凌紅霞

（安徽省防汛抗旱指揮部辦公室，安徽 合肥 230022）

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代化水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用尤為突出。安徽省地處江淮之間南北氣候過(guò)渡帶，防汛減災(zāi)任務(wù)繁重是基本省情。利用 IP、光纖通信技術(shù)和數(shù)字視頻處理技術(shù)等先進(jìn)信息技術(shù)手段，全面實(shí)施大中型水庫(kù)、重要閘站的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，建設(shè)防汛抗旱視頻監(jiān)視系統(tǒng)，對(duì)提高安徽省防汛抗旱現(xiàn)代化、科學(xué)化水平有著十分重要的意義。

1 需求分析

防汛抗旱工程遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)，是各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)防汛抗旱指揮調(diào)度的“千里眼”。2008年安徽省建成省防汛抗旱視頻監(jiān)視系統(tǒng)一期工程，包含蚌埠閘、阜陽(yáng)閘、城西湖閘等14個(gè)閘站23個(gè)視頻監(jiān)視點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)部分重要防洪工程和防汛現(xiàn)場(chǎng)圖像的采集和傳輸，為各級(jí)防汛部門(mén)提供實(shí)時(shí)、直觀的汛情和工情視頻圖像信息，進(jìn)一步提高了管理水平和工程調(diào)度運(yùn)用的科學(xué)性。該工程在歷年的防汛工作中發(fā)揮了重要作用。

由于一期工程視頻監(jiān)視點(diǎn)數(shù)量有限，覆蓋面較小，已無(wú)法滿足防汛調(diào)度對(duì)視頻信息的需求，建設(shè)覆蓋防汛調(diào)度主要信息點(diǎn)的二期視頻監(jiān)視系統(tǒng)已十分必要。

二期工程主要技術(shù)要求如下：

1）新建系統(tǒng)與已建系統(tǒng)要無(wú)縫融合，并充分利用已建省中心集中監(jiān)視平臺(tái)，以充分保證前期工程的投資。

2）要求將各監(jiān)視點(diǎn)的監(jiān)視圖像匯集到省監(jiān)視中心，同時(shí)可將各新增站點(diǎn)圖像分別傳送至相關(guān)應(yīng)用或管理單位。

3）各市級(jí)相關(guān)單位（安徽省水利廳直管單位、市防辦、水文局）在不利用本省現(xiàn)有水利專(zhuān)網(wǎng)電路的情況下，能訪問(wèn)所需查看的視頻監(jiān)視點(diǎn)圖像；外出用戶可通過(guò) VPN 或手機(jī)終端（圖像分辨率可相應(yīng)降低標(biāo)準(zhǔn)）實(shí)現(xiàn)有關(guān)監(jiān)視站點(diǎn)圖像的訪問(wèn)。系統(tǒng)具有用戶認(rèn)證功能，拒絕非授權(quán)用戶訪問(wèn)系統(tǒng)。

4）監(jiān)控中心可對(duì)所有聯(lián)網(wǎng)視頻編碼器進(jìn)行集中控制管理。

5）前端視頻監(jiān)視圖像存儲(chǔ)采用分布式大容量冗余容錯(cuò)和硬盤(pán)存儲(chǔ)。

6）全部站點(diǎn)圖像要求達(dá)到 D1圖像分辨率。

7）視頻編碼器，支持 MPEG-4/H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)，支持 QCIF/CIF/D13種圖像。

8）監(jiān)視攝像機(jī)為一體化高速球型攝像機(jī)，光學(xué)變焦 ≥26倍，最低照度 ≤ 0.01Lux，圖像水平分辨率 ≥500線，信噪比 >50dB，具有數(shù)字降噪技術(shù)，強(qiáng)光抑制，背光補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

9）具備自動(dòng)輪巡監(jiān)視所有聯(lián)網(wǎng)視頻編碼器的通道功能。

10）具有記錄事件及用戶操作活動(dòng)的功能。

11）提供系統(tǒng)平臺(tái)的 SDK 二次開(kāi)發(fā)接口（開(kāi)發(fā)包及技術(shù)文檔），保證其它系統(tǒng)能夠集成該系統(tǒng)的監(jiān)視圖像。

