二級(jí)壩樞紐工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)整合實(shí)施及成效

溫佳文 王 磊

（沂沭泗水利管理局水文局（信息中心） 徐州 221009）

1 引言

隨著水利信息化程度的不斷提高、國(guó)家信息化投入的加大，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)水利信息化提出了新的應(yīng)用需求和建設(shè)要求。因此，需要綜合應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)，提升二級(jí)壩除險(xiǎn)加固工程建設(shè)日常工作的服務(wù)能力，提高工程建設(shè)的信息化服務(wù)水平。目前，二級(jí)壩水利樞紐管理局存在水管單位人員少、管理線長(zhǎng)、任務(wù)重等問(wèn)題，給巡堤查險(xiǎn)帶來(lái)一定的困難，尤其在汛期，堤防重點(diǎn)部位均需加大巡查力度，及時(shí)掌握堤防重點(diǎn)部位的雨情、水情、工情、險(xiǎn)情，人力物力消耗很大，管理難度較大。

2 二級(jí)壩除險(xiǎn)加固工程建設(shè)需求分析

早期由于已有視頻監(jiān)視系統(tǒng)為分時(shí)、分批次建設(shè)，每次中標(biāo)的設(shè)備供應(yīng)商和制造商不盡相同，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備品牌型號(hào)雜亂、存在技術(shù)代差、零配件通用性不夠，致使系統(tǒng)無(wú)法綜合監(jiān)控管理、操作維護(hù)困難。

為加強(qiáng)工程管理，確保堤防重點(diǎn)部位正常水事秩序，在防汛堤防重點(diǎn)部位處布設(shè)視頻監(jiān)視設(shè)施，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)段的視頻影像監(jiān)視，實(shí)時(shí)掌握塌岸變形、行洪水流形態(tài)、日常管理與養(yǎng)護(hù)及涉河建設(shè)等綜合信息，提高防汛決策與管理水平。另外，為使提供的視頻影像晝夜均看得見、看得清，能夠遠(yuǎn)程控制監(jiān)視范圍，采用高清紅外全景攝像機(jī)進(jìn)行視頻監(jiān)視。

為了有效展示播放監(jiān)視監(jiān)控的高清攝像機(jī)回傳的高清視頻圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)汛情、險(xiǎn)情、災(zāi)情、工情地區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，有效管理控制監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備，充分發(fā)揮視頻綜合管理平臺(tái)強(qiáng)大功能，需要建設(shè)現(xiàn)地監(jiān)視監(jiān)控中心。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)二級(jí)壩除險(xiǎn)加固工程的總體規(guī)劃和部署，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、局域網(wǎng)環(huán)境、以及視頻、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)備的現(xiàn)狀情況基礎(chǔ)上，分析現(xiàn)有系統(tǒng)的不足和業(yè)務(wù)、技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的新需求，并考慮對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的延續(xù)性以及面向未來(lái)的可擴(kuò)展性，妥善合理地配置各種軟硬件資源，保證系統(tǒng)平臺(tái)能夠穩(wěn)定、科學(xué)地發(fā)展，增加備份機(jī)制，進(jìn)一步增強(qiáng)和補(bǔ)充系統(tǒng)的可靠性、功能的完備性，確保工程運(yùn)行管理方便、可靠、安全。

3.2 設(shè)計(jì)原則

二級(jí)壩樞紐工程自動(dòng)化監(jiān)控監(jiān)視系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)外有關(guān)最新版本的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)二級(jí)壩除險(xiǎn)加固工程的建設(shè)目標(biāo)和特點(diǎn)，結(jié)合沂沭泗局綜合管理體系的機(jī)構(gòu)和現(xiàn)狀，遵循“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一實(shí)施”的原則。

（1）統(tǒng)籌兼顧、公專結(jié)合。充分利用現(xiàn)有的公網(wǎng)資源及本系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源。系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)具有良好的兼容性和靈活性。

（2）經(jīng)濟(jì)性和可靠性。既滿足近期要求又要適應(yīng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的需求變化，在確保監(jiān)視監(jiān)控需要的前提下兼顧其他水利管理信息系統(tǒng)的需要。充分考慮系統(tǒng)建成后的維護(hù)管理，從技術(shù)、管理和經(jīng)費(fèi)上保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）標(biāo)準(zhǔn)性和開放性。在滿足系統(tǒng)具體功能的前提下，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)和開放的技術(shù)及監(jiān)控軟件產(chǎn)品，同時(shí)保證系統(tǒng)有較好的互操作性。

4 建設(shè)內(nèi)容

4.1 視頻監(jiān)測(cè)站點(diǎn)

