生態(tài)流量視頻監(jiān)測技術(shù)規(guī)程

3T/ZSxxxx-2022河道生態(tài)流量視頻監(jiān)測技術(shù)規(guī)程本文件規(guī)定了河道生態(tài)流量視頻監(jiān)測技術(shù)涉及的監(jiān)測斷面選擇與查勘、流量監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集與傳輸、設(shè)施設(shè)備運行與維護等技術(shù)要求。本文件適用于天然河流枯水期的生態(tài)流量監(jiān)測，其他時期的生態(tài)流量測驗也可參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本標準必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本標準；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本標準。GB/T15408安全防范系統(tǒng)供電技術(shù)要求GB/T15966水文儀器基本參數(shù)及通用技術(shù)條件GB/T28181安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求GB/T41368水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范GB50026工程測量規(guī)范GB/T50095水文基本術(shù)語和符號標準GB50179河流流量測驗規(guī)范GB50348安全防范工程技術(shù)規(guī)范SL/T247水文資料整編規(guī)范SL/Z479河湖生態(tài)需水評估導則SL651水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約3術(shù)語與定義GB/T50095所界定的術(shù)語和定義以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1生態(tài)流量ecologicalflow生態(tài)需水中的某個流量，具有某種生態(tài)作用。[來源：SL/Z479-2010，2.0.8]3.2代表流場indexflowfield測流時所選河段中具有穩(wěn)定代表性的水流區(qū)域。3.3測速線velocityline測驗河段圖像中任意指定的具有典型灰度特征的像素單元順水流方向的運動軌跡。4T/ZSxxxx-20223.4時空圖像測流space-timeimagevelocimetry通過分析一段時間內(nèi)各測速線圖像灰度變化形成的紋理角度特征圖像而計算表面流速的方法。3.5圖像識別法imageidentification圖像識別法是指利用攝像機拍攝得到的實時水流視頻圖像來計算水流表面流速大小，再由表面流速轉(zhuǎn)化并結(jié)合斷面形狀計算斷面流量的方法。3.6地面標定點groundcalibrationpoint在測驗河段內(nèi)設(shè)置的，用以標定視頻監(jiān)測范圍內(nèi)位置的控制性坐標點。4監(jiān)測斷面選擇與查勘4.1監(jiān)測斷面選擇生態(tài)流量監(jiān)測斷面宜選在如下位置：a)重要的水文控制斷面；b)水利樞紐工程所在河段代表斷面；c)有長系列水文資料支撐的水文站觀測斷面；d)?。ㄊ?、縣）界重要斷面；e)與相關(guān)生態(tài)流量保障實施方案、水利規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、水量分配方案、水資源調(diào)度方案等確定的斷面相銜接，優(yōu)先設(shè)置在已明確生態(tài)流量、納入最嚴格水資源管理制度考核的水文斷面。4.2監(jiān)測斷面查勘4.2.1監(jiān)測斷面位置應結(jié)合內(nèi)業(yè)準備、外業(yè)查勘的調(diào)查結(jié)果綜合確定。