河道采砂实时监测系统设计与实现

1、人民珠江2014 年第 6 期peal ivedoi: 10. 3969 / j. issn. 1001-9235. 2014. 06. 042河道采砂实时监测系统设计与实现高月明1，2 ，黄志旺1 ，文涛1，2( 1 珠江水利科学研究院，广东 广州 510610; 2 广东华南水电高新技术开发有限公司，广东 广州 510610)摘 要: 从河道采砂监管技术和管理业务的角度出发，以可采区和采砂船的监控管理为重点，结合采砂业务管理， 设计并实现了一套集信息采集传输、存储和应用分析为一体的河道采砂实时监控系统。关键词: 河道采砂; 实时监测; 信息; 系统中图分类号: tv85; c931 6文献

2、标识码: b文章编号: 1001-9235( 2014) 06-0146-04随着经济社会快速发展、城市化进程快速推进和水土保 持工程的陆续实施，河道砂石资源的供需矛盾日益突出1。 而河道采砂的违法收益与违法成本差距巨大，在暴利的驱使 下，一些不法之徒趋之若鹜1。河道采砂，不仅关系河势稳定和防洪、通航安全，而且关 系沿江各地的社会治安稳定2。目前由于河道采砂管理技 术手段不足，管理人力缺乏、地方利益等问题致使采砂现场 缺乏管理，采砂量和采砂范围难以控制，采砂现状管理难以 满足新形势和新制度的要求。采用新的技术手段是河道采 砂管理发展的必然趋势。1 河道采砂实时监测研究现状水上违规采砂作业具有流

3、动性大和隐蔽性强的特点。 目前对采砂监控的手段主要有以下几种: 执法船、执法车 的流动监测; 位于岸上的视频监测3，包括可采区和禁采 区的视频监测，但由于视频监测的监测范围有限，建设受网 络条件限制，建设投资及运行成本较高，因此目前只用于重 点河段的辅助监测; 装在船上的视频监测4 5，可安装在 取得许可证的采砂船、执法船上，作为实时监测和执法取证 的辅助手段; 激光雷达与脉冲雷达监测6 7，用于全天候 大范围的江面监测，主要用于探测江面静止目标( 或船只) ， 需要开发分析处理软件。虽然部分省市、流域已率先开展了 各种监测手段的研究及试点工作，但整体来看，采砂管理信 息化程度不高，现代化的监

4、管体系还未建立，还没有一套成 熟的、较完善的系统服务于河道采砂的监测，给采砂的科学 管理和决策带来了困难8。为了科学有效地进行河道采砂的管理，本文从河道采砂 监管技术和管理业务的角度出发，以可采区和采砂船的监控 管理为重点，结合采砂业务管理，提出一套集信息采集传输、 存储和应用分析为一体的河道采砂实时监控系统。2 监测系统的总体设计根据河道采砂实时监测系统的建设目标和业务需求，系 统分为 3 个逻辑层: 信息采集层、数据存储层及系统应用层，系统总体结构见图 1。a) 系统采集层: 通过对禁采区的视频监控、可采区采砂 船的状态监控、水政执法船的移动监控以及定期水下地形探 测等手段，确认禁采区无采

5、砂船非法作业，采砂船在许可的 范围内正常运营，达到限区、限时、限量等“三限”管理。b) 数据存储层: 主要用于存储系统应用层所需的数据， 其中包括来自信息采集层的实时监管数据，也包括来自办公 流程、规划计划及其他途径的采砂业务数据和采砂管理数 据，还包括空间数据库。c) 系统应用层: 应用层是系统的核心。它提供各种信 息处理、查询、分析和管理等功能，满足河道采砂实时监控系 统各环节的多种信息需求和分析功能，为河道采砂管理工作 提供决策支持。图 1 河道采砂实时监测系统总体架构收稿日期: 2014-07-16作者简介: 高月明，女，山东德州人，主要从事水利信息化工作。3 信息采集在河道采砂实时监

