沂沭泗直管水閘IP監控方案

王從明 孔凡富

沂沭泗直管水閘IP監控方案

王從明 孔凡富

1 現狀及存在問題

沂沭泗流域地處我國南北氣候過渡地帶，降水年內分布不均，主要河道源短流急、峰高量大，洪水陡漲陡落，洪水預見期短、傳播快，流域各主要河湖又相互聯通，在洪水調度過程中，各水閘調度相互連動、互相制約，迫切需要建立一個集遠程監視與集中控制于一體的視頻監控系統，利用現代化計算機網絡通信技術，實現直管水閘遠程實時監控，便于對全流域洪水的集中管理和統一調度，發揮防洪、排澇、蓄水、灌溉、航運等綜合效益。

視頻監控系統采取模、數結合的方案，利用模擬光端機、矩陣等設備完成圖像信息的采集、傳輸、顯示和控制，利用數字錄像機進行編解碼和存儲。雖然每個系統在各自樞紐范圍內的獨立應用中，基本滿足了基層用戶的一般需求，并發揮了應有的作用，但是大部分視頻監控信息無法傳輸到沂沭泗局。由于使用模、數兩套完全異構的平臺，導致系統架構異常復雜，部署、安裝、維護困難，標準化和可擴展性差，管理難度大，很難進行大規模部署，無法適應監控系統規模和范圍越來越大的需要。

2 視頻監控技術

20世紀以來，視頻監控模式大致經歷了三個階段，即20世紀70年代發展的模擬視頻監控模式（VCR）、20世紀70年代發展的數字視頻監控模式（DVR）和本世紀初發展的網絡視頻監控模式（IP監控）。

VCR監控系統通常由攝像機、探測器、云臺等前端設備和傳輸系統、主控顯示記錄設備三大部分組成。前端攝像機獲取的視頻信號、監聽探測器獲取的聲音信號、報警探測器發出的報警信號、主控設備向前端設備傳送的控制信號以及供電電源等，通過傳輸系統進行傳送。主控系統對前端系統傳送回來的視頻信號、聲音信號和報警信號進行處理、顯示和傳送。

DVR監控系統是以數字視頻處理技術為核心，綜合計算機多媒體、局域網、數字壓縮、現代控制技術和人工智能合成技術的一種新型監控系統，它將監控系統和計算機系統有機結合在一起，實現了數據、語音、圖像的合成，并與先進的管理系統融為一體。DVR系統一般由攝像機、探測器、云臺等前端設備和傳輸系統、硬盤錄像機（DVR）等部分構成，具有多畫面處理、錄像、回放、矩陣控制、探測報警、遠程傳輸等功能。前端設備傳送回來的視頻信息、聲音信息和報警信息輸入DVR，由DVR從多路輸入信息中選取若干路模擬信息轉化成數字信息，完成信息的采集、瀏覽、存儲、操作和傳輸。

與VCR系統相比，DVR系統減少了大量設備和配置，提供了更好的圖像質量，并可在聯網的計算機上實現圖像監視與回放，具有VCR系統無法比擬的優點，自DVR技術推廣應用以來，已取代VCR技術成為主流的視頻監控技術。

IP監控以DVR技術為基礎，通過計算機網絡，完成數字視頻監控信號的采集、傳輸、瀏覽、存儲和操作。由于節省了傳統監控系統的布線和線路維護等大量費用，IP監控系統的建設成本大大降低。IP監控一般由攝像機、探測器、云臺等前端設備、網絡系統和集中管理系統等構成，同樣具有多畫面處理、錄像、回放、矩陣控制、探測報警、遠程傳輸等功能。前端設備一般采用網絡攝像機，或模擬攝像機與視頻服務器（DVS）組合，直接接入計算機網絡，實現遠距離監控。

與DVR系統相比，IP監控的前端設備直接連入計算機網絡，即插即看，減少了大量的模擬同軸電纜，節省了布線建網的成本，成本優勢很明顯。由于網絡攝像機、DVS等前端設備都是嵌入式設備，能夠適應惡劣條件，因此，IP監控的穩定性和可靠性很高。另外，IP監控基于開放、標準的IP技術，只要增加網絡攝像機或DVS等前端設備，就可以對系統輕松進行升級擴容。

3 沂沭泗直管水閘IP監控方案

由于沂沭泗直管水閘分布地域廣，基層管理單位分散，現有監控系統難以實現集中和統一運用，隨著直管工程統一管理和合理調度的需求不斷增加，沂沭泗直管水閘監控系統需要滿足可管理性、可靠性、易用性、可擴展性、業務融合、高兼容性等特點。

沂沭泗直管水閘IP監控系統由各監控站和監控中心兩部分組成，監控站和監控中心通過計算機網絡連接。每個基層局分別建設一個監控站，負責收集本基層局管理的直管水閘視頻信息，進行編碼、存儲，并連接計算機網絡。沂沭泗局建設監控中心，負責對全局所有的監控設備進行統一管理，并通過各監控站收集監控信息實現對所有直管工程集中監控。

（1）監控站。監控站設施由攝像機、監聽設備、對講設備、報警設備、編解碼器和電視墻等組成，其中攝像機、監聽設備、對講設備、編碼器和報警探頭是IP監控系統的前端設備。攝像機等前端設備通過編碼器，將模擬信息轉化為數字信息，并連接到網絡。監控站安裝電視墻設備，通過解碼器連接網絡，通過電視墻軟件控制視頻信息的切換，實現矩陣功能。

