北疆供水工程遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)探析

徐 華

（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

北疆供水工程地處北疆，深居大陸腹地，是世界上距離海洋最遠(yuǎn)的內(nèi)陸沙漠地域，工程橫穿準(zhǔn)噶爾盆地和古爾班通古特沙漠，遠(yuǎn)離人群。目前該工程涵蓋三個(gè)水庫和513 km的輸水干渠，運(yùn)管人員的工作、生活條件艱苦，為達(dá)到工程運(yùn)行少人職守、少人值班的原則，該供水工程建設(shè)了遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)，以此為該工程中主要建筑物及下屬各個(gè)管理處提供安全監(jiān)視保障功能。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊以及網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)的具有綜合性的一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，能夠方便日常監(jiān)督控制，更加直接的了解到工程的運(yùn)行，保障水利工程以及周邊環(huán)境的安全健康。

1 工程遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 對(duì)供水工程運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控

因?yàn)樗こ滔鄬?duì)比較復(fù)雜，自然環(huán)境有著眾多的不良因素，其中對(duì)水庫、輸水明渠環(huán)境監(jiān)控是工作重要項(xiàng)目之一，其環(huán)境監(jiān)控工作包括改善水庫環(huán)境監(jiān)控條件、對(duì)供水主流位置進(jìn)行跟蹤和掌握、以及水庫、明渠混凝土周邊坡安全運(yùn)行等。通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)供水工程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督調(diào)控，及時(shí)的了解供水工程的運(yùn)行狀況，這對(duì)供水工作有著明顯的效果。將遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控設(shè)備安裝在能夠全面監(jiān)控供水工程的位置，工作人員可以通過視頻來監(jiān)控供水工程的運(yùn)行情況，不但能夠避免大量人力物力巡渠資源的浪費(fèi)，還能夠及時(shí)的對(duì)所出現(xiàn)的意外情況進(jìn)行拯救。

1.2 供水工程的智能化管理

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)在供水工程管理中有著顯著的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)工作人員對(duì)供水工程進(jìn)行智能化的管理，將遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)建立在供水工程中，以此來對(duì)工程里常出現(xiàn)的一些問題部位進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，而且可以將監(jiān)控轉(zhuǎn)接到遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控中心，保證工程中的每個(gè)部分都能夠受到工作人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控，掌握實(shí)時(shí)的情況，在供水工程運(yùn)行情況良好的時(shí)候就不必有工作人員監(jiān)控了，能夠一定程度的減少了工作人員的工作量。應(yīng)用智能化遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)對(duì)供水工程進(jìn)行監(jiān)控管理，大大的提升了供水工程的安全性，讓供水工程可以穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 前期工程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及存在問題

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

調(diào)度中心管理設(shè)備，其中包含了遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的管理平臺(tái)以及相關(guān)管理系統(tǒng)。管理平臺(tái)中的視頻目錄服務(wù)器是系統(tǒng)的最關(guān)鍵部位，掌握著整個(gè)系統(tǒng)功能的使用權(quán)。各分中心前端設(shè)備含高速球形模擬攝像機(jī)，以及三合一防雷器，前者能夠捕獲到各個(gè)分中心的每個(gè)方位的影像信息，以確保分心中沒有監(jiān)控漏洞，三合一防雷器能夠讓特殊地區(qū)的攝像機(jī)有很好的避雷效果。分中心和調(diào)度中心之間含有H3C轉(zhuǎn)換機(jī)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控編碼器等傳導(dǎo)設(shè)備，把分中心前端的攝像機(jī)所拍到的畫面信息轉(zhuǎn)化成2 M信號(hào)，在光端機(jī)的輔助下，實(shí)現(xiàn)和調(diào)度中心之間的傳輸。

2.2 前期監(jiān)控系統(tǒng)存在問題

（1）前期的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)缺乏智能化，對(duì)于突發(fā)的時(shí)間以及關(guān)注點(diǎn)主要還是靠人工來進(jìn)行檢查、分析，容易出現(xiàn)一些漏洞、誤判，影響對(duì)問題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)錯(cuò)過解決問題的最佳時(shí)機(jī)。

（2）在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用時(shí)會(huì)有呈像弊端，如攝像設(shè)備的分辨率過低導(dǎo)致圖像不夠清晰，不能夠清楚的看到問題發(fā)生的細(xì)節(jié)部位，不利于工作人員對(duì)供水工程的監(jiān)控。

（3）還有就是圖像傳輸問題，早期的工程采用HDSL與光傳輸2 M信號(hào)傳輸方式，傳輸帶寬有限，不能滿足現(xiàn)在高清圖像的帶寬通道需求。

3 監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)視系統(tǒng)采用全數(shù)字IP視頻監(jiān)控的方式，由前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、接入點(diǎn)交換機(jī)、調(diào)度分中心核心交換機(jī)組成統(tǒng)一的整體，各站點(diǎn)間的交換機(jī)通過光光纖通信傳輸通道實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星形和總線式相結(jié)合方式。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體上應(yīng)該充分考慮既要滿足各相關(guān)部門的使用要求、注重實(shí)效，又要做到穩(wěn)定、可靠，操作簡單，維護(hù)方便。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際管理情況，構(gòu)成四級(jí)組織結(jié)構(gòu)：調(diào)度中心層（烏魯木齊）、調(diào)度分中心層、管理站層、現(xiàn)地層。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 供水工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

