水电站网络视频监控系统的设计

罗 微，张二林，彭 倞

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

1 现有监控系统设计方案分析

视频监控系统在水电站的应用主要包括设备监控、水库大坝监控和安防监控3个方面。目前在水电站视频监控系统的构建中应用最广泛的是以嵌入式网络数字硬盘录像机为核心的数字视频监控系统。

在数字视频监控系统中，前端采集设备（包括模拟摄像机、镜头、编码器、云台、护罩、支架等）分别布置在水电站主厂房、副厂房、进水口、地面变电站、大坝等各重要生产部位。距离中心站较近的前端设备采用视频电缆、控制电缆、电源电缆传输信号，距离中心站较远的前端设备采用光缆传输信号，传输设备采用视频光端机。数字视频监控系统的采集设备、传输设备仍然为模拟方式，设置在监控中心的嵌入式硬盘录像机（DVR）以数字方式进行视频数据的压缩、控制、显示和存储。数字视频监控系统具有模拟监控系统无可比拟的处理能力和处理速度，但该系统也存在以下缺点：CCD等视频信号的采集、压缩、通信较为复杂，可靠性不高；前端信息的采集跟模拟视频监控系统相同，布线复杂，成本高；图像远传仅局限在局域网内传输；功耗大，环境适应能力差。

2 网络视频监控系统设计方案

2.1 网络视频监控系统的结构

水电站网络视频监控系统由前端视频采集部分、网络通信部分和监控中心部分组成。前端视频采集设备安装在监控现场，负责将采集到的信号进行视频编码和本地存储，是视频监控系统的重要组成部分。前端视频采集设备可以是网络摄像机，也可以由模拟摄像机加上网络视频服务器组成。网络视频服务器分布在网络上的各处，每台服务器连接多台摄像机，网络视频服务器将摄像机采集到的视频信号进行压缩编码，然后将编码后的码流通过网络传送至监控中心设备。网络通信部分由路由器、交换机、防火墙、通信线路等设备组成。通信线路主要由同轴电缆、双绞线、光纤及视频光端机等构成。网络通信部分负责将采集到的视频信号传输到监控中心的主控设备。监控中心设备有以太网交换机、嵌入式网络硬盘录像机（NVR）和视频管理服务器等。NVR以数字设备为前端，直接对数字视频流信号进行处理。视频管理服务器负责整个视频监控系统的管理，网络视频的存储，视频的多级转发，前端设备的多级控制，前端设备的集中管理，用户的集中管理等功能。监控终端由监控工作站和电视墙等终端显示设备组成。监控终端通过客户端软件或标准浏览器访问监控管理服务器，可以实现多画面实时监控，远程控制摄像机云台，还可以调看管理服务器所存储的数字化录像文件。该网络视频监控系统可将视频数据经互联网或光纤通道上传至上级监控中心，以便上级监控中心值班人员进行远程指挥和调度监控。

网络视频监控系统同现有数字视频监控系统相比具有几点优势。①布线简单，施工方便，具有先进的数字录像存储功能，可直接将前端数字信号以IP包形式在网络上传输；②NVR比DVR使用起来更加方便快捷、适应性更强、数据存储更加可靠安全，在远程监控方面更具优势。另外，网络视频监控系统是一种完全基于IP网络，采用Browser/Server结构设计的新一代综合视频监控系统，可以方便地通过以太网接入水电站已存在的信息网络系统。③网络视频监控系统具有模块化结构的特点，扩容时可在原有系统不作任何改动的前提下接入新系统，大大降低扩容成本。

2.2 主要设备的选择

水电站作为工业环境，环境因素比较复杂，在选择设备和传输线缆时要充分考虑水电站的环境特点，从而保证整个系统的运行效果。

2.2.1 前端视频采集设备

前端视频采集设备负责完成视频图像的采集和控制命令的执行等工作。前端视频采集设备主要包括网络摄像机、模拟摄像机和网络视频服务器。

网络摄像机利用网线传输，拥有自己的IP地址，可不借助计算机独立工作。局域网及广域网上的用户只要使用标准的网络浏览器就可以根据IP地址访问网络摄像机，观看通过网络传输的实时图像，还可以对镜头、云台进行控制。网络摄像机主要包括网络枪式摄像机、网络高速球机、网络红外摄像机等。在选择网络摄像机时除了要考虑最低照度、镜头焦距的大小等摄像机的基本指标外，还应考虑到像素、编码压缩格式、视频输出接口和码率等技术参数。

