楊殿亮，鐘 華

視頻及閘門(mén)監(jiān)控在沂沭泗局直管水閘中的應(yīng)用

楊殿亮，鐘 華

（沂沭泗水利管理局，江蘇 徐州 221009；廣東省水文局惠州水文分局，廣東 惠州 516001）

沂沭泗局利用統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議組建成的三級(jí)防汛計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和現(xiàn)代化信息通信數(shù)字微波專用網(wǎng)，為流媒體的傳輸提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，建成了具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化相結(jié)合的水閘監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)直管水閘的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和閘門(mén)控制監(jiān)測(cè)，為各級(jí)防汛部門(mén)提供實(shí)時(shí)和直觀的汛情、工情圖像信息。

水閘；遠(yuǎn)程；監(jiān)控；組網(wǎng)

1 概述

淮委沂沭泗水利管理局是淮委在沂沭泗河水系的水利管理機(jī)構(gòu)，其中直管大中型水閘18座。通過(guò)病險(xiǎn)閘除險(xiǎn)加固改造工程和沂沭泗局直管重點(diǎn)工程監(jiān)控及自動(dòng)控制系統(tǒng)工程的實(shí)施，基本實(shí)現(xiàn)了水閘的現(xiàn)地視頻監(jiān)控，為水閘的安全可靠運(yùn)行、水利設(shè)施的防損防盜等提供了充分的保障措施，也極大地豐富了管理手段，同時(shí)也提高了防洪調(diào)度的水平。

由于各個(gè)水閘監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)分期分批次陸續(xù)建設(shè)，時(shí)間跨度長(zhǎng)達(dá)十余年，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前的架構(gòu)異常復(fù)雜，部署、安裝、維護(hù)困難，標(biāo)準(zhǔn)化和可擴(kuò)展性差，管理難度大，且信息共享難。

沂沭泗局已組建了以數(shù)字微波傳輸、程控交換為主，輔以光纖電路、無(wú)線接入、智能復(fù)用設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等多種信息通信手段相結(jié)合的現(xiàn)代化信息通信專用網(wǎng)，能夠?yàn)榱髅襟w的傳輸提供必要的帶寬，沂沭泗局利用統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議已經(jīng)組建成局機(jī)關(guān)、直屬局、基層局三級(jí)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的防汛計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些都為沂沭泗局直管水閘監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。沂沭泗水利管理局充分利用現(xiàn)有的資源，在直管水閘范圍內(nèi)，組建一個(gè)集遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視與閘門(mén)控制監(jiān)測(cè)于一體的水閘監(jiān)控系統(tǒng)成為可能。

2 閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)

由于水閘地理位置比較分散，直管水閘分屬于三個(gè)直屬管理局管轄，服從于分級(jí)管理原則，便于將來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)充，選擇分布式組網(wǎng)方式組建沂沭泗局直管水閘監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控的區(qū)域范圍和所屬二級(jí)管理單位分級(jí)，形成上級(jí)監(jiān)控中心作為一級(jí)平臺(tái)，下級(jí)單位為二級(jí)平臺(tái)，成輻射狀的水閘監(jiān)控系統(tǒng)。分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)可以承受較大的負(fù)擔(dān)，不但可以容納多路的視頻流，而且可處理多用戶并發(fā)訪問(wèn)請(qǐng)求，為系統(tǒng)平臺(tái)的擴(kuò)展提供了保障。

水閘監(jiān)控系統(tǒng)從水閘監(jiān)視信息和閘門(mén)控制監(jiān)測(cè)信息的采集、視頻流信息共享、網(wǎng)絡(luò)帶寬占用率及網(wǎng)絡(luò)管理等方面綜合考慮，利用已建沂沭泗信息通信專用網(wǎng)提供的網(wǎng)絡(luò)信道，依靠三級(jí)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的防汛計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組建遠(yuǎn)程水閘監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)網(wǎng)。

各個(gè)主要直管水閘視頻監(jiān)視點(diǎn)前端選用具有MPEG-4壓縮方式、嵌入式結(jié)構(gòu)和高性能DSP芯片的硬件編碼器設(shè)備完成圖像分解和光電信號(hào)轉(zhuǎn)換。視頻信號(hào)通過(guò)編碼器被壓縮編碼后轉(zhuǎn)換為基于IP的MPEG-4碼流，與控制信號(hào)一起傳送到IP網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議。水閘監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)視頻服務(wù)器把監(jiān)控圖像傳送至防汛計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上任何需要的節(jié)點(diǎn)和向上連接的淮委的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上。

