水利系统网络视频集中监控解决方案.docx

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水利系统网络视频集中监控解决方案

水利系统网络视频集中监控解决方案

一、项目概述

随着国民经济的迅猛发展，水利工程在国民经济中所起的作用越来越大，防汛更是直接影响国民经济发展的一个重要方面。

防汛大坝集中监控系统，真正体现防汛的现代化管理，智能化操作。

预警防汛大坝水位情况，为领导决策和减少洪水带来损失争取了宝贵的时间，有效保障人民生命财产的安全。

由于水利相关工程的信息化覆盖程度不高，在汛期或旱季，都主要通过人工方法进行现场数据采集。

这样的工作环境下，数据采集带有很大的延迟，特别是一旦遇上反常状况，信息传递的准确性和高效性，就将大大影响到广大居民的生命财产的安全。

近年来，国家提出了建设“数字水利”的目标。

全面实施大型水库的信息化建设。

一方面加快水利工程的信息化进程，提高其建设的效率，另一方面可以将防汛抗旱的工作逐步从被动转为主动，通过完善的预警机制和应急指挥系统，达到最大程度降低灾害的影响而当在汛期的时候，相关工作人员就需要移动式的巡查水库水坝的运作状况，并将一些异常状况的图像清晰准确地在第一时间即时传送到监控中心。

实时地对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行动态监视，随时了解现场情况，以便采取相应的预防和补救措施确保水库安全运行。

对领导决策和减少洪水灾害，排除汛期隐患，缓解城市的防洪压力，危险状况预警，保障人民生命财产的安全具有重要作用。

根据以往水利项目和水利行业的特点，对于水库、河道等重要设施的监控项目，往往涉及的地理范围比较广，监控点比较分散，网络监控用户又比较多，各个水利部门需要层层监管，而且对于大规模的监控项目对系统稳定性的要求比较高，需要尽量减少日后的设备维护工作，为此，我公司专门针对此项水利设施监控项目设计了一套基于视高科技系列产品的远程网络视频监控方案。

二、需求分析

根据需求，水库实现无人执守及安全监控，具备以下功能：

1、汛期的水库安全防卫工作，时刻注意水库的水位，如果水位到了警戒线,有了险情，马上报警。

2、水库重点区域的防范，随时注意闸门、大坝的正常工作和稳固程度。

3、水库水面情况的实时远端监控：

水面上是否有漂浮物（如白色垃圾）、漂流物（如泄漏的原油）。

4、水库水岸情况的实时远端监控：

岸上的物体（如人、兽）是否进入危险区（如闸门口、大堤上），是否有可疑的情况（如有人想要破坏水库）。

5、能够随时检测水库中水的水质，并将信息传到远端，发现水质超标，马上报警。

6、对水库天气情况的实时监控。

7、远端控制中心与水库现场的语音通讯，遇到情况时能够做到远距离的指挥工作，

由于水库大坝等水利监控点分布在较为广阔的范围内，并且和监控中心/信息中心的距离较远，且观测点数量相对较多。

由于水库水坝的监控中心不仅要对水库水位、流速等做精确观察，还要对其水库内的水质状况进行一定的评定，保证水面污染低于指标。

同时，对于监测目标的图像要求则是需要能够在不同观测范围的条件下，准确观测到目标的数据以及水位指示等。

采用传统视频监控方式对带宽要求很高，一般都需要采用有线方式才能够提供高带宽和稳定的信道传输的保障。

对于水库水坝这样的大范围多点监控，线路铺设成本高昂，而且系统架设工程耗时很大，同时，因为很多地理和环境的因素，如河流、山脉等障碍，架设线缆相当困难。

同时，视频监控方式所能提供的图像清晰度有限，当作为大范围鸟瞰式观测水库的水质状况的时候，就很难分辨图像的污染水质来源、方向等细节了。

中光红外科技（大连）有限公司是一家专业从事数字图像通信技术研发和应用的高新技术企业。

其自行研发的数字远程集中监控系统是基于IP网络的即时、交互式高清晰监控系统。

本系统采用高清晰图像作为信息载体进行传输，可以在低带宽的条件下进行即时监控。

同时，系统的前端在支持定点目标监控的同时，也提供移动目标跟踪监控，可以适应应急监控以及监控目标移动性大等状况。

三、设计原则和依据

3.1、设计原则  

此水利设施网络视频集中监控系统设计遵循先进性、可靠性、安全性、可扩充性、规范性等原则，并具体体现为：

 1、 先进性：

  在投资费用许可的情况下，系统采用当今先进的技术和设备，一方面能反映系统所具有的先进水平，另一方面又使系统具有强大的发展潜力，以便该系统在尽可能的时间内与社会发展相适应。

