【安防知識網(wǎng)】在水利系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設，能夠為水利系統(tǒng)日常管理工作、防汛抗旱指揮調(diào)度帶來更大的便利以及更高的工作效率。

　　項目建設的必要性

　　沂沭泗流域地處我國南北氣候過渡地帶，降水年內(nèi)分布不均，多集中于汛期。降水年季變化較大，最大年雨量是最小年雨量的4倍多，主要河道源短流急、峰高量大，洪水陡漲陡落，往往在暴雨結(jié)束后的幾個小時之內(nèi)，主要控制站就出現(xiàn)洪峰，洪水預見期短、傳播快。流域各主要河湖又相互聯(lián)通，洪水調(diào)度過程中，某一控制點的動作，往往會產(chǎn)生一連串的反應，樞紐調(diào)度相互聯(lián)動、互相制約，各直管控制性水閘調(diào)度十分頻繁。

　　要達到在確保工程安全前提下，充分發(fā)揮防洪工程的作用，最大限度地減少受災范圍和洪災損失，在提高防洪工程體系防洪能力的同時，建設防汛指揮系統(tǒng)是非常必要的，而水閘監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)建設又是防汛指揮系統(tǒng)中非常重要的一環(huán)，有了暢通可靠的水閘監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)，才能使各級防汛指揮部門及時掌握水情、雨情、工情實況及其發(fā)展趨勢，作出洪水預報，下達調(diào)度指令，指揮搶險救災。如果缺乏有效的可靠的系統(tǒng)集成手段，險情不能及時上報，上級指令不能迅速下達，就會貽誤時機，造成不必要的損失。因此，沂沭泗流域的防汛任務越來越重，對直管工程監(jiān)視監(jiān)控手段的要求也越來越高，建設高效、可靠、先進、實用的水閘監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)十分必要也迫在眉睫。

　　項目設計原則及目標

　　根據(jù)前期調(diào)研的沂沭泗水利管理局直管水閘監(jiān)視系統(tǒng)的建設情況，結(jié)合沂沭泗水利管理局通信與網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設與規(guī)劃，采取工程管理通信和防汛指揮調(diào)度通信相結(jié)合的方式，統(tǒng)一組網(wǎng)，資源共享，充分發(fā)揮現(xiàn)有通信與網(wǎng)絡的整體效益。充分利用現(xiàn)有資源，減少投資費用。按照國際及國家的統(tǒng)一標準，做到結(jié)構(gòu)化、模塊化、標準化，按開放式系統(tǒng)要求進行設備及軟件選配。

　　本系統(tǒng)工程在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，新建及改造完善沂沐泗水利管理局直管水閘的監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)視監(jiān)控信息的上傳下達，監(jiān)視監(jiān)控信息能夠在基層局、直屬局、沂沐泗局本部和水利廳之間共享。

　　系統(tǒng)組成及特點

　　本系統(tǒng)工程主要包括信息采集系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡系統(tǒng)和監(jiān)控中心管理平臺軟件系統(tǒng)三部分組成，其中信息采集系統(tǒng)包括視頻以及自動化工情信息采集兩個部分，本文僅以視頻信息采集系統(tǒng)為主(如圖1)。

圖1 圖像采集設備網(wǎng)絡拓撲圖

　　沂沭泗水利管理局主要水閘運行圖像實時采集與傳輸系統(tǒng)工程是在現(xiàn)有資源，包括已建的各個閘站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)以及相關(guān)水利專網(wǎng)、微波網(wǎng)等資源，實現(xiàn)省廳與沂沭泗水利管理局，沂沭泗水利管理局與下轄各個樞紐、基層局以及基層局與各閘站之間的網(wǎng)絡互聯(lián)、數(shù)據(jù)通訊交換。利用這些資源軟硬件基礎(chǔ)平臺資源，通過增加相關(guān)自動化接口、網(wǎng)絡設備、視頻及監(jiān)控采集、傳輸設備和相應的軟件(開發(fā)的平臺及應用軟件)實現(xiàn)各閘站點視頻圖像、計算機監(jiān)控信息上傳至省廳、沂沭泗水利管理局，滿足工程管理和防汛調(diào)度、指揮工作需要。 [nextpage]

　　視頻監(jiān)視信息采集

　　視頻監(jiān)視信息采集主要實現(xiàn)前端圖像信息的采集、傳輸、視頻壓縮解碼器、圖像集中顯示的功能。它既包括了固定圖像信息采集也包含了移動圖像信息采集，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)10個橋頭堡控制室、6個基層局控制室、3個直屬局控制室對管轄閘壩圖像的實時監(jiān)視，并通過網(wǎng)絡和部分現(xiàn)有控制設備對前端球形攝像機進行控制。該系統(tǒng)設計中還包括了防雷保護和備用電源，為系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行提供充足保障。

