一、方案背景与建设目标1.1 建设背景水库作为水利工程的核心设施承担着防洪、供水、灌溉、生态保护等多重功能。传统水库管理依赖人工巡检存在覆盖范围有限、巡检频次低、实时性差、人力成本高等痛点无法及时发现水位异常、河道垃圾、违规下水、违规捕鱼等安全隐患和环境问题。本方案采用国科环宇・土星云 SE110S-WC8 边缘计算微服务器作为核心计算节点将视频分析和数据处理能力下沉到水库现场解决了传统云端方案带宽成本高、延迟大、断网即瘫痪的问题特别适合水库这类偏远、网络条件有限的野外场景为智慧水利提供强大且可靠的边缘侧数字化支撑。1.2 建设目标全面覆盖水情监测与环境安全智能识别两大核心需求实现 7×24 小时不间断监测异常事件毫秒级本地预警响应延迟 1 秒大幅提升应急处置效率仅上传异常数据和结构化信息降低 90% 以上的带宽成本断网情况下边缘节点可独立运行保证数据不丢失、监测不中断构建 “感知、分析、预警 、处置、复盘” 的全流程闭环管理体系提升水库数字化管理水平二、系统设计原则1、实时性优先核心 AI 推理全部在边缘端完成确保异常事件第一时间发现和预警2、高可靠性硬件采用工业级无风扇设计适应野外高温、低温、潮湿、雷电等恶劣环境支持太阳能 蓄电池供电4G/5G 无线传输3、高准确率针对水库特殊场景水面反光、波浪、雾气、夜间优化 AI 算法降低误报率和漏报率4、可扩展性采用模块化架构支持后续新增监测功能如大坝形变、水质监测和设备接入4、易用性提供 Web 端界面简洁直观非专业人员可快速上手6、安全性采用国产化硬件平台数据传输、存储全程加密严格的权限管理防止数据泄露和非法访问三、系统整体架构本方案采用“感知层、边缘计算层、云端平台层、应用层”四层分布式架构核心能力下沉至边缘端。3.1 感知层负责采集水库现场的视频和传感器数据是整个系统的 “眼睛” 和 “触角”。视频采集设备高清枪型摄像头用于固定区域监测如大坝水位、河道漂浮物、岸边垃圾推荐 4K 分辨率支持星光级夜视、IP67 防水防尘智能球型摄像头用于人员活动频繁区域如违规下水、露天烧烤支持 360° 旋转、自动追踪、变焦环境传感器翻斗式雨量计实时采集库区降雨量精度±0.5mm雷达水位计用于大坝主水位监测精度±1mm不受天气和水面杂物影响可选配风速风向传感器、水质传感器pH、浊度3.2 边缘计算层核心层部署在水库现场的土星云 SE110S-WC8 边缘计算微服务器是系统的 “大脑”负责所有实时性要求高的计算任务。核心硬件国科环宇・土星云 SE110S-WC8核心算力7.2 TOPSINT8支持混合精度计算可同时运行多路 AI 推理任务视频处理能力支持 H.264/H.265 硬编解码解码能力达 1080P480fps、8K/4K30fps可稳定支持8路 1080P 高清视频同时实时分析硬件配置6 核 ARM A53 1.6GHz CPU8GB 内存32GB eMMC 本地存储支持 M.2 SATA3.0 硬盘扩展最大可扩展至 2TB低功耗设计典型功耗仅 13W远低于同类产品大幅降低太阳能供电系统的建设成本无风扇全金属导冷设计无音无尘从架构到硬件均采用低功耗设计确保 7×24 小时不间断稳定运行核心功能a.视频流解码与预处理b.AI 算法本地推理所有智能识别和水位视觉监测任务c.异常事件本地触发声光报警d.数据本地缓存断网时可存储 30 天以上视频和数据e.结构化数据和异常片段上传云端f.