集成化綜合信息管理系統(tǒng)?；诰C合信息管理平臺(tái)，深化水利人工智能視頻監(jiān)測(cè)應(yīng)用與安防系統(tǒng)的深度融合，初步建成水利基礎(chǔ)信息感知體系，滿足工程調(diào)度、運(yùn)行場(chǎng)所、設(shè)備監(jiān)視、重點(diǎn)場(chǎng)所監(jiān)視、重要堤段道路和出入口監(jiān)視以及安全警衛(wèi)的需要，做到無(wú)人值守、少人值班，實(shí)現(xiàn)水資源、水生態(tài)、水環(huán)境、水安全、水工程的實(shí)時(shí)在線監(jiān)視，形成全面覆蓋海堤工程的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，提升海堤監(jiān)管、安全運(yùn)行、應(yīng)急處置、指揮決策能力和水平，為以國(guó)家級(jí)大型石化基地為主的工業(yè)園區(qū)提供防洪服務(wù)，為海堤工程本身及廣大人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障；與上級(jí)主管部門和應(yīng)急管理部門實(shí)現(xiàn)全面的互聯(lián)互通和信息資源共享。

3.2 設(shè)計(jì)原則

a.實(shí)用性和規(guī)范性。根據(jù)工程需求，結(jié)合監(jiān)視對(duì)象環(huán)境條件特殊性、運(yùn)行維護(hù)、監(jiān)視級(jí)別等因素統(tǒng)籌考慮，充分利用成熟的先進(jìn)技術(shù)，對(duì)監(jiān)視對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的監(jiān)控，滿足有關(guān)規(guī)范要求。

b.完整性。監(jiān)視圖像信息應(yīng)具有原始完整性，避免信號(hào)失真及丟包；攝像機(jī)的監(jiān)視范圍應(yīng)包括所有重要的設(shè)備，盡量減少目標(biāo)區(qū)域的盲區(qū)。

c.安全性。全面考慮設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的安全，設(shè)備具有防暴力破壞和防竊取信息的能力，以及對(duì)異常、報(bào)警事件進(jìn)行快速應(yīng)急響應(yīng)、日志記錄及共享功能。

d.可擴(kuò)展性。充分考慮系統(tǒng)可擴(kuò)展和容量擴(kuò)充，結(jié)合工程建設(shè)需要，滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)應(yīng)用以及預(yù)測(cè)今后的擴(kuò)容需求，并充分考慮設(shè)備的兼容性。

e.易管理性和易維護(hù)性。人機(jī)界面清晰簡(jiǎn)潔、人性化軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，易于掌握，操作簡(jiǎn)便實(shí)用，系統(tǒng)可遠(yuǎn)程操作，維護(hù)簡(jiǎn)單、易于管理。

4 人工智能視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

4.1 系統(tǒng)組成

外走馬埭海堤工程采用網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控中心設(shè)置在海堤管理處，由視頻綜合管理平臺(tái)、前端視頻采集設(shè)備、存儲(chǔ)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及智能運(yùn)維系統(tǒng)等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)海堤、各閘站分中心等前端智能感知設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、存儲(chǔ)和管理。

基于水利“一張圖”的應(yīng)用，在GIS平臺(tái)上動(dòng)態(tài)地疊加視頻監(jiān)控信息。利用自建光纖建立網(wǎng)絡(luò)流媒體數(shù)據(jù)通信鏈路，通過(guò)ActiveX技術(shù)將多媒體控制與瀏覽器相集成，利用Web瀏覽器完成對(duì)視頻監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)視頻瀏覽和遠(yuǎn)程控制，通過(guò)手持移動(dòng)終端與系統(tǒng)平臺(tái)平滑對(duì)接，讓管理人員不受地域、時(shí)間限制，輕松掌握管理區(qū)域基本信息，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控點(diǎn)分布查看、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程控制、視頻回放。為領(lǐng)導(dǎo)決策、指揮調(diào)度和處置突發(fā)事件提供及時(shí)、可靠的圖像和視頻信息。視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)圖見(jiàn)圖2。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)圖

4.2 系統(tǒng)主要設(shè)備選型

a.攝像機(jī)。為增強(qiáng)目標(biāo)識(shí)別能力及覆蓋范圍，外走馬埭海堤工程攝像機(jī)全部采用網(wǎng)絡(luò)智能球機(jī)(內(nèi)置云臺(tái))，根據(jù)安裝地點(diǎn)和要求分為室內(nèi)、室外快球和室外半球。

b.網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)。采用嵌入式結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)將前端攝像機(jī)上傳的視頻信息進(jìn)行存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)及管理。

c.中心管理服務(wù)器+媒體存儲(chǔ)服務(wù)器。監(jiān)控中心管理平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)中所有設(shè)備資源、用戶資源、媒體資源進(jìn)行統(tǒng)一管理并提供用戶訪問(wèn)接口。實(shí)現(xiàn)用戶登錄認(rèn)證、權(quán)限管理、報(bào)警管理、網(wǎng)絡(luò)管理、遠(yuǎn)程管理、視頻流存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)、用戶請(qǐng)求響應(yīng)等。

d. LCD、DLP拼接大屏幕。?監(jiān)控中心配置一套3×4共12臺(tái)46英寸液晶拼接大屏幕，供值班管理人員瀏覽各閘分中心、海堤路以及現(xiàn)地設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況；?會(huì)商中心配置一套3×4共12臺(tái)50英寸DLP拼接大屏幕，是海堤綜合信息管理平臺(tái)的核心和中樞，是直接指揮海堤各項(xiàng)運(yùn)行調(diào)度管理工作的重要場(chǎng)所，由大屏幕顯示系統(tǒng)、數(shù)字會(huì)議系統(tǒng)等組成。

