河道采砂智能监控系统的设计

文章编号：１００７—１４２３（２０１４）１６—００５３—０５　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—１４２３．２０１４．１６．０１４　河道采砂智能监控系统的设计　江玉才　，符富果　，王炎龙。，陶青川。　（１．重庆市水利信息中心，重庆４０１１４７；２重庆市河道管理站，重庆４０１１４７；３．Ｉ￣ｔ　ＪＩＩ大学电子信息学院，成都６１００６４）　摘要：　针对目前采砂监管中违法违规采砂现象严重，河道采砂管理技术手段不足的问题，提出一种河道采砂智能监控系统　该系统采用先进的全球定位系统、传感器技术、无线传输技术、视频监控与智能分析技术。实际运行结果表明该系统　能很好地完成可采区采砂作业的动态监测，及时掌握采砂现场资料，对采砂范围、开采量、开采时间等采砂情况进行　及时监测管理，保证采砂活动的科学有序进行。　关键词：　河道采砂；视频监控；智能分析；采砂船；采砂量　０　引言　近年来随着城市建设的加快．河砂的需求量越来　越大．在利益的驱动作用下无证开采、乱采滥挖等非法　采砂现象变得十分严重　与此同时违法违规采砂活动严　重影响采砂河段河床的自然变化．对相关河段的防洪安　于智能交通方面　本系统通过摄像机采集现场图像视频信息．通过　采砂船工作状态采集设备采集采砂船定位信息、采砂　的作业状态．然后由采砂智能处理与分析系统对采集　到的图像视频信息、采砂船定位信息、采砂的作业状态　进行处理和分析．分析结果通过无线通信传输到采砂　监控中心　采砂监控中心汇集各前端监测点的图像视　全、船舶航行安全及生态环境等都带来不良影响ｌｌｌ。国家　和重庆市水利部门已经制定了相关河道采砂管理条　例．以规范河道采砂行为。但由于目前河道采砂管理技　术手段不足．管理人力缺乏致使可采区采砂现场监管　频、位置、工作状态等采砂船实时监控数据并存储管　理．经智能分析平台的分析与处理来判断采砂船是否　力度不足．采砂量和采砂范围难以控制．采砂现状管理　未能真正满足新形势和新制度的要求　因此为实现现　场监控采砂人的采砂活动．督促其在规定的时间和范　围内进行规范采砂．应用最新智能信息处理技术．建设　处于正常工作状态．对于违规作业及时报警。　１　系统设计　河道采砂智能监控系统的结构图见图１　该系统　主要包括前端采砂船采砂信息采集与传输系统和中心　重庆市河道采砂动态智能监控系统具有重要意义　目前ＧＩＳ、ＡＩＳ［２～３１、ＧＰＳ、ＣＣＴＶ和海事雷达等众多船　舶动态监管信息化手段已经成功应用于水上交通流监　管中．为河道采砂过程中相关船舶的动态监管提供了　借鉴经验　同时．河道地形快速自动测量技术的普及以　及长江电子航道图的成功研制．为采砂作业的现场评　估提供了技术手段和显示平台＿ｌ　而视频检测方法具有　＿采砂监控平台两部分　前端采砂信息采集与传输：由ＧＰＳ定位模块、采砂　工作状态信息采集模块、图像视频采集模块、智能主控　系统、无线通信模块组成．并配置必要的供电模块和辅　助设备　水利局监控中心端：由高性能的计算机、存储设备　与相关采砂监管业务软件组成　主要包括采砂船实时　监控信息的接收与存储服务、采砂智能分析模块、采砂　检测范围大、提供信息丰富、安装维修方便等优点，被　认为是最具发展前景的检测方法之一．已经普遍应用　现代计算机　２０１４．０６上＠　采。采砂船工作位置信息的采集采用目前主流的ＧＰＳ　（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）定位技术［５１。ＧＰＳ即全球定　位系统，现采用ｗｇｓ８４坐标系统。利用该系统．用户可　以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定　位和测速。目前，民用ＧＰＳ定位主要用于对移动的人、　车及设备等进行远程实时定位监控　采砂船ＧＰＳ定位模块，主要包括天线、定位设备两　大部分。定位设备接收解析的位置、时间等信息．通过　串口方式发送到前端智能控制处理模块．进行位置数　据分析并根据情况进行告警．同时向市中心监控平台　转发信息。　２．４采砂船工作状态检测模块　河道采砂通过采砂船进行水下作业．开采方式有　挖斗式和吸泥式。由于采砂船只的流动性大．且常靠岸　作业．采砂时的挖掘及采砂后留下的沙坑都会对堤脚　形成扰动和损伤，因此采砂船即使是在规定时间、规划　区域内也不能在同一点过量采砂【”　在河道采砂管理　中，需要掌握采砂船的工作时间，防止超时限开采。本　系统采用振动传感器技术，技术指标如下：①仪器分辨　率为２５６ＬＳＢ／ｇ；②测量频率范围为５０Ｈｚ～１５００Ｈｚ；③输　出信号方式为ＲＳ一２３２通信输出采砂传感数据　通过设　定振动阈值来判断采砂船是否处于工作状态中．从而　得到采砂船的准确工作时间．通过建立采砂船振动信　息与实际工作状态和采砂功率情况的对应关系．