視頻監(jiān)控與船閘PLC控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)畫(huà)面自動(dòng)切換的探討

摘 要：介紹利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控，通過(guò)視頻畫(huà)面自動(dòng)切換軟件，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控視頻與PLC控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)船閘運(yùn)行中重要部位影像實(shí)時(shí)針對(duì)性的瀏覽，有效提高了船閘運(yùn)行的安全性。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控畫(huà)面；船閘PLC；自動(dòng)切換

視頻監(jiān)控系統(tǒng)從技術(shù)角度出發(fā)，可劃分為第一代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV），第二代基于“PC+多媒體卡”數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)（DVR），以及第三代完全基于IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)（IPVS）。

第三代視頻監(jiān)控與前兩代系統(tǒng)相比具有巨大優(yōu)勢(shì)：1）前端視頻圖像采集：所有攝像機(jī)都通過(guò)經(jīng)濟(jì)高效有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)簡(jiǎn)單連接到網(wǎng)絡(luò)，能夠利用現(xiàn)有局域網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。2）視頻信號(hào)傳輸：可以使用5類(lèi)網(wǎng)絡(luò)纜或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)方式傳輸攝像機(jī)輸出圖像以及水平、垂直、變倍（PTZ）控制命令（甚至可以直接通過(guò)以太網(wǎng)供）。3）視頻存儲(chǔ)和升級(jí)：一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器和一套控制管理應(yīng)用軟件就可運(yùn)行整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，可輕松添加更多攝像機(jī)，中心服務(wù)器將來(lái)能夠方便升級(jí)到更快速處理器、更大容量磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器以及更大帶寬等。4）視頻播放：任何經(jīng)授權(quán)客戶(hù)機(jī)都可直接訪(fǎng)問(wèn)任意攝像機(jī)，也可通過(guò)服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn)監(jiān)視圖像。另外在視頻二次開(kāi)發(fā)方面也具備巨大優(yōu)勢(shì)。

基于以上優(yōu)勢(shì)，沙集船閘在完成第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造后，通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)軟件，將視頻監(jiān)控與PLC控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，監(jiān)控畫(huà)面成組自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)船閘運(yùn)行中對(duì)重要部位影像針對(duì)性的實(shí)時(shí)瀏覽。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組成

（一）需求和目標(biāo)

從保證船閘安全可靠運(yùn)行，高效運(yùn)營(yíng)管理及調(diào)度管理、提升船閘對(duì)外服務(wù)水平等方面綜合考慮，通過(guò)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)，利用數(shù)字視頻監(jiān)視設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)船閘控制、船閘調(diào)度的監(jiān)視力度，直觀地反映船閘重要部位的現(xiàn)場(chǎng)情況，如實(shí)地顯示和記錄各個(gè)場(chǎng)所現(xiàn)場(chǎng)圖像。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于擴(kuò)展，方便維護(hù)和檢修。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)省廳航道局+市航道處+閘管所的三級(jí)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

（二）方案及點(diǎn)位布設(shè)

采用基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機(jī)采用IP網(wǎng)絡(luò)型攝像機(jī)。其中，引航道、閘門(mén)、閘室等處室外攝像機(jī)采用可遙控網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，售票處、辦公室、閘首機(jī)房等室內(nèi)攝像機(jī)采用普通網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。其中室外網(wǎng)絡(luò)高清遙控?cái)z像機(jī)7套、室外網(wǎng)絡(luò)標(biāo)清遙控?cái)z像機(jī)1套、室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)清攝像機(jī)13套，共計(jì)21套。監(jiān)控點(diǎn)位平面布置示意圖見(jiàn)下圖。

