【摘要】水電站遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)集先進(jìn)性、開(kāi)放性、可靠性與實(shí)時(shí)性為一體，利用H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)編碼器提供視頻服務(wù)，視頻流通過(guò)2M光纖信道，組播方式傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)，主站系統(tǒng)與MIS網(wǎng)和調(diào)度網(wǎng)無(wú)縫結(jié)合，從局內(nèi)各工作站可以遠(yuǎn)程監(jiān)控各監(jiān)控點(diǎn)的運(yùn)行情況。實(shí)現(xiàn)了水電站管理的“無(wú)人值班、少人值守”促進(jìn)了工程的自動(dòng)化、現(xiàn)代化和綜合性管理。

【關(guān)鍵詞】遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控H.264無(wú)人值守網(wǎng)絡(luò)編碼器信道組播

隨著水利信息化建設(shè)的深入，水電站的“無(wú)人值班、少人值守”的管理方式已經(jīng)成為發(fā)展的趨勢(shì)。但發(fā)電站具有地域分布較寬、運(yùn)行設(shè)備較多等特點(diǎn)，普通的視頻監(jiān)控系統(tǒng)因?yàn)槠鋫鬏斁嚯x的限制，應(yīng)用到水電站中并不合適。因此使用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站運(yùn)行情況的全方位監(jiān)控管理將是一個(gè)較好的選擇。

一、總體思路及功能要求

水電站遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于遠(yuǎn)程監(jiān)控、高度集中的管理的需求來(lái)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的。它通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為傳輸通道，以視頻壓縮、流媒體等計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，打破了傳統(tǒng)的工業(yè)電視系統(tǒng)的監(jiān)控方式和結(jié)構(gòu)，是數(shù)字化的視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)，將監(jiān)控系統(tǒng)的概念從廣度和深度上進(jìn)行了極大的延伸，系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)一下功能：

（1）視頻管理功能：畫(huà)面顯示、視頻文件回放、視頻儲(chǔ)存。

（2）實(shí)時(shí)控制功能：攝像機(jī)控制、圖像編碼器控制。

（3）安全監(jiān)視功能：對(duì)重點(diǎn)建筑物及重要管理部位的安全監(jiān)視功能；監(jiān)視各閘門(mén)運(yùn)行狀態(tài)、結(jié)構(gòu)異常情況、渠道水位、工況；通信機(jī)房設(shè)備的安全監(jiān)視等。

（4）網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能：在局域網(wǎng)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)圖像遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)預(yù)覽、遠(yuǎn)程調(diào)用檢索、網(wǎng)絡(luò)視聽(tīng)功能，通過(guò)相關(guān)軟件遠(yuǎn)程調(diào)用監(jiān)控分中心的數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)的視頻文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1視頻壓縮編碼方式

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的采集的視頻、音頻等信號(hào)進(jìn)行傳輸。視頻流在傳輸?shù)倪^(guò)程中由于受到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的各種客觀限制，所以圖像必須經(jīng)過(guò)壓縮處理。壓縮方式很大程度上決定了視頻圖像的質(zhì)量、壓縮比、傳輸效率等性能，它是評(píng)價(jià)視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)良的重要環(huán)節(jié)。隨著多媒體的發(fā)展，相繼推出了很多視頻壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)，目前主流的編碼標(biāo)準(zhǔn)為H.264。H.264與其它現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，在相同的帶寬下提供更加優(yōu)秀的圖象質(zhì)量、更強(qiáng)的容錯(cuò)能力、更優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力。H.264優(yōu)越的性能主要的得益于其統(tǒng)一的VLC符號(hào)編碼，高精度、多模式的位移估計(jì)，基于4×4塊的整數(shù)變換，分層的編碼語(yǔ)法、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、面向IP和無(wú)線環(huán)境等編碼特點(diǎn)。H.264是目前遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)視頻壓縮編碼的最佳選擇。

2.2流媒體傳輸技術(shù)

視頻壓縮編碼以后，如何在網(wǎng)絡(luò)中有效的傳輸，是另外一個(gè)需要考慮的重要問(wèn)題，因此流媒體的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)同樣也是遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

首先流媒體技術(shù)是一種連續(xù)的實(shí)時(shí)的媒體傳輸技術(shù)，就像它的名字一樣。如果把媒體信息比喻做水，原來(lái)我們的技術(shù)好比從井里打水，打滿一桶用一桶，而使用流媒體技術(shù)后好比我們裝了自來(lái)水，不必等待打開(kāi)水龍頭就能夠用水了。這也就是流媒體技術(shù)的實(shí)時(shí)性、高吞吐量的體現(xiàn)。流媒體技術(shù)中又包括了流媒體協(xié)議、流媒體格式等內(nèi)容。概況的說(shuō)流媒體技術(shù)就是基于一系列支持流媒體實(shí)時(shí)傳輸和服務(wù)質(zhì)量控制的協(xié)議比如RTP、RSVP、RTCP等，將音頻、視頻等媒體文件壓縮后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)流式傳輸?shù)接脩粲?jì)算機(jī)的技術(shù)，用戶不需要下載所有文件，只是通過(guò)短暫的緩沖便可以邊下載邊觀看。