2 組網(wǎng)方案

2.1 方案選擇

安徽省防汛抗旱視頻監(jiān)視系統(tǒng)一期工程傳輸通道依托于省防汛抗旱通信骨干網(wǎng)，因二期工程各市視頻監(jiān)視點(diǎn)密度增加，省防汛抗旱通信骨干網(wǎng) 2M 帶寬已不能滿足多個(gè)視頻監(jiān)視站點(diǎn)圖像的同時(shí)傳輸，考慮線路帶寬需擴(kuò)容和維護(hù)等因素，決定租用電信運(yùn)營(yíng)商的傳輸通道，不占用安徽省現(xiàn)有水利專(zhuān)網(wǎng)電路。通信電信運(yùn)營(yíng)商提供的圖像傳輸方式可分為專(zhuān)線、因特網(wǎng) VPN、無(wú)線3種方式，通過(guò)招標(biāo)比較，專(zhuān)線費(fèi)用太高，但可靠性最好，無(wú)線方式費(fèi)用低，但可靠性得不到保證，最終采用性?xún)r(jià)比較高的因特網(wǎng) VPN 方案[1]。

為便于系統(tǒng)的集中管理，設(shè)置省中心和市級(jí)分中心2級(jí)服務(wù)器，視頻編碼器等前端設(shè)備置于視頻監(jiān)視點(diǎn)，構(gòu)建“1個(gè)主控中心、多個(gè)分控中心”的3級(jí)網(wǎng)絡(luò)。所有用戶由省中心的認(rèn)證服務(wù)器統(tǒng)一授權(quán)和管理。系統(tǒng)通過(guò)視頻服務(wù)器把監(jiān)控圖像傳送至任何需要的節(jié)點(diǎn)。省防汛抗旱遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)3級(jí)聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 省防汛抗旱遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)3級(jí)聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

各級(jí)功能描述：

第1級(jí)（數(shù)據(jù)交換與應(yīng)用層）設(shè)1個(gè)核心，以省監(jiān)控中心為核心；

第2級(jí)（數(shù)據(jù)控制與應(yīng)用層），視頻服務(wù)器是數(shù)據(jù)控制和視頻調(diào)度的核心設(shè)備，能保證各分中心與省中心進(jìn)行靈活的視頻信息交換，并提供圖像信息監(jiān)控功能；

第3級(jí)（數(shù)據(jù)采集層），主要是采集各個(gè)視頻布控點(diǎn)的數(shù)字視頻信號(hào)，并連接到分中心視頻服務(wù)器。再上傳到省監(jiān)控管理中心，這樣可以獲取最清晰的圖像。

2.2 系統(tǒng)組成[2]

2.2.1 前端設(shè)備

前端設(shè)備主要由攝像機(jī)、視頻編碼器、硬盤(pán)、設(shè)備保護(hù)箱、防雷器等其他輔助材料組成。攝像機(jī)型號(hào)的選擇尤為重要，是圖像質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素，本次主要采用 SSD-1206PD 勻速攝像機(jī)和 SSD-1206IR 紅外勻速攝像機(jī)；硬盤(pán)可存儲(chǔ)前端1個(gè)月的圖像，可對(duì)錄像資料進(jìn)行回放、調(diào)閱、剪輯和備份。

2.2.2 市級(jí)監(jiān)控分中心

市級(jí)監(jiān)控分中心設(shè)置在各市級(jí)電信運(yùn)營(yíng)商，配置視頻服務(wù)器和平臺(tái)軟件。

2.2.3 省級(jí)監(jiān)控中心

省級(jí)監(jiān)控中心設(shè)置在省水利信息中心，配置視頻和管理服務(wù)器及視頻解碼矩陣。省級(jí)監(jiān)控中心對(duì)全省管理范圍內(nèi)的防汛抗旱視頻監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行集中管理。監(jiān)視中心通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理平臺(tái)，根據(jù)實(shí)際需要控制、監(jiān)視、管理、調(diào)閱全省水利遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視站點(diǎn)的圖像。監(jiān)視中心軟件采用 C/S、B/S 并存的構(gòu)架方式，基本架構(gòu)如圖2所示。

