沂沭泗直管水闸IP监控方案

2013-01-27王从明孔凡富

治淮 2013年1期

王从明孔凡富

沂沭泗直管水闸IP监控方案

王从明孔凡富

1 现状及存在问题

沂沭泗流域地处我国南北气候过渡地带，降水年内分布不均，主要河道源短流急、峰高量大，洪水陡涨陡落，洪水预见期短、传播快，流域各主要河湖又相互联通，在洪水调度过程中，各水闸调度相互连动、互相制约，迫切需要建立一个集远程监视与集中控制于一体的视频监控系统，利用现代化计算机网络通信技术，实现直管水闸远程实时监控，便于对全流域洪水的集中管理和统一调度，发挥防洪、排涝、蓄水、灌溉、航运等综合效益。

视频监控系统采取模、数结合的方案，利用模拟光端机、矩阵等设备完成图像信息的采集、传输、显示和控制，利用数字录像机进行编解码和存储。虽然每个系统在各自枢纽范围内的独立应用中，基本满足了基层用户的一般需求，并发挥了应有的作用，但是大部分视频监控信息无法传输到沂沭泗局。由于使用模、数两套完全异构的平台，导致系统架构异常复杂，部署、安装、维护困难，标准化和可扩展性差，管理难度大，很难进行大规模部署，无法适应监控系统规模和范围越来越大的需要。

2 视频监控技术

20世纪以来，视频监控模式大致经历了三个阶段，即20世纪70年代发展的模拟视频监控模式（VCR）、20世纪70年代发展的数字视频监控模式（DVR）和本世纪初发展的网络视频监控模式（IP监控）。

VCR监控系统通常由摄像机、探测器、云台等前端设备和传输系统、主控显示记录设备三大部分组成。前端摄像机获取的视频信号、监听探测器获取的声音信号、报警探测器发出的报警信号、主控设备向前端设备传送的控制信号以及供电电源等，通过传输系统进行传送。主控系统对前端系统传送回来的视频信号、声音信号和报警信号进行处理、显示和传送。

DVR监控系统是以数字视频处理技术为核心，综合计算机多媒体、局域网、数字压缩、现代控制技术和人工智能合成技术的一种新型监控系统，它将监控系统和计算机系统有机结合在一起，实现了数据、语音、图像的合成，并与先进的管理系统融为一体。DVR系统一般由摄像机、探测器、云台等前端设备和传输系统、硬盘录像机（DVR）等部分构成，具有多画面处理、录像、回放、矩阵控制、探测报警、远程传输等功能。前端设备传送回来的视频信息、声音信息和报警信息输入DVR，由DVR从多路输入信息中选取若干路模拟信息转化成数字信息，完成信息的采集、浏览、存储、操作和传输。

与VCR系统相比，DVR系统减少了大量设备和配置，提供了更好的图像质量，并可在联网的计算机上实现图像监视与回放，具有VCR系统无法比拟的优点，自DVR技术推广应用以来，已取代VCR技术成为主流的视频监控技术。

IP监控以DVR技术为基础，通过计算机网络，完成数字视频监控信号的采集、传输、浏览、存储和操作。由于节省了传统监控系统的布线和线路维护等大量费用，IP监控系统的建设成本大大降低。IP监控一般由摄像机、探测器、云台等前端设备、网络系统和集中管理系统等构成，同样具有多画面处理、录像、回放、矩阵控制、探测报警、远程传输等功能。前端设备一般采用网络摄像机，或模拟摄像机与视频服务器（DVS）组合，直接接入计算机网络，实现远距离监控。

与DVR系统相比，IP监控的前端设备直接连入计算机网络，即插即看，减少了大量的模拟同轴电缆，节省了布线建网的成本，成本优势很明显。由于网络摄像机、DVS等前端设备都是嵌入式设备，能够适应恶劣条件，因此，IP监控的稳定性和可靠性很高。另外，IP监控基于开放、标准的IP技术，只要增加网络摄像机或DVS等前端设备，就可以对系统轻松进行升级扩容。

3 沂沭泗直管水闸IP监控方案

由于沂沭泗直管水闸分布地域广，基层管理单位分散，现有监控系统难以实现集中和统一运用，随着直管工程统一管理和合理调度的需求不断增加，沂沭泗直管水闸监控系统需要满足可管理性、可靠性、易用性、可扩展性、业务融合、高兼容性等特点。

沂沭泗直管水闸IP监控系统由各监控站和监控中心两部分组成，监控站和监控中心通过计算机网络连接。每个基层局分别建设一个监控站，负责收集本基层局管理的直管水闸视频信息，进行编码、存储，并连接计算机网络。沂沭泗局建设监控中心，负责对全局所有的监控设备进行统一管理，并通过各监控站收集监控信息实现对所有直管工程集中监控。