网络视频服务器包括一个或多个模拟视频输入口、视频转换和压缩芯片、嵌入式操作系统和以太网口，它的功能是将模拟视频信号数字化，将数字视频传输到网络上。网络视频服务器工作稳定、安全可靠、便于在有限空间内安装。网络视频服务器能弥补网络摄像机在使用时镜头和机身功能的限制，可以成功地将模拟摄像机转变为网络摄像机。对于改造系统，通过将传统模拟摄像机接入网络视频服务器可以实现对模拟视频监控系统的数字化改造。选择网络视频服务器的关键是该产品能否适应用户的网络传输要求，应重点考虑网络压缩格式、操作系统、传输带宽、视频帧率、通信协议和终端串行端口等技术参数。

2.2.2 网络通信设备

水电站视频监控系统传输线缆包括同轴电缆、双绞线、光缆、控制电缆和电源电缆等。这些传输线缆大部分需要与强电电缆、控制电缆共同敷设在电缆沟或电缆桥架中，交变磁场会在同轴电缆传输的视频信号上叠加电压信号，使视频图像出现干扰条纹。采用双绞线能抵消此类干扰，保证视频信号的传输质量。光纤采用光信号进行传输，不受强电强磁的干扰。因此此系统主要采用光纤和双绞线两种介质对视频图像进行传输。对于前端视频采集设备和监控中心之间距离小于100 m的区域直接采用双绞线传输视频信号，在100～600 m的区域采用双绞线加上一对双绞线视频信号传输器来传输视频信号。对于距离超过600 m的区域和干扰较大的前端视频采集设备采用光纤传输视频信号。视频光端机是将视频信号与光信号进行相互转换的设备。视频光端机一般成对使用，分为光发射机和光接收机。在选择视频光端机时应考虑视频路数、信号制式、编码技术、数据格式及信噪比等技术参数。

2.2.3 监控中心设备

监控中心设备主要包括嵌入式网络硬盘录像机（NVR）、以太网交换机、和视频管理服务器。

嵌入式网络硬盘录像机（NVR）基于嵌入式架构，采用linux或其他嵌入式操作系统来实现，安全性较高。嵌入式NVR所有核心元器件集成在单张PCB板上，耦合度低，稳定性高，成本低。嵌入式NVR采用专用的DSP芯片进行视频解码，解码能力强、解码路数多，解码显示时延小。嵌入式NVR网络视频输入为16路（以上），支持HDMI，VGA，CVBS同时输出，HDMI与VGA输出分辨率最高均可达到1920×1080 p，同时装置大容量硬盘，并设硬盘接口，网络接口、USB接口，可满足海量存储要求。嵌入式NVR应支持主流品牌网络摄像机的预览、存储和点播；支持最大16路720 p同步回放及多路同步倒放；支持重要录像文件加锁保护功能；支持网络容错、负载均衡以及双网络IP设定等应用。

选用智能型快速工业级以太网交换机构成10 M/100 M/1000 M自适应交换式工业以太网，传输速率1000 Mbps，各节点使用光口或RJ 45电口直接连到交换机上。提供增强的服务质量和组播管理特性，具有良好的可管理性和安全性，可以创建静态和动态地址的访问权限，为管理员提供对网络访问的强大控制能力。

视频管理服务器采用嵌入式设备或高性能工控机。视频管理服务器负责接收前端网络摄像机采集到的视频数据，并将视频数据进行存储和转发。视频管理服务器可通过摄像机的IP地址远程登录不同的网络摄像机的管理界面，对摄像机的时钟、图像亮度、对比度以及码流速率等参数进行设置。此外，视频管理服务器还应具备用户权限管理、系统内设备运行状态监测、完成对所有操作及状态的日志管理等功能。

3 结语

视频监控系统在水电站的应用，可以辅助安全生产、降低生产管理成本，提高工作效率，并可纳入电厂SIS,MIS信息管理平台，是水电站集中管理必不可少的一部分。此文通过对现有视频监控系统进行分析，结合水电站的特点提出了一种新的网络视频监控系统设计方案，该方案可应用于新建水电站和旧电站改造工程中。此方案对同类水电站工程视频监控系统设计具有一定的借鉴价值。

[1]梁笃国等.网络视频监控技术及应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[2]徐金寿，张仁贡.水电站计算机监控技术与应用[M].杭州：浙江大学出版社，2011.

[3]叶晨.NVR技术在视频监控系统中的应用[J].中国安防，2012，（7）：42-45.