水利视频监控系统终稿.doc

水利视频监控系统1引言22系统介绍22.1监控点位选择22.2系统总体结构22.3工程实施中的关键点32.3.1设备选型要求42.3.2防雷要求42.3.3监控中心建设43软件平台43.1软件系统架构43.2软件主要特点53.2.1视频监控与水雨情及工情数据库的整合63.2.2水位报警联动73.2.3适合水利行业应用的视频效果83.2.3.1低延时视频83.2.3.2预置位设置83.2.3.3流域监控93.2.3.4分级监控103.2.4矢量电子地图103.2.5自定义水利事件114应用效益124.1防洪救灾和水资源管理124.2水污染处理124.3航运管理125展望和总结135.1无线监控系统135.2智能识别和检测135.3结束语131 引言水利是国民经济的基础行业，我国地域辽阔，水利资源分布区域较广，大小江河、湖泊、水库和附属的堤坝、闸门、涵洞众多，要管理和利用好这些水资源和水利设施，做到日常管理与防汛指挥、抗洪抢险并用，远程的调度、检测和维护是必不可少的，这些是水利信息化即数字水利的主要内容，是带动水利现代化的重要措施。在数字水利系统的建设中，水利部门通过数字摄像、测量、遥感、地理信息系统、GPS等方式来实现数据的采集，通过光缆、卫星、微波等传输方式将数据进行处理、存储和利用，从而建立一个覆盖整个流域的信息化系统，本文论述的水利视频监控系统正是数字水利的重要组成部分，也是近期数字水利系统建设中的热点和亮点。通过该系统工作人员可在监控中心或者工作计算机上实时监控各个水利设施的情况，实时观测到水资源的现状，大大提高了工作效率；在抗洪救灾时刻，通过本系统可实现远程观测和指挥，特别是对于一些由于恶劣气候条件而导致人员难以达到的地区，该系统更是起到了不可替代的作用。笔者所在公司近几年参与建设了浙江省水利行业的多个视频监控系统，积累了丰富的系统设计和应用经验，特别是在水利视频监控软件开发上形成了显著特色，获得了水利部门领导的认可和好评，本文将结合已建系统对水利视频监控系统软件平台的设计和应用进行重点论述。2 系统介绍2.1 监控点位选择水利工程视频监控系统应根据水库、闸站、海塘、分滞洪区、重要测流断面等不同监控对象的特点，兼顾防汛及工程管理，合理选择监控点位。监控点位布设应满足对以下监控对象的有效观察：水库：大坝、溢（泄）洪道、泄洪闸、泄洪洞、水位尺；闸站：闸站建筑主体、闸门、上（下）游水域及堤防、水位尺；堤防：堤顶、路面及附近水域； 分滞洪区：分洪闸、爆破点；重要测流断面：水域、水位尺；避风港：水域。2.2 系统总体结构在上图中我们将整个系统划为三级，第一级是省厅监控中心，第二级是各个县市的监控中心，第三级为各个大中型水库和水利工程设施管理处(监控站)及其管辖的各个监控点，这也符合水利行业分段管理，统一协调的特点。监控点和监控站之间的视频连接可采用模拟传输方式，通过线缆或者光纤传送模拟信号至监控站，而后在监控站进行数字化压缩，也可将视频信号直接在监控点进行数字化压缩并通过网络上传至监控站。各个监控站，县市监控中心和省监控中心间通过水利专网实现连接，压缩视频数据包在该网络上通过流媒体服务器转发或分发至客户端，用户通过客户端实现监控操作，以上操作均在各县市和省级监控中心的管理服务器管辖之下。管理服务器和流媒体服务器可实现多服务器级联，从而形成一个覆盖全省的视频监控系统。 在条件许可的情况下，也可将监控点的视频信号以非压缩方式通过光纤传送到各个县市的监控中心，此时在各监控中心可看到完全实时的非压缩视频，效果更胜一筹，当然成本也有所提高。2.3 工程实施中的关键点 本文主要介绍水利视频监控软件平台的应用，在此仅对工程实施中的几个关键点作一介绍。2.3.1 设备选型要求在监控现场应选用高清晰的低照度摄像机，一般可选用一体化球型摄像机，如考虑采用红外方式作为夜间监控的手段，应考虑采用具备彩转黑功能的枪型摄像机，由于水利工程的覆盖面比较广，应选择高倍数摄像机以满足大范围监控的要求。 作为核心的编码设备，在水利工程中推荐采用视频服务器实现视频的实时传输以满足低延时的要求，同时也可配备硬盘录像机实现录像备份。水利视频监控工程往往建设在野外，气候条件恶劣，特别是在系统使用最为频繁的抗洪救灾时刻，往往出现大风大雨等恶劣气候条件，所选用的摄像机等户外设备必须能在防雨、防腐蚀等恶劣环境下使用，支架和立杆必须考虑到抗台风的要求。