浅谈远程视频监控在水电站中的应用

浅谈远程视频监控在水电站中的应用

作者：蒋跃华

来源：《中国新通信》2013年第10期

【摘要】水电站远程视频监控系统集先进性、开放性、可靠性与实时性为一体，利用H.2压缩标准的嵌入式网络编码器提供视频服务，视频流通过2M光纤信道，组播方式传输到主站系统，主站系统与MIS网和调度网无缝结合，从局内各工作站可以远程监控各监控点的运行情况。实现了水电站管理的“无人值班、少人值守”促进了工程的自动化、现代化和综合性管理。

【关键词】远程视频监控H.2无人值守网络编码器信道组播

随着水利信息化建设的深入，水电站的“无人值班、少人值守”的管理方式已经成为发展的趋势。但发电站具有地域分布较宽、运行设备较多等特点，普通的视频监控系统因为其传输距离的，应用到水电站中并不合适。因此使用远程视频监控系统实现对水电站运行情况的全方位监控管理将是一个较好的选择。 一、总体思路及功能要求

水电站远程视频监控系统是基于远程监控、高度集中的管理的需求来规划和设计的。它通过网络为传输通道，以视频压缩、流媒体等计算机技术为核心，打破了传统的工业电视系统的监控方式和结构，是数字化的视频图像监控系统，将监控系统的概念从广度和深度上进行了极大的延伸，系统将实现一下功能：

（1）视频管理功能：画面显示、视频文件回放、视频储存。 （2）实时控制功能：摄像机控制、图像编码器控制。

（3）安全监视功能：对重点建筑物及重要管理部位的安全监视功能；监视各闸门运行状态、结构异常情况、渠道水位、工况；通信机房设备的安全监视等。

（4）网络浏览功能：在局域网内可实现图像远程实时预览、远程调用检索、网络视听功能，通过相关软件远程调用监控分中心的数字硬盘录像机的视频文件来实现。 二、远程视频监控系统中的关键技术 2.1视频压缩编码方式

远程视频监控系统主要是通过网络对监控点的采集的视频、音频等信号进行传输。视频流在传输的过程中由于受到网络环境的各种客观，所以图像必须经过压缩处理。压缩方式很

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大程度上决定了视频图像的质量、压缩比、传输效率等性能，它是评价视频监控系统优良的重要环节。随着多媒体的发展，相继推出了很多视频压缩编码的标准，目前主流的编码标准为H.2。H.2与其它现有的视频编码标准相比，在相同的带宽下提供更加优秀的图象质量、更强的容错能力、更优秀的网络适应能力。H.2优越的性能主要的得益于其统一的VLC符号编码，高精度、多模式的位移估计，基于4×4块的整数变换，分层的编码语法、帧内预测、面向IP和无线环境等编码特点。H.2是目前远程监控系统视频压缩编码的最佳选择。 2.2流媒体传输技术

视频压缩编码以后，如何在网络中有效的传输，是另外一个需要考虑的重要问题，因此流媒体的网络传输技术同样也是远程视频监控系统的关键技术。

首先流媒体技术是一种连续的实时的媒体传输技术，就像它的名字一样。如果把媒体信息比喻做水，原来我们的技术好比从井里打水，打满一桶用一桶，而使用流媒体技术后好比我们装了自来水，不必等待打开水龙头就能够用水了。这也就是流媒体技术的实时性、高吞吐量的体现。流媒体技术中又包括了流媒体协议、流媒体格式等内容。概况的说流媒体技术就是基于一系列支持流媒体实时传输和服务质量控制的协议比如RTP、RSVP、RTCP等，将音频、视频等媒体文件压缩后通过网络流式传输到用户计算机的技术，用户不需要下载所有文件，只是通过短暂的缓冲便可以边下载边观看。 三、系统的组成

在水电站的重要部位设置摄像机、云台等，通过摄像机采集到的图像信息经网络视频服务器数字压缩后通过公网传输远端的分管中心、管理处并通过自建光纤传输到本站的管理站，同一管理层级的任一管理单位只要获得相应的权限，都可以通过视频监视软件随时监控各地任一摄像机的图像，也可以固定监视重要画面或按一定的程序对各个摄像机的画面进行轮流显示，同时能灵活控制云台转动和摄像机镜头调焦。

前端摄像机采集到的模拟视频信号通过视频服务器压缩并传送到网络上，在网络的任意位置即可实时监视；同时通过报警联动，自动把需要的视频内容储存到水电站管理站的存储设备上，在需要的时候回放。并使用相应的视频软件控制前端的摄像机、云台动作，达到想要的视频效果。通过网络视频软件系统启动报警录像、录像查询、图像轮询等众多功能。