各個(gè)主要直管水閘閘門(mén)控制監(jiān)測(cè)前端在不改變?cè)械拈l門(mén)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)地閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通過(guò)增加工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與現(xiàn)地PLC之間的數(shù)據(jù)接口組件，將閘門(mén)的開(kāi)度、閘門(mén)荷重、閘門(mén)操作狀態(tài)等工情信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)傳送到沂沭泗水利管理局監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供水閘監(jiān)控中心管理平臺(tái)軟件調(diào)用。

3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成

直管水閘監(jiān)視系統(tǒng)都在現(xiàn)地“孤島”式獨(dú)立運(yùn)行，直屬局、沂沭泗局無(wú)法對(duì)直管水閘視頻監(jiān)視信息統(tǒng)一顯示，前端信號(hào)采集設(shè)備也無(wú)法統(tǒng)一進(jìn)行管理和維護(hù)。

各基層局監(jiān)控管理系統(tǒng)有的利用模擬視頻矩陣系統(tǒng)對(duì)前端視頻采集設(shè)備進(jìn)行控制，這種方式下遠(yuǎn)程用戶根本無(wú)法進(jìn)行云臺(tái)旋轉(zhuǎn)、攝像機(jī)焦的控制，如二級(jí)壩樞紐二、三閘和彭家道口分洪閘等。有的利用模擬光端機(jī)、矩陣等設(shè)備完成圖像信息的采集、傳輸、顯示和控制，利用數(shù)字錄像機(jī)完成編解碼和存儲(chǔ)，并且所遵循的標(biāo)準(zhǔn)不一致，如韓莊樞紐韓莊節(jié)制閘，嶂山閘、宿遷節(jié)制閘等。因而察看直管水閘的視頻監(jiān)視信息困難，運(yùn)用復(fù)雜繁瑣。并且融合模、數(shù)兩套完全異構(gòu)的平臺(tái)，導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)異常復(fù)雜，部署、安裝、維護(hù)困難，標(biāo)準(zhǔn)化和可擴(kuò)展性差，管理難度大，無(wú)法適應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的需要。

根據(jù)實(shí)際情況，充分利用現(xiàn)有資源，對(duì)模擬視頻矩陣系統(tǒng)進(jìn)行更換視頻信號(hào)采集、傳輸、壓縮存儲(chǔ)設(shè)備。其余的則采用從視頻信號(hào)采集入手的方式，增加視頻編碼器的方式，完成模擬視頻監(jiān)視信號(hào)的數(shù)字采集、MPEG4壓縮，使視頻監(jiān)視信息完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，再通過(guò)嵌入式硬盤(pán)錄像機(jī)將壓縮的視頻點(diǎn)的視頻信號(hào)通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸給所屬中心的中心系統(tǒng)管理服務(wù)器。從而建設(shè)完善沂沭泗直管水閘監(jiān)視系統(tǒng)，使之成為信息豐富、圖像效果清晰、系統(tǒng)性能穩(wěn)定、管理維護(hù)便捷的現(xiàn)代水利工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)。

整個(gè)水閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)由前端系統(tǒng)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)傳輸及監(jiān)控中心系統(tǒng)設(shè)備三個(gè)部分組成。

前端設(shè)備：主要由攝像機(jī)、編碼器、硬盤(pán)錄像機(jī)等設(shè)備組成。其核心設(shè)備是攝像機(jī)，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)的采集，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)外圍設(shè)備進(jìn)行控制，達(dá)到收集水閘監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的目的。編碼器主要完成數(shù)字化處理和錄像部分，是監(jiān)視系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)核心，它完成模擬視頻監(jiān)視信號(hào)的數(shù)字采集、MPEG4壓縮、網(wǎng)絡(luò)傳輸以及輔助設(shè)備（如云臺(tái)、矩陣等）的控制、監(jiān)視數(shù)據(jù)記錄和檢索、硬盤(pán)錄像等功能。其中移動(dòng)圖像采集設(shè)備是一套可獨(dú)立運(yùn)行的嵌入式系統(tǒng)，通過(guò)與單路視頻服務(wù)器連接，采用標(biāo)準(zhǔn)視頻圖像壓縮技術(shù)利用公網(wǎng)無(wú)線通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，將視頻流通過(guò)無(wú)線方式傳送給遠(yuǎn)端的沂沭泗監(jiān)控中心視頻服務(wù)器，用戶通過(guò)訪問(wèn)沂沭泗監(jiān)控中心服務(wù)器調(diào)取實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像。

