淺談遠程視頻監控在水電站中的應用

【摘要】水電站遠程視頻監控系統集先進性、開放性、可靠性與實時性為一體，利用H.264壓縮標準的嵌入式網絡編碼器提供視頻服務，視頻流通過2M光纖信道，組播方式傳輸到主站系統，主站系統與MIS網和調度網無縫結合，從局內各工作站可以遠程監控各監控點的運行情況。實現了水電站管理的“無人值班、少人值守”促進了工程的自動化、現代化和綜合性管理。

【關鍵詞】遠程視頻監控H.264無人值守網絡編碼器信道組播

隨著水利信息化建設的深入，水電站的“無人值班、少人值守”的管理方式已經成為發展的趨勢。但發電站具有地域分布較寬、運行設備較多等特點，普通的視頻監控系統因為其傳輸距離的限制，應用到水電站中并不合適。因此使用遠程視頻監控系統實現對水電站運行情況的全方位監控管理將是一個較好的選擇。

一、總體思路及功能要求

水電站遠程視頻監控系統是基于遠程監控、高度集中的管理的需求來規劃和設計的。它通過網絡為傳輸通道，以視頻壓縮、流媒體等計算機技術為核心，打破了傳統的工業電視系統的監控方式和結構，是數字化的視頻圖像監控系統，將監控系統的概念從廣度和深度上進行了極大的延伸，系統將實現一下功能：

（1）視頻管理功能：畫面顯示、視頻文件回放、視頻儲存。

（2）實時控制功能：攝像機控制、圖像編碼器控制。

（3）安全監視功能：對重點建筑物及重要管理部位的安全監視功能；監視各閘門運行狀態、結構異常情況、渠道水位、工況；通信機房設備的安全監視等。

（4）網絡瀏覽功能：在局域網內可實現圖像遠程實時預覽、遠程調用檢索、網絡視聽功能，通過相關軟件遠程調用監控分中心的數字硬盤錄像機的視頻文件來實現。

二、遠程視頻監控系統中的關鍵技術

2.1視頻壓縮編碼方式

遠程視頻監控系統主要是通過網絡對監控點的采集的視頻、音頻等信號進行傳輸。視頻流在傳輸的過程中由于受到網絡環境的各種客觀限制，所以圖像必須經過壓縮處理。壓縮方式很大程度上決定了視頻圖像的質量、壓縮比、傳輸效率等性能，它是評價視頻監控系統優良的重要環節。隨著多媒體的發展，相繼推出了很多視頻壓縮編碼的標準，目前主流的編碼標準為H.264。H.264與其它現有的視頻編碼標準相比，在相同的帶寬下提供更加優秀的圖象質量、更強的容錯能力、更優秀的網絡適應能力。H.264優越的性能主要的得益于其統一的VLC符號編碼，高精度、多模式的位移估計，基于4×4塊的整數變換，分層的編碼語法、幀內預測、面向IP和無線環境等編碼特點。H.264是目前遠程監控系統視頻壓縮編碼的最佳選擇。

2.2流媒體傳輸技術

視頻壓縮編碼以后，如何在網絡中有效的傳輸，是另外一個需要考慮的重要問題，因此流媒體的網絡傳輸技術同樣也是遠程視頻監控系統的關鍵技術。

首先流媒體技術是一種連續的實時的媒體傳輸技術，就像它的名字一樣。如果把媒體信息比喻做水，原來我們的技術好比從井里打水，打滿一桶用一桶，而使用流媒體技術后好比我們裝了自來水，不必等待打開水龍頭就能夠用水了。這也就是流媒體技術的實時性、高吞吐量的體現。流媒體技術中又包括了流媒體協議、流媒體格式等內容。概況的說流媒體技術就是基于一系列支持流媒體實時傳輸和服務質量控制的協議比如RTP、RSVP、RTCP等，將音頻、視頻等媒體文件壓縮后通過網絡流式傳輸到用戶計算機的技術，用戶不需要下載所有文件，只是通過短暫的緩沖便可以邊下載邊觀看。

三、系統的組成

在水電站的重要部位設置攝像機、云臺等，通過攝像機采集到的圖像信息經網絡視頻服務器數字壓縮后通過公網傳輸遠端的分管中心、管理處并通過自建光纖傳輸到本站的管理站，同一管理層級的任一管理單位只要獲得相應的權限，都可以通過視頻監視軟件隨時監控各地任一攝像機的圖像，也可以固定監視重要畫面或按一定的程序對各個攝像機的畫面進行輪流顯示，同時能靈活控制云臺轉動和攝像機鏡頭調焦。

前端攝像機采集到的模擬視頻信號通過視頻服務器壓縮并傳送到網絡上，在網絡的任意位置即可實時監視；同時通過報警聯動，自動把需要的視頻內容儲存到水電站管理站的存儲設備上，在需要的時候回放。并使用相應的視頻軟件控制前端的攝像機、云臺動作，達到想要的視頻效果。通過網絡視頻軟件系統啟動報警錄像、錄像查詢、圖像輪詢等眾多功能。