監控站的編解碼器與沂沭泗局計算機網絡連接，并連接監控中心。當監控站到監控中心的網絡帶寬足夠，允許監控中心集中存儲時，監控站可配置DVS編碼器；當網絡帶寬有限，無法在監控中心集中存儲時，采用支持前端存儲的DVR編碼器。

（2）監控中心。監控中心安裝視頻管理服務器，統一管理全局所有的監控設備，負責視頻監控的調度、設備配置、設備?；?、存儲管理和用戶權限認證信息的管理，并將報警信息、云鏡控制、解碼器輸出控制指令轉發到相關前端設備。視頻管理服務器支持沂沭泗流域GIS電子地圖，并在地圖上標注攝像機的具體布置。監控中心安裝電視墻設備，通過解碼器和電視墻軟件控制視頻信息的切換，實現矩陣功能。

（3）用戶訪問。沂沭泗局的用戶訪問監控信息有兩種方法：一是通過電視墻設備實現監控功能，由電視墻軟件進行切換和控制；二是通過WEB方式登錄監控中心的視頻管理服務器，在授權范圍內實現監控功能，通過客戶端瀏覽器進行切換和控制。各直屬局和基層局的WEB用戶直接從監控站編碼器獲取視頻信息，而沂沭泗局的WEB用戶通過視頻管理服務器轉發視頻信息，可以有效避免從網絡帶寬較低的廣域網上傳輸不必要的視頻信息，減輕網絡壓力，從而間接保證監控信息的實時性。

對比現有的水閘現地視頻監控系統，IP監控方案方案具有以下特點和優勢：

（1）統一的監控平臺。IP監控系統通過將編解碼器、網絡系統、視頻管理服務器和網絡存儲系統相互融和，優化了監控系統架構，提高系統的整體效能、可靠性，可以有效滿足沂沭泗局對直管水閘實施集中監控的需求。

（2）先進的系統架構。IP監控遵循標準的Internet架構，實現控制與交換相分離，由網絡來承載存儲流和實時流等業務流，由視頻管理服務器處理控制流，適合監控系統大規模擴展應用。控制、編解碼、存儲等環節全部采用國際標準技術實現，便于互連互通，整體架構開放設計，便于新技術新業務的引入及融和。

（3）高清實時的圖像質量。編碼器采用符合MPEG2/MPEG4/H.264等國際標準的圖像壓縮技術，可提供FULLD1高清晰圖像分辨率，編碼帶寬最高可達4M（MPEG4/H.264）～8M（MPEG2），在帶寬有保障的前提下，對于大動態圖像，更高的碼流支持可以提供更多的圖像細節和高清圖像質量。

（4）高實時性。IP監控可以在相關軟件的管理控制下，由前端編碼器將視頻監控信息編碼后，直接通過計算機網絡發送給后端解碼器解碼并輸出到電視墻顯示，從而避免了實時視頻流必須通過服務器轉發而存在的性能瓶頸、視頻和控制延遲等缺點，具備低于300毫秒的實時性能。

（5）專業可靠的海量存儲。IP監控支持網絡存儲和本地存儲兩種存儲模式。當實施集中存儲時，監控中心可配備專業可靠的海量存儲系統，集中存儲監控信息，專業的存儲系統支持各種RAID保護技術，支持硬盤熱備份和在線維護，任何一個硬盤損壞不會丟失數據，支持電源冗余，這些都是傳統DVR不具備的。

（6）視頻分發機制。IP監控的視頻管理服務器支持WEB用戶通過視頻管理服務器轉發和直接從編碼器獲取視頻信息兩種方式，根據沂沭泗局計算機網絡的帶寬狀況，各直屬局和基層局的用戶可以直接從編碼器獲取視頻信息，沂沭泗局的用戶可以通過視頻管理服務器轉發視頻信息，有效避免網絡帶寬較低的廣域網上傳輸不必要的視頻信息，減輕網絡壓力，有效保證監控信息的實時性。

（7）靈活高效的訪問方式。在監控站和監控中心，專業的監控用戶通過電視墻進行高清監控，并通過網絡的服務質量（QoS）等機制，提高監控信息傳輸的優先級，保證監控信息的實時性。而其他普通用戶，可以通過WEB方式，通過計算機網絡靈活的進行一般監控。

（8）可靠性。IP監控的前端設備均采用嵌入式設備，充分滿足高風險等級場所的高可靠性監控需求，平均無故障間隔時間、工作溫度范圍、防雷、防靜電、防潮、防霉等戶外防護等級較高，同時避免了采用通用軟件而帶來的防病毒、防攻擊等網絡安全問題，大大提高了產品的可靠性。

（9）業務融合。監控系統作為沂沭泗局水利信息系統之一，要求能夠與其他業務系統進行融合，如GIS、防汛調度系統等。IP監控的視頻管理服務器可以支持沂沭泗流域內GIS電子地圖，并在地圖上標注攝像機的具體布置，向視頻應用客戶端提供GIS電子地圖服務。

4 總結

本文在現場調研和查閱相關資料的基礎上，對沂沭泗直管水閘視頻監控的現狀和存在問題進行了總結。文章在對VCR、DVR和IP監控等三代視頻監控技術進行綜述和分析的基礎上，結合沂沭泗局的具體需求和實際情況，提出了沂沭泗直管水閘IP監控方案，并在統一管理、專業存儲、高可靠性等方面對方案特點和優點進行了總結

淮河流域水資源保護局233001 安徽安兆工程技術咨詢服務有限公司 233001）