6、控系统中，按照监测目的，实时信息 采集可分为三大类: 采砂船状态监控，违法船探测和水下地 形探测。3. 1 采砂船状态监控通过在已取得采砂许可证的采砂船上安装采砂监控设 备实现“限区、限时、限量”的监控并在超限采砂时进行警报 提醒。采砂监控设备包括振动传感器、摄像头、报警器、gps 定位系统、无线传输模块、电源电路及智能主控机构成。该 设备的主要功能是将采砂船现场图像、采砂船的定位位置、 采砂实时状况及紧急报警等信息实时地传输到管理服务器， 经过数据的分析处理反馈实现采砂范围及采砂量的有效监 控，具体如下:限时采砂电子震动感应器通过 gps 传回震动频 率，当震动频率大于采砂船采砂时的工作频率

7、，则认为是采 砂船正在采砂。如果是夜晚采砂，则违反了限时采砂政策。 限区采砂gps 定位仪确定经纬度，通过 gps 传回 采砂船当前的位置，可清晰地在电子地图上看到采砂船的运 行轨迹，对照可采区的地图范围，从而判断出采砂船是否越界采砂。限量采砂通过 gps 传回震动频率可判断出采砂 船的当前采砂状态( 是或否) ，把采砂状态标志为“是”的记 录对应的时间值累加起来，就是总采砂时间，通过“采砂时间 采砂功率”获得采砂船的总采砂量。由此对照可采区限定 的采砂量就可以判断出采砂船是否超量采砂。3. 2 违法船只探测河道采砂管理中需要监控的对象除了已经取得采砂许 可证的合法船只之外，还有一类非常重要的

8、对象就是未取得 采砂许可证而进行偷采的船只，暂称为违法船只。通过在岸 边安装视频摄像头实现对违法船只的探测，通常视频监控安 装在禁采区的重点河段，不仅可以实时监控重点河段的采砂 情况，还可以录像非法采砂的画面，作为处罚的证据。若经济条件允许，还可在重点监控河段设置脉冲雷达， 通过脉冲雷达的探测分析软件，再配合其他监测手段，探测 辨别江面采砂船只。3. 3 水下地形探测对水下地形的探测分为不定期抽查和定期地形测量 2 种: 不定期抽查。利用执法船安装的水下测深仪，不定期 对河道采砂区当前开采深度进行抽查，监控是否超挖，为采 砂管理提供过程资料。定期地形测量。采用无人驾驶水 下地形测量船定期对重点

9、河道进行水下地形测量，并 进行 dem 数字高程模拟，可以对比分析该河段不同时期河底地 形的变化情况，为采砂规划和采砂管理提供资料支持。4 应用系统功能设计应用系统由基本信息、采区管理、审批管理、采砂黑名单、 许可证管理、采砂监视、3d 模拟、政策法规、公共信息发布、信 息互动及系统管理等 11 个功能模块组成，见实例图 2、3。图 2 广东省河道采砂管理系统界面图 3 采砂监控界面a) 基本信息: 包括行政区划、河道、河段、各河段来沙量 及采砂量、采砂船等基本信息的管理。b) 采区管理: 对可采区信息、禁采区的各类信息及坐标 控制点进行增删改查等管理，同时与采砂船动态数据关联， 提供多种形式

10、的统计报表，并具有基于 gis 的图形编辑和图 文互查等功能，为用户提供直观的采区管理。c) 审批管理: 对年度计划中的可采区各河段所提出的 采砂申请实现流程控制的审批管理。主要内容包括许可审 批、申请人申请时间先后排序控制及申请的采砂范围重叠控 制、许可证号的自动生成、许可证的打印、许可证过期提示、 许可证注销管理、手机短信通知等功能。d) 采砂黑名单: 对各类采砂项目的承包者、偷采者进行 统一管理。对偷采者以及在采砂过程中超越合同约定采砂 范围的采砂人列入“黑名单”，不得再次从事与采砂相关的投 标及其他活动。e) 许可证管理: 采砂许可证管理主要对发放的采砂许 可证进行统一管理，对过期或累