網(wǎng)絡(luò)傳輸：利用已建的沂沭泗防汛計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻圖像的傳輸，通道采用光纖數(shù)字電路和數(shù)字微波電路混合方式，沂沭泗局到三個(gè)直屬局的網(wǎng)絡(luò)主通道帶寬為100M、10M、20M，備用通道帶寬為8M，直屬局到所屬基層局網(wǎng)絡(luò)帶寬為2～8M不等。嵌入或PC式硬盤(pán)錄像機(jī)將壓縮的視頻點(diǎn)的音視頻信號(hào)通過(guò)TCP/IP局域網(wǎng)、無(wú)線接入網(wǎng)和沂沭泗防汛計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等IP網(wǎng)絡(luò)傳輸給所屬中心的中心系統(tǒng)管理服務(wù)器。

監(jiān)控中心：沂沭泗監(jiān)控中心平臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，需要用戶接入認(rèn)證、系統(tǒng)設(shè)備管理、視頻監(jiān)視控制以及流媒體分發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)等功能。網(wǎng)絡(luò)錄像單元用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)媒體數(shù)據(jù)的數(shù)字化錄像、存儲(chǔ)、檢索、回放以及管理。監(jiān)控中心設(shè)置視頻服務(wù)器和認(rèn)證服務(wù)器，并安裝相應(yīng)的服務(wù)管理軟件和應(yīng)用支撐平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和集中管理。

4 閘門(mén)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

利用現(xiàn)有的水閘前端智能采集設(shè)備，不改變?cè)械南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，完善現(xiàn)地通信網(wǎng)絡(luò)，利用沂沭泗水利管理局統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)置的IP訪問(wèn)地址，在沂沭泗水利管理局搭建工情數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，韓莊樞紐、二級(jí)壩樞紐、道口樞紐、大官莊樞紐、嶂山節(jié)制閘、宿遷節(jié)制閘各管理局搭建工情數(shù)據(jù)采集終端，增加計(jì)算機(jī)與現(xiàn)地PLC之間的數(shù)據(jù)接口組件，將閘門(mén)開(kāi)度、閘門(mén)荷重、閘門(mén)操作狀態(tài)等工情信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)傳送到沂沭泗水利管理局監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，供水閘監(jiān)控中心管理平臺(tái)軟件使用；淮委、沂沭泗水利管理局機(jī)關(guān)、沂沭泗直屬局及基層局通過(guò)客戶端查看各閘水工情信息。

工情數(shù)據(jù)采集終端采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，安裝數(shù)據(jù)接口組件及相應(yīng)的操作系統(tǒng)軟件，配置雙以太網(wǎng)卡，通過(guò)對(duì)雙以太網(wǎng)卡IP地址的不同設(shè)置來(lái)訪問(wèn)現(xiàn)地PLC，完成各個(gè)樞紐的閘門(mén)開(kāi)度、荷重及閘門(mén)操作狀態(tài)等工情信息的收集，并實(shí)時(shí)上傳到沂沭泗水利管理局工情服務(wù)器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，供監(jiān)控中心管理平臺(tái)軟件調(diào)用。其中一個(gè)網(wǎng)卡設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)絡(luò)IP地址，訪問(wèn)現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)，不更改現(xiàn)有的現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，另一個(gè)網(wǎng)卡設(shè)置沂沭泗水利管理局統(tǒng)一規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)IP地址，連接沂沭泗水利管理局網(wǎng)絡(luò)。

