凌紅霞

（安徽省防汛抗旱指揮部辦公室，安徽 合肥 230022）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代化水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在國民經(jīng)濟中的作用尤為突出。安徽省地處江淮之間南北氣候過渡帶，防汛減災(zāi)任務(wù)繁重是基本省情。利用 IP、光纖通信技術(shù)和數(shù)字視頻處理技術(shù)等先進(jìn)信息技術(shù)手段，全面實施大中型水庫、重要閘站的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，建設(shè)防汛抗旱視頻監(jiān)視系統(tǒng)，對提高安徽省防汛抗旱現(xiàn)代化、科學(xué)化水平有著十分重要的意義。

1 需求分析

防汛抗旱工程遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)，是各級領(lǐng)導(dǎo)防汛抗旱指揮調(diào)度的“千里眼”。2008年安徽省建成省防汛抗旱視頻監(jiān)視系統(tǒng)一期工程，包含蚌埠閘、阜陽閘、城西湖閘等14個閘站23個視頻監(jiān)視點，實現(xiàn)了對部分重要防洪工程和防汛現(xiàn)場圖像的采集和傳輸，為各級防汛部門提供實時、直觀的汛情和工情視頻圖像信息，進(jìn)一步提高了管理水平和工程調(diào)度運用的科學(xué)性。該工程在歷年的防汛工作中發(fā)揮了重要作用。

由于一期工程視頻監(jiān)視點數(shù)量有限，覆蓋面較小，已無法滿足防汛調(diào)度對視頻信息的需求，建設(shè)覆蓋防汛調(diào)度主要信息點的二期視頻監(jiān)視系統(tǒng)已十分必要。

二期工程主要技術(shù)要求如下：

1）新建系統(tǒng)與已建系統(tǒng)要無縫融合，并充分利用已建省中心集中監(jiān)視平臺，以充分保證前期工程的投資。

2）要求將各監(jiān)視點的監(jiān)視圖像匯集到省監(jiān)視中心，同時可將各新增站點圖像分別傳送至相關(guān)應(yīng)用或管理單位。

3）各市級相關(guān)單位（安徽省水利廳直管單位、市防辦、水文局）在不利用本省現(xiàn)有水利專網(wǎng)電路的情況下，能訪問所需查看的視頻監(jiān)視點圖像；外出用戶可通過 VPN 或手機終端（圖像分辨率可相應(yīng)降低標(biāo)準(zhǔn)）實現(xiàn)有關(guān)監(jiān)視站點圖像的訪問。系統(tǒng)具有用戶認(rèn)證功能，拒絕非授權(quán)用戶訪問系統(tǒng)。

4）監(jiān)控中心可對所有聯(lián)網(wǎng)視頻編碼器進(jìn)行集中控制管理。

5）前端視頻監(jiān)視圖像存儲采用分布式大容量冗余容錯和硬盤存儲。

6）全部站點圖像要求達(dá)到 D1圖像分辨率。

7）視頻編碼器，支持 MPEG-4/H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)，支持 QCIF/CIF/D13種圖像。

8）監(jiān)視攝像機為一體化高速球型攝像機，光學(xué)變焦 ≥26倍，最低照度 ≤ 0.01Lux，圖像水平分辨率 ≥500線，信噪比 >50dB，具有數(shù)字降噪技術(shù)，強光抑制，背光補償?shù)裙δ堋?/p>

9）具備自動輪巡監(jiān)視所有聯(lián)網(wǎng)視頻編碼器的通道功能。

10）具有記錄事件及用戶操作活動的功能。

11）提供系統(tǒng)平臺的 SDK 二次開發(fā)接口（開發(fā)包及技術(shù)文檔），保證其它系統(tǒng)能夠集成該系統(tǒng)的監(jiān)視圖像。

2 組網(wǎng)方案

2.1 方案選擇

安徽省防汛抗旱視頻監(jiān)視系統(tǒng)一期工程傳輸通道依托于省防汛抗旱通信骨干網(wǎng)，因二期工程各市視頻監(jiān)視點密度增加，省防汛抗旱通信骨干網(wǎng) 2M 帶寬已不能滿足多個視頻監(jiān)視站點圖像的同時傳輸，考慮線路帶寬需擴容和維護等因素，決定租用電信運營商的傳輸通道，不占用安徽省現(xiàn)有水利專網(wǎng)電路。通信電信運營商提供的圖像傳輸方式可分為專線、因特網(wǎng) VPN、無線3種方式，通過招標(biāo)比較，專線費用太高，但可靠性最好，無線方式費用低，但可靠性得不到保證，最終采用性價比較高的因特網(wǎng) VPN 方案[1]。

