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 TOPS@INT8，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 1080P@480fps、8K/4K@30fps，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 CPU，8GB 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）