王 遙 陳雨清 戴曉燁

(太湖流域管理局蘇州管理局，江蘇 蘇州 215000)

1 流域背景

太湖流域北依長江，南瀕杭州灣，東臨東海，西以茅山、天目山為界，行政區(qū)劃分屬江蘇省、浙江省、安徽省和上海市。流域內城市分布密集、人口數(shù)量大、經(jīng)濟發(fā)達。2011年太湖流域總人口5879萬，占全國總人口的4.4%；GDP為48379億元，占全國GDP的10.3%；人均GDP為8.2萬元，是全國人均GDP的2.3倍。

太湖位于太湖流域的中心，是我國第三大淡水湖泊，現(xiàn)有水面積2338km2，正常水位容積為44.3億m3，平均水深1.89m，最大水深2.6m，多年平均年吞吐水量52億m3，水量交換系數(shù)1.2，換水周期約300天。太湖具有蓄洪、供水、灌溉、航運、旅游等多方面功能，是流域的重要供水水源地，不僅向上海市、無錫市、蘇州市的城鄉(xiāng)供水，還向上海供水并改善黃浦江上游的水質，其供水服務范圍超過2000萬人。環(huán)太湖河流眾多，出入湖河流共228條，其中主要入湖河道有望虞河、直湖港、武進港、長興港、楊家浦港、旄兒港等；主要出湖河道有太浦河、大錢港、瓜涇港、胥江等。望虞河、太浦河是太湖流域骨干引排河道，兩岸河網(wǎng)交織，湖泊、河道互相連通。

近年來，流域社會經(jīng)濟一直維持高速發(fā)展，但長期以來流域污染物排放量遠超過水體納污能力，流域部分湖水污染嚴重，水質型缺水、飲用水源地安全問題依然突出。流域內無序占用太湖水域及湖岸灘地，違法取退水，非法圍墾水面及圍網(wǎng)養(yǎng)殖等違法行為時有發(fā)生。由于傳統(tǒng)的人力巡查受自然環(huán)境的影響較大，如水政巡查車、船不易到達區(qū)域，湖岸線被入湖河流截斷的區(qū)域都屬于傳統(tǒng)巡查的盲區(qū)，在這種地方的違法水事活動往往很難發(fā)現(xiàn)，嚴重影響了違法水事活動的查處率。

2 工程概況

太湖流域重點區(qū)域實時監(jiān)控工程主要服務于太湖流域太湖、太浦河、望虞河(以下簡稱“一湖兩河”)河湖管理和水政監(jiān)察工作，建設地點位于江蘇省蘇州市、無錫市，浙江省湖州市、嘉興市等地。該工程主要內容是在“一湖兩河”部分重點區(qū)域建設視頻監(jiān)控點，并對監(jiān)控畫面進行集中統(tǒng)一管理，實時在線查看。

3 建設要求

3.1 功能需求

太湖流域分兩期建設重點區(qū)域實時監(jiān)控站點30個，站點分布于太湖、太浦河、望虞河等流域重要河湖沿線。視頻監(jiān)控點主要包含攝像機、云臺、鏡頭、立桿、野外視頻服務器、通信設備、防雷系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等，借助一期已建的視頻監(jiān)控平臺及計劃增設的流媒體服務器，來實現(xiàn)實時視頻信息采集、視頻數(shù)據(jù)現(xiàn)場存儲、視頻數(shù)據(jù)處理(包含視頻圖像編碼、壓縮等)、視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

3.2 參數(shù)要求

對于主要設備的功能參數(shù)要求如下：

a.高清高速紅外球形網(wǎng)絡攝像機:采用高倍變焦網(wǎng)絡高清攝像機，監(jiān)控半徑1.5km；帶有全向云臺，可遠程對云臺進行控制操作，云臺可定期自動旋轉，采集執(zhí)法證據(jù)視頻圖像；具備遠程喚醒功能，平常待機以降低功耗；具備夜視功能，能在低照度狀態(tài)下拍攝較為清楚的視頻?？蓾M足監(jiān)控覆蓋面，照片、視頻取證時段及精度等需求。

b.高清無線視頻監(jiān)控主機：包含智能電量控制模塊、遠程喚醒模塊、視頻壓縮處理模塊、4G通信模塊等；錄像自動循環(huán)存儲，錄像資料現(xiàn)場保存30天，每天錄像8h，通風、散熱性好，可長期穩(wěn)定運行?？蓾M足遠程智能化應用功能要求，可實現(xiàn)照片、錄像的回溯查看。

