视频及闸门监控在沂沭泗局直管水闸中的应用

杨殿亮，钟 华

视频及闸门监控在沂沭泗局直管水闸中的应用

杨殿亮，钟 华

（沂沭泗水利管理局，江苏 徐州 221009；广东省水文局惠州水文分局，广东 惠州 516001）

沂沭泗局利用统一的TCP/IP协议组建成的三级防汛计算机网络系统和现代化信息通信数字微波专用网，为流媒体的传输提供了基础平台，建成了具有数字化、网络化、智能化相结合的水闸监控系统，实现直管水闸的远程实时视频监控和闸门控制监测，为各级防汛部门提供实时和直观的汛情、工情图像信息。

水闸；远程；监控；组网

1 概述

淮委沂沭泗水利管理局是淮委在沂沭泗河水系的水利管理机构，其中直管大中型水闸18座。通过病险闸除险加固改造工程和沂沭泗局直管重点工程监控及自动控制系统工程的实施，基本实现了水闸的现地视频监控，为水闸的安全可靠运行、水利设施的防损防盗等提供了充分的保障措施，也极大地丰富了管理手段，同时也提高了防洪调度的水平。

由于各个水闸监视监控系统分期分批次陆续建设，时间跨度长达十余年，缺乏统一的技术标准，目前的架构异常复杂，部署、安装、维护困难，标准化和可扩展性差，管理难度大，且信息共享难。

沂沭泗局已组建了以数字微波传输、程控交换为主，辅以光纤电路、无线接入、智能复用设备、计算机网络等多种信息通信手段相结合的现代化信息通信专用网，能够为流媒体的传输提供必要的带宽，沂沭泗局利用统一的TCP/IP协议已经组建成局机关、直属局、基层局三级网络互联的防汛计算机网络系统，这些都为沂沭泗局直管水闸监控系统组网提供了坚实的基础。沂沭泗水利管理局充分利用现有的资源，在直管水闸范围内，组建一个集远程视频监视与闸门控制监测于一体的水闸监控系统成为可能。

2 闸门监控系统组网

由于水闸地理位置比较分散，直管水闸分属于三个直属管理局管辖，服从于分级管理原则，便于将来监控系统的扩充，选择分布式组网方式组建沂沭泗局直管水闸监控系统。根据监控的区域范围和所属二级管理单位分级，形成上级监控中心作为一级平台，下级单位为二级平台，成辐射状的水闸监控系统。分布式的网络结构使得系统可以承受较大的负担，不但可以容纳多路的视频流，而且可处理多用户并发访问请求，为系统平台的扩展提供了保障。

水闸监控系统从水闸监视信息和闸门控制监测信息的采集、视频流信息共享、网络带宽占用率及网络管理等方面综合考虑，利用已建沂沭泗信息通信专用网提供的网络信道，依靠三级网络互联的防汛计算机网络系统组建远程水闸监控系统业务网。

各个主要直管水闸视频监视点前端选用具有MPEG-4压缩方式、嵌入式结构和高性能DSP芯片的硬件编码器设备完成图像分解和光电信号转换。视频信号通过编码器被压缩编码后转换为基于IP的MPEG-4码流，与控制信号一起传送到IP网络，网络协议采用国际标准的TCP/IP协议。水闸监控系统通过视频服务器把监控图像传送至防汛计算机网络系统上任何需要的节点和向上连接的淮委的网络节点上。

各个主要直管水闸闸门控制监测前端在不改变原有的闸门控制网络系统基础上，利用现地闸门自动化控制系统，通过增加工业控制计算机、计算机与现地PLC之间的数据接口组件，将闸门的开度、闸门荷重、闸门操作状态等工情信息通过网络交换机传送到沂沭泗水利管理局监控平台实时数据库，供水闸监控中心管理平台软件调用。

