惠安縣外走馬埭海堤工程人工智能視頻監測系統應用介紹

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、凈峰三鎮轄區內。圍墾面積5.15萬畝，海堤全長14.011km，原設計防護等級3級，主要建筑物包括3段海堤和4座水閘，1號海堤長2.26km，2號海堤長6.842km，3號海堤長4.909km，3座納潮閘分別布設在鯉魚島、大嶼島和塘頭，在板嶼布設1座排澇閘，相應防潮標準為50年一遇。2012年下半年，福建省人民政府批準成立泉惠石化工業園區，外走馬埭海堤工程的防護對象變為以國家級大型石化基地為主的工業園區，根據《防洪標準》(GB 50201—2014)和《海堤工程設計規范》(GB/T 51015—2014)的要求，經泉州市人民政府研究，決定將外走馬埭海堤工程等級提升至1級，將工程防護標準提升至200年一遇。工程平面布置見圖1。

圖1 工程平面布置

為保障工業園區經濟快速、穩定、持續發展，妥善解決區域防潮、防洪排澇、水資源、水環境、水生態、水景觀等涉水問題，需建設符合海堤工程管理的智慧型視頻監測安全管理保障系統，實現對工程的安全管理和運行調度全覆蓋、全過程、全天候監控，實現實時數據采集分析、事件自動報警、突發事件應急處理等。

2 外走馬埭海堤工程運行現狀

外走馬埭海堤工程是泉惠石化工業園區抵御高潮襲擊、防洪排澇的唯一屏障和行洪通道，工程非常重要。由于管理單位沒有參與原工程建設，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護，在運行過程中出現了較為明顯的移位和不均勻沉降，水閘局部損壞嚴重，2014年11月對板嶼排澇閘進行安全鑒定，結果為三類閘，運行指標已達不到設計標準。在管理和運行監控上相對欠缺、落后，依然采用傳統人工巡視檢查和分析判斷，無法對工程設施的管理保護進行全面監管，在臺風頻發和極端惡劣的天氣情況下，依靠人工觀測水閘內側水位和外側潮位的變化，無法保障工作人員的人身安全，且相對困難，防洪排澇任務的完成依然采用傳統的手動操作運行，由于運行人員的業務水平參差不齊，熟練程度不一，存在極大的安全隱患。

隨著多媒體處理和網絡技術的快速發展，水利視頻監測系統將是現代水利實現可持續發展的重要舉措。目前傳統的管理模式已無法適應現代化水利發展的需要，按照“水利工程補短板、水利行業強監管”的總基調要求，以工程需求為導向、業務應用為核心，建設符合海堤工程管理的智慧型視頻監測系統，實現水利工程“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，同時改善工作人員的工作環境。

3 系統建設目標和設計原則

3.1 建設目標

應用互聯網+智慧水利思維，深度融合監視監測、計算機、網絡通信、GIS、數據庫、自動控制等技術，建設智慧外走馬埭海堤管理應用于一體的集成化綜合信息管理系統?；诰C合信息管理平臺，深化水利人工智能視頻監測應用與安防系統的深度融合，初步建成水利基礎信息感知體系，滿足工程調度、運行場所、設備監視、重點場所監視、重要堤段道路和出入口監視以及安全警衛的需要，做到無人值守、少人值班，實現水資源、水生態、水環境、水安全、水工程的實時在線監視，形成全面覆蓋海堤工程的視頻監控網絡，提升海堤監管、安全運行、應急處置、指揮決策能力和水平，為以國家級大型石化基地為主的工業園區提供防洪服務，為海堤工程本身及廣大人民生命財產安全提供保障；與上級主管部門和應急管理部門實現全面的互聯互通和信息資源共享。

3.2 設計原則

a.實用性和規范性。根據工程需求，結合監視對象環境條件特殊性、運行維護、監視級別等因素統籌考慮，充分利用成熟的先進技術，對監視對象進行準確、實時的監控，滿足有關規范要求。