11、计采砂量已经达到规定的采 砂量的采砂证进行注销，并对违法采砂的采砂证进行吊销 ( 收缴) 。f) 采砂监视: 采砂监视模块是系统的核心模块。利用安 装在采砂船上的采砂传感器，实时获取并显示采砂船的采砂 状态、经纬度信息及实时图像，从而可以实时监视采砂船的147采砂状态、采砂量、是否出界，当发生超采或越界采砂时，系 统进行报警提示。此外还可对采砂船的运行轨迹进行监控， 对采砂量进行统计分析等。g) 3d 模拟: 对重点河道进行 dem 数字高程模拟，可以 对比分析该河段不同时期河底地形的变化情况。对重点河 道进行 dem 数字高程模拟，可以对比分析该河段不同时期 河底地形的变化情况( 图 4)

12、。图 4 河道地形 3d 模拟分析h) 政策法规: 提供河道采砂有关的政策法规，供用户查 询使用。i) 公共信息发布: 主要包括新闻发布、通知公告、文档管 理、投诉管理等内容，提供业务系统对公众外网发布信息的 平台。j) 信息互动: 内部的邮件系统，可以实现向系统用户发 送文字消息，传输文件，发送手机短信等功能。k) 系统管理: 对系统的用户、角色、权限进行管理及为 整个系统的使用提供帮助。5 系统运行使用5. 1 系统运行安全为保证系统的安全运行，对岸边的视频监控设备采取防 盗措施，立杆为 4 m 以上高度的水泥杆，视频设备连接市电。 对采砂船上的监控终端，为避免船主人为破坏，在取得采砂 许

13、可证的同时，由采砂监管单位与船主签订监控终端使用责 任书，并明确人为破坏的惩罚措施。为了提高采砂船监控终 端信息传输的可靠性，终端采集传输采用了中国移动、中国 联通、中国电信和北斗卫星的 gps、3g 和卫星通信技术，至 少提供了双通道互为备份机制。5. 2 系统运行的信息交互系统运行过程中，通过前端信息采集终端与后台应用系 统之间的信息交互实现采砂的监管预警等功能，信息交互机 制见图 5。148图 5 采砂监控实时信息交互机制 监测过程中，采砂监控装置将采砂船的 gps 位置信息及功率信息实时传送回后台服务器，服务器接收到这些实时数 据，迅速计算分析出采砂船的位置，并与可采区边界进行比 较，

14、同时还进行采砂量的计算与采砂限量进行比较。当采砂 船越界采砂或超量采砂时，将触发位于服务器端的报警模 块，报警模块将在系统界面上进行闪烁提示，同时还将以短 信方式发送预警信息到执法人员的手机上，提醒某某采砂船 位于某某可采区正在越界采砂或超量采砂。与此同时报警 模块还将报警信息传送回采砂船的监测终端，通过监测终端 的警报器进行语音警报提醒船主。5. 3 系统用户及角色定位系统用户可分为 5 类: 采砂管理部门，负责制定采砂 规划，划分标段，划定采砂区、禁采区等，甚至制定采砂管理 办法，这些信息存储进入采砂管理数据库，作为管理的主要 依据; 采砂执法部门，通过系统界面、手机短信等方式对采 砂情况

15、进行跟踪管理，对违法行为进行处理; 中标单位，即 采砂船船主，通过系统取得采砂许可证，在采砂船上安装采 砂监控装置，在规定范围内采砂，接受系统及管理单位的监 督管理; 现场监理部门，应用系统进行采砂情况的监督管 理，及时发现违规违法行为，并及时做出处置; 社会公众， 系统的部分信息，例如采砂招标中标信息，向社会公众发布， 接受社会公众的监督。6 应用效果目前该系统已应用在广东省东江、北江、西江、韩江，淮 委沂沭泗流域的采砂监控中，有效解决这些江段采砂管理技 术手段不足、管理人力严重缺乏、采砂量和采砂范围难以控 制的问题，及时有效的为领导决策和水政监察执法提供了信 息支持，为违法采砂处理提供了事

