水電站遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

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摘 要：本文概述了水電站中遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體構(gòu)成、功能及主要設(shè)備的選配，分析了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，總結(jié)了先進(jìn)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)對水電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的重要意義。

　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控 遠(yuǎn)程傳輸 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器 圖像質(zhì)量

　　1、引言

　　在水利水電領(lǐng)域，水電廠是一種生產(chǎn)型的企業(yè)，電廠的一切設(shè)備都是服務(wù)于生產(chǎn)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)也一樣，其主要的目標(biāo)也在于輔助安全生產(chǎn)，其目標(biāo)是監(jiān)視電廠各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以減輕現(xiàn)場人員的勞動量和勞動強(qiáng)度，及時發(fā)現(xiàn)各種危險狀況，制止事故的發(fā)生，且隨著我國許多水電站及變電站實(shí)現(xiàn)了“無人值班、少人值守”的運(yùn)行管理模式，在較少運(yùn)行人員的情況下，為有效地保障電站安全可靠的運(yùn)行，運(yùn)行管理人員借助計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行水利水電工程內(nèi)設(shè)備監(jiān)視控制的同時能夠觀看遠(yuǎn)方穩(wěn)定而且清晰的現(xiàn)場圖像信息的愿望更為迫切。但是，水利電力行業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般運(yùn)行在低溫、潮濕、風(fēng)塵大、強(qiáng)電磁場干擾惡劣的環(huán)境條件下，且水電站具有地域分布較寬、運(yùn)行設(shè)備較多等特點(diǎn)，從而對組建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求較高。建立一個能夠長期可靠穩(wěn)定運(yùn)行、能夠遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)送清晰的圖像且操作又十分便捷的視頻監(jiān)控系統(tǒng)就顯得十分重要。

　　根據(jù)水電站的實(shí)際情況，建立一個水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體功能要求如下：

　　“無人值班、少人值守”的運(yùn)行管理模式，要求設(shè)備能適應(yīng)環(huán)境的變化，能高效、長期、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行；

　　能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高穩(wěn)定性視頻圖像的采集；

　　可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量視頻圖像遠(yuǎn)距離傳輸；

　　無須特殊軟件支持即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程瀏覽視頻信息；

　　可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖片存儲；

　　具有遠(yuǎn)程控制功能；

　　可實(shí)現(xiàn)報警聯(lián)動；

　　可隨意擴(kuò)充監(jiān)控終端；

　　與安防系統(tǒng)及消防系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，從而提高值守人員和設(shè)備的安全性和便利性；

　　系統(tǒng)的管理采用分級權(quán)限，不同的人員具有不同的使用權(quán)限。

　　根據(jù)以上特點(diǎn)，選用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它將系統(tǒng)中信息流（包括視頻、音頻、控制等）從模擬狀態(tài)轉(zhuǎn)為數(shù)字狀態(tài)，徹底打破“經(jīng)典閉路電視系統(tǒng)是以攝像機(jī)成像技術(shù)為中心”的結(jié)構(gòu)，從根本上改變視頻監(jiān)控系統(tǒng)信息采集、數(shù)據(jù)處理、傳輸與轉(zhuǎn)儲、系統(tǒng)控制等過程的方式和結(jié)構(gòu)形式。它是采用了以網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，基于TCP/IP協(xié)議，以計算機(jī)技術(shù)為核心的數(shù)字視頻圖像監(jiān)視系統(tǒng)。其特點(diǎn)是現(xiàn)場攝像機(jī)的模擬視頻信號及控制信號在現(xiàn)場即被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號發(fā)送、接收、控制、存儲與顯示，是“全數(shù)字且網(wǎng)絡(luò)化”的系統(tǒng)，其它安防系統(tǒng)或信息管理子系統(tǒng)間可以實(shí)現(xiàn)完全的無縫集成，在統(tǒng)一的操作平臺上管理和控制，從而使監(jiān)控系統(tǒng)的概念在廣度和深度上得到極大的延伸。

