水利視頻監控系統（一）「完整解決方案實例」

        一、引言

        二、系統介紹

        2.1 監控點位選擇

        2.2 系統總體結構

        2.3 工程實施中的關鍵點

        2.3.1 設備選型要求

        2.3.2 防雷要求

        2.3.3 監控中心建設

        三、軟件平臺

        3.1 軟件系統架構

        3.2 軟件主要特點

        3.2.1 視頻監控與水雨情及工情數據庫的整合

        3.2.2 水位報警聯動

        3.2.3 適合水利行業應用的視頻效果

        3.2.3.1 低延時視頻

        3.2.3.2 預置位設置

        3.2.3.3 流域監控

        3.2.3.4 分級監控

        3.2.4 矢量電子地圖

        3.2.5 自定義水利事件

        四、應用效益

        4.1 防洪救災和水資源管理

        4.2 水污染處理

        4.3 航運管理

        五、展望和總結

        5.1 無線監控系統

        5.2 智能識別和檢測

        5.3 結束語

        一、引言

        水利是國民經濟的基礎行業，我國地域遼闊，水利資源分布區域較廣，大小江河、湖泊、水庫和附屬的堤壩、閘門、涵洞眾多，要管理和利用好這些水資源和水利設施，做到日常管理與防汛指揮、抗洪搶險并用，遠程的調度、檢測和維護是必不可少的，這些是水利信息化即數字水利的主要內容，是帶動水利現代化的重要措施。

        在數字水利系統的建設中，水利部門通過數字攝像、測量、遙感、地理信息系統、GPS等方式來實現數據的采集，通過光纜、衛星、微波等傳輸方式將數據進行處理、存儲和利用，從而建立一個覆蓋整個流域的信息化系統，本文論述的水利視頻監控系統正是數字水利的重要組成部分，也是近期數字水利系統建設中的熱點和亮點。通過該系統工作人員可在監控中心或者工作計算機上實時監控各個水利設施的情況，實時觀測到水資源的現狀，大大提高了工作效率;在抗洪救災時刻，通過本系統可實現遠程觀測和指揮，特別是對于一些由于惡劣氣候條件而導致人員難以達到的地區，該系統更是起到了不可替代的作用。

        北京聚英翱翔電子有限公司近幾年參與建設了水利行業的多個視頻監控系統，積累了豐富的系統設計和應用經驗，特別是在水利視頻監控軟件開發上形成了顯著特色，獲得了水利部門領導的認可和好評。并有現成的大量的案例，不僅是水利，油田，煤礦，車聯網、城市規劃等都有現成的技術解決方案。并配合相使用RTU和DTU使用。本文將結合已建系統對水利視頻監控系統軟件平臺的設計和應用進行重點論述。

        二、系統介紹

        2.1監控點位選擇

        水利工程視頻監控系統應根據水庫、閘站、海塘、分滯洪區、重要測流斷面等不同監控對象的特點，兼顧防汛及工程管理，合理選擇監控點位。監控點位 布設應滿足對以下監控對象的有效觀察：

        水庫：大壩、溢(泄)洪道、泄洪閘、泄洪洞、水位尺;

        閘站：閘站建筑主體、閘門、上(下)游水域及堤防、水位尺;

        堤防：堤頂、路面及附近水域;

        分滯洪區：分洪閘、爆破點;

        重要測流斷面：水域、水位尺;

        避風港：水域。

        2.2系統總體結構

        在上圖中我們將整個系統劃為三級，第一級是省廳監控中心，第二級是各個縣市的監控中心，第三級為各個大中型水庫和水利工程設施管理處(監控站)及其管轄的各個監控點，這也符合水利行業分段管理，統一協調的特點。

        監控點和監控站之間的視頻連接可采用模擬傳輸方式，通過線纜或者光纖傳送模擬信號至監控站，而后在監控站進行數字化壓縮，也可將視頻信號直接在監控點進行數字化壓縮并通過網絡上傳至監控站。

        各個監控站，縣市監控中心和省監控中心間通過水利專網實現連接，壓縮視頻數據包在該網絡上通過流媒體服務器轉發或分發至客戶端，用戶通過客戶端實現監控操作，以上操作均在各縣市和省級監控中心的管理服務器管轄之下。