遠程視頻監控系統主要由現地、傳輸、控制、顯示記錄四個部分組成。現地部分包括一臺或多臺攝像機以及與之配套的鏡頭、云臺、防護罩、解碼器，視頻服務器等；傳輸部分包括視頻電纜、網絡交換機、傳輸光纜；控制部分包括視頻切換器、云臺鏡頭控制器、各類通信接口、電源和控制臺、監視器等；顯示記錄設備主要包括監視器等。實現現地的視頻信息通過適合的傳輸方式送達各個管理部門。

3.1組網方式

系統中現地的視頻監控點主要監視水電站重要部位的實時狀態，并要將信息實時反饋回水庫現地管理站、分中心站、巴管處。

其中，水電站管理站租用公網線路接入SDH網絡，實現與分中心站的通信。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，為節省通信鏈路帶寬資源，設計視頻監視采用H.264（MPEG-4 PART10）視頻編碼壓縮標準，每路視頻為384K，以保證每路視頻達到20幀以上的圖像效果。

水電站現地與現地管理站間通訊線路都采用自建光纖方式。

現地視頻攝像機，通過視頻信號電纜和控制信號電纜與視頻服務器相連，通過RJ45接口接入網絡交換機，通過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并將其轉換為電視信號的設備，它是視頻監視系統的核心部分，其中包括可控變焦鏡頭、攝像機、防護罩及云臺等部件。根據被攝對象及攝像環境的不同，攝像裝置的具體配置也有所不同。同時，為適應夜間監視的需求，除采用遠紅外攝像設備外，往往還需要配置必要的照明設備，保證重要建筑物的遠程監視。

視頻服務器是視頻監視系統實現數字化處理的重要設備，它將前端攝像機的模擬圖像/音頻信號處理成高清晰的實時聲像數字，完成模擬視頻監視信號的數字采集、影像壓縮、監控數據處理、報警信號的采集等功能。

解碼器主要負責接收、處理管理調度中心發來的控制指令，以調整和控制云臺和攝像鏡頭的動作，滿足視頻監視系統對監視對象高清晰監視的需要。

3.3視頻傳輸

單路圖像傳輸帶寬約需384KBit，對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。傳輸協議擬采用標準的TCP/IP協議，以便通過計算機局域網或者廣域網進行傳輸。根據水電站遠程監控系統的特點，視頻監視圖像擬通過語音、數據、圖像三網合一的網絡系統進行傳輸。

3.4遠程控制

視頻監控系統采用Brower/Sever結構，在水電站機房或其他水電站管理場地設視頻監控服務器，配備視頻圖像監控軟件系統，主要完成現場圖像的接收、處理、存儲、檢索、回放、備份、恢復，以及對現場各攝像鏡頭和云臺的遠程控制，并實現用戶登錄管理，優先權限分配，控制信號協調，圖像實時監控等功能。

在各級管理單位設置視頻監視計算機，可遠程控制各個視頻監視點的工作狀態展示現地視頻監視點的水情、工情、閘門圖像信息。

在閘房的視頻服務器上，均配備以太網口接入網絡交換機，視頻工作站可通過交換機完成對水庫各攝像機的控制和圖像監視。

3.5存儲能力

視頻服務器采用MPEG4/H.264的壓縮技術，它本身的動態范圍相當大，因此存儲容量需要依據碼流統計各個通道每小時生成文件大小的估值。水電站如果設置3鏡攝象機，按常規單路視頻每小時壓縮存儲容量約為200M計算，視頻存儲一個月容量為=3*24H*200M*30D=432G。如需存放更長時間，依次類推。

四、系統主要特點

采用遠程網絡視頻監控系統具有以下的特點：

（1）技術先進采用多種視頻處理技術，圖像清晰度高，圖像實時性好。

（2）高可靠性系統設備通過嚴格的防雷、電磁輻射、抗干擾測試，確保系統穩定運行。

（3）良好的維護性系統監控點設備采用高度的模塊化設計，可靠性高，大大降低維護工作。

（4）安全性有一定的防病毒和網絡安全應對能力。監控系統設立用戶權限，操作人員只有獲得相應的監控權限后才能進行相應的監控管理操作。同時系統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出錯、退出或死司機。

（5）良好的可擴展性監控點圖像監控數目可以方便增加。

（6）良好的兼容性系統嚴格遵守現行主要的監控規范和標準。

五、結束語

正值水利信息化系統發展大潮的來臨之際，利用搖視、遙控計算機網絡通信技術為一體的視頻遠程監控系統，為工程的現代化管理提供了重要手段。遠程網絡視頻監控系統在水電站的應用，可輔助安全生產，降低生產管理成本，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

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