前端设备状态监控与远程控制支持通过 RS485/RS232/CAN 等接口直接接入各类传感器无需额外采集模块3.3 云端平台层负责全局管理和非实时性数据分析无需处理海量原始视频流。设备管理远程监控所有 SE110S-WC8 边缘节点和摄像头的运行状态故障自动报警远程升级算法模型和固件模型管理AI 模型的训练、优化、版本管理和批量 OTA 下发数据存储存储结构化数据水位、降雨量、预警记录和异常事件的图片、 视频片段数据分析生成水位变化趋势、降雨量统计、违规行为分析等各类报表消息推送通过短信、微信公众号等方式向管理人员发送预警信息3.4 应用层面向不同用户提供可视化操作界面满足日常管理和应急指挥需求。Web 管理端面向水库管理人员提供实时监控、预警处理、数据查询、报表生成、系统配置等功能指挥大屏面向水利部门领导展示水库全局运行状态、预警分布、统计数据支持应急指挥调度四、核心功能模块4.1 水情监测系统4.1.1 库区降雨量监测实时采集库区多个点位的降雨量数据通过 SE110S-WC8 的 RS485 接口直接接入翻斗式雨量计边缘端汇总计算平均降雨量支持设置多级预警阈值小雨、中雨、大雨、暴雨超过阈值自动预警生成日、月、年降雨量统计报表结合历史数据预测降雨趋势与水位监测数据联动辅助洪水预警4.1.2 水库水位监测双模式冗余设计雷达水位计监测作为主监测方式通过 SE110S-WC8 的 RS485 接口直接接入实时采集大坝水位数据精度高、稳定性好视觉水尺识别作为备份和补充通过摄像头识别水尺刻度计算水位无需额外布线特别适合雷达水位计无法安装的区域支持设置死水位、正常水位、警戒水位、保证水位四级预警实时生成水位变化曲线结合降雨量数据进行洪水演进预测4.2 智能识别预警系统所有识别算法均在 SE110S-WC8 边缘端本地运行检测到异常后立即触发本地声光报警并推送预警信息。4.2.1 河道漂浮物识别实时识别水面上的塑料瓶、树枝、泡沫、生活垃圾等各类漂浮物统计漂浮物的面积、数量和分布密度超过阈值自动预警支持追踪漂浮物的移动轨迹辅助调度保洁船只进行清理算法优化有效过滤水面波浪、反光、水鸟等干扰误报率 5%4.2.2 人违规下水识别识别水库、河道区域内的人员游泳、戏水、玩耍等违规下水行为支持自定义电子围栏仅对禁止下水区域进行监测检测到违规行为后立即触发现场声光报警语音提示 警灯闪烁同时推送预警信息给管理人员支持夜间红外识别准确率 95%4.2.3 露天烧烤识别识别水库周边的露天烧烤行为通过检测烧烤架、明火、烟雾、聚集人群等多特征综合判断有效过滤篝火、吸烟、汽车尾气等干扰降低误报预警信息包含烧烤位置、人数、现场图片方便管理人员快速处置4.2.4 河道垃圾识别识别河道岸边的垃圾堆积情况统计垃圾堆积的面积和体积对大面积垃圾堆积自动预警通知保洁人员及时清理生成垃圾清理任务单跟踪处置进度实现闭环管理4.2.5 违规捕鱼识别识别各类违规捕鱼行为包括撒网、电鱼、钓鱼、使用渔船捕鱼等支持检测渔网、鱼竿、电鱼器等捕鱼工具对重点禁渔区进行 24 小时不间断监测保护水库生态环境4.2.6 水面高度监测作为水库水位监测的补充对河道支流、库湾等区域的水面高度进行视觉监测通过识别岸边参照物计算水面高度变化及时发现局部水位异常与主水位数据联动全面掌握库区水情五、AI 算法设计与优化5.1 基础算法选型采用YOLOv8作为基础目标检测算法该算法在检测速度和准确率之间取得了最佳平衡。