河南省山洪灾害防治图像（视频）监测站应用与实践

□李延峰 □韩 虎

(1河南省水利信息中心；2河南省燕山水库管理局)

0 前言

山丘区暴雨常具突发性，因山高坡陡，洪水汇流快，流速大，加之人口和财产分布在有限的低平地上，往往在洪水过境的短时间内即可造成人员伤亡和财产损失。通过开展监测、预警系统建设，及时发布山洪灾害预报、警报，保障人民群众生命安全，减少灾害损失。图像（视频）监测站主要部设在受山洪灾害威胁影响较大的集镇、村落等重点河段、桥头、重要中小型水库等重要部位，能够实时将雨量、水位信息以及工程运行图像或视频信息传输到省图像（视频）监控中心，可供防汛工作人员实时掌握工程情况，为防汛指挥决策提供支撑。

1 系统结构

图像（视频）监测站工作方式主要采用定时抓拍和自主抓拍两种形式，定时或根据需要向监控系统上传图片（视频）信息。监测站设备主要由摄像头、电源、遥测终端机（RTU）和通信模块组成，根据山洪防御工作需要增配水位计、雨量计、水位安装管、水尺桩等，采集的图像（视频）及水雨情数据信息通过线缆送入遥测终端机，终端机把采集到的数据进行压缩加密处理、协议封装后通过内置的GPRS/3G/4G无线通讯模块发送数据。图像（视频）监测站的监控系统建在省、市、县可调用，图像（视频）监测站结构如图1所示。

图1 图像（视频）监测站结构图

2 监测站的技术特点

2.1 数据自动采集

定时自动采集雨量、水位、图像等工程信息，数据采集间隔时间可任意设定，并可随时召测。水雨情数据的格式采用水利部新近发布的《水情信息编码标准》数据格式，全部符合自动监测站点数据通信要通过《水文监测数据通信规约》检测，水情信息各要素全部使用ASCII码来表示；设备具备定时自检发送、死机自动复位、站址设定、掉电数据保护、实时时钟校准、设备测试等功能；具备数据补报功能，根据设定设备提供数据存储和滞留数据（当网络连接不好时的未发送数据）的自动补报功能，保证数据的连续性和准确性。

2.2 阈值报警

监测站具有山洪灾害防治监测阈值报警功能，当监测站采集的雨量或水位值超过用户设置的相应预警值时，可将预警短信及时发送给相关责任人，并将预警信息同时发送到省监控中心。

2.3 统一平台管理

采用全省统一接入和管理平台，信息流向由监测站通过GPRS/3G/4G无线信号传输到移动公司网关，再通过水利APN专线发送到省图像（视频）监控中心，监测站由省中心统一管理，支持远程唤醒、远程设置、远程维护等功能，每次向省中心发送的数据包带有设备本身的工作状态（电池电压、信号强度等），通过河南省山洪灾害图像（视频）监测系统供用户查看和管理。

2.4 提供决策支持

基于实时监管与防汛预警技术，开发的河南省山洪灾害图像（视频）监测系统，应用3DGIS技术实现了动态危险度排序、图像监视及预警、分级短信预警、降雨量特征分析、移动终端APP应用等功能，为山洪灾害防御提供了准确、及时、动态的预警分析和决策支持。

2.5 工程巡检

为了便于工程管理，设备具备巡检功能，工程管理人员巡检至设备安装地点后，可使用巡检设备，实时将现场巡查情况发送到监管系统。

3 设备安装与施工

3.1 立杆埋设

设备采用立杆安装，立杆直径要求≥100 cm，壁厚≥3 cm，立杆地面以上高度3.50 m；材质采用热镀锌钢管，立杆上需要喷绘“防汛设施，严禁损毁”等类似文字。

根据现场情况可采取两种方式：第一，安装位置可以开挖的，需开挖1个深度≥1 m、直径≥50 cm的基坑，立杆底部需采取固定措施，用混凝土回填；回填平整后，建筑1个60 cm×60 cm×30 cm的水泥墩；第二，若地面不宜开挖（如水泥坝），在立杆底部制作50 cm×50 cm固定底座，底座与地面膨胀螺栓固定，在此基础上建筑1个60 cm×60 cm×50 cm的混凝土墩。