　　2、系統(tǒng)總體構(gòu)成

　　遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是根據(jù)現(xiàn)場需要放置攝像機(jī)，監(jiān)視環(huán)境、人員工作及設(shè)備運(yùn)行情況，尤其對環(huán)境惡劣的工作區(qū)域、水閘區(qū)域設(shè)備和人員設(shè)置監(jiān)視點(diǎn)提供24小時不間斷監(jiān)視。

　　系統(tǒng)主要由四部分組成，監(jiān)控中心，通信線路，采集前端及防雷部分。

　　2.1 監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心硬件設(shè)備主要由矩陣控制主機(jī)、電腦監(jiān)視器、控制鍵盤、電視墻、打印機(jī)及UPS電源構(gòu)成，軟件采用專用軟件，進(jìn)行整個系統(tǒng)的指揮、調(diào)度、授權(quán)、集中錄像、圖像查詢、檢索以及分控用戶授權(quán)分組、分區(qū)監(jiān)控及圖像歷史資料調(diào)看等系統(tǒng)管理方面的高級功能。

　　2.2 通信線路

　　通信線路主要由視頻線、雙絞線、光纖、通訊線、網(wǎng)線及視頻光端機(jī)構(gòu)成。主要是對采集到的視頻圖像信息進(jìn)行傳輸。

　　2.3 采集前端

　　采集前端主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)高速球、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、攝像機(jī)、球形攝像機(jī)、高速球形攝像機(jī)構(gòu)成。主要是采集現(xiàn)場的視頻圖像信息。

　　2.4 防雷

　　防雷部分主要由同軸防雷器、通訊防雷器、電源防雷器、隔離器及避雷針等構(gòu)成。主要是保護(hù)人員及設(shè)備安全。

　　3、系統(tǒng)總體功能

　　3.1系統(tǒng)設(shè)置

　?。?）計劃、即時錄像路徑設(shè)置，計劃、即時錄像設(shè)置；

　?。?）報警錄像路徑設(shè)置，報警錄像設(shè)置；

　?。?）登陸密碼更改；

　?。?）錄像硬盤空間檢測；

　?。?）報警聲響音樂設(shè)置；

　　（6）同時接收多個檢索放像請求；

　?。?）選定監(jiān)控點(diǎn)圖像進(jìn)行錄像（錄像幀速率可調(diào)，為1～25幀/秒），可同時實(shí)現(xiàn)多路視頻的

　　錄像功能；

　?。?）可進(jìn)行準(zhǔn)確的放像，即可選擇任一路視頻放像，并可選擇放像的起始時間和結(jié)束時間；

　　3.2 用戶設(shè)置

　?。?）可加入、編輯和刪除用戶；

　?。?）可進(jìn)行權(quán)限分配，系統(tǒng)管理員級，可設(shè)置預(yù)置點(diǎn)，設(shè)置巡航點(diǎn)，設(shè)置自動掃描時左右邊

　　界，對所看到的監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行控制。操作員級，可召回預(yù)置點(diǎn)，啟動巡航功能、自動掃描功能，能對所看到的監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行控制。瀏覽用戶級，可召回預(yù)置點(diǎn)，啟動巡航功能、自動掃描功能，但對所看到的監(jiān)控點(diǎn)不能進(jìn)行控制；

　　3.3 電子地圖設(shè)置

　　（1）可設(shè)置、編輯、刪除區(qū)域及系統(tǒng)地圖；

　?。?）增加監(jiān)控點(diǎn)的同時，在系統(tǒng)地圖上生成監(jiān)控點(diǎn)圖標(biāo)；

　?。?）雙擊圖標(biāo)可顯示相應(yīng)的監(jiān)控點(diǎn)，鼠標(biāo)移到圖標(biāo)上可顯示相應(yīng)監(jiān)控點(diǎn)的名稱；