　　閘門視頻監(jiān)視信息采集包括：圖像采集設備、信號處理設備、信息顯示設備。室外圖像采集設備包括：固定圖像采集設備和移動圖像采集設備;信號處理設備包括：模數(shù)信號轉(zhuǎn)換傳輸設備、視頻壓縮編碼存儲設備、視頻解碼設備、網(wǎng)絡控制鍵盤;信息顯示設備包括：液晶電視、控制電腦。

　　圖像采集設備主要安裝在各個主要閘站閘壩上下游、通信鐵塔等固定位置，主要用于監(jiān)控閘壩宏觀場景、水位高度、閘門開啟等實時情況。圖像采集設備包括：各相關(guān)閘站原有攝像機、新增的全天候室外快球球機、攝像機安裝桿、接地防雷保護、設備安裝箱、三合一視頻防雷器。

　　本系統(tǒng)共使用一體化攝像機21臺(新增)、安裝桿18根、接地防雷保護18套、設備安裝箱21個、三合一視頻防雷模塊21個。

　　視頻監(jiān)視信息傳輸

　　因圖像采集設備與信號處理設備之間距離長，采用傳統(tǒng)模擬信號進行傳輸，信號衰減大且抗干擾能力弱，容易受環(huán)境影響、傳輸質(zhì)量低劣、長期工作穩(wěn)定性差以及一般傳輸線纜防雷保護問題，因此采用敷設光纜作為信號主要傳輸通道。將固定圖像采集設備輸出的模擬視頻信號和控制信號，經(jīng)過光電信號轉(zhuǎn)換傳輸設備處理后通過光纖傳輸至水閘調(diào)度控制室(或基層局控制室)，在控制室將數(shù)字信號還原為模擬視頻信號和控制信號。模擬視頻信號經(jīng)分配器分配后分別供給視頻矩陣設備和硬盤錄像機使用，硬盤錄像機將模擬視頻信號壓縮成視頻流用于發(fā)布和存儲(如圖2)。水閘調(diào)度控制室(或基層局控制室)、直屬局控制室、沂沭泗管理局、淮河水利委員會可以通過局域網(wǎng)、城域網(wǎng)訪問硬盤錄像機，調(diào)用實時監(jiān)控圖像和錄像資料，并通過硬盤錄像機控制前端圖像采集攝像機。

圖 2 水閘圖像采集信號傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

　　為滿足各管理局對水閘監(jiān)視圖像信息顯示的需求，各橋頭堡控制室、基層局控制室、直屬局控制室、沂沭泗管理局、水利廳均配置視頻解碼器，該設備通過網(wǎng)絡將硬盤錄像機壓縮的視頻流還原成模擬視頻信號，用于后端信息顯示設備。

　　監(jiān)控中心管理平臺軟件

　　管理平臺軟件系統(tǒng)，將水、工情綜合數(shù)據(jù)庫(工情基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實時工情數(shù)據(jù)、實時監(jiān)控視頻圖像)等信息進行發(fā)布和分析，并通過統(tǒng)一的身份認證向用戶提供適合的信息展現(xiàn)。

　　系統(tǒng)由應用支撐平臺、水閘視頻監(jiān)視信息查詢管理等模塊組成。支撐平臺作為整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)和框架為其他應用模塊提供統(tǒng)一身份驗證和信息交換接口;工程調(diào)度運行管理系統(tǒng)對水利工程和設施的實時運行進行監(jiān)控，具備對閘門運行調(diào)度指令、工作狀態(tài)、水位、流量等有關(guān)信息的傳輸、存儲、查詢、數(shù)據(jù)庫設計及有關(guān)管理等功能;水閘視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)通過直觀的視頻監(jiān)控對間站運行進行監(jiān)視管理，提供有線設備的管理、視頻數(shù)據(jù)的采集處理、多級視頻監(jiān)視等功能。

　　用戶通過統(tǒng)一的管理后臺維護用戶角色定義和權(quán)限分配，利用標準化的信息共享技術(shù)向外提供開放接口，方便應用集成。并對已有系統(tǒng)進行集成，避免重復建設，實現(xiàn)信息共享。[nextpage]

　　項目特色

　　本項目的視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合了視頻編碼技術(shù)、網(wǎng)絡傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、流媒體技術(shù)和嵌入式技術(shù)的綜合應用系統(tǒng)。這種視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種全數(shù)字化、全網(wǎng)絡化的系統(tǒng)，可以同現(xiàn)有的多媒體系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)集成，方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的共享。

　　支持多人同時監(jiān)控(或多監(jiān)控中心)、跨區(qū)域分級監(jiān)控，可以實現(xiàn)多達幾千個監(jiān)控點的超大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)，還擁有高質(zhì)量的視頻圖像、強大的用戶管理功能、系統(tǒng)的兼容性、方便的可擴展性等眾多優(yōu)點，是當今最先進的視頻監(jiān)控系統(tǒng)之一。

