高清视频技术在船闸监控系统中的应用实践

贺新

摘 要：近些年来，随着视频监控技术的不断发展，高清视频产品的迅速普及，高清市场正在逐渐成熟和得到各行各业的认可，而我们船闸生产管理使用的模拟视频技术已经落后太多。本文主要阐述的内容是高清视频技术在船闸监控系统中的应用；高清视频安装中出现的问题及解决措施，从而提高视频监控系统在船闸的应用价值和效果，确保船闸的安全运行和过闸效率。

关键词：船闸安全；高清视频技术；应用情况；发展趋势

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.126

1 引言

船闸作为一种应用最广的水上通航建筑物，有效地改善了航道通航条件，促进了水路运输和地方经济的发展。安全是船闸管理永恒的主题，安全如果出了问题，会让船闸付出不可估量的代价，所以将更加清晰、流畅的高清视频技术应用到船闸运行管理中，从而确保船闸的安全运行，保障船舶的安全快速通过，为我国内河水上交通运输的可持续化发展提供保障，是当前形势发展的必然要求。

2 船闸视频监控系统的现状及需求

（1）以笔者单位施桥船闸为例，现有的模拟视频监控系统是早些年全省联网收费系统建设时的配套系统，目前已经投入运行超过十年，设备性能衰减和线路老化现象严重，很多出故障的设备已经没有配件可卖，模拟监控系统已经无法完成日常维护，已严重影响船闸运行安全。

（2）视频监控系统为船闸安全管理工作提供了可靠保障，随着我国视频监控系统应用领域的扩大，视频监控技术得到了迅速发展，现有的模拟视频监控系统在技术上已经落后太多，不能满足船闸运行调度、安全管理、船闸电气控制系统等对于视频监控系统的要求。

基于以上两方面的分析和考虑，笔者认为引进高清视频技术刻不容缓，需对船闸目前的监控系统进行全面的改造。

3 高清视频监控系统在船闸应用的分析

3.1 高清摄像机的选型

所谓“高清”即“高分辨率”，关于高清的定义，最早来源于数字电视领域，高清电视又称之为“HDTV”，是由美国电影电视工程师协会确定的高清晰度电视标准格式。一般所说的高清，代指最多的就是高清电视了，电视的清晰度是以水平扫描线数作为计量的，以下是几种常见的电视扫描格式：

（1）1080i格式，是指分辨率为1920*1080，采用隔行扫描的方式，这是一种将信号源的水平分辨率按照约定俗成的方法进行缩略的命名规则。

（2）720p格式，是指分辨率为1280*720，采用逐行扫描的方式，达到720p以上的分辨率，是高清信号源的准入门槛，720p标准也被称为HD标准。

（3）1080p格式，是指分辨率为1920×1080，采用逐行扫描的方式，被称为Full HD（全高清）标准。

国际上公认的有两条：视频垂直分辨率超过720p或1080i；视频宽纵比为16：9即为高清，我们通过市场调研列举了以下几种产品，具体如（图1）。

通过以上图表分析，数字宽动态高清摄像机相对于模拟摄像机具有分辨率高、画面清晰，系统架构简单等优点；相对于HD-SDI高清摄像机又具有传输方便、兼容性强、性价比高等优点。结合近年来船闸、航道视频监控高清化的发展趋势、使用要求、建设及运维成本，我们决定采用IP数字宽动态高清摄像机。

3.2 监控点布设

视频监控系统作为船闸管理的“眼”，不仅要从“看得见”到“看得清”的视力升级，更渴求着从“看得清”到“看得懂”的智力飞躍，为了最大化的发挥监控系统的作用，减少管理人员的工作压力，我们需要对监控点的设置进行科学规划，过去我们只是针对引航道、闸室、闸门、闸首值班室、远方调度站大厅等工作区域进行监控，现在我们增加了对引航道的中段及末端、闸室镇静段、闸首机房、上下游航道全景、码头停泊区等区域的监控，并且对相关重要工作区域安装了语音监控，这样一来基本做到船闸工作区域全覆盖，满足了现有各系统对视频监控的使用需求。

3.3 视频图像传输、控制及显示

常见的高清视频传输有以下几种方式：

（1）有线传输，代表类型有：屏蔽双绞线方式、高清光端机方式、光纤收发器方式、以太网无源光网络方式。

（2）无线传输，代表类型有3G、4G、2.4GWLAN方式、WiMax

方式。

（3）非压缩数字传输，代表类型有HD-SDI方式、同轴电缆方式。

3.3.1 视频图像传输

笔者根据视频传输带宽需求及船闸的实际情况，确定采用纯网络架构，各上、下游闸首区域及引航桥的监控点通过屏蔽双绞线直传或通过光纤收发器将摄像机的视频信号在对应的闸首机房进行汇聚，再通过各闸首机房的光纤链路将图像传输到船闸中心机房；上、下游远调站的监控点视频信号经交换机汇聚后，通过远调站现有光纤链路将图像传输到船闸中心机房，最后通过苏北运河光传输网将视频图像上传至上级管理部门进行汇聚，实现资源共享。

3.3.2 视频图像控制及显示

船闸各PC终端用户通过访问中心机房的视频服务器，使用视频管理软件，实现所有视频图像的查看及管理，另外我们通过视频综合管理平台实现在大屏幕电视墙（3*5*46”液晶拼接屏）上的显示与控制，实现了船舶登记、智能调度、安全过闸、设备运行的实时监控和管理。

3.4 视频图像存储

我们将船闸所有监控点的视频信号在中心机房进行汇聚，采用集中式存储，并对原模拟视频系统里使用的混合型DVR进行再利用，另外新增部分NVR设备，以满足改造后高清视频的存储要求（70天）。