（三）監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)傳輸方案

整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用純網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中，上左閘首機(jī)房附近各攝像機(jī)（7套）通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)由三層千兆以太網(wǎng)交換機(jī)匯集后，經(jīng)過(guò)光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳輸至中心機(jī)房；下左閘首機(jī)房附近各攝像機(jī)（6套）通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)由三層千兆以太網(wǎng)交換機(jī)匯集后，經(jīng)過(guò)光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳輸至中心機(jī)房；辦公樓附近各攝像機(jī)（4套）通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)由三層千兆以太網(wǎng)交換機(jī)匯集后，經(jīng)過(guò)光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳輸至中心機(jī)房；售票處各攝像機(jī)（4套）通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)直接與中心機(jī)房的三層千兆以太網(wǎng)交換機(jī)相連接。在中心機(jī)房設(shè)置網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)設(shè)備1套用于存儲(chǔ)各攝像機(jī)的網(wǎng)絡(luò)視頻圖像。在上、下閘首機(jī)房現(xiàn)地操作室設(shè)置視頻監(jiān)控主機(jī)，用于對(duì)圖像的顯示和瀏覽，并實(shí)現(xiàn)與控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能。在所長(zhǎng)辦公室設(shè)置視頻監(jiān)控主機(jī)1套用于對(duì)各實(shí)時(shí)圖像的瀏覽。在辦公樓三樓會(huì)議室設(shè)置視頻監(jiān)控主機(jī)1套和大屏監(jiān)視器用于船閘應(yīng)急指揮調(diào)度。視頻系統(tǒng)可通過(guò) VPN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)監(jiān)控主機(jī)可以對(duì)船閘各視頻監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行控制切換及瀏覽等功能。

（四）監(jiān)控畫(huà)面自動(dòng)轉(zhuǎn)換軟件

監(jiān)控畫(huà)面自動(dòng)轉(zhuǎn)換軟件由INFINOVA V2216網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件、施耐德OPC服務(wù)器軟件-OFS、現(xiàn)場(chǎng)PLC信號(hào)采集及事件報(bào)警觸發(fā)軟件——數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)三個(gè)軟件組成。

1）INFINOVA V2216網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件由服務(wù)器（3個(gè)模塊）與客戶(hù)端（2個(gè)模塊）組成，共包含以下5個(gè)模塊：①CMS：中心管理服務(wù)器，負(fù)責(zé)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的管理工作，包括用戶(hù)管理、視頻管理等，同時(shí)提供WEB服務(wù)器功能，以便通過(guò)IE瀏覽器可直接訪(fǎng)問(wèn)監(jiān)控系統(tǒng)。②SMT：流媒體服務(wù)器，負(fù)責(zé)從編碼設(shè)備獲取音視頻流，轉(zhuǎn)發(fā)給NVR錄像或給LMC/WEB客戶(hù)端瀏覽實(shí)時(shí)視頻。③NVR：網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)，對(duì)編碼設(shè)備進(jìn)行錄像，存儲(chǔ)錄像文件，給LMC/WEB客戶(hù)端回放錄像或下載錄像文件。④LMC：實(shí)時(shí)監(jiān)控客戶(hù)端，通過(guò)瀏覽實(shí)時(shí)視頻及視頻控制等，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。⑤NCT：配置管理工具，用于配置監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備和用戶(hù)，并將配置結(jié)果發(fā)送給CMS，CMS將配置結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)配置結(jié)果對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理。

2）施耐德OPC服務(wù)器軟件-OFS：施耐德OPC Factory Server（OFS）軟件使用OPC標(biāo)準(zhǔn)，允許客戶(hù)機(jī)軟件應(yīng)用訪(fǎng)問(wèn)PLC數(shù)據(jù)。該軟件在本系統(tǒng)中用于連接控制系統(tǒng)PLC，采集PLC運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3）現(xiàn)場(chǎng)PLC信號(hào)采集及事件報(bào)警觸發(fā)軟件：該軟件用于讀取OFS采集到的PLC數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)發(fā)出不同的報(bào)警指令給V2216網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件，用于觸發(fā)視頻信號(hào)與船閘運(yùn)行的聯(lián)動(dòng)動(dòng)作。