三、系統(tǒng)的組成

在水電站的重要部位設(shè)置攝像機(jī)、云臺(tái)等，通過(guò)攝像機(jī)采集到的圖像信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器數(shù)字壓縮后通過(guò)公網(wǎng)傳輸遠(yuǎn)端的分管中心、管理處并通過(guò)自建光纖傳輸?shù)奖菊镜墓芾碚?，同一管理層?jí)的任一管理單位只要獲得相應(yīng)的權(quán)限，都可以通過(guò)視頻監(jiān)視軟件隨時(shí)監(jiān)控各地任一攝像機(jī)的圖像，也可以固定監(jiān)視重要畫(huà)面或按一定的程序?qū)Ω鱾€(gè)攝像機(jī)的畫(huà)面進(jìn)行輪流顯示，同時(shí)能靈活控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)和攝像機(jī)鏡頭調(diào)焦。

前端攝像機(jī)采集到的模擬視頻信號(hào)通過(guò)視頻服務(wù)器壓縮并傳送到網(wǎng)絡(luò)上，在網(wǎng)絡(luò)的任意位置即可實(shí)時(shí)監(jiān)視；同時(shí)通過(guò)報(bào)警聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)把需要的視頻內(nèi)容儲(chǔ)存到水電站管理站的存儲(chǔ)設(shè)備上，在需要的時(shí)候回放。并使用相應(yīng)的視頻軟件控制前端的攝像機(jī)、云臺(tái)動(dòng)作，達(dá)到想要的視頻效果。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻軟件系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警錄像、錄像查詢、圖像輪詢等眾多功能。

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)地、傳輸、控制、顯示記錄四個(gè)部分組成?，F(xiàn)地部分包括一臺(tái)或多臺(tái)攝像機(jī)以及與之配套的鏡頭、云臺(tái)、防護(hù)罩、解碼器，視頻服務(wù)器等；傳輸部分包括視頻電纜、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、傳輸光纜；控制部分包括視頻切換器、云臺(tái)鏡頭控制器、各類通信接口、電源和控制臺(tái)、監(jiān)視器等；顯示記錄設(shè)備主要包括監(jiān)視器等。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地的視頻信息通過(guò)適合的傳輸方式送達(dá)各個(gè)管理部門(mén)。

3.1組網(wǎng)方式

系統(tǒng)中現(xiàn)地的視頻監(jiān)控點(diǎn)主要監(jiān)視水電站重要部位的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并要將信息實(shí)時(shí)反饋回水庫(kù)現(xiàn)地管理站、分中心站、巴管處。

其中，水電站管理站租用公網(wǎng)線路接入SDH網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與分中心站的通信。分中心站再與管理處之間一般有已建的通信鏈路。在保證圖像信息清晰流暢的前提下，為節(jié)省通信鏈路帶寬資源，設(shè)計(jì)視頻監(jiān)視采用H.264（MPEG-4 PART10）視頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)，每路視頻為384K，以保證每路視頻達(dá)到20幀以上的圖像效果。

水電站現(xiàn)地與現(xiàn)地管理站間通訊線路都采用自建光纖方式。

現(xiàn)地視頻攝像機(jī)，通過(guò)視頻信號(hào)電纜和控制信號(hào)電纜與視頻服務(wù)器相連，通過(guò)RJ45接口接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過(guò)光纖鏈路送到管理站。

3.2視頻采集

攝像裝置是收集被攝物體的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電視信號(hào)的設(shè)備，它是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的核心部分，其中包括可控變焦鏡頭、攝像機(jī)、防護(hù)罩及云臺(tái)等部件。根據(jù)被攝對(duì)象及攝像環(huán)境的不同，攝像裝置的具體配置也有所不同。同時(shí)，為適應(yīng)夜間監(jiān)視的需求，除采用遠(yuǎn)紅外攝像設(shè)備外，往往還需要配置必要的照明設(shè)備，保證重要建筑物的遠(yuǎn)程監(jiān)視。

視頻服務(wù)器是視頻監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理的重要設(shè)備，它將前端攝像機(jī)的模擬圖像/音頻信號(hào)處理成高清晰的實(shí)時(shí)聲像數(shù)字，完成模擬視頻監(jiān)視信號(hào)的數(shù)字采集、影像壓縮、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理、報(bào)警信號(hào)的采集等功能。