3 视频监视系统组成

直管水闸监视系统都在现地“孤岛”式独立运行，直属局、沂沭泗局无法对直管水闸视频监视信息统一显示，前端信号采集设备也无法统一进行管理和维护。

各基层局监控管理系统有的利用模拟视频矩阵系统对前端视频采集设备进行控制，这种方式下远程用户根本无法进行云台旋转、摄像机焦的控制，如二级坝枢纽二、三闸和彭家道口分洪闸等。有的利用模拟光端机、矩阵等设备完成图像信息的采集、传输、显示和控制，利用数字录像机完成编解码和存储，并且所遵循的标准不一致，如韩庄枢纽韩庄节制闸，嶂山闸、宿迁节制闸等。因而察看直管水闸的视频监视信息困难，运用复杂繁琐。并且融合模、数两套完全异构的平台，导致整个监控系统的架构异常复杂，部署、安装、维护困难，标准化和可扩展性差，管理难度大，无法适应监控系统发展的需要。

根据实际情况，充分利用现有资源，对模拟视频矩阵系统进行更换视频信号采集、传输、压缩存储设备。其余的则采用从视频信号采集入手的方式，增加视频编码器的方式，完成模拟视频监视信号的数字采集、MPEG4压缩，使视频监视信息完全实现数字化，再通过嵌入式硬盘录像机将压缩的视频点的视频信号通过TCP/IP网络传输给所属中心的中心系统管理服务器。从而建设完善沂沭泗直管水闸监视系统，使之成为信息丰富、图像效果清晰、系统性能稳定、管理维护便捷的现代水利工程视频监视系统。

整个水闸视频监视系统由前端系统设备，网络传输及监控中心系统设备三个部分组成。

前端设备：主要由摄像机、编码器、硬盘录像机等设备组成。其核心设备是摄像机，主要负责现场视频数据的采集，对现场外围设备进行控制，达到收集水闸监视现场数据的目的。编码器主要完成数字化处理和录像部分，是监视系统的现场核心，它完成模拟视频监视信号的数字采集、MPEG4压缩、网络传输以及辅助设备（如云台、矩阵等）的控制、监视数据记录和检索、硬盘录像等功能。其中移动图像采集设备是一套可独立运行的嵌入式系统，通过与单路视频服务器连接，采用标准视频图像压缩技术利用公网无线通信传输网络，将视频流通过无线方式传送给远端的沂沭泗监控中心视频服务器，用户通过访问沂沭泗监控中心服务器调取实时监控图像。

网络传输：利用已建的沂沭泗防汛计算机网络进行视频图像的传输，通道采用光纤数字电路和数字微波电路混合方式，沂沭泗局到三个直属局的网络主通道带宽为100M、10M、20M，备用通道带宽为8M，直属局到所属基层局网络带宽为2～8M不等。嵌入或PC式硬盘录像机将压缩的视频点的音视频信号通过TCP/IP局域网、无线接入网和沂沭泗防汛计算机网络等IP网络传输给所属中心的中心系统管理服务器。

监控中心：沂沭泗监控中心平台是整个系统的核心，需要用户接入认证、系统设备管理、视频监视控制以及流媒体分发转发等功能。网络录像单元用于实现网络媒体数据的数字化录像、存储、检索、回放以及管理。监控中心设置视频服务器和认证服务器，并安装相应的服务管理软件和应用支撑平台，从而实现系统的联网和集中管理。

4 闸门控制监测系统组成

利用现有的水闸前端智能采集设备，不改变原有的系统结构，通过增加工业控制计算机，完善现地通信网络，利用沂沭泗水利管理局统一规划设置的IP访问地址，在沂沭泗水利管理局搭建工情数据实时数据库服务器，韩庄枢纽、二级坝枢纽、道口枢纽、大官庄枢纽、嶂山节制闸、宿迁节制闸各管理局搭建工情数据采集终端，增加计算机与现地PLC之间的数据接口组件，将闸门开度、闸门荷重、闸门操作状态等工情信息，通过网络交换机传送到沂沭泗水利管理局监控平台实时数据库中，供水闸监控中心管理平台软件使用；淮委、沂沭泗水利管理局机关、沂沭泗直属局及基层局通过客户端查看各闸水工情信息。