c.供電系統(tǒng)采用太陽能電池進行供電，滿足前端設備每天8h正常運行的供電需求?？蓾M足正常維護狀態(tài)下的長期穩(wěn)定續(xù)航。

d.防雷系統(tǒng)直擊雷防護按第二類防雷建筑物設計，電子信息系統(tǒng)雷電防護按B級設計?？蓾M足防雷安全需求。

e.立桿及基礎根據(jù)監(jiān)控范圍和現(xiàn)場情況進行設計、施工，可抗12級強風。可滿足設備的安全穩(wěn)定運行，立桿的高度保障了監(jiān)控的覆蓋范圍。

4 布設原則

由于重點區(qū)域實時監(jiān)控建設需要進行基礎混凝土澆筑并布設立桿，站點遷移成本高，工作量大，所以站點布設地點相對固定。該工程參照太湖流域重要河湖水域、岸線情況，結合水事行為發(fā)生區(qū)域特點，針對性選擇布設地點。選擇布設地點原則如下：

a.巡查車、船不易到達區(qū)域。重點河湖岸線受山體、水塘、河道、建筑物等遮擋或隔斷，水政巡查車輛、船舶不易到達或進出不便的區(qū)域。布設于此類區(qū)域有助于減少車船、人力巡查工作量，減少管理盲區(qū)和巡查死角。

b.邊界、敏感水事區(qū)域。省、市、縣(區(qū))邊界或違法水事活動易發(fā)、多發(fā)、高發(fā)的敏感區(qū)域。邊界、敏感水事區(qū)域由于屬地管理職責及歷史遺留等因素影響，管理可能存在盲區(qū)，布設于此類區(qū)域有助于對潛在的水事違法意圖產(chǎn)生震懾，加快響應速度。

c.重要支河口位置。穿越太浦河、望虞河的汾湖、漕湖、鵝真蕩岸線或進出河湖水量大、船只進出頻繁、居民生活聚集的重要支河口。此類區(qū)域水事活動較為頻繁，私自設置魚籪、圍網(wǎng)等現(xiàn)象頻發(fā)，布設于此類區(qū)域有助于對潛在的水事違法意圖產(chǎn)生震懾，加快響應速度。

d.重點案件多發(fā)區(qū)域。已發(fā)生重大案件以及重大案件多發(fā)區(qū)域。水事違法案件一般處理時間長，整改落實需要一定時間，已違法侵占的湖面、墊高的灘地進一步滋生水事違法行為，產(chǎn)生后續(xù)負面效應的可能性較大，需要重點監(jiān)控。

5 應用情景

a.當巡查人員通過人工巡查或視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)有違法行為發(fā)生后，用戶可戶實時錄制現(xiàn)場信息，并通過調取一段時間內的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)確定水事違法活動發(fā)生的時間、地點和當時的情況，進而追溯案件發(fā)生的全過程。

b.當已知監(jiān)控區(qū)域內有建設項目、施工項目，用戶可通過實時查看視頻監(jiān)控了解該建設項目、施工項目的建設情況，來判斷是否有水事違法活動發(fā)生，實現(xiàn)對于涉河建設項目的遠程實時監(jiān)管。

6 建設管理

6.1 完善設計方案

經(jīng)招投標確定施工單位后，承建單位進行了方案深化設計，建設單位組織設計單位、監(jiān)理單位、施工單位對施工方案進一步優(yōu)化，明確施工重點環(huán)節(jié)注意事項，保證整體施工方案的可行性和工程質量的可靠性。

6.2 施工規(guī)范、規(guī)程、標準約束

建設單位在招標文件編制過程中，對工程建造規(guī)范、規(guī)程和標準等質量條款作了約束性規(guī)定，并作為質量管理工作的主要依據(jù)。

6.3 建造過程中質量控制和檢測

建造過程中，建設單位嚴格要求承建單位按照施工規(guī)范(標準)、施工工藝進行施工，并要求監(jiān)理人員進行現(xiàn)場質量監(jiān)督、記錄及驗收，重要工序必須經(jīng)監(jiān)理人員認可后方可進入下道工序。通過定期檢查及不定期抽查方式及時發(fā)現(xiàn)建造過程存在的質量問題，明確整改內容及期限，督辦整改落實情況。對于施工過程中出現(xiàn)的技術、質量問題，建設單位及時會同設計單位、建造單位進行商討研究，合理制定解決措施，避免遺留質量隱患。同時參與隱蔽工程、關鍵節(jié)點的質量檢查及驗收，實現(xiàn)項目建造全過程質量控制與管理。