4.2.2內(nèi)業(yè)準備應主要對生態(tài)流量監(jiān)測斷面進行水情調(diào)研：a)根據(jù)生態(tài)流量監(jiān)測需求，結(jié)合涉水工程建設(shè)情況，確定查勘內(nèi)容和范圍；b)收集查勘范圍內(nèi)的地形圖、水系圖、歷史水文觀測資料，了解洪水漲落、水位季節(jié)性或時段型變化幅度、航運狀況等河流水情；c)收集相關(guān)水利規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、生態(tài)流量保障實施方案等，了解查勘范圍內(nèi)的生態(tài)流量需求；d)監(jiān)測斷面上下游水利工程生態(tài)流量核定目標和泄放措施；e)編寫查勘調(diào)研計劃。4.2.3外業(yè)查勘與調(diào)查工作宜在河道低水期進行，主要調(diào)查內(nèi)容應為在監(jiān)測河段采用圖像識別法測流的測驗條件：a)測驗河段順直度、紊流影響、倒影影響、周邊環(huán)境影響、沉水或挺水水生植物、沖淤變化等河槽結(jié)構(gòu)形態(tài)及變化情況；b)設(shè)備供電、通信網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備安裝布置條件；c)斷面長期穩(wěn)定性、有無渠化整治需求、歷史測流數(shù)據(jù)等自動測流的利用條件。4.2.4應根據(jù)監(jiān)測斷面查勘結(jié)果，綜合確定視頻監(jiān)測設(shè)施設(shè)備的規(guī)模、規(guī)格型號和建設(shè)形5T/ZSxxxx-20225流量監(jiān)測5.1基本要求5.1.1河湖生態(tài)流量監(jiān)測主要包括河流水位、流速、流量等要素，有條件的宜同步開展水質(zhì)監(jiān)測。5.1.2采用視頻監(jiān)測技術(shù)觀測河段生態(tài)流量，測驗河段應滿足下列要求：a)選擇具有河道過水斷面數(shù)據(jù)的河段作為測驗河段。測驗河段宜為順直均勻的自然河段或渠化河段，有足夠的長度（順直長度宜大于3倍河寬）測驗河段流態(tài)穩(wěn)定，不應有大量的漩渦湍流。b)測驗河段水面波紋運動特征明顯。c)測驗斷面宜遠離河道分叉、入?yún)R口或者水工建筑物的出入口。d)測驗區(qū)間長期流速應大于0.1m/s。e)測驗斷面不宜設(shè)置在灘槽明顯的河段。5.1.3采用圖像識別法測流，正常光線條件下應同步建立水位流量關(guān)系，并對水位流量關(guān)系進行定線和檢驗。5.1.4夜晚及暴雨、強風、大霧、冰雪等條件下，應確保能通過水位及水位流量關(guān)系獲得相應流量。5.1.5圖像識別法測流的測速頻次及測次時刻按以下規(guī)定執(zhí)行：a)測速頻次應滿足GB/T41368中7.1.2章節(jié)要求。b)單次測速歷時不大于30s。c)測次時刻取測次觀測時間段的初始時刻。d)測驗系統(tǒng)時鐘與標準時鐘一致。5.2儀器選型5.2.1水位、流速監(jiān)測儀器選型應滿足測驗精度和測站特性，優(yōu)先采用在線監(jiān)測設(shè)備，設(shè)備參數(shù)應符合下列要求：a)電源宜采用直流供電，優(yōu)先采用市電供電；b)采用通用標準協(xié)議的RTU、DTU模塊，優(yōu)先采用有線寬帶網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)絡(luò)傳輸；c)監(jiān)測設(shè)備應具有存儲和無線下載功能，并有較強的防雷電干擾能力；d)遠程控制軟件應支持遠程數(shù)據(jù)下載、參數(shù)設(shè)置等功能。5.2.2水位在線監(jiān)測設(shè)備應根據(jù)測驗河段情況和測驗進度合理選用，優(yōu)先采用視頻水位攝像機、雷達式水位計等非接觸式設(shè)備，必要時可配備基本水尺作為輔助設(shè)施。5.2.3流速在線監(jiān)測設(shè)備應選用圖像測流設(shè)備，并根據(jù)河段查勘結(jié)果合理選用，要求如下：a)河寬≤50m時，攝像機圖像最大像素數(shù)不小于200萬；河寬>50m時，攝像機像素最大像素不小于400萬，b)單個攝像機覆蓋河寬不宜超過200m，超過200m的測驗河段需要考慮多個攝像機的組合方式。