        管理服務器和流媒體服務器可實現多服務器級聯，從而形成一個覆蓋全省的視頻監控系統。

        在條件許可的情況下，也可將監控點的視頻信號以非壓縮方式通過光纖傳送到各個縣市的監控中心，此時在各監控中心可看到完全實時的非壓縮視頻，效果更勝一籌，當然成本也有所提高。

        2.3.1工程實施中的關鍵點

        主要介紹水利視頻監控軟件平臺的應用，在此僅對工程實施中的幾個關鍵點作一介紹。

        設備選型要求

        在監控現場應選用高清晰的低照度攝像機，一般可選用一體化球型攝像機，如考慮采用紅外方式作為夜間監控的手段，應考慮采用具備彩轉黑功能的槍型攝像機，由于水利工程的覆蓋面比較廣，應選擇高倍數攝像機以滿足大范圍監控的要求。

        作為核心的編碼設備，在水利工程中推薦采用視頻服務器實現視頻的實時傳輸以滿足低延時的要求，同時也可配備硬盤錄像機實現錄像備份。

        水利視頻監控工程往往建設在野外，氣候條件惡劣，特別是在系統使用最為頻繁的抗洪救災時刻，往往出現大風大雨等惡劣氣候條件，所選用的攝像機等戶外設備必須能在防雨、防腐蝕等惡劣環境下使用，支架和立桿必須考慮到抗臺風的要求。

        現有的水利工程中，有不少未安裝燈光照明系統，而夜間又往往是抗洪救災的關鍵時刻，因而在系統設計時應充分考慮夜間監控的要求，通過燈光或者紅外光實現夜間監控。

        2.3.2防雷要求

        水利工程往往建設在野外空曠之處，易受到雷電侵襲，監控點設備的電源一般在現場就近取用，也易受雷電波影響產生高壓和浪涌電流，為了設備能可靠、長久地運行，攝像機桿和前端機箱須接地;對攝像機的視頻信號均應配置防雷設備，以防止雷電對攝像機等設備的損壞;對各監控站點均應配置電源浪涌保護器，防止雷電的侵襲。

        2.3.3監控中心建設

        監控中心應確保采用成熟可靠的網絡系統，用于安裝服務器軟件的計算機硬件設備必須穩定可靠，同時應充分考慮與視頻會商系統的協同工作和設備復用，實現監控系統和會商系統的有機結合。

        三、軟件平臺

        3.1軟件系統架構

        軟件系統主要由管理服務器軟件，客戶端軟件以及流媒體服務器軟件組成，支持C/S和B/S兩種模式。軟件系統主要架構如下圖

        管理服務器軟件主要完成所有管轄范圍內硬盤錄像機、視頻服務器的參數屬性設定，用戶、組、角色的權限設定，日常LOG文件的管理，以及數據備份、還原處理。

        流媒體服務器軟件實現對音視頻流轉發，分發和流控，各個縣市網絡互聯部分往往帶寬比較低，容易造成擁堵，系統將配備相應的流媒體服務器實現數據轉發以降低網間數據流量，防止網絡瓶頸的產生，該服務器可按照網絡拓撲進行級聯。

        在用戶操作電腦上安裝客戶端軟件實現對監控點的監視和控制，同時實現錄像、報警和管理功能，用戶也可以不安裝任何軟件，直接通過IE瀏覽方式實現軟件基本功能，即實現B/S方式的監控。

        GIS 服務器提供相應的地圖數據，軟件通過該服務器結合矢量方式的電子地圖。水利數據庫和相應的水利業務系統由水利部門提供開發接口，軟件通過該數據庫獲取水雨情及工情信息，進而實現和水雨情及工情信息的聯動。

        3.2軟件主要特點

        作為一套平臺型軟件，當然應具有視頻監控中諸如監控、錄像、管理等基本功能，上述功能在眾多的文獻中均有詳細論述，筆者不再贅述，下面重點介紹針對水利行業特點所作的開發和設計。

        接下文： 3.2 軟件主要特點 四、應用效益 五、展望和總結