7 應用實效

太湖流域重點區(qū)域實時監(jiān)控工程由太湖流域管理局蘇州管理局承建，并負責日常運行管理維護。太湖流域管理局蘇州管理局工作人員負責每日查看監(jiān)控畫面，發(fā)現(xiàn)水事違法行為后及時赴現(xiàn)場查看，并以抄告單形式通知地方水行政主管部門。太湖流域重點區(qū)域實時監(jiān)控的應用可有效提高河湖管理效率和水政監(jiān)察水平。

7.1 減少水事巡查人力投入

以太湖水域蘇州市太湖新天地生態(tài)休閑公園段為例，該段岸線原狀為自然灘地，后經(jīng)批復采取了生態(tài)修復措施，并輔助建設了棧道、碼頭等設施?，F(xiàn)公園內灘地區(qū)域機動車難以進入，只能開展人力徒步巡查，耗費時間較長，視野阻礙較大。建設重點區(qū)域實時監(jiān)控站點后，監(jiān)控范圍可完成對對公園臨湖岸線的覆蓋。

7.2 提高水事案件發(fā)現(xiàn)時效性

太湖水域江浙省界喬溇段，曾經(jīng)因歷史遺留原因存留著若干漁民擅自搭建的漁業(yè)用房及棧橋等附屬設施，后經(jīng)多方努力已于2019年9月全部整治清除。但該段水域位于江蘇省、浙江省交界區(qū)域，水事違法行為頻發(fā)，管理難度較大。2019年10月，監(jiān)控人員通過監(jiān)控畫面第一時間發(fā)現(xiàn)兩艘疑似餐飲、水產(chǎn)交易的船只?？康那闆r，及時將相關情況書面抄告地方水行政主管部門，協(xié)調督促制止餐飲交易行為并驅離船只，及時保障了水域岸線安全。

7.3 促進發(fā)現(xiàn)隱蔽型案件

2017年10月，太湖水域無錫市稍風嘴段監(jiān)控人員及時(施工第一天)發(fā)現(xiàn)無錫市稍風嘴臨湖側灘地有建筑翻建施工行為，立即將相關情況書面通報屬地水行政主管部門，要求對該施工行為進行調查處理。該處水事違法行為發(fā)生的位置位于太湖岸線無堤段，因山體阻隔，是人力巡查無法發(fā)現(xiàn)的隱蔽位置。

8 存在問題及改進

8.1 攝像機選擇

一期工程中，部分視頻監(jiān)控點采用槍機。槍機的優(yōu)勢包括：價格合理，鏡頭、云臺、補光等各個部件能夠根據(jù)需要靈活配置，視距較遠。在夜間，激光補光后可視距離在500m以上，能應對低照度的情況。而槍機的劣勢包括：一般為固定位置安裝，且監(jiān)控區(qū)域固定。

經(jīng)日常運維和業(yè)務工作實際使用發(fā)現(xiàn)，水域岸線水事活動區(qū)域變化較為頻繁，除特殊情況外，通過槍機關注固定區(qū)域的意義不大。通過球機的布設，視頻監(jiān)控點的監(jiān)控覆蓋半徑達到1.5km，監(jiān)控覆蓋面積約3.5km2，遠遠大于槍機覆蓋范圍。

8.2 供電形式

目前使用的視頻監(jiān)控點大部分采用太陽能供電形式，供電系統(tǒng)由4塊90W單晶硅太陽能電池板、2塊DC12V250Ah膠體蓄電池等組成。太陽能供電系統(tǒng)發(fā)電量估算：在平均光照3.5～5.5h/天及海拔高度小于1000m條件下，360W光伏日發(fā)電量估算見表1。

表1 太陽能供電系統(tǒng)發(fā)電量估算

根據(jù)設計經(jīng)驗值，太陽能供電系統(tǒng)日發(fā)電量取負載日用電量的1.5～2倍。按日平均光照4～5h/天，太陽能系統(tǒng)日發(fā)電量約為1.9kW·h，約為負載日用電量的1.6倍，可滿足負載日用電量需求。