利用已建的視頻監(jiān)視電視墻，通過(guò)視頻解碼矩陣將所要瀏覽的圖像先進(jìn)行硬解壓，再輸出到視頻監(jiān)視電視墻進(jìn)行顯示。省中心視頻服務(wù)器同時(shí)安裝了電子地圖軟件，被授權(quán)用戶可通過(guò)點(diǎn)擊電子地圖瀏覽所要觀看監(jiān)視點(diǎn)的圖像。省視頻監(jiān)視平臺(tái)留有接口供接入省三維 GIS 平臺(tái)，通過(guò) GIS 平臺(tái)可查看已建點(diǎn)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視圖像。

2.2.4 視頻傳輸通道

租用省電信公司傳輸通道。28個(gè)視頻監(jiān)視站分別開(kāi)通1條10M 因特網(wǎng)光纖；省中心開(kāi)通1條100M 因特網(wǎng)光纖，并分配32個(gè)公網(wǎng) IP 地址。

2.2.5 接地系統(tǒng)

考慮到大部分監(jiān)視點(diǎn)都設(shè)置在野外，在每個(gè)監(jiān)視點(diǎn)前端都安裝了電源、信號(hào)防雷模塊，并做了可靠的接地網(wǎng)，防止雷擊對(duì)設(shè)備造成的損壞。

2.2.6 客戶端軟件

各市級(jí)相關(guān)單位用戶被授權(quán)后，可通過(guò)客戶端軟件或 IE 瀏覽器方式進(jìn)行視頻圖像選擇觀看和控制；外出用戶可通過(guò) VPN 或以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有關(guān)監(jiān)視站點(diǎn)圖像的訪問(wèn)。用戶可以擁有不同的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)視點(diǎn)的圖像進(jìn)行選擇觀看、查詢(xún)、錄像、回放等操作。

授權(quán)用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)時(shí)都將進(jìn)行身份認(rèn)證，用戶輸入用戶名和密碼后，認(rèn)證系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，以判斷用戶是否有權(quán)使用此系統(tǒng)。認(rèn)證系統(tǒng)對(duì)用戶進(jìn)行安全認(rèn)證，身份驗(yàn)證的資料來(lái)源于集中的平臺(tái)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理著視頻監(jiān)視管理系統(tǒng)的所有用戶的身份資料。

3 系統(tǒng)建設(shè)情況

2.3 系統(tǒng)集成

省中心已建集中監(jiān)視平臺(tái)軟件經(jīng)升級(jí)后，接入視頻監(jiān)視點(diǎn)前端視頻編碼器設(shè)備，同時(shí)將已建的視頻監(jiān)視點(diǎn)前端設(shè)備接入整合，級(jí)聯(lián)新建和已建的分中心流媒體服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和集中管理。

2.4 系統(tǒng)安全及認(rèn)證

2.4.1 完善的權(quán)限管理

有權(quán)限用戶登錄到視頻監(jiān)視系統(tǒng)后，系統(tǒng)提供給用戶使用界面，通過(guò)使用界面，可以對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)備進(jìn)行管理和配置，實(shí)時(shí)查看授權(quán)監(jiān)控點(diǎn)的視頻圖像，控制對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)視頻圖像的錄像日程安排、管理、查看和檢索保存在存儲(chǔ)系統(tǒng)中的視頻文件。系統(tǒng)具有完善的權(quán)限管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄了各個(gè)用戶對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)的使用權(quán)限，權(quán)限管理系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)用戶使用權(quán)限進(jìn)行管理，并對(duì)用戶使用界面進(jìn)行定制，使各用戶只能管理和使用具有相應(yīng)權(quán)限的監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)備和視頻文件，而不會(huì)隨意管理和查看其它監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)備和視頻文件，保障系統(tǒng)的安全性[3]。