现有的水利工程中，有不少未安装灯光照明系统，而夜间又往往是抗洪救灾的关键时刻，因而在系统设计时应充分考虑夜间监控的要求，通过灯光或者红外光实现夜间监控。2.3.2 防雷要求水利工程往往建设在野外空旷之处，易受到雷电侵袭，监控点设备的电源一般在现场就近取用，也易受雷电波影响产生高压和浪涌电流，为了设备能可靠、长久地运行，摄像机杆和前端机箱须接地；对摄像机的视频信号均应配置防雷设备，以防止雷电对摄像机等设备的损坏；对各监控站点均应配置电源浪涌保护器，防止雷电的侵袭。2.3.3 监控中心建设 监控中心应确保采用成熟可靠的网络系统，用于安装服务器软件的计算机硬件设备必须稳定可靠，同时应充分考虑与视频会商系统的协同工作和设备复用，实现监控系统和会商系统的有机结合。 3 软件平台3.1 软件系统架构软件系统主要由管理服务器软件，客户端软件以及流媒体服务器软件组成，支持C/S和B/S两种模式。软件系统主要架构如下图管理服务器软件主要完成所有管辖范围内硬盘录像机、视频服务器的参数属性设定，用户、组、角色的权限设定，日常LOG文件的管理，以及数据备份、还原处理。流媒体服务器软件实现对音视频流转发，分发和流控，各个县市网络互联部分往往带宽比较低，容易造成拥堵，系统将配备相应的流媒体服务器实现数据转发以降低网间数据流量，防止网络瓶颈的产生，该服务器可按照网络拓扑进行级联。在用户操作电脑上安装客户端软件实现对监控点的监视和控制，同时实现录像、报警和管理功能，用户也可以不安装任何软件，直接通过IE浏览方式实现软件基本功能，即实现B/S方式的监控。GIS 服务器提供相应的地图数据，软件通过该服务器结合矢量方式的电子地图。水利数据库和相应的水利业务系统由水利部门提供开发接口，软件通过该数据库获取水雨情及工情信息，进而实现和水雨情及工情信息的联动。3.2 软件主要特点作为一套平台型软件，当然应具有视频监控中诸如监控、录像、管理等基本功能，上述功能在众多的文献中均有详细论述，笔者不再赘述，下面重点介绍针对水利行业特点所作的开发和设计。3.2.1 视频监控与水雨情及工情数据库的整合单纯的视频监控系统发挥的作用比较有限，如果可以和水利数据库进行结合和联动，在监控的同时，实时掌握水雨情及工情等信息，对于抗洪救灾的正确决策将起到显著的促进作用。系统软件已经结合水利行业的部颁数据库，可实时地获取当天水雨情信息并和视频同步显示，也可进一步获得历史水雨情信息。主要功能如下：1) 用户在监控实时视频的同时可通过标准的实时水雨情及工情库表结构获得现有闸门和水库的水雨情及工情信息。2) 软件可实现水雨情及工情信息和视频信息的有效联动，便于领导和工作人员及时做出决策。3) 可提供视频监控插件实现和水利现有业务系统和地理信息系统的结合及联动。软件可采用以下两种方式实现和水雨情及工情系统的结合和联动1. 通过网页方式显示水雨情及工情数据在看到某个监控点视频的同时，以网页方式显示该点的水雨情及工情数据，同时在网页上以不同颜色进行水位和雨量报警。如下图所示。2. 在视频画面上叠加水利信息直接将最重要的雨量和水位信息叠加在视频上，如下图所示。3.2.2 水位报警联动 在水利行业中，对于梅汛和台汛的水位最为关心，本软件可获得汛期的警戒水位，一旦实时水位超过警戒水位，系统将自动报警并联动相关视频，为提高系统的实用性，软件允许用户在小于警戒水位的某个值设置自定义报警水位，这样留出足够的提前量供工作人员进行处理。3.2.3 适合水利行业应用的视频效果3.2.3.1 低延时视频由于水利事件的突发性和时效性，要求在出现状况的时刻迅速做出响应，按照防汛要求，在监控中心的屏幕上应实现延时小于0.5秒的实时视频，便于领导和防汛调度管理人员进行紧急处理和调度，这样在系统前端设备选型时需要选择低延时的高清晰度视频服务器，同时在解码时对缓冲区进行调度以减少延时。3.2.3.2 预置位设置摄像机的安装应针对水位标尺等重点水利观测点的位置进行调整，并设置预置位以迅速定位到相关的观测点，如下图所示3.2.3.3 流域监控软件平台具备轮巡视频功能，通过该功能实现对摄像机的轮巡管理，从而实现对整个流域关键水利设施的统一监控，符合水利行业流域管理的特点，便于用户进行日常巡查。在防汛抗洪时也可根据流域的总体情况进行水利调度，避免只能看到某个孤立的观测点而造成调度不当的问题。如下图所示，软件可同时观测到多个水利监控点的画面，获得流域水文的总体情况。