　?。?）可放大、縮小和移動電子地圖；

　　3.4 電視墻顯示

　?。?）選定的監(jiān)控點(diǎn)在選定的監(jiān)視器上顯示；

　?。?）支持在一個監(jiān)視器上輪巡多個監(jiān)控點(diǎn)圖像，每一個監(jiān)控點(diǎn)圖像停留時間任選（0～255）；

　?。?）控制某個監(jiān)控點(diǎn)時監(jiān)視器作相應(yīng)控制動作；

　　3.5 瀏覽與控制

　?。?）界面啟動，系統(tǒng)自動加載用戶所擁有的所有監(jiān)控點(diǎn)，右端監(jiān)控點(diǎn)名稱欄中即顯示所有監(jiān)

　　控點(diǎn)信息，選擇其中1路即可在視頻顯示窗體中取得其圖像信號，對所顯示的圖像可以通過界面控制按鈕進(jìn)行控制，同樣可以通過鍵盤進(jìn)行控制；

　　（2）用戶選擇4、6、9、10、13、16六種顯示方式；

　?。?）可將所有的圖像信息進(jìn)行分組，可以組的方式顯示圖像信息，如選定組的圖像信息多于

　　顯示的方式時，系統(tǒng)會自動彈出每一屏希望停留的時間，可設(shè)定分屏顯示；

　?。?）在分屏顯示時，可放大任意一路圖像信號；

　?。?）根據(jù)用戶的設(shè)置方式，“自動序列”屏幕提供輸入圖像尺寸的序列變化及自動變化；

　　（6）通過設(shè)置報警，系統(tǒng)可在特定時間向注冊的電子郵件地址傳送圖像；

　　（7）可方便地遠(yuǎn)程控制“上下/左右/變焦/聚焦”；

　　（8）自動終端電阻的功能可以自動消除視頻環(huán)路所連接的75Ω終端電阻；

　　4、主要設(shè)備的選配

　　水電站作為工業(yè)環(huán)境，環(huán)境因素比較復(fù)雜，在設(shè)備的選配和傳輸方面，都要充分考慮水電站的環(huán)境特點(diǎn)，從而保證整個系統(tǒng)的效果。

　　4.1 前端采集設(shè)備

　　網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控前端設(shè)備通常放置在監(jiān)控現(xiàn)場或鄰近現(xiàn)場的設(shè)備間，負(fù)責(zé)完成圖像的采集、編碼、傳輸以及云鏡控制等工作，監(jiān)控前端擔(dān)負(fù)著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制命令的執(zhí)行部分，是整個系統(tǒng)重要的組成部分之一，這里主要是選用了網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和特殊模擬攝像機(jī)。

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)主要包括網(wǎng)絡(luò)攝像槍、網(wǎng)絡(luò)高速球形機(jī)及網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，特殊模擬攝像機(jī)主要包括低照度攝像槍、低照度球形機(jī)及高速球形機(jī)。

　　網(wǎng)絡(luò)攝像槍和網(wǎng)絡(luò)高速球形機(jī)是傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的新一代攝像機(jī)，區(qū)別于傳統(tǒng)攝像機(jī)，它是一種可直接接入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化攝像機(jī)，集成了視頻壓縮、嵌入式系統(tǒng)、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)IT技術(shù)，它無需計算機(jī)的協(xié)助便可獨(dú)立工作，且擁有自己的IP地址，支持多種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，局域網(wǎng)以及Internet上的用戶使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可根據(jù)獨(dú)有的IP地址對網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行訪問，觀看通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時圖像，還可對鏡頭、云臺進(jìn)行控制，達(dá)到對目標(biāo)進(jìn)行全方位監(jiān)控的目的。