為便于系統(tǒng)的集中管理，設(shè)置省中心和市級分中心2級服務(wù)器，視頻編碼器等前端設(shè)備置于視頻監(jiān)視點，構(gòu)建“1個主控中心、多個分控中心”的3級網(wǎng)絡(luò)。所有用戶由省中心的認(rèn)證服務(wù)器統(tǒng)一授權(quán)和管理。系統(tǒng)通過視頻服務(wù)器把監(jiān)控圖像傳送至任何需要的節(jié)點。省防汛抗旱遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)3級聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 省防汛抗旱遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)3級聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

各級功能描述：

第1級（數(shù)據(jù)交換與應(yīng)用層）設(shè)1個核心，以省監(jiān)控中心為核心；

第2級（數(shù)據(jù)控制與應(yīng)用層），視頻服務(wù)器是數(shù)據(jù)控制和視頻調(diào)度的核心設(shè)備，能保證各分中心與省中心進(jìn)行靈活的視頻信息交換，并提供圖像信息監(jiān)控功能；

第3級（數(shù)據(jù)采集層），主要是采集各個視頻布控點的數(shù)字視頻信號，并連接到分中心視頻服務(wù)器。再上傳到省監(jiān)控管理中心，這樣可以獲取最清晰的圖像。

2.2 系統(tǒng)組成[2]

2.2.1 前端設(shè)備

前端設(shè)備主要由攝像機、視頻編碼器、硬盤、設(shè)備保護箱、防雷器等其他輔助材料組成。攝像機型號的選擇尤為重要，是圖像質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素，本次主要采用 SSD-1206PD 勻速攝像機和 SSD-1206IR 紅外勻速攝像機；硬盤可存儲前端1個月的圖像，可對錄像資料進(jìn)行回放、調(diào)閱、剪輯和備份。

2.2.2 市級監(jiān)控分中心

市級監(jiān)控分中心設(shè)置在各市級電信運營商，配置視頻服務(wù)器和平臺軟件。

2.2.3 省級監(jiān)控中心

省級監(jiān)控中心設(shè)置在省水利信息中心，配置視頻和管理服務(wù)器及視頻解碼矩陣。省級監(jiān)控中心對全省管理范圍內(nèi)的防汛抗旱視頻監(jiān)視點進(jìn)行集中管理。監(jiān)視中心通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理平臺，根據(jù)實際需要控制、監(jiān)視、管理、調(diào)閱全省水利遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視站點的圖像。監(jiān)視中心軟件采用 C/S、B/S 并存的構(gòu)架方式，基本架構(gòu)如圖2所示。

利用已建的視頻監(jiān)視電視墻，通過視頻解碼矩陣將所要瀏覽的圖像先進(jìn)行硬解壓，再輸出到視頻監(jiān)視電視墻進(jìn)行顯示。省中心視頻服務(wù)器同時安裝了電子地圖軟件，被授權(quán)用戶可通過點擊電子地圖瀏覽所要觀看監(jiān)視點的圖像。省視頻監(jiān)視平臺留有接口供接入省三維 GIS 平臺，通過 GIS 平臺可查看已建點的實時視頻監(jiān)視圖像。

2.2.4 視頻傳輸通道

租用省電信公司傳輸通道。28個視頻監(jiān)視站分別開通1條10M 因特網(wǎng)光纖；省中心開通1條100M 因特網(wǎng)光纖，并分配32個公網(wǎng) IP 地址。

2.2.5 接地系統(tǒng)

考慮到大部分監(jiān)視點都設(shè)置在野外，在每個監(jiān)視點前端都安裝了電源、信號防雷模塊，并做了可靠的接地網(wǎng)，防止雷擊對設(shè)備造成的損壞。

2.2.6 客戶端軟件

各市級相關(guān)單位用戶被授權(quán)后，可通過客戶端軟件或 IE 瀏覽器方式進(jìn)行視頻圖像選擇觀看和控制；外出用戶可通過 VPN 或以太網(wǎng)實現(xiàn)有關(guān)監(jiān)視站點圖像的訪問。用戶可以擁有不同的權(quán)限，實現(xiàn)對各監(jiān)視點的圖像進(jìn)行選擇觀看、查詢、錄像、回放等操作。

授權(quán)用戶訪問網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)時都將進(jìn)行身份認(rèn)證，用戶輸入用戶名和密碼后，認(rèn)證系統(tǒng)對其進(jìn)行驗證，以判斷用戶是否有權(quán)使用此系統(tǒng)。認(rèn)證系統(tǒng)對用戶進(jìn)行安全認(rèn)證，身份驗證的資料來源于集中的平臺內(nèi)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫管理著視頻監(jiān)視管理系統(tǒng)的所有用戶的身份資料。