但經(jīng)實際日常管理和運行維護，由于室外光照條件受天氣條件影響，太陽能供電系統(tǒng)實際發(fā)電效率受天氣條件制約較大，陰雨、霧霾等惡劣天氣條件均易導致視頻監(jiān)控點饋電而無法正常使用。太湖流域汛期為每年5—9月，降水量大，陰雨天氣頻繁，特別是梅雨期長達10～20天，視頻監(jiān)控點運行效率容易受到影響。

為解決太陽能供電系統(tǒng)受天氣條件制約的問題，可在有條件的地區(qū)選擇采用市政供電替代太陽能供電，經(jīng)實際改造發(fā)現(xiàn)對視頻監(jiān)控穩(wěn)定性提升較大。

此外，通過在視頻監(jiān)控站點供電系統(tǒng)中加裝定時模塊，可以實現(xiàn)視頻監(jiān)控點在夜間定時停機、白天定時啟動的功能，可有效保存蓄電池電量，在梅雨季節(jié)延長視頻監(jiān)控時間。二期工程在設備中部署了太陽能檢測系統(tǒng)，維護人員可以遠程掌握前端監(jiān)控點位太陽能實時使用情況，便于針對性開展巡檢維護。

8.3 高溫工作狀況

經(jīng)日常管理和運行維護，視頻監(jiān)控站點設備箱由于處于露天野外環(huán)境，箱內溫度常常高達60℃以上，不僅給日常巡檢維護帶來不便，還會導致存儲卡損毀、供電系統(tǒng)短路等設備故障。

在不增加供電負擔的前提下，可采取在設備箱上方加裝遮陽板的方法，經(jīng)實測可有效減少設備箱承受太陽直射時間，降低設備工作溫度，減少視頻監(jiān)控點故障率。

9 監(jiān)控點布設原則

a.結合城市發(fā)展。太湖流域城市建設發(fā)展較快，建成區(qū)規(guī)模大，基礎設施建設水平高，堤防道路對于岸線的覆蓋較廣。部分區(qū)域雖然建設活動密集，但由于現(xiàn)有堤防駁岸設施完善，圍湖造地、灘地墊高、涉河建設等行為實施可能性較小，難度大且較容易被發(fā)現(xiàn)，在此類區(qū)域布設重點區(qū)域監(jiān)控站點發(fā)揮效益不明顯。

b.便于運行維護。重點區(qū)域實時監(jiān)控工程監(jiān)控目標為自然河湖岸線，道路交通條件較好的區(qū)域可通過車船人力巡查覆蓋，設置監(jiān)控站點的意義不大。而監(jiān)控覆蓋必要性較大的區(qū)域往往交通不便，市政道路難以到達。站點布設時需要考慮基礎開挖、立桿布設、設備安裝等施工的可行性，兼顧后期運行維護操作的便捷性。

c.設備布置形式。經(jīng)實地考察，河湖岸線周邊其他行業(yè)、單位建設的監(jiān)控設施眾多，如果能夠實現(xiàn)信號接入共享，可免去重復布設導致的資金浪費。此外，可借助電信、網(wǎng)絡運營商現(xiàn)已建成的立桿、鐵塔等設施布置監(jiān)控設備，大幅減少建設費用。

10 新技術應用探索

太湖流域重點區(qū)域實時監(jiān)控工程分兩期實施，初步設計報告分別編制于2014年、2017年，受當時的技術條件和成本限制，物聯(lián)網(wǎng)、AI智能識別及5G等新技術手段未在工程中得到實際應用。近年來，工程管理單位在已建工程的基礎上，充分吸納新技術、新方法，旨在進一步優(yōu)化工程效益，提高工程對河湖管理工作的支持和促進作用。

10.1 5G技術

太湖流域重點區(qū)域實時監(jiān)控工程一期于2015年建成，采用的是3G網(wǎng)絡傳輸視頻數(shù)據(jù)。雖然前端攝像頭具備錄制高清視頻的硬件條件，但受制于傳輸速度和效率，終端獲取視頻幀數(shù)、清晰度較低。后期工程管理單位為一期12個監(jiān)控站點統(tǒng)一更換了4G網(wǎng)絡服務，數(shù)據(jù)傳輸速度和效率有了一定程度的改善，但由于部分站點建設位置偏僻，運營商基站網(wǎng)絡覆蓋能力較弱，數(shù)據(jù)傳輸保障能力仍不理想。