SE110S-WC8 完美兼容 YOLOv8 等主流深度学习算法框架支持快速移植和部署算法运行效率高。5.2 场景化算法优化构建水库专用数据集采集不同季节、不同天气晴天、阴天、雨天、雾天、不同时段白天、夜晚的水库场景图片标注量 10 万张针对水库特殊干扰进行优化通过数据增强模拟水面反光、波浪、雾气提高算法鲁棒性模型轻量化采用模型剪枝、量化、蒸馏等技术将模型大小压缩至原来的 1/10推理速度提升 3 倍以上充分发挥 SE110S-WC8 的 7.2TOPS 算力优势5.3 算法持续迭代云端建立算法迭代平台持续收集现场误报和漏报样本定期对模型进行重新训练和优化通过 OTA 方式远程批量下发到所有 SE110S-WC8 边缘节点支持用户自定义算法可根据实际需求新增识别类别六、硬件部署方案6.1 部署点位规划根据水库的地形和风险等级将监测区域划分为三类合理布置设备核心监测区大坝、溢洪道、取水口。部署雷达水位计、高清枪机和 1 台 SE110S-WC8 边缘服务器重点监测水位和大坝安全重点监测区人员活动频繁的岸边、河道入口、垃圾容易堆积的区域。部署智能球机和高清枪机接入就近的边缘服务器一般监测区库湾、支流。部署高清枪机进行常规监测6.2 供电与网络方案供电方案优先采用太阳能 磷酸铁锂电池供电系统得益于 SE110S-WC8 仅 13W 的典型低功耗仅需配置 100W 太阳能板 100Ah 磷酸铁锂电池即可满足连续 7 天阴雨天正常工作有市电条件的区域可采用市电 太阳能互补供电进一步提升可靠性网络方案SE110S-WC8 原生支持 WiFi 和 5G 模块选配采用 4G/5G 无线传输优先选择 5G SA 网络保证数据传输的稳定性和低延迟支持多模多网无缝衔接偏远地区可采用卫星通信作为备份6.3 防护措施边缘计算节点 SE110S-WC8 采用工业级设计IP40 防护等级防尘防水抗电磁干扰可在 - 20℃~60℃宽温环境下稳定运行支持 5000 米高海拔使用完美适配水库野外极端环境摄像头采用 IP67 以上防护等级适应户外雨雪天气所有设备均安装防雷器和浪涌保护器防止雷击损坏摄像头和边缘盒子安装在 3-5 米高的立杆上防止人为破坏和水淹SE110S-WC8 支持壁挂 / 机架安装安装方式灵活可根据现场情况选择七、系统运维远程监控云端平台实时监控 SE110S-WC8 的运行状态、CPU / 内存使用率、网络状态、电池电量故障自动报警支持远程查看设备日志和调试信息远程升级SE110S-WC8 支持 OTA 远程批量升级算法模型和系统固件无需现场操作大幅降低运维成本数据备份SE110S-WC8 内置 32GB eMMC 本地存储支持 M.2 硬盘扩展断网时可本地存储 30 天以上的结构化数据和异常视频片段采用本地 云端双重备份机制确保数据安全日志管理完整记录所有操作日志、预警日志和设备运行日志支持追溯查询八、方案优势对比对比项传统人工巡检云端视频监控本边缘视觉监测方案采用 SE110S-WC8监测时间8 小时 / 天节假日休息24 小时但需人工查看24 小时全自动监测响应时间几小时到几天几分钟到几小时1 秒人力成本高中需专人盯屏低带宽成本无极高需传输所有视频极低仅传异常数据断网可用性不受影响完全瘫痪可独立运行数据本地存储 30 天覆盖范围有限广但人工无法全覆盖无死角全覆盖准确率受人员状态影响受人员注意力影响95%稳定可靠野外适应性受天气影响大一般极强-20℃~60℃5000 米海拔供电要求无高极低典型 13W适配太阳能