該項(xiàng)目共計(jì)安裝視頻站站點(diǎn)20 處，各工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)前端攝像機(jī)監(jiān)視對(duì)象和部署位置見表1。其中序號(hào)1、2、3、4、5、7、9、11、13、19、20共計(jì)11 處站點(diǎn)采用光纜連接，其余站點(diǎn)均分布在東橋頭堡二層集中控制室附近，采用網(wǎng)線連接方式。供電采用市電，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況就近選擇。電纜采用2×2.5mm2的國(guó)標(biāo)純銅線纜。

表1 攝像機(jī)安裝位置一覽表

4.2 監(jiān)控中心建設(shè)

監(jiān)控中心在功能上分為視頻監(jiān)控中心、視頻綜合管理平臺(tái)和水閘遠(yuǎn)程自動(dòng)控制操控臺(tái)三部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)二級(jí)壩水利樞紐、重點(diǎn)河道、工情、安防等的視頻遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，以及水閘的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

監(jiān)控中心需要集中存儲(chǔ)服務(wù)器、系統(tǒng)校時(shí)服務(wù)器、動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、流媒體代理服務(wù)器、視頻監(jiān)視終端、水閘管理服務(wù)器、監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)管理終端、水閘遠(yuǎn)程控制終端。其框架結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 監(jiān)視監(jiān)控中心硬件結(jié)構(gòu)圖

（1）集中存儲(chǔ)服務(wù)器

由于系統(tǒng)平臺(tái)中的海量音視頻數(shù)據(jù)，建議采用集中存儲(chǔ)服務(wù)器的概念，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程所有圖像的集中管理、分散存儲(chǔ)，保證用戶數(shù)據(jù)的安全。

（2）數(shù)據(jù)中心服務(wù)器

采用了大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將各種分散的設(shè)備信息融于一體，形成龐大的數(shù)據(jù)中心管理資源庫(kù)，為用戶快速查找和定位提供了高效的管理解決方案。

（3）流媒體代理服務(wù)器

由于構(gòu)建多級(jí)的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)前置設(shè)備及服務(wù)器可接受的連接請(qǐng)求數(shù)是有限的。當(dāng)連接數(shù)超過(guò)某一個(gè)數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)就可能會(huì)工作不穩(wěn)定或連接中斷。為適應(yīng)多種帶寬和大量的并發(fā)訪問(wèn)，采用了先進(jìn)的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，在各級(jí)構(gòu)建流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和控制，以解決遠(yuǎn)程多用戶對(duì)相同圖像同時(shí)調(diào)看時(shí)的網(wǎng)絡(luò)擁堵問(wèn)題。

（4）水閘數(shù)據(jù)管理服務(wù)器

水閘數(shù)據(jù)管理服務(wù)器是存儲(chǔ)管理各水閘的各種參數(shù)（如水位、閘門開高及狀態(tài)信息、各類開關(guān)狀態(tài)信息、揚(yáng)壓力信息、電力參數(shù)信息等）、操作記錄等，數(shù)據(jù)通過(guò)與基層局水閘遠(yuǎn)程自動(dòng)控制服務(wù)器進(jìn)行信息交互獲得。

（5）視頻監(jiān)視終端

臺(tái)式視頻監(jiān)視終端通過(guò)VGA 接口與防汛指揮會(huì)商顯示系統(tǒng)的RGB 矩陣切換器相連，將監(jiān)控畫面通過(guò)RGB 矩陣切換器在大屏幕上顯示，可進(jìn)行圖像瀏覽及回放、數(shù)據(jù)集中備份、網(wǎng)絡(luò)矩陣控制、統(tǒng)計(jì)分析、布防管理、集中存儲(chǔ)、秒級(jí)回放等；同時(shí)可同屏支持1～64 路不同的畫面分割顯示方式。

移動(dòng)視頻監(jiān)視終端可進(jìn)行圖像瀏覽及回放、數(shù)據(jù)集中備份、網(wǎng)絡(luò)矩陣控制、統(tǒng)計(jì)分析、布防管理、集中存儲(chǔ)、秒級(jí)回放等。

（6）監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)管理終端

監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)管理終端可進(jìn)行系統(tǒng)管理、網(wǎng)管管理、運(yùn)行狀態(tài)管理、歷史信息統(tǒng)計(jì)、日志管理等。

