三峽船閘人字門門縫錯位視頻圖像監控方案設計

胡航 黃小亮 高術 劉祖偉

摘 要：本文主要介紹了三峽船閘人字閘門門縫錯位的視頻圖像監控方案設計，經設備調試后投入試用，經檢驗，該設計方案符合要求，未帶來安全隱患。

關鍵詞：人字閘門;視頻圖像;門縫錯位

中圖分類號：TN948.6? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）09-0052-02

三峽船閘人字門門縫錯位監控時段主要集中在人字門關門行程后期直至相鄰閘首輸水初期。這個階段，船閘運行人員要能通過監控畫面實時監控到人字門的運行情況：人字門導輪、導卡是否能正常進入對中狀態、人字門門縫和錯位情況。

視頻圖像采集監控的對象是人字門對中區域，這對視頻信號采集的要求十分嚴格。一旦采集視角發生變化，觀測到的門縫錯位就會有較大誤差，甚至無法觀測。

1監控方案設計需求分析

（1）三峽船閘的保密需求和可靠性要求高，對于視頻信號采集傳輸方式有一定的局限性。

（2）三峽船閘人字門門縫錯位監控需要對全線六個閘首進行集中監控，視頻信號直線傳輸距離最長大約1300米，要保證視頻信號的穩定性。

（3）三峽船閘運行環境可能面臨大風大霧雨雪天，濕度較大，要注意室外設備的選型。

（4）三峽船閘24小時運行的特點，存在夜間視頻采集的情況，所以對監控設備的夜視能力有一定的要求。

（5）要保證視頻信號的采集角度準確合適、監控人員能根據監控畫面對人字門狀態如實掌控。

（6）目前三峽船閘已有的監控系統采用有線傳輸的方式，并且有一定的余量，可以納入參考及運用。

（7）整個監控系統設計要因地制宜，充分考慮三峽船閘現場布置情況、驗證項目實施的可行性。

2監控方案設計原則

（1）安全可靠性。保證人字門門縫、錯位可靠監控，整個監控系統可靠。監控畫面高質量、穩定，監控角度準確。符合國家安全規定，整個監控系統各個鏈路符合三峽船閘的保密安全要求。

（2）適用便捷性。確保用戶調用監控畫面方便、滿足用戶的監控需求。要有好的用戶體驗。整個監控系統設計必須考慮三峽船閘后期的實施和維護是否便捷，要考慮人力物力成本。

（3）實施可行性。要因地制宜，充分考慮三峽船閘現場布置情況、驗證項目實施的可行性。

3監控技術方案設計

目前市面上常見的視頻圖像監控系統有以下幾種技術方案：

3.1方案一：傳統模擬閉路電視監控系統（CCTV）

傳統模擬閉路電視監控系統主要由攝像設備、視頻分配器、矩陣主機、錄像機等組成，利用視頻傳輸線將來自攝像設備的視頻信號連接到視頻分配器上，利用視頻矩陣主機，采用鍵盤進行切換和控制，錄像采用使用硬盤錄像機。

模擬CCTV的特點：①傳輸通道為視頻線，敷設費用過于昂貴;②用模擬方式傳輸，數據一般不能太遠，只適用小范圍監控;③系統結構復雜，操作煩瑣。

3.2方案二：光纖視頻監控系統

光纖視頻監控系統主要由攝像設備、光端機、矩陣主機、錄像機等組成。主要以光纖作為傳輸媒介，具有傳輸距離遠、信號質量高的優點，能克服機房分散的問題和惡劣環境下的電磁場干擾問題。

光纖視頻監控系統的特點：①可以實現超遠距離傳輸; ②有非常好的抗電磁干擾能力; ③設備集中于監控中心機房，網絡精簡，運營維護成本相對低;④光纜敷設費用過于昂貴，新增光端機等設備成本較高。

3.3方案三：無線監控系統

無線監控和有線監控相比較，主要區別是傳輸媒介，有線監控系統的主要傳輸媒介是電纜、雙絞線、光纖，而無線監控系統采用微波段的電磁波作為傳輸媒介。[1]網絡攝像機可以先連接無線中繼，無線AP接收再通過網線連接到機房的網絡交換機。在布線不便捷或無法布線的情況下，可以利用無線AP和無線中繼進行網絡橋接，組成無線局域網連接到機房。