工情数据采集终端采用工业控制计算机，安装数据接口组件及相应的操作系统软件，配置双以太网卡，通过对双以太网卡IP地址的不同设置来访问现地PLC，完成各个枢纽的闸门开度、荷重及闸门操作状态等工情信息的收集，并实时上传到沂沭泗水利管理局工情服务器实时数据库中，供监控中心管理平台软件调用。其中一个网卡设置现场局域网络IP地址，访问现地网络，不更改现有的现地网络结构，另一个网卡设置沂沭泗水利管理局统一规划的网络IP地址，连接沂沭泗水利管理局网络。

淮委客户机通过租用的数字电路、沂沭泗水利管理局本地客户机通过本地网络、沂沭泗水利管理局直属水利管理局客户机通过光纤或微波网络访问沂沭泗水利管理局监控中心管理平台软件。

闸门控制监测系统网络连接如图1所示。

图1 闸门控制监测系统网络连接图

5 系统功能

5.1 实时监视

可以在客户端的电视墙上或者通过WEB方式登录监控中心视频管理服务器实现单画面和多种多画面模式的实时监视，可实现对监控点摄像机的远程控制。图像可叠加监控点名称、日期/时间等字幕信息。

5.2 流媒体服务

流媒体服务包括：流媒体服务器软件、视频存储服务器及录像服务器软件、设备管理器软件三部分。

流媒体服务器软件安装在视频服务器内，主要实现硬盘录像机实时视频流的转发、控制信息转发、录像资料的转发。在进行网络视频转发时，可以平衡网络视频负载。用户通过访问流媒体服务器提取经流媒体服务器转发后的前端硬盘录像机所需实时视频流，并发送PTZ进行设备控制。

视频存储服务器及录像服务器软件主要实现视频流的存储管理。

设备管理软件可对硬盘录像机和解码器进行管理，包括画面分组、轮跳等功能。

5.3 全景三维实体视图

提供彭道口分洪闸、刘道口节制闸、新沭河节制闸、人民胜利堰节制闸、嶂山闸、二级坝一闸、二级坝二闸、二级坝三闸、韩庄节制闸、宿迁节制闸等十个闸、控制室及启闭机房的三维立体感觉的实景360度全方位图像。

5.4 闸门控制监测服务

对彭道口分洪闸、刘道口节制闸、新沭河节制闸、人民胜利堰节制闸、嶂山闸、二级坝一闸、二级坝二闸、二级坝三闸、韩庄节制闸、宿迁节制闸等十个闸的闸门的实时运行进行监控，具备对闸门运行调度指令、工作状态、水位、流量等有关信息的传输、存储、查询、数据库设计及有关管理等功能，为用户提供各类报表及图形，并在三维地图上显示各站当前的工情等值线、等值面信息。

6 结语

沂沭泗直管水闸视频监控系统融合了视频编码技术、网络传输技术、数据库技术、流媒体技术和嵌入式技术的综合应用系统。系统架构有利于系统集成、扩容，充分整合现有监视监控系统，进行了异构坏境下的新旧信息资源的融合和高效利用，起到利旧整合、节约资源、减少投资的目的。采用先进的网络视频高清图像技术和双以太网卡桥接技术，保证视频数据和监测数据的传输，具有良好的可伸缩性，简化、统一的安全模型。由于高清视频监控点所占带宽较大，在实际应用过程中，受直属局到基层局网络带宽的影响，沂沭泗局本部最多能够同时观看4路实时的图像。

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1008-1305（2017）05-0112-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.035

2017-08-11

杨殿亮（1972年—），男，高级工程师。