c)視頻圖像應保證所采集的視頻圖像的原始完整性，符合遠程視頻測量的要求，幀率≥20fps，碼率≥4Mbps，編碼格式應遵照GB28181執(zhí)行。5.3儀器安裝5.3.1監(jiān)測系統(tǒng)的硬件應包括高清水位測量攝像機、高清流速測量攝像機、邊緣終端設(shè)備、6T/ZSxxxx-2022網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及保護網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施。5.3.2設(shè)備安裝前應檢查下列內(nèi)容：a)將主件設(shè)備通電進行自檢，須處于正常工作狀態(tài)后，方可安裝；供電系統(tǒng)輸出電壓要符合儀器標稱要求；逐一清點使用的輔助配件，確保無損壞，能正常使用。b)攝像機應符合GB/T28181技術(shù)要求和5.21.2參數(shù)設(shè)置要求，檢查軟件版本，確保其版本最新等配置。攝像機安裝位置、高度和角度須根據(jù)攝像機所能覆蓋測驗河段斷面的最大寬度來確定c)立桿高度由攝像機安裝高度來確定，立桿安裝包含基礎(chǔ)開挖澆筑、立桿固定，并進行穩(wěn)固性檢驗。d)視頻攝像機安裝須符合GB50348技術(shù)要求，攝像機及其他儀器必須牢固可靠、穩(wěn)定性好。e)供電設(shè)施應根據(jù)現(xiàn)場條件選擇合適電源，安裝符合GB/T15408中供電設(shè)施安裝要f)通信設(shè)施應根據(jù)現(xiàn)場條件選擇合適的通信設(shè)備，視頻數(shù)據(jù)傳輸通信設(shè)備安裝應符合GB/T28181的規(guī)定，報文類數(shù)據(jù)傳輸通信設(shè)施安裝應符合SL651的規(guī)定。g)安裝完后應檢查設(shè)備設(shè)施工作狀態(tài)、軟件算法版本和測驗河段數(shù)據(jù)，并及時更新升h)設(shè)備應符合GB/T15966中的要求，視頻數(shù)據(jù)信息傳輸、交換、控制技術(shù)應符合GB/T28181的要求。i)邊緣端類型設(shè)備數(shù)據(jù)后處理軟件應經(jīng)測試，量值傳輸正確，傳輸內(nèi)容應符合SL651的技術(shù)要求。5.3.3儀器安裝完后須對攝像機進行坐標標定，建立圖像與現(xiàn)場空間的坐標投影關(guān)系?，F(xiàn)場地面標定點的坐標測量應遵循GB50026的規(guī)定和要求，重投影誤差≤5‰。5.4水位觀測水位觀測誤差應符合下列要求：a)量程：0~50m；b)分辨率0.002m；c)絕對誤差≤±0.02m。5.5表面流速測驗5.5.1采用時空圖像法測流在斷面上進行各測速線表面流速施測時，應合理確定斷面測速線數(shù)目及分布位置，測速線流速的設(shè)置應符合下列要求:a)測速線布設(shè)數(shù)目和位置應參照GB50179中垂線流速測驗要求，應須綜合考慮斷面地形和流速分布特性。b)測試線長度須根據(jù)攝像機覆蓋測驗河段的最大長度和地面標定點包圍空間區(qū)域來確定，不能超過攝像機監(jiān)測畫面。c)測速線布設(shè)起點距位置宜固定，當河底地形有明顯變化時，應隨時調(diào)整或補增測速d)當出現(xiàn)以下情形時，須適當增加測速線數(shù)目：·寬深比特別大或漫灘嚴重的；·河床是大卵石、亂石組成或分流串溝較多；5.5.2表面流速計算原理應參照附錄B時空圖像法原理，具體步驟如下：7T/ZSxxxx-2022a)提取測速線上河流表面紋理特征合成時空圖，計算時空圖像紋理角。b)結(jié)合像素尺度和時空圖紋理角計算測速線表面流速。c)將歷時范圍內(nèi)單次實測線流速平均后獲取測速線表面流速。d)參照附錄A.1表格字段記錄表面流速測驗先關(guān)成果。5.6流量測驗測驗河段斷面流量測驗參考GB50179中的流速面積法進行測驗，并參照附錄A的要求記錄流量測驗成果。具體步驟如下：a)根據(jù)斷面地形、糙率等水力水文因素確定表面流速系數(shù)。b)利用表面流速系數(shù)，將表面流速轉(zhuǎn)換成部分平均流速。c)應用流速面積法，計算測驗河段斷面流量。