3.2 水位计安装

水位计管道采用PVC或钢管铺设，并用水泥护管；采用最短距离及整体美观为前提进行铺设管道。铺设前应对管道四周清理；水库水位计管道需延伸到死水位，河道水位计管道需延伸到河底适当位置（以防管道被泥沙堵死为准），河道水位计管道底还需采取防泥沙堵死和防冲措施（如管道口周边清理等）。水位计要求：测量范围在死水位至水库大坝坝顶高程，河道测量范围从河道底部到堤防顶部高程或超出河道历史最高水位0.50 m，测量值需为高程值，水位变幅为0.01 m。

水位计高程获取：对于能从当地获取的已安装水尺的高程，可直接引用；对于能从当地获取的附近建筑物的高程，可引测至所安装水尺的零点后引用；对于周边建筑物无任何高程信息，则需对水尺零点进行高程测量，采用国家四级水准。

3.3 雨量计安装

雨量计一般安装在立杆上，立杆需四周空旷无遮挡，避开高压线缆及树木遮挡。雨量变幅为0.50 mm，雨量桶承水口径：Φ200+0.60 mm，刃口40～45°；测量精度：≤±4%；雨强范围：0～4 mm/min（允许通过最大雨强8 mm/min）。

3.4 水尺桩安装

对于已有水尺桩的水库或河道，若水尺桩旁无明确的水库汛限水位或河道警戒水位、危险水位标注，则用红色（水库汛限、河道危险）、蓝色（河道警戒）防水油漆标识（画粗线，线上标识高程数字）；水库汛限水位（高程）、河道危险（保证）水位通过当地水利部门获取。

对于无水尺桩的水库或河道，则需按照《水位观测标准》（GB/T50138-2010）中的有关要求安装水尺桩，有关关键要求如下：

在水库和河道上，采用直立式水尺或矮桩式水尺。水尺板固定在垂直的靠桩上，靠桩可用型钢、铁管或钢筋混凝土等材料制作；水尺观读范围：水库站应与水库坝顶高程平齐，河道站应堤防顶部高程或超出河道历史最高水位0.50 m，低于历史最低水位；水位范围超出单个水尺桩范围时，应增设水尺桩；连续多个水尺桩应设置在同一断面上，并≥10 cm的重合。

水尺桩旁的坝坡或堤防上用红色防水油漆画≥10 cm粗线标识水库汛限或河道危险水位，用蓝色防水油漆画≥10 cm粗线标识河道警戒水位，线上标识高程数字；水库汛限水位（高程）、河道危险（保证）水位通过当地水利部门获取。

水尺桩安装时，应将靠桩浇注在稳固的岩石或水泥护坡上，或直接将靠桩打入河床。靠桩入土深度：松软土层或冻土层地带，宜埋设至松土层或冻土层以下至少0.50 m；在淤泥河床上，入土深度不宜小于靠桩在河底以上高度的1.50倍；在阻水作用小的坚固岩石或混凝土块石的河岸、桥墩、水工建筑物上，可直接刻绘刻度或安装水尺板。水尺应与水平面垂直，安装时应吊垂线校正。

3.5 摄像头安装

摄像头安装位置须视野开阔，摄像头前无遮挡。对于水库的关键观测位置：大坝全景、大坝迎水面、溢洪道、水尺；对于河道的关键观测位置：河堤、水尺、路口或桥头。图像站的2个摄像头要能分别兼顾到以上关键位置；视频站摄像头初始位置要对准水库大坝全景或河道堤防、水尺（默认权限禁止移动），摄像头移动范围能兼顾到所有关键位置。图像或视频要求对焦清晰不模糊、色彩均衡。

4 应用效益

该设备是专门针对山丘区地形及通信条件，采用集成度高，多通道通信的方案，针对性强，安全可靠，建设和运行维护成本低，满足各级实时掌握水库河道水位、雨量、实时图片和视频等水、雨、工情综合信息的需要，为防汛抗旱及工程管理等提供有效技术支持。截至目前，河南省山洪灾害防治项目已建设图像（视频）监测站1207处，在山洪防御工作中发挥了积极的作用，最大限度保障人民生命财产安全。

[1]陈防震.3G技术在水利视频监控中的应用[J].科技资讯,2011(21).