16、实依据，对采砂河势稳定 和防洪、通 航安全，沿江各地的社会治安 稳定起到积极的 作用。参考文献:1 侯良泽 . 河道采砂管理工作存在的问题及对策j. 中国水利，2011( 10) .2 涂剑 . 长江河道采砂管理的问题、成因及其法律对策j. 人民 长江，2006( 10) : 17 19.( 下转第 149 页)“智慧水利”无线应用平台研究与实现doi: 10. 3969 / j. issn. 1001-9235. 2014. 06. 0432014 年第 6 期peal ive 人民珠江朱识( 广东省防汛抢险技术保障中心，广东 广州 510635)摘 要: 针对水利行业传统信息化系统难以满足

17、整合联动、一线使用的问题，研究并实现了一种基于无线的移动办 公整合应用平台。系统通过移动互联网及云计算技术，融合并云化水利业务应用资源，使行业用户能够通过智能 手机终端随时随地获取工作所需要的数据，实现移动办公、远程应急指挥的目的。在广东省全省 智慧水利 项目 中的应用结果表明: 该平台取得了良好的效果，为防洪抗旱调度决策、指挥抢险救灾、水资源管理甚至水利工程安 全提供了快速判断、直观验证的高效率监管、防范手段。关键词: 智慧水利; 移动互联网; 云计算; 移动办公; 视频会商中图分类号: u698 91; c931 6 文献标识码: b 文章编号: 1001-9235( 2014) 06-0

18、149-030 前言在当今世界上，我国虽然是水资源大国，但是人均水资 源量仅为世界平均水平的 25% ，并且存在资源短缺、水污染 加剧和水土流失严重等诸多水问题，因此如何合理有效地进 行水资源的保护和综合利用，一直是各级水利部门的工作 重心。近年来，各地政府对水利工程及相关信息化建设都十分 重视，广东省发布的水利发展“十二五”规划1 中明确指出， 要大力提升水利行业能力，以水利信息化带动水利现代化， 全面提升广东防灾减灾、水资源管理和水利工程管理信息化 水平。因此如何利用现有的网络技术及其他 it 技术，进行 流域水文与工况等水利信息的采集、传输、管理，为流域洪水 的科学预报及时提供有效地信息

19、，为流域水利安全，提供信 息化服务，以达到避免或减少经济损失、酿造良好的社会安 全，成为我国政府和机构关心的重要课题。从应用角度来看，目前水利行业通过制定国家规范，实 施顶层设计，已经至上而下建设了大量的水利信息系统，如 水文遥测、三防决策、洪水调度、视频会商、视频监控、水资源 管理等，给我们水利工作带来了很大的帮助，但仍然存在以 下一些问题: 所建各类信息系统相对独立，难以整合，相互之间的联动性不够，给用户带来使用操作上的不便; 水利工作 性质决定，在进行防灾排涝、抗洪抢险等工作时，指挥人员时 常处于一线现场，而现有的信息系统大部分部署于网络上， 难以在灾害现场操作使用。这些问题往往导致了所建信息系统使用效率不高，在实 战中难以发挥其作用。针对这一问题，我们研究并设计了一 种基于无线网络的数字化移动办公整合平台，称之为“智慧 水利”无线应用平台。该平台利用水利各类业务条线间的联 动关系，通过统一数据接口实现了水利业务信息的整合与共 享，并基于移动互联网技术将各类应用移动化，大大提高了 传统信息系统的实用性，优化了水利工作的业务流程，最终 实现海量水资源数据“智慧化使用，智能化调度