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在使用上要受到本身鏡頭與機(jī)身功能的限制，而網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器能彌補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的這些缺點(diǎn)，從某種角度上說，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器可以看作是不帶鏡頭的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，它包括一個或多個模擬視頻輸入口、影像轉(zhuǎn)換和壓縮芯片，嵌入式的操作系統(tǒng)以及以太網(wǎng)口。它的功能就是把模擬視頻信號數(shù)字化，然后以數(shù)字信號模式直接傳輸，將數(shù)字影像資料在網(wǎng)絡(luò)上加以傳輸，從而成功將模擬攝像機(jī)轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，使用戶無論在任何地方、任意聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)上，通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可實(shí)時地觀測影像資料。由于網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器將模擬攝像機(jī)成功地“轉(zhuǎn)化”為網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，因此它也是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)與當(dāng)前CCTV模擬系統(tǒng)進(jìn)行整合的最佳途徑。由此可見，視頻服務(wù)器在設(shè)置上比網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)更顯靈活，視頻服務(wù)器除可以和普通的傳統(tǒng)攝像機(jī)連接外，還可以和一些特速功能的攝像機(jī)相連，如低照度攝像機(jī)、高靈敏度的紅外攝像機(jī)等。

　　對于新建系統(tǒng)，監(jiān)控點(diǎn)的光線比較充足且無特殊要求的情況下可優(yōu)先采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在光線較暗，且又無需配用相關(guān)照明的監(jiān)控點(diǎn)，采用低照度攝像機(jī)，對于戶外攝像點(diǎn)，護(hù)罩要配置雨刮及散熱裝置，在寒冷地區(qū)，還要添加加熱裝置，在需要監(jiān)視范圍較廣時，采用廣角鏡頭，在需要快速觀察大范圍目標(biāo)時，采用高速球形攝像機(jī)。對于改造系統(tǒng)，可將模擬攝像機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)從模擬監(jiān)控系統(tǒng)到數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。

　　4.2 通信傳輸設(shè)備

　　通常的信號傳輸部分是由同軸電纜、通訊電纜及電源電纜等線纜構(gòu)成，但在水電站環(huán)境中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要注意以下幾點(diǎn)：

　?。?）水電廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大部分線纜需要敷設(shè)在電纜溝或是電纜橋架中，與電站其它強(qiáng)電電纜、控制通訊電纜同時進(jìn)入監(jiān)控中心，故視頻信號傳輸容易收到大電流強(qiáng)磁場的干擾，即在這種環(huán)境下圖像會出現(xiàn)嚴(yán)重干擾條紋。

　　（2）水電站一般為梯級結(jié)構(gòu)，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，一般是將調(diào)度中心與監(jiān)控中心合二為一，設(shè)在某一個地理距離較為理想的水電站中作為控制中心部分，而在各級電站安裝前端視頻采集部分，并設(shè)置一個現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)對本電站進(jìn)行監(jiān)控，這樣視頻采集點(diǎn)的分布就會很廣，有時視頻采集點(diǎn)的單點(diǎn)距離可達(dá)到2～3Km.

　　由于同軸電纜傳輸方式屬于非平衡電纜傳輸方式，交變磁場在同軸電纜上產(chǎn)生的電壓信號疊加在視頻信號上，會導(dǎo)致圖像出現(xiàn)嚴(yán)重干擾條紋，即使是采用屏蔽質(zhì)量好的同軸電纜也難以徹底消除干擾，在這種情況下采用非屏蔽雙絞線進(jìn)行傳輸，由于非屏蔽雙絞線是平衡傳輸方式，能完全抵消交變磁場的共模干擾，從而保證視頻圖像信號的傳輸質(zhì)量。而光纖由于是采用光信號進(jìn)行傳輸，不受強(qiáng)電強(qiáng)磁的干擾。這樣系統(tǒng)就采用光纖和非屏蔽雙絞線兩種介質(zhì)構(gòu)成信號傳輸部分。在1200米以內(nèi)可采用雙絞線進(jìn)行傳輸，超過1200米則采用光纖傳輸，當(dāng)采用多模光纜時，傳輸距離可達(dá)5km，當(dāng)采用單模光纜時，無中繼傳輸距離可達(dá)80km.