2、 可靠性：

  系统最重要的就是可靠性，系统一旦瘫痪的后果将是难以想象的，因此系统必须可靠地、能连续地运行，系统设计时在成本接受的条件下，从系统结构、设备选择、产品供应商的技术服务及维修响应能力等各方面均应严格要求，使得故障发生的可能性尽可能少。

即便是出现故障时，影响面也要尽可能小。

3、 安全性：

  对于安全防范系统，其本身的安全性能不可忽视，系统设计时，必须采取多种手段防止本系统各种形式与途径的非法破坏。

 4、 可扩充性：

  系统设计时应充分考虑今后的发展需要，系统应具有预备容量的扩充与升级换代的可能。

5、 规范性：

  由于本系统是一个严格的综合性系统，在系统的设计与施工过程中应参考各方面的标准与规范，严格遵从各项技术规定，做好系统的标准化设计与施工。

一切应从实际出发，使智能系统具有较高的实用效能。

这也是智能建筑在当今之所以能迅速兴起并发展的关键所在。

3.2、系统设计依据

本系统设计依据为：

《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）；

《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）；

《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）；

《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-2000）；

《民用闭路电视监控系统工程技术规范》（GB50198-94）；

《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115-87）；

《音频、视频及类似电子设备安全要求》（GB8898-2001）；

《测量、控制和试验室用电气设备的安全要求》（GB4793-2001）；

《信息技术设备的安全》（GB4943-2001）；

《电气装置工程施工及验收规范》GBJ232—82

《电子计算机场地通用规范》GB/2887-2000

《电子计算机场地设计规范》GB50174-2000

《计算站场安全要求》GB9361-1998

《计算机机房用活动地板技术条件》SJ/T10796-1996

《建筑防雷设计规范》GB50057-94

《电子计算机机房施工及验收规范》SJ/T30003-93

《低压配电设计规范》（GB50054-95）

《电信工程制图与图形符号》YT／T5015－95

《民用建筑电气设计规范》JGJ／T16—1992

《ISO/IEC14496-2MPEG4视音频编解码标准》

四、系统体系及构成

4.1中光网络监控系统解决方案

中光网络视频监控系统是一种以LAN/WAN等多种网络组成方式，构成具有高质量的、动态图像实时的监控系统，它是大型的、分散的地理区域监控网络系统的技术基础。

中光网络视频监控系统是基于传统模拟监控系统（采用矩阵/画面分割器/长延时录像机等很多种设备构成的、记录和检索均为模拟信号的第一代监控系统）和数字硬盘录像监控系统（记录和检索的是数字信号，仅具有简单的点对点联网功能的第二代监控系统）后，最新发展的第三代监控系统，它正以无可比拟的绝对优势取代着早期的监控系统。

中光视频监控系统是完全基于计算机，以其为核心，结合安防监控的实际要求以及多年来不断完善的安防理论和经验，运用最新的数字视频技术、现场总线技术、网络通信技术建立的一套软硬件相结合、崭新的、完整的安防系统，优化了内部结构，减少了不必要的环节，提高整体性能和反应速度，满足新技术不断发展的需要，并能向用户提供全面的增值服务。

中光网络监控系统相比传统的模拟监控系统具有以下几个方面的技术优势：

4.1.1、中光网络监控系统的稳定性

中光网络监控系统是建立在计算机和网络基础上的监控系统。

工业标准的计算机是

大工业生产的产物，经过了全方位的质量检测，符合国际标准，同时也通过了国际安全及质量论证。

随着新技术的发展，视频监控向以计算机为核心的数字化、网络化发展已经成为不争的事实，而计算机的国际标准化设计又给第三代网络监控系统的维护和使用带来了极大的方便，一旦出现问题，用户只需对局部进行更换或者维修，能保证用户的长期不间断使用。

