Hikvision AIoT technologies facilitate hydrological governance and flood prevention

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Die hydrologische Station Zhijiang liegt am Fluss Qiantang in Hangzhou, Provinz Zhejiang, in China. Wie bei allen Flüssen müssen auch beim Qiantang die Pegelstände genau überwacht werden, um bei Hochwasser rechtzeitig Warnungen herausgeben zu können und die Gemeinden am Fluss zu schützen.

Die Herausforderung – Sichere Echtzeit-Überwachung des Flusspegels

Jiajian Shao, Ingenieur für Hydrologie, arbeitet dort seit 10 Jahren. Er hat eine berufsbedingte Gewohnheit entwickelt – ob am Wochenende oder in der Nacht, solange es regnet, fragt er sich: Steigt der Pegel? Um wie viel schneller ist die Strömung? Wie lange wird es regnen? Bei starken Regenfällen nimmt seine Besorgnis zu, da es zu Überschwemmungen kommen könnte.

„Hydrologische Forschung ist hier, als würde man den Puls eines Flusses messen. Änderungen von Messgrößen wie Wasserstand, Fließgeschwindigkeit und Durchflussrate sind die Pulsschläge“, sagt Shao. Er fügt hinzu, dass die Sicherheit der Menschen, die am Fluss leben, bei steigendem Wasserstand nur dann gewährleistet werden kann, wenn man die aktuellen hydrologischen Entwicklungen in Echtzeit verfolgt. Außerdem werden hier auch Daten erhoben, die den Entscheidungsträgern bei der Bewirtschaftung des Flussmündungsgebiets sowie beim Schutz und bei der Entwicklung der lokalen Wasserressourcen helfen können.

Zum Glück hat Shao Helfer – die Geräte und die Plattform, die immer intelligenter werden. Im Jahr 2019 hat das Hydrologische Zentrum der Provinz Zhejiang in Zusammenarbeit mit Hikvision ein gemeinsames Labor eingerichtet. Damit wurde die Station modernisiert und datenbasierter und intelligenter ausgerichtet.

Unter dem Einfluss der Anziehungskräfte von Sonne und Mond steigt und fällt der Pegel des Qiantang zweimal täglich, wobei der Tidenhub zu Beginn und in der Mitte eines Mondmonats höher ausfällt. Zu diesen Zeiten muss der Fluss verstärkt überwacht werden, und Shao und seine Kollegen gehen hin, um den Durchfluss zu messen.

Gemessen wird auf beiden Seiten des Flusses über eine Strecke von 900 Metern. In der Regel müssen sie dafür zwei Rundfahrten mit dem Boot unternehmen. Während des Drachenbootfestes im Jahr 2022 wurde der Oberlauf des Flusses von heftigen Regenfällen heimgesucht, in deren Folge viele Äste und andere Gegenstände auf dem Wasser flussabwärts trieben. Darum musste das Team bei der Messung vorsichtig sein und den treibenden Objekten ausweichen. So dauerte eine Rundfahrt fast 40 Minuten. In der Hochwassersaison müssen die Daten häufiger an das hydrologische Zentrum der Provinz gemeldet werden, weshalb die Forscher den Durchfluss mit effizienteren Verfahren in Echtzeit messen müssen.

Die Lösung – Fernüberwachungsgeräte steigern die Effizienz

Mit Fernüberwachungsgeräten ist es nun möglich, den Puls des Flusses rund um die Uhr zu verfolgen. Die Daten werden erfasst und direkt an das Verwaltungssystem weitergeleitet, wodurch die hydrologische Untersuchung effizienter wird. Andere Technologien, wie eine Wasserstandskamera und ein Algorithmus zur Wasserstandserkennung im Backend, identifizieren nicht nur Pegeländerungen und erfassen die Daten, sondern speichern auch Bilder vor Ort, um die anschließende Datenvalidierung zu erleichtern.

Wenn es nun regnet, braucht Shao nur den Computerbildschirm einzuschalten, um Informationen wie Wasserstand, Durchflussmenge und Niederschlag sowie den Status des Betriebsmanagements, z. B. den Abschluss von Inspektionsaufgaben und den Materialbestand, abzurufen.