从而　及时准确掌握采砂工作作业状态与采砂功率情况　２．５主控模块　采砂船船载监测系统所运行的环境条件比较恶　劣．系统应该具有高稳定性、可靠性和安全性。本系统　采用高稳定的工业级控制计算机．并且具有较强的计　算处理性能．适应于野外恶劣工作环境。主控模块主要　负责接收中心命令并控制前端所有设备的工作．主要　功能如下：①支持图像视频、ＧＰＳ定位信息、采砂船工　作状态信息等数据的存储与转发　②中心端对前端采　砂船图像视频信号进行采集、存储并进行智能分析．对　采砂船实时采砂方量、采砂区域和工作状态进行智能　分析计算，并根据报警规则对采砂异常情况及时报警。　③对采砂传感器设备的输出信号进行分析计算确定采　砂船工作状态．并根据报警规则对采砂异常情况及时　报警。④对ＧＰＳ定位设备的输出信号进行分析，对采砂　船的位置和轨迹进行分析计算．并根据报警规则对采　砂异常情况及时报警。⑤接受中心指令，通过云台模块　控制调整摄像机和相关设备设施．同时可进行远程设　置系统运行参数。⑥系统能够高可靠（７ｘ２４小时）高稳　定地运行。　２．６通信模块　无线传输网络可以是微波、卫星或移动通信网络　其中成本最低、灵活性最强的是移动通信网络。常用的　无线数据网络有ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ１．ｘ、３Ｇ［６］。无论是　ＣＤＭＡＩ．ｘ还是ＧＰＲＳ网络，其上行带宽均在１００ｋｂＤｓ　以下，由于监控画面的图像格式要求在３２０ｘ２４０以上．　通常情况下传输的是一幅幅采集时间间隔为几秒的图　像，图像的连续性差，还无法传输实时连贯的画面。第　三代移动通信系统（３Ｇ）是一种能提供多种类型、高质　量的多媒体业务．能实现全球无缝覆盖．具有全球漫游　能力的高性能通信方式１７］。在准静止条件下能达到２ＭｂＤｓ　的速率。本系统要利用无线传输网络实现远程现场视　频及数据信号传输．因此通信方式采用３Ｇ模式　主要　功能如下：①３Ｇ无线数据双向传输；②上电自动拨号　上网连接网络；③实时监测网络情况，掉线自动重拨：　④提供数据传输加密保护功能；⑤支持ＶＰＮ连接，保　证安全的图像视频传输：⑥支持中心为固定ＩＰ或动态　ＩＰ；⑦透明数据传输：为用户的数据设备提供双向大容　量数据传输　３　采砂监控中心平台　采砂监控中心平台业务主要包括采砂船监控信息　的汇集与存储、采砂智能分析、采砂管理信息服务系　统、系统管理系统等，总体功能框架图如图３所示。　图３中心平台总体功能框图　现代计算机　２０１４．０６上Ｉ　／　［２］Ｔｅｔｒｅａｕｈ　Ｂ　Ｊ．Ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＡＩＳ）ｆｏｒ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ａｗａｒｅｎｅｓｓ（ＭＤＡ）［Ｃ】，／ＯＣＥＡＮｓ，２００５．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＭＴＳ／ＩＥＥＥ．ＩＥＥＥ．２００５：１５９０～１５９４　【３］Ｒｉｃｋｅｔｔ　Ｂ．Ｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｕｔｕｒｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆｒ　ａｎ　Ａｕｔｏｍａｔｉｖｅ　Ｒａｄａｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｃ］／／ｌｓｔ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．　Ｈａｍｂｕｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ，２００４　【４］汤一平，柳圣军，周超，等．多视觉信息融合的内河航道智能监控系统『Ｊ］．中国图象图形学报，２００８，１３（８）：１６０８～１６１６　［５１Ｂ￣Ｉ峰，宝红，三枝．ＧＰＳ定位技术及其应用『Ｍ１．国防工业出版社，２００６　［６】谢红华，陆以勤，吕锦．基于３Ｇ无线网络的高质量实时视频监视系统的设计【Ｊ１．计算机应用研究，２００７，２４（１０）：３１３　３１７　［７】赵立君．３Ｇ业务与３Ｇ支撑系统［Ｊ】．世界电信，２００４，１７ｆ１）：３８　４１　［８１郑贵洲，莫澜．ＧＩＳ图层在空间数据处理管理与分析中的作用『Ｊ１．