不像早期监控系统，生产厂家的规模相对较小，没有一个统一的国际标准，产品样式繁多，不具备大规模的监测和应用条件，产品稳定很难保证，而且一旦某个部件发生损坏，就需要整机进行更换。

4.1.2、中光网络监控系统的强大组网功能

中光视频监控系统以网络为平台，采用全新的设计理念，集成当今最先进的网络技术、计算机技术以及数字处理技术。

全视高网络监控系统以IP地址来识别所有的监控设备，采用统一的TCP/IP协议来进行图像、声音和数据采集传输能够实现：

更广阔地理区域的布局：

网络视频监控采用了网络数字传输信号，没有线缆长度和信号衰减的限制，而网络自身又不受地理区域的限制，因此，可以实现更广阔区域的监控布局，这种广阔性几乎不存在距离的限制，唯一的限制是网络带宽和应用者的想象力。

无限的可扩展能力：

在一个网络视频监控系统中，只要在技术上采用统一的标准，对于应用的扩展而言，只是增加相同的设备和增加管理上的IP地址而已，对管理而言，增加设备站点只是意味着IP地址的扩充。

庞大的网络监控：

将型号从模拟转换到数字，在采用统一的协议在网络上传输，对网络解决方案上的用户而言，监看视频画面、录制视频资料、控制传统云台镜头，仅仅是网络在线连接这么简单。

因此，一个庞大的网络系统，完全可以通过网管的形式，使网络监控的随时随地性得到淋漓尽致的应用。

4.1.3、中光网络监控系统的结构灵活性

中光视频监控系统的基础理论建立在传统的模拟监控理论基础之上，结合网络的无地域及不受空间限制的特性和现今先进的视频数字化处理技术的理论总结，以IP地址为单元组建IP地址组合的大型监控系统，其在系统结构上具有得天独厚的灵活性。

4.1.4、中光网络监控系统的全天候性

传统的监控系统前端设备都是采用可见光镜头，受光线和天气条件（比如大雾，强降雨降雪等）制约，无法实现全天候监控。

而中光网络监控系统采用了全新的红外热成像技术，有力的弥补了传统监控系统在这方面的局限性。

（1）红外热成像技术原理

任何温度高于绝对零度（-273℃）的物体均会发出红外辐射。

物体越热，其红外辐射量越大。

自然界中，一切物体都辐射红外线。

红外热像仪是通过接受物体发出的不可见红外辐射，结合发射率、大气透过率、周围环境温度等参数修正，转变为可见的热图像。

热图像上的不同颜色或灰度代表被测物体的不同温度，通过查看热图像，可以观察到被测目标的整体温度分布状况，研究目标的发热状况，从而进行下一步工作的判断。

（2）

红外热像仪的工作流程

目标物体与热像仪之间是大气。

大气，烟云等吸收和散射可见光和红外线，会造成红外辐射强度衰减，但是对于0.7-2.5微米，3-5微米，8-14微米的红外线其衰减较小，因此这个波段被称为红外线的“大气窗口”。

利用这个特性，可以在恶劣天气和极端恶劣条件下获得清晰的被测物体的图像和温度，并发现其热隐患，对于那些由于屏蔽而无法直接看到的部分，则可以根据其热量传导到外部部件的情况，来发现其热隐患。