　　在光纖傳輸系統(tǒng)中，有一個重要的設(shè)備，就是視頻光端機(jī)，它是將視頻和數(shù)據(jù)信號與光信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備。視頻光端機(jī)可用一條光纖即可傳輸1至多路視頻信號和0至多路正反向數(shù)據(jù)信號。視頻部分采用先進(jìn)的10位編碼技術(shù)，可使傳輸?shù)膱D像質(zhì)量達(dá)到廣播甲級，視頻制式與PAL、NTSC及SECAM制式兼容。音頻采用24位編碼技術(shù)，傳輸質(zhì)量可達(dá)CD級。數(shù)據(jù)方式靈活，可以是RS232、RS422、RS485或Manchester碼等數(shù)據(jù)格式，傳輸速率可達(dá)400kbps.

　　4.3 中心控制設(shè)備

　　矩陣控制主機(jī)是通過內(nèi)置軟件訪問需監(jiān)控的多路前端視頻信號，在電腦屏幕上顯示，也可經(jīng)視頻轉(zhuǎn)換器顯示到電視墻上。

　　5、系統(tǒng)主要特點(diǎn)

　　采用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：

　　5.1 先進(jìn)性

　　采用MPEG-4壓縮算法的設(shè)備，數(shù)字圖像編碼壓縮是去除圖像內(nèi)容的相關(guān)性，并利用人眼的視覺特性，使壓縮后數(shù)據(jù)量大大減少，同時盡量保持圖像的視覺效果。影像壓縮技術(shù)的優(yōu)劣直接影響影像品質(zhì)、儲存資料量和傳輸速度，因而尤為關(guān)鍵。由于采用MPEG-4壓縮技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)型產(chǎn)品采集的文件占用空間小，傳輸帶寬效，可使用帶寬較低的網(wǎng)絡(luò)，如ADSL等，大大節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用，MPEG-4的最高分辨率可達(dá)720×576，接近DVD畫面效果，因此對運(yùn)動物體可保證良好的清晰度。

　　5.2 靈活性

　　支持基于Web方式的網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能，可靈活進(jìn)行系統(tǒng)軟件升級，避免對系統(tǒng)產(chǎn)生多大的影響。只須通過以太網(wǎng)即可直接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，不但可多人同時監(jiān)控多個點(diǎn)，無距離限制及時傳輸圖像信息?？筛鶕?jù)當(dāng)前的應(yīng)用環(huán)境，自行設(shè)定顯示畫面的大小、解析度、壓縮比等各項(xiàng)圖像參數(shù)。

　　5.3 保密性

　　獨(dú)有的IP地址，可設(shè)置不同等級的使用權(quán)限。如需使用，使用者必須通過權(quán)限及口令的設(shè)定，方可有使用權(quán)，不同的使用者可獲得的監(jiān)控信息也不一樣。

　　5.4 穩(wěn)定性

　　系統(tǒng)的主要設(shè)備網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)及網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器均為嵌入式系統(tǒng)，是在嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)建Web服務(wù)器，同時通過內(nèi)置的高效壓縮芯片對采集到的模擬視頻信號進(jìn)行數(shù)字化壓縮，并打包成幀，通過內(nèi)部總線傳送到Web服務(wù)器上，其穩(wěn)定性大大高于DVR及同類的CCTV設(shè)備。

　　5.5 完善性

　　可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動報警，包括周邊防護(hù)、數(shù)據(jù)采集、燈光控制等，可根據(jù)需要設(shè)定，當(dāng)警報觸發(fā)前后時聯(lián)動錄像，便于事后檢索查看。

　　5.6 擴(kuò)展性

　　靈活的組網(wǎng)方式，方便監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量的增加。

　　5.7 低成本

　　通過以太網(wǎng)便可直接將網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)接入系統(tǒng)，已有系統(tǒng)改造時的模擬攝像機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器也可直接接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了即插即用功能，無距離限制，免去了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置和布線工作，大大減少了工程及安裝成本，特別適合于突發(fā)性事件。

　　6、結(jié)束語

　　遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的應(yīng)用，可輔助安全生產(chǎn)，降低生產(chǎn)管理成本，提高工作效率，并可納入電廠SIS、MIS信息管理平臺，成為集中管理必不可少的一部分。

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