解碼器主要負(fù)責(zé)接收、處理管理調(diào)度中心發(fā)來(lái)的控制指令，以調(diào)整和控制云臺(tái)和攝像鏡頭的動(dòng)作，滿足視頻監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)監(jiān)視對(duì)象高清晰監(jiān)視的需要。

3.3視頻傳輸

單路圖像傳輸帶寬約需384KBit，對(duì)于多路圖像的傳輸可采用輪循的方式，以減小傳輸鏈路的帶寬。傳輸協(xié)議擬采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，以便通過(guò)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)進(jìn)行傳輸。根據(jù)水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，視頻監(jiān)視圖像擬通過(guò)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像三網(wǎng)合一的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。

3.4遠(yuǎn)程控制

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用Brower/Sever結(jié)構(gòu)，在水電站機(jī)房或其他水電站管理場(chǎng)地設(shè)視頻監(jiān)控服務(wù)器，配備視頻圖像監(jiān)控軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場(chǎng)圖像的接收、處理、存儲(chǔ)、檢索、回放、備份、恢復(fù)，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各攝像鏡頭和云臺(tái)的遠(yuǎn)程控制，并實(shí)現(xiàn)用戶登錄管理，優(yōu)先權(quán)限分配，控制信號(hào)協(xié)調(diào)，圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。

在各級(jí)管理單位設(shè)置視頻監(jiān)視計(jì)算機(jī)，可遠(yuǎn)程控制各個(gè)視頻監(jiān)視點(diǎn)的工作狀態(tài)展示現(xiàn)地視頻監(jiān)視點(diǎn)的水情、工情、閘門(mén)圖像信息。

在閘房的視頻服務(wù)器上，均配備以太網(wǎng)口接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，視頻工作站可通過(guò)交換機(jī)完成對(duì)水庫(kù)各攝像機(jī)的控制和圖像監(jiān)視。

3.5存儲(chǔ)能力

視頻服務(wù)器采用MPEG4/H.264的壓縮技術(shù)，它本身的動(dòng)態(tài)范圍相當(dāng)大，因此存儲(chǔ)容量需要依據(jù)碼流統(tǒng)計(jì)各個(gè)通道每小時(shí)生成文件大小的估值。水電站如果設(shè)置3鏡攝象機(jī)，按常規(guī)單路視頻每小時(shí)壓縮存儲(chǔ)容量約為200M計(jì)算，視頻存儲(chǔ)一個(gè)月容量為=3*24H*200M*30D=432G。如需存放更長(zhǎng)時(shí)間，依次類推。

四、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)：

（1）技術(shù)先進(jìn)采用多種視頻處理技術(shù)，圖像清晰度高，圖像實(shí)時(shí)性好。

（2）高可靠性系統(tǒng)設(shè)備通過(guò)嚴(yán)格的防雷、電磁輻射、抗干擾測(cè)試，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）良好的維護(hù)性系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備采用高度的模塊化設(shè)計(jì)，可靠性高，大大降低維護(hù)工作。

（4）安全性有一定的防病毒和網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)對(duì)能力。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)立用戶權(quán)限，操作人員只有獲得相應(yīng)的監(jiān)控權(quán)限后才能進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控管理操作。同時(shí)系統(tǒng)有操作人員登陸和退出記錄。具有一定的自愈能力，不因用戶誤操作等原因使系統(tǒng)出錯(cuò)、退出或死司機(jī)。

（5）良好的可擴(kuò)展性監(jiān)控點(diǎn)圖像監(jiān)控?cái)?shù)目可以方便增加。

（6）良好的兼容性系統(tǒng)嚴(yán)格遵守現(xiàn)行主要的監(jiān)控規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

正值水利信息化系統(tǒng)發(fā)展大潮的來(lái)臨之際，利用搖視、遙控計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為一體的視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，為工程的現(xiàn)代化管理提供了重要手段。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，成為水電站集中管理必不可少的一部分。

參考文獻(xiàn)

[1]穆站松，黃摯雄.基于H.264的遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2006，4（3）：136-139.

[2]何小海，騰奇志.圖像通信[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2005：327-353.

[3]周小兵，張立德，劉廣林.長(zhǎng)距離調(diào)水工程管理信息系統(tǒng)[M].中國(guó)水利水電出版社，2007：152-166.

[4]陜西省大型水庫(kù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究及應(yīng)用[D]李斌（導(dǎo)師：解建倉(cāng)；胡彥華）-《西安理工大學(xué)碩士論文》- 2009-08-01