（1）监控站。监控站设施由摄像机、监听设备、对讲设备、报警设备、编解码器和电视墙等组成，其中摄像机、监听设备、对讲设备、编码器和报警探头是IP监控系统的前端设备。摄像机等前端设备通过编码器，将模拟信息转化为数字信息，并连接到网络。监控站安装电视墙设备，通过解码器连接网络，通过电视墙软件控制视频信息的切换，实现矩阵功能。

监控站的编解码器与沂沭泗局计算机网络连接，并连接监控中心。当监控站到监控中心的网络带宽足够，允许监控中心集中存储时，监控站可配置DVS编码器；当网络带宽有限，无法在监控中心集中存储时，采用支持前端存储的DVR编码器。

（2）监控中心。监控中心安装视频管理服务器，统一管理全局所有的监控设备，负责视频监控的调度、设备配置、设备保活、存储管理和用户权限认证信息的管理，并将报警信息、云镜控制、解码器输出控制指令转发到相关前端设备。视频管理服务器支持沂沭泗流域GIS电子地图，并在地图上标注摄像机的具体布置。监控中心安装电视墙设备，通过解码器和电视墙软件控制视频信息的切换，实现矩阵功能。

（3）用户访问。沂沭泗局的用户访问监控信息有两种方法：一是通过电视墙设备实现监控功能，由电视墙软件进行切换和控制；二是通过WEB方式登录监控中心的视频管理服务器，在授权范围内实现监控功能，通过客户端浏览器进行切换和控制。各直属局和基层局的WEB用户直接从监控站编码器获取视频信息，而沂沭泗局的WEB用户通过视频管理服务器转发视频信息，可以有效避免从网络带宽较低的广域网上传输不必要的视频信息，减轻网络压力，从而间接保证监控信息的实时性。

对比现有的水闸现地视频监控系统，IP监控方案方案具有以下特点和优势：

（1）统一的监控平台。IP监控系统通过将编解码器、网络系统、视频管理服务器和网络存储系统相互融和，优化了监控系统架构，提高系统的整体效能、可靠性，可以有效满足沂沭泗局对直管水闸实施集中监控的需求。

（2）先进的系统架构。IP监控遵循标准的Internet架构，实现控制与交换相分离，由网络来承载存储流和实时流等业务流，由视频管理服务器处理控制流，适合监控系统大规模扩展应用。控制、编解码、存储等环节全部采用国际标准技术实现，便于互连互通，整体架构开放设计，便于新技术新业务的引入及融和。

（3）高清实时的图像质量。编码器采用符合MPEG2/MPEG4/H.264等国际标准的图像压缩技术，可提供FULLD1高清晰图像分辨率，编码带宽最高可达4M（MPEG4/H.264）～8M（MPEG2），在带宽有保障的前提下，对于大动态图像，更高的码流支持可以提供更多的图像细节和高清图像质量。

（4）高实时性。IP监控可以在相关软件的管理控制下，由前端编码器将视频监控信息编码后，直接通过计算机网络发送给后端解码器解码并输出到电视墙显示，从而避免了实时视频流必须通过服务器转发而存在的性能瓶颈、视频和控制延迟等缺点，具备低于300毫秒的实时性能。

（5）专业可靠的海量存储。IP监控支持网络存储和本地存储两种存储模式。当实施集中存储时，监控中心可配备专业可靠的海量存储系统，集中存储监控信息，专业的存储系统支持各种RAID保护技术，支持硬盘热备份和在线维护，任何一个硬盘损坏不会丢失数据，支持电源冗余，这些都是传统DVR不具备的。

（6）视频分发机制。IP监控的视频管理服务器支持WEB用户通过视频管理服务器转发和直接从编码器获取视频信息两种方式，根据沂沭泗局计算机网络的带宽状况，各直属局和基层局的用户可以直接从编码器获取视频信息，沂沭泗局的用户可以通过视频管理服务器转发视频信息，有效避免网络带宽较低的广域网上传输不必要的视频信息，减轻网络压力，有效保证监控信息的实时性。

（7）灵活高效的访问方式。在监控站和监控中心，专业的监控用户通过电视墙进行高清监控，并通过网络的服务质量（QoS）等机制，提高监控信息传输的优先级，保证监控信息的实时性。而其他普通用户，可以通过WEB方式，通过计算机网络灵活的进行一般监控。

（8）可靠性。IP监控的前端设备均采用嵌入式设备，充分满足高风险等级场所的高可靠性监控需求，平均无故障间隔时间、工作温度范围、防雷、防静电、防潮、防霉等户外防护等级较高，同时避免了采用通用软件而带来的防病毒、防攻击等网络安全问题，大大提高了产品的可靠性。

（9）业务融合。监控系统作为沂沭泗局水利信息系统之一，要求能够与其他业务系统进行融合，如GIS、防汛调度系统等。IP监控的视频管理服务器可以支持沂沭泗流域内GIS电子地图，并在地图上标注摄像机的具体布置，向视频应用客户端提供GIS电子地图服务。