节水灌溉信息化工程设计研究

孙锋申 魏 燕 马伟顺 王松红 李合菊 张树银

（1.莱芜职业技术学院，山东济南 271100；2.93995部队，陕西西安 710306）

1 建设背景

为进一步加快经济作物节水灌溉高效示范区项目建设步伐，彻底改变高效节水灌溉设施建设严重滞后的现状，提高农业抗御自然灾害的能力，推行微灌技术，促进现代化高效农业发展，成为今后节水灌溉工作更加艰巨的任务[1]。加强节水灌溉工程的运行管理，是一项极其复杂的系统工程，主要需要实现以下建设目标：（1）2个项目区泵站内部的安全监控、4个项目区重点区域的视频监控（见图1）；（2）信息展示中心，主要是满足项目的远程节水灌溉的视频监控。

图1 远程信息中心和项目区监控示意图

2 系统建设

2.1 项目区视频监控系统实时视频监控子系统是节水灌溉监控的特色之一，其主要功能是提供现场实时的视频信息，对泵站及其周边的基础设施和现场周边环境进行实时视频监控。该系统主要包括视频编码参数配置、客户端视频解码[2]。建设视频监控系统的目的是通过视频信息实时查看项目区植物生长状况和项目区节水灌溉设备的运行状况，为管理人员提供直观、快捷的现场状况和灌溉信息。

2.1.1 项目区视频监控系统组成 项目区视频监控系统主要实现全面实时监视2个泵站、4个项目区重点区域现场情况，通过处理器对所有的摄像点图像进行处理，并可实现单幅或多幅画面录像回放，方便图像查询。由于项目区为雷区，不适合采用无线网桥实现视频监控信号的传输，所以采用光纤数据传输。在安装高清网络摄像机的地方，为防止雷击损坏摄像机，安装了防雷器和避雷针等设施。视频信号采集设备是网络高清摄像机，型号DS-2DE7172-A，系统利用网络高清摄像机监控泵站内部安全情况，通过网络交换机、光纤传输将视频数据上传至信息中心。视频监控数据采用无线网桥和光纤传输方式，视频数据传输到项目区内信息中心采用无线网桥，项目区信息中心数据传输到总控信息中心采用光纤传输。

2.1.2 DS-2DE7172-A网络高清摄像机的特点

2.1.2.1 系统功能 使用高效红外阵列，功耗比较低，射距远，并且内置热处理及去雾装置，使用寿命长。使用高质量图像传感器，图像分辨率可以到达1 280×960；高性能电机控制运行，控制角精度小于0.1°；具有掉电记忆功能，支持防雷电、防浪涌、防潮防水等功能，室外球达到IP66防护等级。

2.1.2.2 机芯功能 可以实现自动光圈、去噪、聚焦、背光补偿等功能，可以实现超低照度，0.05 Lux/F1.4（彩色），0.01 Lux/F1.4（黑白）。支持以太网控制，支持网络平台回放与储存备份，实现NAS存储录像，实现多级用户权限管理。

2.1.2.3 云台功能 可以实现水平方向无死角旋转，可以实现8条无盲区巡航扫描，具有垂直扫描、水平扫描、全景扫描、帧扫描和随机扫描等多种扫描方式，支持自动调焦、白平衡、去噪等功能。

2.2 信息中心建设信息中心建设应包括信息中心硬件平台建设、信息中心软件平台建设、通信系统的建设。监控中心选用计算机工作站、演示电脑、视频控制软件、液晶显示器、激光打印机、UPS电源、网络交换机和防火墙等设备，对所有摄像机进行24 h录像[3]。本系统设置多级权限，严格控制超级管理员数量，设置多用户配置不同的管理权限，监控图像可以实现分屏显示、局部放大或缩小、视频信息备份等功能。信息中心建设有3×4液晶拼接大屏实现视频信号的显示。具体建设内容如下。

2.2.1 信息中心硬件平台的建设 信息中心硬件平台主要建设部分包括监控用电视墙、内部局域网络、Internet网络接入、服务器、计算机工作站、UPS电源和打印机等。

内部局域网提供网络宽带达到1 000 M，申请固定公网IP地址，设置防火墙，支持内部安全控制、外部数据包过滤、流量控制和杀毒防木马等功能，有效提高整个局域网的安全性能。信息中心有1台网络视频服务器，服务器储存信息化系统的各类数据，服务器承担着数据的存储、转发、发布等作用。监控用电视墙利用先进成熟的计算和信息处理技术，建设一个集计算机技术、网络技术、通信技术、图形图像处理技术、数据库技术及信息处理技术等于一体的、全新的液晶拼接显示系统，并可实现平滑扩充及系统升级。电视墙采用3×4结构，共计12块LDU46DC液晶屏组成。液晶屏主要参数：内置控制器，分辨率为1 920×1 080，对比度为3 500∶1，亮度为500 cd/m2，响应时间为8 ms，显示色彩为16.7 M，视频输入为BNC、VGA、HDMI、DVI、音频和YPBPR，视频输出为BNC、VGA、DVI、YPBPR，拼缝尺寸为5.5 mm，功率为200 W。

2.2.2 信息中心软件平台的建设 信息中心软件平台主要包含操作系统、网络管理软件、数据库管理系统、视频监控显示系统等。

本系统中服务器操作系统使用Windows Server2008（标准版），管理站操作系统使用了Windows 7（专业版）[4]。就网络管理软件而言，采用模块化架构，管理整个网络设备。部署网络管理软件，可以根据用户需求，提供灵活的端到端配置，可以实现流量控制、安全控制、关键信息稳定运行等功能。就数据库管理系统而言，本系统采用微软公司的SQL Server 2008（标准版），该版本兼容性较好、运行稳定、通用性较强，降低了管理数据的成本，用户可以采用结构化的数据格式直接进行存储。就视频监控显示系统而言，采用高清摄像机可以实时监控视频，并可保存视频文件，用户可根据需要选择不同的视频焦距，放大或缩小局部视频，用于查看经济作物的长势，并杜绝盗窃发生。就大屏幕管理软件而言，集成控制和管理能力功能完善，能进行液晶显示切换和调用、矩阵交换设备的联动控制、摄像机和云台设备的运转切换，满足中央控制系统的定制化需求。

3 结语

为满足经济作物节水灌溉高效示范区项目信息化系统中实现项目区6个重点区域的视频监控和远程信息中心监控信息查看，依靠先进的计算机和网络技术，加强对工程运行的实时监控、优化运行调度，提高工程运行质量，降低了工程造价及成本。该工程集成了视频信息处理技术、通信技术、数字电子技术，可以实现安全、实用、可靠、高效的动态视频监控与控制。