淮委客戶機(jī)通過(guò)租用的數(shù)字電路、沂沭泗水利管理局本地客戶機(jī)通過(guò)本地網(wǎng)絡(luò)、沂沭泗水利管理局直屬水利管理局客戶機(jī)通過(guò)光纖或微波網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)沂沭泗水利管理局監(jiān)控中心管理平臺(tái)軟件。

閘門(mén)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接如圖1所示。

圖1 閘門(mén)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接圖

5 系統(tǒng)功能

5.1 實(shí)時(shí)監(jiān)視

可以在客戶端的電視墻上或者通過(guò)WEB方式登錄監(jiān)控中心視頻管理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)單畫(huà)面和多種多畫(huà)面模式的實(shí)時(shí)監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控點(diǎn)攝像機(jī)的遠(yuǎn)程控制。圖像可疊加監(jiān)控點(diǎn)名稱、日期/時(shí)間等字幕信息。

5.2 流媒體服務(wù)

流媒體服務(wù)包括：流媒體服務(wù)器軟件、視頻存儲(chǔ)服務(wù)器及錄像服務(wù)器軟件、設(shè)備管理器軟件三部分。

流媒體服務(wù)器軟件安裝在視頻服務(wù)器內(nèi)，主要實(shí)現(xiàn)硬盤(pán)錄像機(jī)實(shí)時(shí)視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)、控制信息轉(zhuǎn)發(fā)、錄像資料的轉(zhuǎn)發(fā)。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，可以平衡網(wǎng)絡(luò)視頻負(fù)載。用戶通過(guò)訪問(wèn)流媒體服務(wù)器提取經(jīng)流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)后的前端硬盤(pán)錄像機(jī)所需實(shí)時(shí)視頻流，并發(fā)送PTZ進(jìn)行設(shè)備控制。

視頻存儲(chǔ)服務(wù)器及錄像服務(wù)器軟件主要實(shí)現(xiàn)視頻流的存儲(chǔ)管理。

設(shè)備管理軟件可對(duì)硬盤(pán)錄像機(jī)和解碼器進(jìn)行管理，包括畫(huà)面分組、輪跳等功能。

5.3 全景三維實(shí)體視圖

提供彭道口分洪閘、劉道口節(jié)制閘、新沭河節(jié)制閘、人民勝利堰節(jié)制閘、嶂山閘、二級(jí)壩一閘、二級(jí)壩二閘、二級(jí)壩三閘、韓莊節(jié)制閘、宿遷節(jié)制閘等十個(gè)閘、控制室及啟閉機(jī)房的三維立體感覺(jué)的實(shí)景360度全方位圖像。

5.4 閘門(mén)控制監(jiān)測(cè)服務(wù)

對(duì)彭道口分洪閘、劉道口節(jié)制閘、新沭河節(jié)制閘、人民勝利堰節(jié)制閘、嶂山閘、二級(jí)壩一閘、二級(jí)壩二閘、二級(jí)壩三閘、韓莊節(jié)制閘、宿遷節(jié)制閘等十個(gè)閘的閘門(mén)的實(shí)時(shí)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，具備對(duì)閘門(mén)運(yùn)行調(diào)度指令、工作狀態(tài)、水位、流量等有關(guān)信息的傳輸、存儲(chǔ)、查詢、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及有關(guān)管理等功能，為用戶提供各類報(bào)表及圖形，并在三維地圖上顯示各站當(dāng)前的工情等值線、等值面信息。

6 結(jié)語(yǔ)

沂沭泗直管水閘視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合了視頻編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、流媒體技術(shù)和嵌入式技術(shù)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)有利于系統(tǒng)集成、擴(kuò)容，充分整合現(xiàn)有監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行了異構(gòu)壞境下的新舊信息資源的融合和高效利用，起到利舊整合、節(jié)約資源、減少投資的目的。采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)視頻高清圖像技術(shù)和雙以太網(wǎng)卡橋接技術(shù)，保證視頻數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，具有良好的可伸縮性，簡(jiǎn)化、統(tǒng)一的安全模型。由于高清視頻監(jiān)控點(diǎn)所占帶寬較大，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，受直屬局到基層局網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響，沂沭泗局本部最多能夠同時(shí)觀看4路實(shí)時(shí)的圖像。

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TV698

B

1008-1305（2017）05-0112-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.035

2017-08-11

楊殿亮（1972年—），男，高級(jí)工程師。