5.7比測率定5.7.1應對生態(tài)流量監(jiān)測站點數(shù)據(jù)進行流量比測試驗，分析測量儀器和方法的穩(wěn)定性和誤5.7.2比測率定應滿足如下規(guī)定：a)比測應經(jīng)歷高水、中水、低水不同水文條件，并均勻分布測次。b)比測有效次數(shù)不宜少于30次。c)比測隨機不確定度不宜超過6%，比測條件較差的不宜超過7%；系統(tǒng)誤差不宜超過±1%，條件較差的不宜超過±2%。5.7.3用于比測分析率定樣本的流量成果，應是滿足GB50179要求的流速儀（轉(zhuǎn)子流速儀、ADCP）多線多點法施測成果或水工建筑物法測流的成果。5.7.4比測率定時應根據(jù)歷史流量及調(diào)查資料，分析不同水位級及流速級下斷面流速分布規(guī)律、主流位置擺動范圍、代表流場范圍，應分析確定表面流速與斷面平均流速的換算關(guān)系，選擇相關(guān)關(guān)系穩(wěn)定的測速線流速進行流量測驗和比測率定。5.7.5采用圖像識別法所測得表面流速的換算關(guān)系率定及檢驗，應參照SL/T247要求執(zhí)行；河流流量的比測應參照GB50179基本要求執(zhí)行。5.7.6不具備比測條件的測驗斷面，應根據(jù)斷面地形、糙率等水力水文因素確定表面流速系數(shù)，綜合分析測驗環(huán)境、測驗河段、測驗設(shè)備和測驗方法等因素，對測驗成果進行合理性檢查。5.8水位流量關(guān)系曲線定線與檢驗水位流量關(guān)系曲線應按照SL/T247-2020中第5.4.1條規(guī)定進行符號檢驗、適線檢驗與偏離數(shù)檢驗，檢驗精度指標，按SL/T247-2020中第5.3.1條規(guī)定執(zhí)行。6數(shù)據(jù)采集與傳輸6.1數(shù)據(jù)采集6.1.1攝像頭應采集河流畫面視頻。6.1.2前端站點（包含攝像頭、錄像機等設(shè)備）應保證具有穩(wěn)定的電力與通信網(wǎng)絡(luò)。6.2數(shù)據(jù)傳輸6.2.1前端站點應采用路由器用作傳輸設(shè)備，處于局域網(wǎng)的各設(shè)備宜采用固定IP。6.2.2可采用有線寬帶或4G及以上無線信號接入互聯(lián)網(wǎng)傳輸測流結(jié)果。8T/ZSxxxx-20226.2.3使用有線寬帶網(wǎng)絡(luò)時應滿足網(wǎng)絡(luò)延時小、丟包少的要求。7設(shè)施設(shè)備運行與維護7.1新建生態(tài)流量監(jiān)測站點應向上級水行政主管部門進行建設(shè)報批，并接受其監(jiān)督、管理。7.2生態(tài)流量監(jiān)測站點設(shè)施設(shè)備應定期進行維護，維護內(nèi)容包括現(xiàn)場設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、計算存儲設(shè)施及軟件系統(tǒng)，并應形成設(shè)備維護記錄，便于后期查證。9T/ZSxxxx-2022（規(guī)范性）圖像識別法河流流量計算表與成果表圖像識別法河流流量測驗計算表見表A.1。表A.1圖像識別法河流流量測驗計算表圖像識別法河流流量測驗計算表站點名稱測流時間測速線編號起點距(m)水位測速線水測速線虛流速（m/s）部分面積（㎡）部分虛流量(m3/s)表面流速系數(shù)部分實流量(m3/s)斷面面積虛流量平均虛流速（m/s）實流量T/ZSxxxx-2022圖像識別法測流成果表見表A.2。表A.2圖像識別法測流成果表圖像識別法測流成果表站點名稱測次編號測流時間水位虛流量(m3/s)斷面面積（㎡）平均虛流速（m/s）水面寬最大水深（m）T/ZSxxxx-2022（資料性）時空圖像法流速測驗原理河流表面流動特征諸如漣漪、波紋隨水流一起運動的，因此可以認為其運動速度近似等于河流表面流速，這些表面流動特征的運動又會導致河流表面灰度發(fā)生變化，河流表面灰度的變化大小可以反映河流表面流速的大小。在所拍攝的河流視頻中沿水流方向設(shè)置一系列測速線，逐幀提取每條測速線的灰度信息以合成該測速線的時空圖像。由于灰度的變化，在每幅時空圖像中會呈現(xiàn)出帶狀紋理，帶狀紋理與豎直方向所夾的角度(紋理角)即反映了表面流速信息，河流表面流速圖像識別過程如下圖。圖B.1河流表面流速圖像識別過程利用時空影像法通過河流表面亮度的變化獲