　　多級異構(gòu)視頻監(jiān)控網(wǎng)絡，采用有線、無線(微波等)及光纖線路等通信網(wǎng)絡傳輸視頻信號。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點

　　網(wǎng)絡瀏覽

　　共享平臺內(nèi)用戶經(jīng)授權(quán)后，能通過標準Web瀏覽器瀏覽實時和歷史圖像;測覽歷史圖像數(shù)據(jù)時，可以根據(jù)時間、事件等信息分類進行。

　　圖像管理功能

　　共享平臺內(nèi)用戶經(jīng)授權(quán)后，可顯示、存儲、檢索、回放所選攝像機實時圖像，可遠程回放前端的任一攝像頭的有效時段內(nèi)的歷史圖像，時間根據(jù)服務器存儲空間大小可設，回放方式有逐幀、慢放、常速、快速以及放大、縮小等多種方式。

　　遠程多級聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)訪問

　　遠程多級聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)訪問功能可以將監(jiān)控點的圖像、聲音通過IP網(wǎng)絡傳輸至更高級別的監(jiān)控中心，為領(lǐng)導決策提供快捷、直觀的信息，提高了處理突發(fā)事件的反應能力。

　　遠程多級聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)訪問采用多級別多中心級聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)，中心系統(tǒng)主要由中心系統(tǒng)管理服務器、主控制軟件、IP矩陣、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務器、網(wǎng)絡存儲服務器等一系列模塊化設備構(gòu)成。中心管理服務器是整個系統(tǒng)的核心部分，其它的模塊、前端設備以及權(quán)限、用戶所操作的各項功能都是由該模塊來管理控制。系統(tǒng)中除了中心系統(tǒng)管理服務器以外，其他的模塊設備則可以根據(jù)現(xiàn)場項目需求隨意增減，充分地體現(xiàn)了整個系統(tǒng)設計的靈活性和實用性。

　　系統(tǒng)底層是一些分布較多的前端視頻設備，這些設備是目前市場主流的多種成熟品牌的嵌入式硬盤錄像機、視頻服務器等網(wǎng)絡視頻設備。由這些視頻設備將壓縮的視頻點的音視頻信號通過TCP/IP網(wǎng)絡傳輸給所屬中心的中心系統(tǒng)管理服務器。

　　所有用戶都要到系統(tǒng)中心進行認證之后才能行使自己的權(quán)限功能。

▲ 圖3 沂沭泗局主要水閘運行圖像實時采集與傳輸系統(tǒng)拓撲圖[nextpage]

　　錄像管理

　　本地錄像存儲由后臺管理人員在進行實時視頻監(jiān)控時，臨時需要進行抓拍錄像保存時采用，其所抓拍錄制的文件保存在管理人員的辦公監(jiān)控計算機本地硬盤中，只能供計算機本地用戶進行檢索調(diào)用回放。

　　遠程錄像存儲由網(wǎng)絡管理中心的錄像文件服務器負責實行骨干網(wǎng)絡存儲，其根據(jù)管理人員的需要提前設定好存儲的觸發(fā)條件。

　　系統(tǒng)統(tǒng)安全管理

　　系統(tǒng)實行操作權(quán)限管理，按工作性質(zhì)對每個用戶賦于相應權(quán)限等級，系統(tǒng)登錄、操作都要進行權(quán)限查驗;系統(tǒng)所有重要操作，如登錄、控制、退出、報警確認等，均有操作記錄，系統(tǒng)可對操作記錄進行查詢和統(tǒng)計，所有操作記錄具有不可刪除和不可更改性;保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息不被竊取和破壞;系統(tǒng)保存的所有重要數(shù)據(jù)，包括用戶信息、操作記錄、日志等，都具有不可刪除和不可更改性。

▲ 洪水調(diào)度過程中，某一控制點的動作，往往會產(chǎn)生一連串的反應

　　結(jié)語

　　近年來，在水利部“以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化”的發(fā)展思路推動下、防汛指揮及信息化建設的不斷深入，新的技術(shù)手段不斷的提高和豐富，信息來源和種類日益擴展，建立一個統(tǒng)一的展示平臺和信息集成分析平臺成為可能。通過本系統(tǒng)的實施，可實時采集各有關(guān)重要站點的水位、閘門啟閉等數(shù)據(jù)，及時獲取現(xiàn)場監(jiān)控視頻，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)的集成和分析。通過不同的顯示界面及方式，在省廳、直屬局以及基層局等單位進行生動、形象、直觀的展示與管理，可以從宏觀上考察本工程的6個水利樞紐工程、防汛設施的整體布局，了解每處工程的作用及各類設施之間的相互關(guān)系，進一步提高防汛決策管理水平，并為可視化實時會商環(huán)境提供必要的技術(shù)基礎(chǔ)，以實現(xiàn)水利信息傳輸快速化、業(yè)務管理高效化、指揮調(diào)度科學化。