远程视频监控系统主要由现地、传输、控制、显示记录四个部分组成。现地部分包括一台或多台摄像机以及与之配套的镜头、云台、防护罩、解码器，视频服务器等；传输部分包括视频电缆、网络交换机、传输光缆；控制部分包括视频切换器、云台镜头控制器、各类通信接口、电源和控制台、监视器等；显示记录设备主要包括监视器等。实现现地的视频信息通过适合的传输方式送达各个管理部门。 3.1组网方式

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系统中现地的视频监控点主要监视水电站重要部位的实时状态，并要将信息实时反馈回水库现地管理站、分中心站、巴管处。

其中，水电站管理站租用公网线路接入SDH网络，实现与分中心站的通信。分中心站再与管理处之间一般有已建的通信链路。在保证图像信息清晰流畅的前提下，为节省通信链路带宽资源，设计视频监视采用H.2（MPEG-4 PART10）视频编码压缩标准，每路视频为384K，以保证每路视频达到20帧以上的图像效果。

水电站现地与现地管理站间通讯线路都采用自建光纤方式。

现地视频摄像机，通过视频信号电缆和控制信号电缆与视频服务器相连，通过RJ45接口接入网络交换机，通过光纤链路送到管理站。 3.2视频采集

摄像装置是收集被摄物体的光信号并将其转换为电视信号的设备，它是视频监视系统的核心部分，其中包括可控变焦镜头、摄像机、防护罩及云台等部件。根据被摄对象及摄像环境的不同，摄像装置的具体配置也有所不同。同时，为适应夜间监视的需求，除采用远红外摄像设备外，往往还需要配置必要的照明设备，保证重要建筑物的远程监视。

视频服务器是视频监视系统实现数字化处理的重要设备，它将前端摄像机的模拟图像/音频信号处理成高清晰的实时声像数字，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、报警信号的采集等功能。

解码器主要负责接收、处理管理调度中心发来的控制指令，以调整和控制云台和摄像镜头的动作，满足视频监视系统对监视对象高清晰监视的需要。 3.3视频传输

单路图像传输带宽约需384KBit，对于多路图像的传输可采用轮循的方式，以减小传输链路的带宽。传输协议拟采用标准的TCP/IP协议，以便通过计算机局域网或者广域网进行传输。根据水电站远程监控系统的特点，视频监视图像拟通过语音、数据、图像三网合一的网络系统进行传输。 3.4远程控制

视频监控系统采用Brower/Sever结构，在水电站机房或其他水电站管理场地设视频监控服务器，配备视频图像监控软件系统，主要完成现场图像的接收、处理、存储、检索、回放、备份、恢复，以及对现场各摄像镜头和云台的远程控制，并实现用户登录管理，优先权限分配，控制信号协调，图像实时监控等功能。

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在各级管理单位设置视频监视计算机，可远程控制各个视频监视点的工作状态展示现地视频监视点的水情、工情、闸门图像信息。

在闸房的视频服务器上，均配备以太网口接入网络交换机，视频工作站可通过交换机完成对水库各摄像机的控制和图像监视。 3.5存储能力

视频服务器采用MPEG4/H.2的压缩技术，它本身的动态范围相当大，因此存储容量需要依据码流统计各个通道每小时生成文件大小的估值。水电站如果设置3镜摄象机，按常规单路视频每小时压缩存储容量约为200M计算，视频存储一个月容量为=3*24H*200M*30D=432G。如需存放更长时间，依次类推。 四、系统主要特点

采用远程网络视频监控系统具有以下的特点：

（1）技术先进采用多种视频处理技术，图像清晰度高，图像实时性好。

（2）高可靠性系统设备通过严格的防雷、电磁辐射、抗干扰测试，确保系统稳定运行。 （3）良好的维护性系统监控点设备采用高度的模块化设计，可靠性高，大大降低维护工作。

（4）安全性有一定的防病毒和网络安全应对能力。监控系统设立用户权限，操作人员只有获得相应的监控权限后才能进行相应的监控管理操作。同时系统有操作人员登陆和退出记录。具有一定的自愈能力，不因用户误操作等原因使系统出错、退出或死司机。 （5）良好的可扩展性监控点图像监控数目可以方便增加。 （6）良好的兼容性系统严格遵守现行主要的监控规范和标准。 五、结束语

正值水利信息化系统发展大潮的来临之际，利用摇视、遥控计算机网络通信技术为一体的视频远程监控系统，为工程的现代化管理提供了重要手段。远程网络视频监控系统在水电站的应用，可辅助安全生产，降低生产管理成本，提高工作效率，成为水电站集中管理必不可少的一部分。 参考文献

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[4]陕西省大型水库实时监测预警系统研究及应用[D]李斌（导师：解建仓；胡彦华）-《西安理工大学硕士论文》- 2009-08-01