Verarbeitung von 576 Datensätzen

Shao und seine Kollegen sichten routinemäßig jeden Morgen eine Reihe von Kenndaten wie Wasserstand, Niederschlag und Durchflussmenge, bevor sie Wasserstandsinformationen an das hydrologische Zentrum der Provinz weiterleiten. Weichen die Daten stark vom Normalwert ab oder deutet die Tendenz der Daten auf eine Ausnahme hin, müssen sie persönlich nachforschen und die Ursache herausfinden.

Die Sichtung der Daten ist eine Geduldsprobe. Die beiden Fernüberwachungsgeräte, die sich auf den Pegelbeobachtungsstationen auf beiden Seiten des Flusses befinden, geben im Durchschnitt alle fünf Minuten einen Datensatz aus. Insgesamt werden von den beiden Geräten jeden Tag 576 Datensätze erfasst. Da auch der automatische Regenmesser, die Messboje und andere Geräte Daten generieren, ist die Sichtung all dieser Daten eine immense Aufgabe.

Die Anwendung „Daily Tasks And Work Management“ erfasst und berechnet automatisch die verschiedenen hydrologischen Daten und zeigt Differenzen direkt an. Dies ist für die Forscher eine große Hilfe, indem sie die höchsten und niedrigsten Werte eines Tages sowie die Uhrzeit, zu der diese Werte erreicht wurden, auf einem Bildschirm einsehen können. Sie können diese aktuellen Zahlen dann leicht mit früheren Aufzeichnungen vergleichen, um den Umfang einer Veränderung zu erkennen. Das System berechnet automatisch die Differenz zwischen den von den primären und sekundären Überwachungsgeräten erfassten Daten. Wenn die Differenz zu groß wird oder Daten fehlen, weist das System die Bediener drauf hin, dass sie eine Korrektur vornehmen müssen.

Eine App zur Optimierung der Inspektionen

Mit einer App für die Verwaltung hydrologischer Inspektionen kann ein Manager auch Aufgaben wie Wasserstandsmessungen oder Dichtheitsprüfungen für Türen, Fenster oder Wände vergeben und deren Fortschritt verfolgen.

Eine der beiden Pegelbeobachtungsstationen liegt 900 Meter entfernt auf der anderen Seite des Flusses, was die täglichen Kontrollen erschwert. Mit den technischen Möglichkeiten, die die Inspektionsengine der App bietet, werden jedoch sowohl die Effizienz als auch die Qualität der Kontrollen verbessert.

Ein holografisches Display visualisiert die Daten und der intelligente Alarm gibt rechtzeitig eine Warnung aus

Mit Hilfe von Augmented Reality (AR) werden hydrologische Daten wie Bodenfeuchtigkeit, Verdunstung und Niederschlag bis hin zum Gerätestatus visualisiert. Sie ermöglicht eine holografische Darstellung all dieser Informationen in Echtzeit und hilft den Forschern, deren Veränderung zu überwachen.

Wenn ein Wert über einen voreingestellten Schwellenwert ansteigt, wird das intelligente Alarmsystem ausgelöst, das die Bediener durch ein Blinksignal warnt, damit sie schnell mit der Suche nach der Ursache beginnen. Aktuelle und frühere Videoaufnahmen und Datensätze werden gleichzeitig dargestellt, um die Forscher bei der Reaktion zu unterstützen und sie anzuweisen, rechtzeitig Alarm zu schlagen, um Naturkatastrophen zu verhindern.

„Diese modernen technischen Mittel haben unsere Untersuchungsmethoden sehr verbessert und die hydrologische Arbeit ist jetzt standardisierter und geregelter“, sagt Shao.

Jedes Jahr während der Hochwassersaison spielt die von der hydrologischen Station durchgeführte Überwachung eine entscheidende Rolle bei der Hochwasserbekämpfung und -prävention. Mit der Bereitstellung von Geräten für die berührungslose Überwachung hydrologischer Merkmale, wie z. B. des hyperspektralen Wasserqualitätsmonitors, der den Zugriff auf hydrologische Daten aller Art ermöglicht, hat Hikvision sein Know-how im Bereich intelligenter Echtzeit-IoT ins Spiel gebracht, um den Betrieb und die Forschung in der hydrologischen Station zu optimieren. Hikvision wird auch in Zukunft mit seinem Partner zusammenarbeiten, um einen Beitrag zur Sicherheit der Menschen am Fluss zu leisten.