節水灌溉信息化工程設計研究

孫鋒申 魏 燕 馬偉順 王松紅 李合菊 張樹銀

（1.萊蕪職業技術學院，山東濟南 271100；2.93995部隊，陜西西安 710306）

1 建設背景

為進一步加快經濟作物節水灌溉高效示范區項目建設步伐，徹底改變高效節水灌溉設施建設嚴重滯后的現狀，提高農業抗御自然災害的能力，推行微灌技術，促進現代化高效農業發展，成為今后節水灌溉工作更加艱巨的任務[1]。加強節水灌溉工程的運行管理，是一項極其復雜的系統工程，主要需要實現以下建設目標：（1）2個項目區泵站內部的安全監控、4個項目區重點區域的視頻監控（見圖1）；（2）信息展示中心，主要是滿足項目的遠程節水灌溉的視頻監控。

圖1 遠程信息中心和項目區監控示意圖

2 系統建設

2.1 項目區視頻監控系統實時視頻監控子系統是節水灌溉監控的特色之一，其主要功能是提供現場實時的視頻信息，對泵站及其周邊的基礎設施和現場周邊環境進行實時視頻監控。該系統主要包括視頻編碼參數配置、客戶端視頻解碼[2]。建設視頻監控系統的目的是通過視頻信息實時查看項目區植物生長狀況和項目區節水灌溉設備的運行狀況，為管理人員提供直觀、快捷的現場狀況和灌溉信息。

2.1.1 項目區視頻監控系統組成 項目區視頻監控系統主要實現全面實時監視2個泵站、4個項目區重點區域現場情況，通過處理器對所有的攝像點圖像進行處理，并可實現單幅或多幅畫面錄像回放，方便圖像查詢。由于項目區為雷區，不適合采用無線網橋實現視頻監控信號的傳輸，所以采用光纖數據傳輸。在安裝高清網絡攝像機的地方，為防止雷擊損壞攝像機，安裝了防雷器和避雷針等設施。視頻信號采集設備是網絡高清攝像機，型號DS-2DE7172-A，系統利用網絡高清攝像機監控泵站內部安全情況，通過網絡交換機、光纖傳輸將視頻數據上傳至信息中心。視頻監控數據采用無線網橋和光纖傳輸方式，視頻數據傳輸到項目區內信息中心采用無線網橋，項目區信息中心數據傳輸到總控信息中心采用光纖傳輸。

2.1.2 DS-2DE7172-A網絡高清攝像機的特點

2.1.2.1 系統功能 使用高效紅外陣列，功耗比較低，射距遠，并且內置熱處理及去霧裝置，使用壽命長。使用高質量圖像傳感器，圖像分辨率可以到達1 280×960；高性能電機控制運行，控制角精度小于0.1°；具有掉電記憶功能，支持防雷電、防浪涌、防潮防水等功能，室外球達到IP66防護等級。

2.1.2.2 機芯功能 可以實現自動光圈、去噪、聚焦、背光補償等功能，可以實現超低照度，0.05 Lux/F1.4（彩色），0.01 Lux/F1.4（黑白）。支持以太網控制，支持網絡平臺回放與儲存備份，實現NAS存儲錄像，實現多級用戶權限管理。

2.1.2.3 云臺功能 可以實現水平方向無死角旋轉，可以實現8條無盲區巡航掃描，具有垂直掃描、水平掃描、全景掃描、幀掃描和隨機掃描等多種掃描方式，支持自動調焦、白平衡、去噪等功能。

2.2 信息中心建設信息中心建設應包括信息中心硬件平臺建設、信息中心軟件平臺建設、通信系統的建設。監控中心選用計算機工作站、演示電腦、視頻控制軟件、液晶顯示器、激光打印機、UPS電源、網絡交換機和防火墻等設備，對所有攝像機進行24 h錄像[3]。本系統設置多級權限，嚴格控制超級管理員數量，設置多用戶配置不同的管理權限，監控圖像可以實現分屏顯示、局部放大或縮小、視頻信息備份等功能。信息中心建設有3×4液晶拼接大屏實現視頻信號的顯示。具體建設內容如下。

2.2.1 信息中心硬件平臺的建設 信息中心硬件平臺主要建設部分包括監控用電視墻、內部局域網絡、Internet網絡接入、服務器、計算機工作站、UPS電源和打印機等。

內部局域網提供網絡寬帶達到1 000 M，申請固定公網IP地址，設置防火墻，支持內部安全控制、外部數據包過濾、流量控制和殺毒防木馬等功能，有效提高整個局域網的安全性能。信息中心有1臺網絡視頻服務器，服務器儲存信息化系統的各類數據，服務器承擔著數據的存儲、轉發、發布等作用。監控用電視墻利用先進成熟的計算和信息處理技術，建設一個集計算機技術、網絡技術、通信技術、圖形圖像處理技術、數據庫技術及信息處理技術等于一體的、全新的液晶拼接顯示系統，并可實現平滑擴充及系統升級。電視墻采用3×4結構，共計12塊LDU46DC液晶屏組成。液晶屏主要參數：內置控制器，分辨率為1 920×1 080，對比度為3 500∶1，亮度為500 cd/m2，響應時間為8 ms，顯示色彩為16.7 M，視頻輸入為BNC、VGA、HDMI、DVI、音頻和YPBPR，視頻輸出為BNC、VGA、DVI、YPBPR，拼縫尺寸為5.5 mm，功率為200 W。

2.2.2 信息中心軟件平臺的建設 信息中心軟件平臺主要包含操作系統、網絡管理軟件、數據庫管理系統、視頻監控顯示系統等。

本系統中服務器操作系統使用Windows Server2008（標準版），管理站操作系統使用了Windows 7（專業版）[4]。就網絡管理軟件而言，采用模塊化架構，管理整個網絡設備。部署網絡管理軟件，可以根據用戶需求，提供靈活的端到端配置，可以實現流量控制、安全控制、關鍵信息穩定運行等功能。就數據庫管理系統而言，本系統采用微軟公司的SQL Server 2008（標準版），該版本兼容性較好、運行穩定、通用性較強，降低了管理數據的成本，用戶可以采用結構化的數據格式直接進行存儲。就視頻監控顯示系統而言，采用高清攝像機可以實時監控視頻，并可保存視頻文件，用戶可根據需要選擇不同的視頻焦距，放大或縮小局部視頻，用于查看經濟作物的長勢，并杜絕盜竊發生。就大屏幕管理軟件而言，集成控制和管理能力功能完善，能進行液晶顯示切換和調用、矩陣交換設備的聯動控制、攝像機和云臺設備的運轉切換，滿足中央控制系統的定制化需求。

3 結語

為滿足經濟作物節水灌溉高效示范區項目信息化系統中實現項目區6個重點區域的視頻監控和遠程信息中心監控信息查看，依靠先進的計算機和網絡技術，加強對工程運行的實時監控、優化運行調度，提高工程運行質量，降低了工程造價及成本。該工程集成了視頻信息處理技術、通信技術、數字電子技術，可以實現安全、實用、可靠、高效的動態視頻監控與控制。