3 系統(tǒng)建設(shè)情況

2.3 系統(tǒng)集成

省中心已建集中監(jiān)視平臺軟件經(jīng)升級后，接入視頻監(jiān)視點前端視頻編碼器設(shè)備，同時將已建的視頻監(jiān)視點前端設(shè)備接入整合，級聯(lián)新建和已建的分中心流媒體服務(wù)器，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和集中管理。

2.4 系統(tǒng)安全及認(rèn)證

2.4.1 完善的權(quán)限管理

有權(quán)限用戶登錄到視頻監(jiān)視系統(tǒng)后，系統(tǒng)提供給用戶使用界面，通過使用界面，可以對監(jiān)控點的設(shè)備進(jìn)行管理和配置，實時查看授權(quán)監(jiān)控點的視頻圖像，控制對各監(jiān)控點視頻圖像的錄像日程安排、管理、查看和檢索保存在存儲系統(tǒng)中的視頻文件。系統(tǒng)具有完善的權(quán)限管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫中記錄了各個用戶對各監(jiān)控點的使用權(quán)限，權(quán)限管理系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)對用戶使用權(quán)限進(jìn)行管理，并對用戶使用界面進(jìn)行定制，使各用戶只能管理和使用具有相應(yīng)權(quán)限的監(jiān)控點的設(shè)備和視頻文件，而不會隨意管理和查看其它監(jiān)控點的設(shè)備和視頻文件，保障系統(tǒng)的安全性[3]。

2.4.2 認(rèn)證機制

登錄驗證機制：用戶登錄時，需要輸入系統(tǒng)分配的用戶名和密碼。

授權(quán)機制：系統(tǒng)提供完善的授權(quán)機制，可方便的授予用戶不同級別的權(quán)限，用戶只能執(zhí)行其權(quán)限內(nèi)的操作。

2009年8月，安徽省防汛抗旱視頻監(jiān)視系統(tǒng)二期工程以租代建方式確定由安徽省電信公司施工建設(shè)，并委托其 5年期運行維護保障工作。全省本次共建設(shè)28個重要視頻監(jiān)視站46個視頻監(jiān)視點，2010年汛期前完成所有視頻監(jiān)視點的建設(shè)，通過汛期試運行，系統(tǒng)運行良好，2010年9月該項目通過竣工驗收。

該建設(shè)傳輸通道以租用安徽省電信公司光纖傳輸電路為主，采用 TCP/IP 協(xié)議方式組網(wǎng)，前端攝像機輸出的視頻信號，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器編碼后通過光纖接入市級電信監(jiān)控分中心，再通過電信傳輸網(wǎng)接入省中心。系統(tǒng)圖像需分別傳送至相關(guān)應(yīng)用或管理單位。省防汛抗旱遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 安徽省防汛抗旱遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

截止目前，安徽省水利廳已建成了王家壩閘、蚌埠閘及部分水位站、大型水庫、重要閘站等45個站67個視頻采集點。蚌埠、淮南、宿州等市水利部門也積極建設(shè)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)。目前，全省已建成視頻采集點近300個。

通過該系統(tǒng)可以全天候不間斷地觀測水庫和河道的工情、水情及涵閘的運行狀況，為各級防汛部門提供實時汛情、工情視頻圖像信息，為快速、科學(xué)決策提供客觀依據(jù)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用情況

2011年7月，長江流域發(fā)生大洪水，安徽省防汛指揮部指通過此遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)實時查看長江干流安慶、蕪湖水位站等站點，以及長江支流巢湖閘、新河莊等的水情和汛情，同時對滁河、新安江流域和大型水庫、淮河干流進(jìn)行實時監(jiān)視。7月8～18日期間，省防汛指揮部對陳村、佛子嶺、磨子潭、響洪甸、龍河口、沙河集等水庫頻繁調(diào)度，通過該系統(tǒng)，省防汛指揮部對各單位執(zhí)行調(diào)度令情況進(jìn)行全程監(jiān)視，保證調(diào)度令有效執(zhí)行。

5 結(jié)語

系統(tǒng)經(jīng)過汛期運行考驗，實踐證明采用以租代建方式建設(shè)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點：

1）委托電信運營商建設(shè)、維護，專業(yè)技術(shù)上能得到保證。

2）由于安徽省水利信息中心人員較少，通過以租代建方式，有效地減輕了建設(shè)和維護壓力。

3）電信運營商省、市、縣（區(qū)）、鄉(xiāng)鎮(zhèn)都有自己的專業(yè)人員隊伍，能實時響應(yīng)并有效地解決視頻監(jiān)視點前端設(shè)備出現(xiàn)的問題。

[1] 梁篤國，張艷霞，鄭澤民，等.網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2009: 129-150.

[2] 李金平，王海玉.安徽水利遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案[J].通信世界，2007（4B）: 16-17.

[3] 羅世偉，左濤，鄒開耀.視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理及維護[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007: 23-36.