b.完整性。監視圖像信息應具有原始完整性，避免信號失真及丟包；攝像機的監視范圍應包括所有重要的設備，盡量減少目標區域的盲區。

c.安全性。全面考慮設備、網絡和數據的安全，設備具有防暴力破壞和防竊取信息的能力，以及對異常、報警事件進行快速應急響應、日志記錄及共享功能。

d.可擴展性。充分考慮系統可擴展和容量擴充，結合工程建設需要，滿足當前業務應用以及預測今后的擴容需求，并充分考慮設備的兼容性。

e.易管理性和易維護性。人機界面清晰簡潔、人性化軟件設計，系統功能強大，易于掌握，操作簡便實用，系統可遠程操作，維護簡單、易于管理。

4 人工智能視頻監測系統結構組成

4.1 系統組成

外走馬埭海堤工程采用網絡視頻監控系統，監控中心設置在海堤管理處，由視頻綜合管理平臺、前端視頻采集設備、存儲系統、通信系統、顯示系統、網絡設備及智能運維系統等組成，實現對海堤、各閘站分中心等前端智能感知設備進行實時數據采集、傳輸、分析、存儲和管理。

基于水利“一張圖”的應用，在GIS平臺上動態地疊加視頻監控信息。利用自建光纖建立網絡流媒體數據通信鏈路，通過ActiveX技術將多媒體控制與瀏覽器相集成，利用Web瀏覽器完成對視頻監控點的實時視頻瀏覽和遠程控制，通過手持移動終端與系統平臺平滑對接，讓管理人員不受地域、時間限制，輕松掌握管理區域基本信息，實現監控點分布查看、視頻點播、遠程控制、視頻回放。為領導決策、指揮調度和處置突發事件提供及時、可靠的圖像和視頻信息。視頻監控系統組網圖見圖2。

圖2 視頻監控系統組網圖

4.2 系統主要設備選型

a.攝像機。為增強目標識別能力及覆蓋范圍，外走馬埭海堤工程攝像機全部采用網絡智能球機(內置云臺)，根據安裝地點和要求分為室內、室外快球和室外半球。

b.網絡硬盤錄像機。采用嵌入式結構，負責將前端攝像機上傳的視頻信息進行存儲、轉發及管理。

c.中心管理服務器+媒體存儲服務器。監控中心管理平臺對系統中所有設備資源、用戶資源、媒體資源進行統一管理并提供用戶訪問接口。實現用戶登錄認證、權限管理、報警管理、網絡管理、遠程管理、視頻流存儲與轉發、用戶請求響應等。

d. LCD、DLP拼接大屏幕。?監控中心配置一套3×4共12臺46英寸液晶拼接大屏幕，供值班管理人員瀏覽各閘分中心、海堤路以及現地設備運行狀態，及時了解現場情況；?會商中心配置一套3×4共12臺50英寸DLP拼接大屏幕，是海堤綜合信息管理平臺的核心和中樞，是直接指揮海堤各項運行調度管理工作的重要場所，由大屏幕顯示系統、數字會議系統等組成。

4.3 系統功能應用

a.滿足重要設備設施安防需求。海堤工程作為保護石化工業園區的重要屏障，為確保工程的安全運行，在堤防的關鍵位置布設水文監測和安全監測等設施，因工程呈線性分布、距離較遠且無人值守，易受人為破壞，對其進行有效監控極為重要，一旦遭受到入侵或破壞立即聯動報警，在監控中心大屏幕上顯示報警點精確的地理位置和實時視頻圖像，以便采取相應措施。

b.滿足防洪排澇調度需求，實現閘門遠程自動化控制。系統采用屏幕分區技術，將屏幕設定為視頻區、啟閉狀態區、指令控制區，實現閘控的多屏監視，快速掌握內海與外海的水位信息，保障控制過程的可靠性和安全性，通過視頻同步顯示閘站周邊的圖像情況，實現視頻信息與遠程控制界面的同時顯示，在閘門運行的同時可以觀察到周邊的情況，避免因對周邊情況不了解而發生意外事故，隨時觀察閘門運行是否穩定正常，全方位監視閘站現場情況，使運行情況能夠得到有效控制，滿足工程調度運行。

c.滿足對風暴潮長期觀測需求。評估風暴潮對海堤的影響，觀測潮汐及波浪爬高變化信息，及時記錄海堤環境變化，對數據進行分析和評價，為海堤管理和決策部門提供可靠的技術支撐，有助于提高海堤的管理水平和運營維護。

d.滿足堤防工程安全管理日常監視需求。對違法行為和特殊情況進行及時跟蹤監視，對汛情、險情、災情實行動態監控，以便采取相應的預防措施和應急搶險措施，消除隱患，確保海堤工程的安全運行，避免事故的發生。