目前，5G網(wǎng)絡已上線投入使用，但受制于運營商網(wǎng)絡資費和網(wǎng)絡覆蓋等因素暫未在太湖流域重點區(qū)域實時監(jiān)控工程中投入使用。5G網(wǎng)絡具備數(shù)據(jù)傳輸速率快、網(wǎng)絡延時低等優(yōu)勢，投入使用后將大大改善工程數(shù)據(jù)傳輸保障能力，提高終端視頻數(shù)據(jù)的獲取使用條件，可開發(fā)站點畫面實時展示等功能。

10.2 物聯(lián)網(wǎng)技術

2019年，太湖流域重點區(qū)域實時監(jiān)控二期工程建成，工程管理單位進一步優(yōu)化了視頻數(shù)據(jù)的傳輸途徑，由原有的公用互聯(lián)網(wǎng)傳輸更換為專用網(wǎng)絡傳輸、通過專線接入至流媒體服務器的模式，一定程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

隨著全球信息化的飛速發(fā)展，整個世界正在迅速地融為一體，國家和政府的關鍵基礎設施網(wǎng)絡面臨各種威脅。太湖流域重點區(qū)域實時監(jiān)控工程涉及太湖流域水雨情、水環(huán)境等信息要素，須進一步提高網(wǎng)絡安全保障能力。重點區(qū)域實時監(jiān)控工程可進一步依托物聯(lián)網(wǎng)技術，在系統(tǒng)內自行組網(wǎng)，在站點前端安裝物聯(lián)網(wǎng)模塊，數(shù)據(jù)通過自有網(wǎng)絡傳輸，提高網(wǎng)絡安全保障能力。

10.3 AI智能識別技術

太湖流域還將繼續(xù)加密重點區(qū)域實時監(jiān)控站點，可采用AI智能識別技術替代人工，完成對河湖管理、水行政執(zhí)法相關要素的識別，進一步提高重點區(qū)域實時監(jiān)控工程的效益發(fā)揮。重點區(qū)域實時監(jiān)控網(wǎng)絡進一步加密后，監(jiān)控點數(shù)量大幅度增加，平臺信息量將進一步增多，僅靠人工巡檢則工作量較大，難以發(fā)揮工程效果。而通過引進AI智能識別技術可提高問題發(fā)現(xiàn)和分析的效率，是重點區(qū)域實時監(jiān)控成網(wǎng)后進一步發(fā)揮其效果的必然需求。

目前，安防、交通等行業(yè)已有類似的解決方案，可通過人像、車輛等特定目標的檢索比對、識別，加以研判、分析，完成高效的人員管理和社會矛盾疏導。但由于河湖管理工作識別要素眾多，目前還沒有成熟的應用案例，通過簡單的人像、動作識別難以精準篩選有效信息。工程管理單位可進一步加強與方案提供單位的溝通協(xié)作，對AI智能識別方案就河湖管理領域進行針對性的開發(fā)，對有效信息要素進行篩選，提高工程效益。

11 結 語

通過太湖流域重點區(qū)域實時監(jiān)控工程的實施，太湖流域新建了重點區(qū)域實時監(jiān)控站點30個，并實現(xiàn)了監(jiān)控站點集中統(tǒng)一管理，進一步拓展了太湖湖區(qū)水上執(zhí)法快速反應能力，有效提高了河湖管理效率和水政監(jiān)察水平，加強了監(jiān)控預警能力，保障了流域正常的水事活動秩序，切實為踐行“水利工程補短板，水利行業(yè)強監(jiān)管”的新時期水利事業(yè)發(fā)展總基調保駕護航。

本文從設計原則、建設管理、運行維護等角度闡述了重點區(qū)域實時監(jiān)控在太湖流域的運用現(xiàn)狀，針對同類工程建設和使用中可能存在的普遍性問題進行了思考，并提出可供參考的解決方案。重點區(qū)域實時監(jiān)控有助于改善現(xiàn)階段河湖管理、水政監(jiān)察工作單純依靠車船、人力的低效率現(xiàn)狀。目前，我國治水矛盾已發(fā)生深刻變化，重點區(qū)域實時監(jiān)控旨在高效率地發(fā)現(xiàn)和分析問題，是調整人的行為、糾正人的錯誤行為的前提條件。進一步加密監(jiān)控網(wǎng)絡以提高覆蓋面，結合5G、物聯(lián)網(wǎng)、AI智能識別等新技術的發(fā)展運用以提高發(fā)現(xiàn)和分析問題的效率，重點區(qū)域實時監(jiān)控將成為“強監(jiān)管”的可靠抓手，也將為“河湖長制”的落地生根提供堅實保障。