3.2.3.4 分级监控根据用户性质和网络状况的不同，软件可分级适应现有的水利专网和公共宽带等网络，在公共宽带上，根据网络带宽的不同，可实现实时和图片方式的监控。软件也可以和水利网站结合，实现监控图片发布功能，如下表所示：网络状况用户性质视频效果使用方式水利专网或VPN网络水利工作人员（管理员或者高级用户）可同时看到多路高清晰实时视频需用户名和密码进行登陆，可具有全部的功能权限网络状况较好的公共宽带（例如电信的ADSL宽带）出差在外的水利工作人员或普通用户可看到一路高清晰的实时视频需用户名和密码进行登陆，可具有全部的功能权限带宽较低的公共宽带和无线网络偶尔使用系统的访客或普通公众可看到监控图片，一秒钟可显示2帧左右不需要用户和密码，只能观看图片，不能进行摄像机控制等操作3.2.4 矢量电子地图本系统支持基于ARCGIS 或者MAPINFO平台的矢量电子地图，可实现矢量电子地图的一般操作，同时可直接在地图上选择监控点联动视频，实现可视化的GIS（地理信息系统）系统。系统支持对运动物体的GPS轨迹跟踪，在抗洪救灾时，可通过本功能对车辆和人员的行动线路进行监控和规划。3.2.5 自定义水利事件通过本软件可对水利行业中常见的开关闭闸门等事件进行定义，并将定义的事件和录像联动，在回放录像时，可直接通过事件进行录像查询和回放，进一步方便工作人员使用。4 应用效益视频监控系统在抗洪救灾、水资源管理、水污染事件处理、航运管理等方面发挥了重要的作用，能使在一线指挥的有关领导实时、客观、准确地了解水利工程设施的运行情况以及水体和水文情况，真正起到顺风耳、千里眼的作用，进而使相关领导运筹帷幄，决策于千里之外，提高防汛指挥以及水资源调度管理水平，确保水利工程和水环境安全，从而成为人民日常生活和生命财产的守护神。4.1 防洪救灾和水资源管理这是本系统最主要也是最重要的应用，在发生台风和洪灾等险情时，工作人员可以在第一时间知道险情现场的实时视频和水雨情及工情信息，实时、直观地获知水利工程的现场状况，为抗洪救灾节约宝贵的决策时间，同时也为领导决策提供直观的视频信息，便于防汛防旱管理人员进行远程抢险指挥，及时调配人员和物资，提高抗洪救灾的效率。通过本系统也可提高水资源的管理水平，同时改善观测、测量工作人员的工作环境，提高工作效率，做到无人值守、少人值班。 已建成的杭州和湖州监控系统经受了2005年 、2006年和2007年的台风考验，特别是在2007年10月6日-8日抗击16号台风“罗莎”的战斗中，通过本系统实现了对杭州和湖州水闸的统一调度和远程可视化指挥，为抗洪救灾起到了显著作用，获得了省市领导的肯定。4.2 水污染处理由于经济发展对自然环境的负面影响，水质问题日益严重，各类水污染事件也时有发生。例如去年爆发的太湖蓝藻严重影响了周围居民的日常生活，引起了各级政府的高度关注，除了采取各类措施拦截蓝藻、净化水质外，政府同时加大了水质监测的投入，强化水质监测力度，确保用水安全。在治理过程中，水质监测部门往往需要实时的画面监视蓝藻分布和流动情况，改进调度方案，以调水方式增加水的流动性，调活水体，促进自净。4.3 航运管理河道往往兼具通航功能，船只在航行过程中，由于各种原因经常与闸门以及桥梁发生碰撞，通过本系统可及时获得事故现场画面并进行分析取证，为事故的处理提供了第一手资料。本系统在湖州地区的多次船只搁浅及打扰事件中及时为港航、海事等部门提供了碰撞时刻的画面，同时也对打捞过程进行了全程录像。5 展望和总结近期水利视频监控系统出现了一些新的技术点，笔者在文章最后对其中的两个重点进行介绍。5.1 无线监控系统由于水库大坝等水利监控点分布在较广阔的范围内，与监控中心的距离较远，利用传统的有线连接方式，线路铺设成本高昂，而且施工周期长，有时因为河流山脉等障碍而难以架设线缆。这些问题可采用无线方式进行解决，通过无线方式也可对抗洪车辆进行视频监控，实现可视化的调度和指挥，这一方面我公司已可提供完善的解决方案，可在WLAN、CDMA、GPR以及EDGE 等多种无线网络条件下应用。5.2 智能识别和检测在现有的视频监控系统中，对突发事件和关注点主要依赖人工检查和分析，容易出现漏判和误判，同时随着视频监控系统的发展，系统规模越来越大，视频系统存储和包含的数据量往往以TB作为单位，形成了真正的海量数据，使水利部门工作人员的分析和处理工作量大大增加，从而影响了系统的应用效率。现有软件系统