無線監控系統的特點：①免布線，安裝方便、靈活性強，不用破壞原有布置，安裝簡單。②工期短，適合大范圍、遠距離監控。③易擴展，增加變更監控位置更容易。④不適宜地形復雜的遠距離傳輸，阻擋物多了信號穩定性會降低。⑤網絡安全可靠性低，容易被入侵。

3.4方案選擇

（1）方案一，傳統的模擬閉路電視監控系統中僅利用模擬信號傳輸，傳輸距離一旦過長，信號衰減將十分嚴重，滿足不了安全可靠性的原則。

（2）方案二，光纖視頻監控系統是采用光信號進行遠距離視頻信號、控制信號傳輸并結合模擬信號近距離傳輸的方式。整個監控系統的實施工程量大、造價高，但是信號的安全可靠性能得到保障?？紤]到三峽船閘原有的視頻監控系統采用的就是此種方案，并且主要設備均有新增監控設備的余量，所以此方案的成本和施工量就降低了許多，可行性高。

（3）方案三，無線監控系統中，主要利用無線中繼進行信號傳輸，一個無線中繼的傳輸距離大約為500m左右，而且遇到復雜地形有障礙物阻擋信號還會減弱。采用多個無線中繼轉接能實現遠距離傳輸，但是信號的穩定可靠性仍不能確保。此外，無線傳輸的網絡安全性遠低于有限傳輸，容易被入侵?？紤]到三峽船閘的復雜地形、對視頻信號穩定性的高要求以及國家安全保密等級，所以即使無線監控方案施工便捷、新增監控點簡單，仍不考慮無線監控的方案。

（4）基于監控方案設計原則，結合三峽船閘現有的光纖集中傳輸方式監控系統設備，擬定采納方案二的設計思路。后續結合方案二進行分析。

4關鍵設備選型與選址

光纖視頻監控系統主要由：前端設備、傳輸設備和后端設備三大部分構成。按照功能也可分為現場攝像設備、視頻信息和控制信息傳輸設備和控制中心設備部分。[2]

4.1前端設備選址

（1）各閘首人字門上合攏信號附近。優缺點：布置在該處，角度、監控距離、監控范圍都是最佳的;此外，大風天氣時，三峽船閘屬于隘口，人字門關閉合攏處會承受的較大風力，攝像設備設置的角度比較容易受風力影響改變監控角度。

（2）各閘首公路橋上游中間點。優缺點：安裝在公橋上固定可靠、后期檢查維護方便。此前有安裝點可以參考布線路徑，綜合施工難度相對小;監控角度不太合適;安裝在固定可靠的設施上，受風力的影響相對小。遠離了設備運行區域、減少了安全風險。

（3）北側（南側）機房頂上。優缺點：安裝在可靠的固定設施上，遠離了設備運行區域;選好合適的安裝點后對于人字門門縫和錯位都能有效監控;監控距離遠，對攝像設備的技術參數要求高;此前該點沒有安裝點加上在機房頂部，施工維護不便難度大。

（4）綜合考慮：監控角度易改變可以通過后期軟件設置固定復位角度來解決;惡劣天氣的影響可以通過選擇防風防霧性能好的攝像設備予以改善。為了保證好的監控效果，綜合施工難度考慮，攝像點最好安裝在人字門對中監控范圍的上方即合攏信號附近。

4.2攝像設備的選型

根據三峽船閘現場的情況、監控需求和設計方案的參數要求，攝像設備的選型要求如下：類型為槍機、球機、子彈型等均可，圖像傳感器為1/3英寸 CCD/CMOS，圖像制式 PAL制式，最低照度為0.01Lux以下星光級，模擬接口，BNC 接頭，工作環境和防護要求：溫度-40～70℃、濕度<95% 對防水要求高、IP66工業級，產品尺寸≦4寸，重量≦4kg。

5 結論

本文所述三峽船閘人字門門縫錯位視頻圖像監控設計方案，經設備調試后投入試用：

（1）整個監控方案設計符合三峽船閘的監控系統安全保密要求。

（2）該處的視頻圖像畫面滿足人字閘門門縫、錯位的監控需求。

（3）該處的視頻圖像畫面實時傳輸至集控室監控客戶端，可實現遠程監控。

（4）該方案設計中增裝的設備不影響船閘的正常運行，也未帶來其他安全隱患。

參考文獻：

[1] 李玉柱. 無線視頻監控系統的研究與應用[D]，河北：河北科技大學，2014

[2] 齊俊麟，胡斌等. 三峽船閘職工培訓教材[M/CD]， 2002-06-06.