2.4.2 認(rèn)證機(jī)制

登錄驗(yàn)證機(jī)制：用戶登錄時(shí)，需要輸入系統(tǒng)分配的用戶名和密碼。

授權(quán)機(jī)制：系統(tǒng)提供完善的授權(quán)機(jī)制，可方便的授予用戶不同級(jí)別的權(quán)限，用戶只能執(zhí)行其權(quán)限內(nèi)的操作。

2009年8月，安徽省防汛抗旱視頻監(jiān)視系統(tǒng)二期工程以租代建方式確定由安徽省電信公司施工建設(shè)，并委托其 5年期運(yùn)行維護(hù)保障工作。全省本次共建設(shè)28個(gè)重要視頻監(jiān)視站46個(gè)視頻監(jiān)視點(diǎn)，2010年汛期前完成所有視頻監(jiān)視點(diǎn)的建設(shè)，通過(guò)汛期試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行良好，2010年9月該項(xiàng)目通過(guò)竣工驗(yàn)收。

該建設(shè)傳輸通道以租用安徽省電信公司光纖傳輸電路為主，采用 TCP/IP 協(xié)議方式組網(wǎng)，前端攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器編碼后通過(guò)光纖接入市級(jí)電信監(jiān)控分中心，再通過(guò)電信傳輸網(wǎng)接入省中心。系統(tǒng)圖像需分別傳送至相關(guān)應(yīng)用或管理單位。省防汛抗旱遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 安徽省防汛抗旱遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

截止目前，安徽省水利廳已建成了王家壩閘、蚌埠閘及部分水位站、大型水庫(kù)、重要閘站等45個(gè)站67個(gè)視頻采集點(diǎn)。蚌埠、淮南、宿州等市水利部門(mén)也積極建設(shè)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)。目前，全省已建成視頻采集點(diǎn)近300個(gè)。

通過(guò)該系統(tǒng)可以全天候不間斷地觀測(cè)水庫(kù)和河道的工情、水情及涵閘的運(yùn)行狀況，為各級(jí)防汛部門(mén)提供實(shí)時(shí)汛情、工情視頻圖像信息，為快速、科學(xué)決策提供客觀依據(jù)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用情況

2011年7月，長(zhǎng)江流域發(fā)生大洪水，安徽省防汛指揮部指通過(guò)此遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看長(zhǎng)江干流安慶、蕪湖水位站等站點(diǎn)，以及長(zhǎng)江支流巢湖閘、新河莊等的水情和汛情，同時(shí)對(duì)滁河、新安江流域和大型水庫(kù)、淮河干流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。7月8～18日期間，省防汛指揮部對(duì)陳村、佛子嶺、磨子潭、響洪甸、龍河口、沙河集等水庫(kù)頻繁調(diào)度，通過(guò)該系統(tǒng)，省防汛指揮部對(duì)各單位執(zhí)行調(diào)度令情況進(jìn)行全程監(jiān)視，保證調(diào)度令有效執(zhí)行。

5 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)汛期運(yùn)行考驗(yàn)，實(shí)踐證明采用以租代建方式建設(shè)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）委托電信運(yùn)營(yíng)商建設(shè)、維護(hù)，專(zhuān)業(yè)技術(shù)上能得到保證。

2）由于安徽省水利信息中心人員較少，通過(guò)以租代建方式，有效地減輕了建設(shè)和維護(hù)壓力。

3）電信運(yùn)營(yíng)商省、市、縣（區(qū)）、鄉(xiāng)鎮(zhèn)都有自己的專(zhuān)業(yè)人員隊(duì)伍，能實(shí)時(shí)響應(yīng)并有效地解決視頻監(jiān)視點(diǎn)前端設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題。

[1] 梁篤國(guó)，張艷霞，鄭澤民，等.網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2009: 129-150.

[2] 李金平，王海玉.安徽水利遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案[J].通信世界，2007（4B）: 16-17.

[3] 羅世偉，左濤，鄒開(kāi)耀.視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理及維護(hù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007: 23-36.