e.滿足應對極端氣候及處置突發事件會商需求。海堤工程地處東南沿海，屬亞熱帶海洋性季風氣候，遭受臺風、暴雨、暴潮侵襲等極端氣候或設備運行出現異常狀況以及突發事件時，值班領導可根據應急處置預案，將大屏幕顯示轉入應急指揮模式，接入事件現場監控畫面，現場人員也可以通過手持移動終端實時傳送現場圖像，并組織各部門進行會商分析，突破時空限制，了解現狀、掌控態勢、實時指揮。同時還可以開啟遠程視頻會議系統，邀請上級主管部門、應急管理部門組織專家進行異地會商，通過系統共享，相關業務數據畫面以大窗口放大顯示，使得身處各地的參會方可以同時看到事發現場監控畫面，并直接在視頻會議中對突發事件進行商討、指導、決策指揮，實現監控指揮一體化。

智能監控視頻終端具有自動跟蹤移動目標并報警的功能，在不需要人為干預的情況下，能通過對序列圖像的自動分析，對監控場景中的變化進行定位、識別和跟蹤，變“被動的巡查監視”為“主動監視”，能夠對視頻進行智能分析處理，挖掘其關鍵信息，異常情況發生時及時發出警報、提供有用信息，有效地協助工程管理人員處理危機，全天候監視堤防工程區域內的動態圖像，確保工程安全運行。

4.4 系統的安全措施

a.保證設備的安全性，結合使用環境，通過建設符合規范要求的綜合接地網，滿足設備的防雷擊和過電壓保護。

b.保障傳輸的可靠性，通過建設獨立光纜實現與外網的物理隔離，提高數據傳輸的抗干擾能力。

c.提高系統的安全性，建立權限控制，為不同工作人員設置不同控制權限。

d.考慮設備在最惡劣的環境條件下運行，必須提高設備抗腐蝕措施和防抗臺風的能力。

e.存儲服務器的冗余技術，確保存儲管理不間斷工作；磁盤的冗余技術，采用各種RAID機制；磁盤在線更新機制，采用熱備盤實現故障的自動替換。

4.5 系統的功能特點

a.采用基于Web嵌入式視頻服務器核心技術的網絡可視化監控系統，用戶通過 IE瀏覽器可在網絡的任何計算機上實時監控前端現場視頻信息，可對同一現場同時監控，也可選擇其他監控現場，相互不受影響，真正做到“多任務”的實時監控。

b.采用國際最新的H.265圖像壓縮處理技術，網絡占用帶寬小，網絡適應能力強，提高了視頻預覽的流暢度。

c.采用視頻智能化分析預警技術，實現人臉識別、車牌識別、水尺讀取、周界防范、設備防破壞等應用，異常情況聯動報警并提供精確定位，變“被動監視”為“主動預警”，實現事前防控，主動發現。

d.進行智能化運行維護，管理平臺對設備進行智能監測、可視化展現、視頻質量診斷、檢查管理，故障告警、統計分析，做到早發現、早解決，實現設備運行狀況可視、可控、可管。

5 結論及前景

人工智能視頻監測系統建設應用應與當前的管理機制緊密結合，將先進的視頻圖像監控技術與行為智能分析技術融合起來，應用于海岸堤防這種情況多變的監控對象，把直觀、生動的圖像信息及時、高效地呈現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，具有極大的研究價值及應用前景。

水利部提出“水利工程補短板、水利行業強監管”改革發展總基調，補短板、強監管需要安全、可靠、先進的信息化來支撐實現，智慧水利建設是有力的抓手?；?G技術傳輸速度快、延時低、大連接的特點，加強采集設備邊緣計算實時分析，自動發現危情、險情、違法事件等，結合視頻實時監測、無人機、無人船、水下機器人在水利工程管理的應用，對不方便達到的區域或應對極端汛情、險情、突發事件可進行超高清視頻實時回傳。未來加強5G、云計算、大數據、物聯網、區塊鏈、AI、VR/AR等技術與水利業務深度融合，將成為水利行業數字化轉型的關鍵。智慧水利建設需統一標準、統一規劃，應用集成化平臺構建智慧水利各業務系統以實現互聯互通、資源共享。智慧水利建設需要提升水利工程管理人員技術水平，培養新型、復合型管理人才，加大水利工程基礎設施智能感知體系建設投入，加強核心技術研發，提升水利行業的綜合創新、融合應用，促進智慧水利的可持續發展。