3.5 视频监控系统防雷及接地措施

船闸一般位于比较偏僻的地区，容易受到雷击的破坏，雷电电磁感应及脉冲所产生的电压容易对监控设备造成干扰甚至永久性损坏，会使监控系统运行受到影响，严重的会造成系统崩溃，其后果不堪设想。

监控系统主要由前端设备、传输线路及设备、后端存储和控制及显示设备这三大部分组成（见图2）：

前端部分：监控护罩、杆件、摄像机、拾音器、设备箱等。

传输部分：供电线缆、网线、光传输线缆及传输设备等。

终端部分：交换机、服务器、硬盘录像机、监视设备等。

3.5.1 前端设备直击雷防护

前端设备如安装在引航道、码头停泊区等比较暴露的区域，应就地制作避雷网或采取专用接地线缆（镀锌圆钢）将设备与船闸现有避雷网进行连接；对于安装在机房楼墙上的摄像机，可以就地制作一套避雷带；采用立杆安装的摄像机可在杆件顶部安装避雷针，并通过专用引下线、立杆本身或镀锌圆钢与避雷网进行连接。

3.5.2 供电及传输线缆防护

供电及信号线缆宜分别穿金属管埋地敷设或走电缆井道，并保持整个金属管道的电气连通，金属管两端做接地处理或利用原有电缆井道接地网作防雷保护。

3.5.3 供电系统防护

根据《建筑物防雷设施安装99D501-1》的规定，我们针对不同等级的配电场所安装了相应等级的浪涌保护器，如在船闸低压配电房电源进线端安装一级SPD，在各闸首、远调机房内配电箱电源進线端安装二级SPD，在中心机房配电箱电源进线端安装三级SPD。

3.5.4 接地系统防护

将有接地要求的设备统统接入到对应的接地网内，根据国家规范防雷接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地可以共用一组接地装置，接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。如有特殊要求，以上同种地网不共地时，则应按现行国家标准GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》要求采取防止反击措施。

4 安装中出现的问题及解决措施

（1）网线最大的传输距离一般为100m，在项目施工过程中我们就做了测试，在允许范围内的监控点使用了网线传输，在图像传输运行一段时间后：

故障现象：出现图像掉线，无法连接。

解决措施：通过测试传输网线无故障，摄像机也工作正常，然后在摄像机端增加了中继器，图像恢复正常。

（2）照明光源对摄像机定位的影响，由于船闸引航道水域夜间光线不足；局部区域照明与监控点有冲突：

故障现象：容易造成摄像机夜间成像效果不好；夜间图像曝光严重；

解决措施：在引航道照明设施较少的区域增加LED光源，保持一定的光源照度；监控点定位时必须避开照明光源，要将摄像机安装在光源的前端，摄像机监控范围内要将有效光源避开，这样才能确保夜间成像的真实性。

5 高清视频监控系统实现功能

（1）全天候记录船闸运行现场、远调大厅室内外工作区域人员活动情况；掌握船闸机电设备运行、船舶停靠及引航道船舶通航情况等等。

（2）高清视频日间图像清晰，夜间能够看清船舶和航道闸室实际情况，满足了船闸对船舶、航道、工作岗位全天候监管的要求，确保了船舶放行的安全性和可靠性，在一定程度上提高了船舶过闸效率，有效地缓解了船闸船舶积压的现象。

（3）根据现场管理人员的反馈，与过去模拟监控系统对比，现在对航道及船舶待闸停靠情况的监管能力得到明显提升，改变了过去需要乘航政艇上航、现场巡视的管理方式，尤其是白天航道看得比过去清楚多了，在一定程度上提高了现场动态监管的能力；由于本次改造监控范围的扩大，对过去远方调度站附近航道上监管不到的区域进行了全覆盖，实现了有效监管，对违章停靠的船舶处罚、治安事件的取证提供了有效的影像资料，为创建平安船闸、平安航道提供了技术支撑。

6 高清视频技术在船闸未来的发展趋势与展望

高清视频技术在船闸监控系统中已得到大量应用，是技术的创新，是新形势下船闸管理的技术需要，为将来船闸实现集中值守管理模式创造了基础环境，笔者认为高清视频监控系统可以在船闸发挥更多的作用：

（1）通过获取船闸电气控制PLC数据和高清视频图像信号，开发一套船闸电气控制与视频监控联动的系统，帮助操作人员解决运行现场存在的各种值守难题，从而进一步提高船舶过闸的安全性、便捷性。

（2）通过网络安全设备（防火墙）端口映射功能，实现船闸视频图像在移动终端的远程访问，能够让船闸主要管理人员不受网络和办公场所的限制，及时掌握船闸的实际运行状态，提高船闸的运行和管理效率。

（3）在一些重要、关键的设备上安装高清视频，船闸养护人员可以通过直观的图像及可以追溯的影响资料，帮助养护人员能够更快的进行远程诊断，提高故障应急处理的效率。

7 结束语

通过本文的整体论述，对高清视频技术应用到船闸监控系统当中的必要条件、实现功能及安装过程中存在的问题进行了介绍，同时在系统使用过程当中，可能还会遇到一些细节方面的问题，这些问题如果不去解决可能会造成监控系统的罢工。所以，只有在使用过程中不断完善和改进，才能够使高清视频监控系统在船闸中的作用最大化，帮助船闸运行更加高效。

参考文献：

[1]徐跃增，吕剑栋.船闸远程监控系统综合设计与应用[J].人民黄河，2009，31（09）：122-123.

[2]净耀峰，贾佑群.视频监控系统防雷设计与接地[J].科技风，2009（04）：128-129.