（2）红外热成像技术的优势

可以实现7*24*365全天候监控。

由于红外热成像技术的特点，红外热成像监控设

备可以在监控环境完全无光的情况下正常工作，受恶劣天气条件的影响很小。

因此，可以实现真正的全天候监控。

监控距离远。

红外热成像监控设备的监控距离可以轻松突破几公里，大焦距的红外镜头的监控距离甚至可以达到10公里以上，这是传统的可见光监控设备力所不能及的。

实现非接触式全屏测温。

目前中光网络监控系统所采用的红外热像仪是采用非制冷VOx探测器，分辨率可达640×480，成像质量好，图像清晰。

检测时，只要进入热像仪视场内的物体都会在显示屏上成像。

若视场内有温度异常点，在显示屏上可以清楚地看到异常点的位置和数量，同时还可以检测出各异常点的温度。

利用这一点，我们可以实现对水库周边排放废水、污水等违法活动进行有力的监控。

4.2.水利远程监控系统结构

按照网络状况及实际操作的可行性，视高网络视频监控系统主要组成模式为：

监控中心统一监控、管理及存储，网络上的计算机。

水利远程监控系统拓扑图

4.2.1、前端视频采集部分

摄像装置是收集被摄物体的光信号，并将其转换为视频信号的设备，它是整个系统的核心部分，包括镜头、摄像机、防护罩及支撑设备等。

根据被摄物体及摄像地点的不同，摄像装置的具体配置也各不相同。

视频服务器是实现网络化、数字化处理的重要设备，它完成模拟视频监视信号的数字采集、影像压缩、监控数据处理、报警信号的采集、网络的Web发布等功能。

它可将前端的模拟信号同时处理成高清晰的实时数字图像发布到网络中，可保证水调中心和本地涵闸都能实时监控到现场情况。

4.2.2、网络通信部分  

中光网络视频监控系统采用标准的TCP/IP协议，可直接应用在局域网或者广域网上。

针对各水库距离比较远，不易铺设有线线路的情况，也可采用英特网传输解决远距离通信的问题。

4.2.3、总部监控中心结构 

监控中心作为整个系统的核心，担负着整个系统的协调、监管职责。

只有保证总监控中心内所有的设备7*24小时不间断运行，才可以保证视高网络视频监控系统的质量，也同时可以用户建立网络化视频监控的需要。

中心服务器应用于多服务器监控网络系统，综合管理系统中所有的转发服务器、存储服务器、管理平台（客户端）、网络视频服务器（DVS）和网络视频解码器，为所有使用和访问监控网络系统的用户提供统一的入口。

中心服务器提供的系统服务包括：

系统中所有设备的索引，系统中所有数据的索引，系统中所有管理平台（客户端）的权限管理和接入，系统中电子地图的管理，以及扩展的数据转发和录像功能。

总部监控中心的硬件设备包括：

前端视频设备、网络设备、网络视频服务器、中心服务器、存储服务器及转发服务器。

 中心服务器：

接收源于网络视频监控设备的数据，将视频设备分配给转

发服务器和存储服务器，录服务器仅仅提供索引服务，而不提供任何的音视频传输服务及控制数据转发服务。

 转发服务器：

接收及处理源于中心服务器分配的网络视频监控设备的数

据，为其管辖范围内的视频设备提供管理服务，包括设备配置、日志管理、电子地图管理、数据接收及转发等。

 存储服务器：

接收及处理源于中心服务器分配的网络视频监控设备的数

据，为其管辖范围内的视频设备提供存储服务。

 由1台存储服务器存储的各监控点的录象资料。

 每台存储服务器的存储系统采用工控磁盘存贮系统，存储15个

监控点的录像，提供4TB以上的存储空间，保证20个的监控点30天的录像存储容量。

存储容量计算公式：

码率/8*3600秒*24小时=每天每路的存储容量

五、中光集中监控管理系统功能特点

中光监控管理系统是在结合多年丰富的视频处理、应用与网络技术而研发出的一套“监、管、控”系统,该系统充分考虑了监控行业市场的发展趋势和用户需求,应用了多种先进技术包括P2P、微内核、插件、门户技术、流缓冲技术、服务器集群技术等，同时采用分布式组件化结构和三层设计思想（应用层、逻辑层、数据层），从而使系统在灵活性、稳定性、安全性、易扩展性等方面具有明显的行业优势。

中光集中监控管理系统采用分布式组件设计,包括设中心服务器、存储服务、转发服务器、代理服务器、自动升级服务器，各服务组件既可同时安装在一台服务器上，也可分布式安装于网络中的不同服务器电脑上。

5.1服务器管理 

服务器心跳功能：

在系统中各服务器（中心服务器、存储服务器、转发服务器等）会实时检测自身运行状态，并实时反馈运行状态信息 

用户帐号管理：

具有权限继承逻辑，可快速进行帐号权限复制功能，通过帐号权限细分模式并可将操作控制权限延伸到前端的具体某个设备， 灵活的权限组合策略突破了传统的二级三级帐号管理约束. 