（7）水閘遠(yuǎn)程控制客戶端

水閘遠(yuǎn)程控制客戶端通過(guò)VGA 接口與防汛指揮會(huì)商顯示系統(tǒng)的RGB 矩陣切換器相連，將操控畫面通過(guò)RGB 矩陣切換器在大屏幕上顯示；通過(guò)登錄基層局中控室的水閘遠(yuǎn)程自動(dòng)控制服務(wù)器讀取水位、閘門開高及狀態(tài)信息、各類開關(guān)狀態(tài)信息、揚(yáng)壓力信息、電力參數(shù)信息等，并通過(guò)水閘遠(yuǎn)程自動(dòng)控制服務(wù)器、LCU 向PLC 發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)水閘的遠(yuǎn)程操控。

5 監(jiān)視系統(tǒng)整合

由于二級(jí)壩局原有監(jiān)控資源絕大部分是由不同時(shí)期的項(xiàng)目投入建設(shè)，建設(shè)時(shí)無(wú)統(tǒng)一規(guī)劃、無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)種類各異，并且品牌繁多，造成圖像的編碼格式、協(xié)議不統(tǒng)一，給資源整合帶來(lái)一定的難度。

按照“統(tǒng)一管理、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、分步實(shí)施、統(tǒng)一接入”的原則，對(duì)原有視頻監(jiān)控資源有機(jī)聯(lián)網(wǎng)、整合共享，并且有效管理、靈活調(diào)用，使管理人員能夠通過(guò)授權(quán)調(diào)閱到二級(jí)壩各閘視頻監(jiān)控系統(tǒng)資源。

5.1 構(gòu)建并完善視頻資源傳輸網(wǎng)絡(luò)

依托已有的網(wǎng)絡(luò)資源，并敷設(shè)完善光纜線路，構(gòu)建監(jiān)控資源傳輸網(wǎng)絡(luò)，專門用于支撐監(jiān)控視頻資源及服務(wù)，實(shí)現(xiàn)高清晰圖像傳輸，保證聯(lián)網(wǎng)視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量。

5.2 建成視頻接入平臺(tái)

以局域網(wǎng)為承載網(wǎng)絡(luò)建成視頻接入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)所有圖像視頻資源的集中管理，最大限度實(shí)現(xiàn)監(jiān)控資源的共享。其他單位視頻接入平臺(tái)應(yīng)通過(guò)GB/T28181-2011 國(guó)標(biāo)協(xié)議實(shí)現(xiàn)與專網(wǎng)內(nèi)的視頻信息共享平臺(tái)的無(wú)縫對(duì)接，使經(jīng)過(guò)授權(quán)的用戶能夠調(diào)閱管理區(qū)內(nèi)視頻監(jiān)控資源。

5.3 全面整合原有視頻圖像資源

通過(guò)多種技術(shù)手段，全面整合二級(jí)壩管理局之前項(xiàng)目建設(shè)的視頻監(jiān)控資源，將各類資源統(tǒng)一接入單位視頻接入平臺(tái)，發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，有效彌補(bǔ)本項(xiàng)目建設(shè)資源不足、監(jiān)控盲點(diǎn)等問(wèn)題，達(dá)到充分利用視頻資源的目的。

5.4 提高圖像資源的共享及管理水平

二級(jí)壩除險(xiǎn)加固項(xiàng)目的建設(shè)，可為管理單位提供視頻圖像信息共享服務(wù)，為了充分發(fā)揮其效能，系統(tǒng)采用智能化、自動(dòng)化綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)設(shè)備在線率、監(jiān)控視頻的完整率以及視頻圖像質(zhì)量進(jìn)行全面的監(jiān)管和監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，及時(shí)排除系統(tǒng)故障，保障視頻資源的正常運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

二級(jí)壩樞紐工程自動(dòng)化監(jiān)控監(jiān)視系統(tǒng)主要是通過(guò)在一閘東、西橋頭堡、變壓室、閘孔、護(hù)坡等區(qū)域安裝的視頻信息采集、傳輸、處理等設(shè)備，并利用本系統(tǒng)建設(shè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成監(jiān)控中心與現(xiàn)地各視頻監(jiān)控點(diǎn)的視頻系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/現(xiàn)地二級(jí)對(duì)閘站的上下游、控制室、設(shè)備運(yùn)行狀況，以及部分湖區(qū)險(xiǎn)情或涉水違法事項(xiàng)等進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視。將監(jiān)控范圍內(nèi)的視頻圖像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心可實(shí)現(xiàn)圖像實(shí)時(shí)瀏覽、存儲(chǔ)、查詢、回放和圖像數(shù)據(jù)智能分析、共享以及會(huì)商應(yīng)用等功能，為水利工程管理和取證提供支撐和服務(wù)■