4.3 系統(tǒng)功能應(yīng)用

a.滿足重要設(shè)備設(shè)施安防需求。海堤工程作為保護(hù)石化工業(yè)園區(qū)的重要屏障，為確保工程的安全運(yùn)行，在堤防的關(guān)鍵位置布設(shè)水文監(jiān)測(cè)和安全監(jiān)測(cè)等設(shè)施，因工程呈線性分布、距離較遠(yuǎn)且無(wú)人值守，易受人為破壞，對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)控極為重要，一旦遭受到入侵或破壞立即聯(lián)動(dòng)報(bào)警，在監(jiān)控中心大屏幕上顯示報(bào)警點(diǎn)精確的地理位置和實(shí)時(shí)視頻圖像，以便采取相應(yīng)措施。

b.滿足防洪排澇調(diào)度需求，實(shí)現(xiàn)閘門遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。系統(tǒng)采用屏幕分區(qū)技術(shù)，將屏幕設(shè)定為視頻區(qū)、啟閉狀態(tài)區(qū)、指令控制區(qū)，實(shí)現(xiàn)閘控的多屏監(jiān)視，快速掌握內(nèi)海與外海的水位信息，保障控制過(guò)程的可靠性和安全性，通過(guò)視頻同步顯示閘站周邊的圖像情況，實(shí)現(xiàn)視頻信息與遠(yuǎn)程控制界面的同時(shí)顯示，在閘門運(yùn)行的同時(shí)可以觀察到周邊的情況，避免因?qū)χ苓吳闆r不了解而發(fā)生意外事故，隨時(shí)觀察閘門運(yùn)行是否穩(wěn)定正常，全方位監(jiān)視閘站現(xiàn)場(chǎng)情況，使運(yùn)行情況能夠得到有效控制，滿足工程調(diào)度運(yùn)行。

c.滿足對(duì)風(fēng)暴潮長(zhǎng)期觀測(cè)需求。評(píng)估風(fēng)暴潮對(duì)海堤的影響，觀測(cè)潮汐及波浪爬高變化信息，及時(shí)記錄海堤環(huán)境變化，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，為海堤管理和決策部門提供可靠的技術(shù)支撐，有助于提高海堤的管理水平和運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

d.滿足堤防工程安全管理日常監(jiān)視需求。對(duì)違法行為和特殊情況進(jìn)行及時(shí)跟蹤監(jiān)視，對(duì)汛情、險(xiǎn)情、災(zāi)情實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，以便采取相應(yīng)的預(yù)防措施和應(yīng)急搶險(xiǎn)措施，消除隱患，確保海堤工程的安全運(yùn)行，避免事故的發(fā)生。

e.滿足應(yīng)對(duì)極端氣候及處置突發(fā)事件會(huì)商需求。海堤工程地處東南沿海，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，遭受臺(tái)風(fēng)、暴雨、暴潮侵襲等極端氣候或設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常狀況以及突發(fā)事件時(shí)，值班領(lǐng)導(dǎo)可根據(jù)應(yīng)急處置預(yù)案，將大屏幕顯示轉(zhuǎn)入應(yīng)急指揮模式，接入事件現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面，現(xiàn)場(chǎng)人員也可以通過(guò)手持移動(dòng)終端實(shí)時(shí)傳送現(xiàn)場(chǎng)圖像，并組織各部門進(jìn)行會(huì)商分析，突破時(shí)空限制，了解現(xiàn)狀、掌控態(tài)勢(shì)、實(shí)時(shí)指揮。同時(shí)還可以開啟遠(yuǎn)程視頻會(huì)議系統(tǒng)，邀請(qǐng)上級(jí)主管部門、應(yīng)急管理部門組織專家進(jìn)行異地會(huì)商，通過(guò)系統(tǒng)共享，相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)畫面以大窗口放大顯示，使得身處各地的參會(huì)方可以同時(shí)看到事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面，并直接在視頻會(huì)議中對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行商討、指導(dǎo)、決策指揮，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控指揮一體化。