視頻監(jiān)控畫(huà)面與船閘控制系統(tǒng)PLC聯(lián)動(dòng)工作流程見(jiàn)下圖：

二、監(jiān)控畫(huà)面與PLC控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)后系統(tǒng)的主要功能和優(yōu)勢(shì)

1）視頻監(jiān)控畫(huà)面與船閘控制系統(tǒng)PLC聯(lián)動(dòng)，提高船閘運(yùn)行安全系數(shù)。當(dāng)操作員根據(jù)船閘運(yùn)行情況，按下船閘控制系統(tǒng)PLC指令按鈕后，監(jiān)控終端的顯示器上自動(dòng)顯示與控制指令相對(duì)應(yīng)的成組視頻畫(huà)面。成組視頻畫(huà)面是根據(jù)各個(gè)運(yùn)行指令有針對(duì)性預(yù)設(shè)的一組視頻畫(huà)面，如“關(guān)上游閘門(mén)”控制指令，顯示閘室、上游閘門(mén)內(nèi)側(cè)、上游閘門(mén)外側(cè)、下游閘門(mén)內(nèi)側(cè)、下左閥門(mén)、下右閥門(mén)6個(gè)與開(kāi)上游閘門(mén)密切相關(guān)的危險(xiǎn)點(diǎn)畫(huà)面（見(jiàn)下圖）。相較與未使用視頻監(jiān)控軟件，逐個(gè)的點(diǎn)擊選擇畫(huà)面，大大降低了操作員的工作強(qiáng)度，且更具有針對(duì)性。

2）通過(guò)攝像機(jī)多預(yù)置位設(shè)置，消除監(jiān)控盲區(qū)。利用網(wǎng)絡(luò)高清遙控?cái)z像機(jī)可設(shè)置多個(gè)預(yù)置位的功能，對(duì)一臺(tái)攝像機(jī)設(shè)置兩個(gè)以上不同位置和焦距的預(yù)置位。如下游閘門(mén)內(nèi)側(cè)的攝像機(jī)設(shè)置了2個(gè)預(yù)置位，在開(kāi)下游閘門(mén)時(shí)顯示下游閘門(mén)內(nèi)側(cè)的畫(huà)面，而在上游進(jìn)閘時(shí)則顯示閘室內(nèi)的情況，方便操作員了解進(jìn)閘船舶是否上足檔位。攝像機(jī)多預(yù)置位的使用，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，擴(kuò)展了監(jiān)控范圍，有效消除了監(jiān)控盲區(qū)。

3）系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)架，方便設(shè)置管理。系統(tǒng)利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分級(jí)控制、集中管理，IP攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單的連接和管理，利用智能分析功能，提高管理效率方便尋址和控制，可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)、參數(shù)配置及故障診斷。需要增加監(jiān)控管理終端時(shí)，只要在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計(jì)算機(jī)（閘管所、航道處、省局）上安裝監(jiān)控畫(huà)面自動(dòng)轉(zhuǎn)換軟件，分配用戶(hù)按不同權(quán)限的登陸賬號(hào)，即可對(duì)系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)攝像機(jī)畫(huà)面調(diào)用和控制。增加攝像機(jī)也只需給新增攝像機(jī)分配IP地址，即可加入現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)。

三、結(jié)論

利用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面自動(dòng)轉(zhuǎn)換軟件，實(shí)現(xiàn)了同一屏幕內(nèi)多畫(huà)面成組切換與船閘控制系統(tǒng)PLC聯(lián)動(dòng)，直觀實(shí)時(shí)地反映船閘各重點(diǎn)部位的現(xiàn)場(chǎng)情況，消除了監(jiān)控盲區(qū)，符合船閘監(jiān)控發(fā)展趨勢(shì)，具有一定的推廣價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：高治國(guó)（1978-），就職于江蘇省沙集船閘管理所，工程師。