調(diào)度中心（烏市局中心）層實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程所有圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要由視頻管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、解碼器/矩陣、視頻客戶端等設(shè)備組成，調(diào)度中心不設(shè)置存儲(chǔ)設(shè)備。調(diào)度分中心層實(shí)現(xiàn)本工程所有圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)視與遠(yuǎn)程控制，主要由視頻管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、解碼器/矩陣、存儲(chǔ)設(shè)備、視頻客戶端等設(shè)備組成。在調(diào)度分中心既可在視頻客戶端工作站可進(jìn)行視頻監(jiān)控，還可通過解碼器/矩陣將視頻信號(hào)輸出至DLP大屏，在大屏上進(jìn)行顯示。管理站層實(shí)現(xiàn)視頻圖像的存儲(chǔ)與顯示，主要由網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器（NVR）、視頻客戶端工作站、液晶電視等設(shè)備組成。在管理站既可在視頻客戶端工作站可進(jìn)行視頻監(jiān)控，也可將客戶端工作站的視頻輸出接口接至液晶電視，在液晶電視上進(jìn)行視頻圖像顯示。現(xiàn)地層主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)及線纜、安裝桿件等組成，線纜盡量利用現(xiàn)有安全可用線纜。

4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

（1）標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)。本次視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻壓縮采用標(biāo)準(zhǔn)H.264。H.264標(biāo)準(zhǔn)和 H.261、H.263、MPEG.1、MPEG.4等視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)相比，在整數(shù)變換、多模式運(yùn)動(dòng)估計(jì)、分層編碼法等方面有較高的編碼效率、抗誤碼的優(yōu)點(diǎn)。

（2）終端控制設(shè)備升級(jí)更新。在實(shí)際的應(yīng)用中，對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行控制的過程中，終端的計(jì)算機(jī)設(shè)備要通過大量的數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算，就可能占用一定的系統(tǒng)資源，一旦終端計(jì)算機(jī)設(shè)備的配置較低，就可能會(huì)發(fā)生系統(tǒng)資源被用盡導(dǎo)致設(shè)備無響應(yīng)的情況。為了避免此類問題發(fā)生，必須對(duì)終端控制設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的更新升級(jí)，以此來提高遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的使用效果。

（3）采用水利工程特有的智能化視頻檢測(cè)技術(shù)。視頻檢測(cè)技術(shù)可以讓監(jiān)控工作更加的精準(zhǔn)、有效，能夠及時(shí)的對(duì)檢測(cè)結(jié)果給出具體的整改方案，在水利工程運(yùn)行未來的發(fā)展中起著重要的作用。運(yùn)用水利工程特有的智能視頻檢測(cè)技術(shù)要選擇最合適的測(cè)量方式，現(xiàn)階段的檢測(cè)方式可以分為集中檢測(cè)以及分布檢測(cè)兩種，集中檢測(cè)方式指的是在軟件平臺(tái)上進(jìn)行處理檢測(cè)，分布檢測(cè)指的是在攝像機(jī)視頻以鑲嵌的形式進(jìn)行檢測(cè)。

（4）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-TCP/IP協(xié)議以及組播方式。因?yàn)門CP/IP協(xié)議的安全性，所以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻傳播時(shí)，能夠通過對(duì)現(xiàn)實(shí)狀況的掌握來使用TPC、UDP協(xié)議來協(xié)同進(jìn)行視頻的傳輸。進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的傳導(dǎo)時(shí)，因?yàn)閿?shù)據(jù)量較大，所以使用UDP協(xié)議相對(duì)適合；一些數(shù)據(jù)數(shù)量較小的控制信息，而且要求安全傳輸?shù)模梢圆捎肨CP協(xié)議。從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆椒ㄉ蟻碚f，組播技術(shù)相對(duì)于廣播技術(shù)更加有優(yōu)勢(shì)，組播技術(shù)可以說是準(zhǔn)許單個(gè)或者多個(gè)發(fā)送者，發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包至多個(gè)數(shù)據(jù)接受者的技術(shù)。

（5）前方的攝像設(shè)備要升級(jí)為高清攝像頭，無需增添新的線路，只要對(duì)原有的線路加以利用。另外也可以丟棄早期安裝時(shí)存在的視頻分配器、磁盤陣列等設(shè)備，簡化設(shè)備，便于日后的維修調(diào)整。高清攝像頭可以讓傳輸?shù)膱D像更加清晰流暢，工作人員能夠清楚的看到供水工程系統(tǒng)在運(yùn)行中所存在的問題也可以及時(shí)的作出調(diào)整，節(jié)約維護(hù)時(shí)間。

5 結(jié)語

隨著北疆供水工程的建設(shè)不斷延伸，相關(guān)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)也在逐步改造過程中，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)上的升級(jí)與支持讓供水工程生產(chǎn)運(yùn)行更加的便利，監(jiān)控系統(tǒng)也在逐漸向網(wǎng)絡(luò)化、科技化發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息與通信、音視頻編解碼、流媒體等技術(shù)的日趨完善和發(fā)展，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)在水利行業(yè)中的應(yīng)用潛力十分巨大，作為水利信息化技術(shù)中的一部分，其技術(shù)也和水利信息化整體發(fā)展方向一樣向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化邁進(jìn)，成為長距離供水工程安全運(yùn)行的重要組成部分，給本水利工程帶來更大的效益。

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