智能監(jiān)控視頻終端具有自動(dòng)跟蹤移動(dòng)目標(biāo)并報(bào)警的功能，在不需要人為干預(yù)的情況下，能通過(guò)對(duì)序列圖像的自動(dòng)分析，對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景中的變化進(jìn)行定位、識(shí)別和跟蹤，變“被動(dòng)的巡查監(jiān)視”為“主動(dòng)監(jiān)視”，能夠?qū)σ曨l進(jìn)行智能分析處理，挖掘其關(guān)鍵信息，異常情況發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)、提供有用信息，有效地協(xié)助工程管理人員處理危機(jī)，全天候監(jiān)視堤防工程區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)圖像，確保工程安全運(yùn)行。

4.4 系統(tǒng)的安全措施

a.保證設(shè)備的安全性，結(jié)合使用環(huán)境，通過(guò)建設(shè)符合規(guī)范要求的綜合接地網(wǎng)，滿足設(shè)備的防雷擊和過(guò)電壓保護(hù)。

b.保障傳輸?shù)目煽啃裕ㄟ^(guò)建設(shè)獨(dú)立光纜實(shí)現(xiàn)與外網(wǎng)的物理隔離，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力。

c.提高系統(tǒng)的安全性，建立權(quán)限控制，為不同工作人員設(shè)置不同控制權(quán)限。

d.考慮設(shè)備在最惡劣的環(huán)境條件下運(yùn)行，必須提高設(shè)備抗腐蝕措施和防抗臺(tái)風(fēng)的能力。

e.存儲(chǔ)服務(wù)器的冗余技術(shù)，確保存儲(chǔ)管理不間斷工作；磁盤的冗余技術(shù)，采用各種RAID機(jī)制；磁盤在線更新機(jī)制，采用熱備盤實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)替換。

4.5 系統(tǒng)的功能特點(diǎn)

a.采用基于Web嵌入式視頻服務(wù)器核心技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)可視化監(jiān)控系統(tǒng)，用戶通過(guò) IE瀏覽器可在網(wǎng)絡(luò)的任何計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)監(jiān)控前端現(xiàn)場(chǎng)視頻信息，可對(duì)同一現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)監(jiān)控，也可選擇其他監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，相互不受影響，真正做到“多任務(wù)”的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

b.采用國(guó)際最新的H.265圖像壓縮處理技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)占用帶寬小，網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力強(qiáng)，提高了視頻預(yù)覽的流暢度。

c.采用視頻智能化分析預(yù)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別、車牌識(shí)別、水尺讀取、周界防范、設(shè)備防破壞等應(yīng)用，異常情況聯(lián)動(dòng)報(bào)警并提供精確定位，變“被動(dòng)監(jiān)視”為“主動(dòng)預(yù)警”，實(shí)現(xiàn)事前防控，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)。

d.進(jìn)行智能化運(yùn)行維護(hù)，管理平臺(tái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)、可視化展現(xiàn)、視頻質(zhì)量診斷、檢查管理，故障告警、統(tǒng)計(jì)分析，做到早發(fā)現(xiàn)、早解決，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀況可視、可控、可管。

5 結(jié)論及前景

人工智能視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用應(yīng)與當(dāng)前的管理機(jī)制緊密結(jié)合，將先進(jìn)的視頻圖像監(jiān)控技術(shù)與行為智能分析技術(shù)融合起來(lái)，應(yīng)用于海岸堤防這種情況多變的監(jiān)控對(duì)象，把直觀、生動(dòng)的圖像信息及時(shí)、高效地呈現(xiàn)在值班人員及決策者面前，為工程的防洪排澇決策方案的制定提供有力的保障及支撐，具有極大的研究?jī)r(jià)值及應(yīng)用前景。

水利部提出“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”改革發(fā)展總基調(diào)，補(bǔ)短板、強(qiáng)監(jiān)管需要安全、可靠、先進(jìn)的信息化來(lái)支撐實(shí)現(xiàn)，智慧水利建設(shè)是有力的抓手。基于5G技術(shù)傳輸速度快、延時(shí)低、大連接的特點(diǎn)，加強(qiáng)采集設(shè)備邊緣計(jì)算實(shí)時(shí)分析，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)危情、險(xiǎn)情、違法事件等，結(jié)合視頻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、無(wú)人機(jī)、無(wú)人船、水下機(jī)器人在水利工程管理的應(yīng)用，對(duì)不方便達(dá)到的區(qū)域或應(yīng)對(duì)極端汛情、險(xiǎn)情、突發(fā)事件可進(jìn)行超高清視頻實(shí)時(shí)回傳。未來(lái)加強(qiáng)5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、AI、VR/AR等技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，將成為水利行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。智慧水利建設(shè)需統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一規(guī)劃，應(yīng)用集成化平臺(tái)構(gòu)建智慧水利各業(yè)務(wù)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、資源共享。智慧水利建設(shè)需要提升水利工程管理人員技術(shù)水平，培養(yǎng)新型、復(fù)合型管理人才，加大水利工程基礎(chǔ)設(shè)施智能感知體系建設(shè)投入，加強(qiáng)核心技術(shù)研發(fā)，提升水利行業(yè)的綜合創(chuàng)新、融合應(yīng)用，促進(jìn)智慧水利的可持續(xù)發(fā)展。