服务器帐号管理：

可对每个存储服务器或转发服务器进行连接认证帐号的分配与维护 

在线服务状态信息：

可实时统计当前连接到中心服务器的各管理平台的运行状态与各  

    管理平台正在监看的摄像头信息. 

5.2服务器应用 

系统以树状结构的形式展现出系统所有里所有已接入的设备和对应分组，用户可非常直观清晰的对系统里任意设备通道进行如下服务应用:

计划录像:

用户可对系统里任意设备通道进行计划录像任务布防，并将已参与计划录像布防的设备通道自动更新的计划录像布防清单表里，用户通过该清单列表所有布防通道的布防时间明细和布防是否正常运行状态信息 

存储服务:

可对系统里任意设备通道进行网络存储目标的分配设置 转发服务:

可对系统里任意设备通道进行是否启用网络转发服务分配设置 

5.3报警中心 

可按移动侦测、视频丢失、探头侦测、网络中断、磁盘空间等类型触发条件进行联动布防策略，可设备报警触发时跨设备联动任意通道录像、调用预置位、报警输出、视频放大弹出、电子地图显示等 

5.4视频回放 

实现对本地或远程存储服务器上的录像资料进行智能搜索，搜索条件分本地、存储服务器、设备、通道、日期、时间、录像文件类型等条件进行任意组合搜索所需要的录像资料，同时回放路数自适应，视频播放时支持快放、慢放、单帧进退、音频控制、抓拍等功能，可对搜索出的重要录像资料进行本地备份、无用录像资料可将其从服务器删除（必须拥有录像删除权限方可进行该删除操作） 

5.5图片查看 

实现对本地或远程存储服务器上的录像资料进行智能搜索，搜索条件分本地、存储服务器、设备、通道、日期、时间等条件进行任意组合搜索所需要的抓拍图片资料，对搜索出的图片进行查看时支持上一图、下一图切换、放大、缩小等功能，可对搜索出的重要图片资料进行本地备份、无用图片资料可将其从服务器删除（必须拥有录像删除权限方可进行该删除操作） 

5.6设备搜索 

本地网内搜索：

该功能适用于设备与管理平台处于相同的网络环境，使用该功能可自动搜索所有已接入网络的设备，并显示每个设备详细的设备信息:

设备名称、IP地址、网关、服务器地址、服务器端口等，用户可快速对搜索到的设备进行设备信息配置，支持批量设备同时配置，支持批量设备同时添加到系统里 

中心服务器搜索：

该功能适用于设备与管理平台处于不同的网络环境，使用该功能可自动搜索所有已配置了连接中心服务器地址端口信息的设备，并显示每个设备的详细设备信息：

设备名称、IP地址、网关、服务器地址、服务器端口等，支持批量设备同时配置，用户可快速将搜索到的内网设备或跨网设备添加到系统里，支持批量设备同时添加到系统里 

5.7电子地图 

用户可导入.JPG、.BMP、PNG等常用格式的图片文件作为系统的地图文件，并可在树状多级电子地图中添加项目中的存在设备通道标识，支持地图热区控制，实时显示设备与警情状态并可快速调出对应的视频以便于及时核警、处警 

5.8系统管理平台 

视频容量：

每套管理平台可同时管理1728路视频，系统视频可分48组，每组36路视频，每套系统支持多管理平台 

视频显示模式：

可以实现单画面、4画面、9画面、16画面、25画面、36画面、N+1画面、全屏 

轮巡：

支持任意窗口位置的单画面轮巡、多画面组轮巡显示 声音：

可对任一监控现场，值班（保安）室进行监听，对讲与广播 系统工具栏自定义：

用户可根据自己的功能需求和使用习惯自行定义工具栏显示模块 

日志查询：

记录用户操作、探头报警、移动侦测、视频丢失、网络中断、硬盘容量报警等，支持打印、备份的功能 

云台控制：

RS-232和RS-485串口连接，支持内置协议和透明协议控制 视频图像抓拍：

可以对正在监视或回放的图像抓拍 

字幕叠加功能：

:

通道名称、日期、时间、星期、码率可选设叠加在图像上，设置时有效果实时预览窗口 

画质与码率控制：

用户可按实际需求情况进行画质与码率的任意控制，有效果实时预览窗口 

图像屏蔽：

 用户可任意设置某路视频的屏蔽区域，有效果实时预览窗口，移动侦测报警触发后恢复预览、移动侦测报警消失后恢复屏蔽 

视频调整：

用户可根据实际场地环境进行视频的亮度、色度、对比度、饱和度等方面的调整，具有恢复默认设置功能 

切换用户：

值班人员多用户切换使用系统 

屏蔽windows操作：

以避免人为或意外的病毒侵入，保证操作系统的干净稳定，进而保障监控服务器系统的安全 

当前的主机信息备份与恢复：

降低系统部署的繁琐与不可抗性的灾难恢复 前端设备的管理控制：

可对连入系统的设备进行自由分组，并可对组和组里的设备进行组控制和设备独立管理控制 

录像类型：

移动侦测录像、计划录像、手动录像（录像到服务器、录像到管理平台本地）、报警布防触发录像等

5.9系统操作界面

六、产品选型

6.1、编码技术 

视高监控系统的存储及传输压缩方式采用先进的H.264的网络视频压缩技术。

压缩比和帧率可调，图像压缩比率400-700:

1，传输质量非常理想（图像帧数可以在5-30帧/秒，分辨率从352*288到704*576可调，每通道只占据300K带宽，还可以通过降低帧数来减小网络带宽——当每秒传输为5帧时，带宽只占用60K。

这种很高的图象压缩比可以适应于在窄带上的传送。

无论是与同族的视频压缩算法MPEG1和MPEG4相比，或是与ITU的H.263算法相比，H.264算法对视频数据的压缩率都占有明显优势，这对于有效节省视频监控中宝贵的IP带宽资源具有巨大的优势。

ITU（国际电信联盟）最近刚刚推出了H.264的图像编解码标准。

在同样图像质量的情况下，H.264编码数据量仅为H.263的50%左右，而且对网络传输具有更好的支持功能，H.264能适应于不同网络中的视频传输，支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量。

H.264不仅可以应用在窄带上（带宽小于64Kbps），还可以灵活的扩展到高质量、高清晰度的宽带上。

这就保证可以满足了不同用户的需求。

随着网络技术的不断发展，H.264的应用已经越来越普遍，成为了流媒体编码的最新标准

6.2、硬件选型

前端设备：

中光双视窗热像系统

产品特点

●采用640*480非制冷焦平面探测器

●红外热像仪+可见光摄像机视频输出或日夜自动切换

●一体化专业护罩，全天候环境设计，防护等级高，防护等级IP66

●RS485远程控制，支持PELCO-D

●具有数字图像细节增强（DDE）功能，增强对小目标的探测能力

●多种用户自定义自动组态模式，满足各种场景探测要求抗强风结构设计，掉电自锁功能，低速运行平稳

●支持角度回传和角度控制功能

●技术参数

型号

产品系列

CR-PV10

产品名称

COIR双视窗云台式红外热像仪

红外探测器

探测器类型

非制冷氧化钒焦平面阵列

像元数

640×512

像元间距

17μm

工作波段

8μm～14μm

功耗

<1.2W

噪声等效温差（NEdT）

<50mK@25℃，F#1.0

启动时间

<3.5秒

红外镜头

焦距

25mm

60mm

90mm

25mm~100mm

F#

0.8

视场角

6.9°×5.2°/10.4°×7.8°/25°×18.8°/25°×18.8°~6.2×4.6°

人体

探测

600m

1600m

2800m

3000m

1.8m×0.5m

识别

150m

500m

800m

1000m

物体

探测

1600m

5000m

6500m

7000m

2.3m×2.3m

识别

400m

1500m

1800m

200