长江大学学报自然科学版：医学卷，２００３（３）：７１　７３　作者简介：　江玉才（１９７５一），男，重庆丰都人，工程师，从事领域为水利信息化行业管理、规划设计与建管工作　符富果（１９７３一），男，重庆垫江人，工程师，长期从事水利工程运行管理、涉河建设项目、砂石资源许可与运行管理工作　王炎龙（１９８９一），男，河南驻马店人，在读硕士研究生，研究方向为模式识别与智能系统　陶青川（１９７２一），男，四川南充人，硕士生导师，副教授，研究方向为图像处理、机器视觉、模式识别　收稿日期：２０１４—０５～２０　修稿日期：２０１４—０５—３０　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｓａｎｄ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｒｉｖｅｒ　Ｗａｔｅｒｗａｙ　ＪＩＡＮＧ　Ｙｕ－ｃａｉ　，ＦＵ　Ｆｕ－ｇｕｏ２，ＷＡＮＧ　Ｙａｎ－ｌｏｎｇ３，ＴＡＯ　Ｑｉｎｇ—ｃｈｕａｎ　（１．Ｍｅｓｓａｇｅ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０１　１４７；　２．Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　Ｗａｔｅｒｗａｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０１　１４７；　３．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｏｕ　６１００６４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｔｈａｔ　ｉｌｌｅｇａｌ　ｓａｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｅ　ｉｓｎ＇ｔ　ａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｗａｙ　ｉｎ　ｓａｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｕｐｅｒｖｉｓｅ，ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａ　ｓａｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｒｍ　ｗｈｉｃｈ　ｕｓｅｄ　Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｒｍ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓｅｎｓｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｒａｄｉｏ　ｔｒａｎｓｍｉｓ—　ｓｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｉｄｅｏ　ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｉｔ＇ｓ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｔｅ　ｖｉｄｅｏ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｐｏｔ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｔｈｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｓａｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅ　ｓａｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｃｏｐｅ，ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ｑｕａｎｔｉｔｌｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓａｎｄ　ｍｉｎｉｇ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃｌｙ　ａｎｄ　ｏｒｄｅｒｌｙ　ｃａｎ　ａｌｓｏ　ｂｅ　ｇｏｔ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　Ｓａｎｄ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｒｉｖｅｒｗａｙ；Ｖｉｄｅｏ　Ｓｕｒｖｅｉｌｌｉａｎｃｅ；Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｓａｎｄ　Ｍｉｎｉｇ　Ｓｈｉｐ；Ｓａｎｄ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｑｕａｎｔｉｔｙ　现代计算机　２０１４．０６上囝