淺談引大灌區(qū)信息化視頻監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)管理要點(diǎn)

安建民，王 劍

（1.甘肅省引大入秦工程管理局建設(shè)管理處，甘肅永登730300，2.甘肅省引大入秦工程管理局東一干灌區(qū)管理處，甘肅永登730300）

近年來，隨著灌區(qū)信息化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，信息化在助推灌區(qū)建設(shè)發(fā)展方面的作用受到各灌區(qū)的重視。為了進(jìn)一步提升引大入秦工程的運(yùn)行管理和水資源科學(xué)利用配置水平，增強(qiáng)蘭州新區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的水資源保障能力，提升引大入秦工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，從科學(xué)性、實用性、可靠性要求出發(fā)，建設(shè)了引大灌區(qū)信息化系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心是一個集遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測、視頻圖像監(jiān)控、通信傳輸網(wǎng)絡(luò)及灌區(qū)應(yīng)用系統(tǒng)于一體的綜合信息處理系統(tǒng)。根據(jù)引大工程管理體制和運(yùn)行機(jī)制，結(jié)合灌區(qū)信息化系統(tǒng)在各管理控制層的職能和功效，系統(tǒng)采用四級樹狀管理控制層次，如圖1 所示。

1 視頻監(jiān)視系統(tǒng)概況

視頻監(jiān)視系統(tǒng)是引大灌區(qū)信息化系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)以光纖專網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸通道，從總干渠渠首起，在總干渠、東一干渠、東二干以及黑武分干渠渠尾等37 處，建立47 個視頻站點(diǎn)，實現(xiàn)引大渠首、總分水閘、莊浪河渡槽等重點(diǎn)建筑物以及重點(diǎn)渠段的視頻監(jiān)視，為供水調(diào)度和工程運(yùn)行提供數(shù)字化信息。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

引大工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制分為4 個層級：一層前端為視頻采集層，配置長距離激光高清云臺攝像機(jī)或紅外網(wǎng)絡(luò)高清高速球形攝像機(jī)設(shè)備，大范圍、全天候的監(jiān)視水工工程設(shè)施和設(shè)備運(yùn)行工況；二層為視頻圖像網(wǎng)絡(luò)接入傳輸層，進(jìn)行H.264/H.265 壓縮，所有視頻監(jiān)控點(diǎn)全部接入光纖專用網(wǎng)絡(luò)；三層為視頻圖像信號的集中監(jiān)控，視頻資料存儲和雙碼流轉(zhuǎn)發(fā)，配置專業(yè)的視頻集中管理平臺，實現(xiàn)視頻通道管理、視頻圖像訪問授權(quán)認(rèn)證、視頻集中存儲及多媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能；四層為控制訪問層，配置專門的網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端，授權(quán)實時監(jiān)看視頻、查閱錄像資料、進(jìn)行視頻輪巡、處理報警信息等（如圖2）。

2.1 數(shù)據(jù)傳輸層

由于視頻監(jiān)視系統(tǒng)的特點(diǎn)是全天候在線、數(shù)據(jù)流量大，綜合考慮信息化系統(tǒng)功能擴(kuò)展，其傳輸通道應(yīng)兼顧時延小、冗余大的設(shè)計思路，通過對公網(wǎng)—專網(wǎng)、自建—租賃、有線—無線傳輸方案進(jìn)行分析，自建光纖專網(wǎng)成為首選。

圖1 引大灌區(qū)信息化系統(tǒng)管理層次

圖2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)四層控制模式

引大視頻監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用自承式24 芯光纜，并沿總干渠、東一干渠、東二干渠以及黑武分干渠敷設(shè)，再經(jīng)東一干11 支介入位于蘭州新區(qū)的引大供水調(diào)度中心，建設(shè)覆蓋總干渠、干渠、水管處、水管所及蘭州新區(qū)供水中心的千兆交換式光纖通信專用網(wǎng)絡(luò)。

光纖專網(wǎng)不僅在傳輸性能、穩(wěn)定性方面完全滿足信息化建設(shè)的要求，同時兼具傳輸安全和費(fèi)用經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。首先，光纖網(wǎng)絡(luò)呈環(huán)網(wǎng)拓?fù)洌苊饬司€性拓?fù)渲幸粋€節(jié)點(diǎn)中斷（光纜斷損或供電故障），造成上行網(wǎng)絡(luò)脫節(jié)的問題；其次，有效防止了租用公網(wǎng)光纜造成信息孤島問題，比無線傳輸方案在數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和數(shù)據(jù)存儲容量方面更具優(yōu)勢；最后，充分利用工程渠道隧洞多的特點(diǎn)，隧洞壁掛、或沿渠道架空敷設(shè)，光纜運(yùn)行安全有保障（如圖3）。

2.2 視頻采集層

前端視頻采集層由攝像頭、電源、攝像機(jī)組成，攝像頭是其核心設(shè)備，決定著視頻監(jiān)視系統(tǒng)的整體性能，引大視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要采用200 萬像素、具備紅外功能的球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，相比槍式攝像機(jī)，球機(jī)所具備的變焦功能能更好地滿足重點(diǎn)建筑物和渠道的巡護(hù)管理要求，是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的首選。同時，由于攝像機(jī)全天候運(yùn)行，供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠十分關(guān)鍵，在充分考慮經(jīng)濟(jì)和實用的前提下，采用農(nóng)村供電系統(tǒng)和太陽能電源各有優(yōu)劣，農(nóng)網(wǎng)穩(wěn)定性有待提高，而太陽能電源直流供電更加穩(wěn)定，但太陽能極板的功率和蓄電池的容量要結(jié)合當(dāng)?shù)厝照涨闆r通過研究實驗進(jìn)行優(yōu)化，以確保太陽能電源的續(xù)航能力。此外，攝像機(jī)作為野外運(yùn)行的電子設(shè)備，要防止雷雨天氣下系統(tǒng)遭受雷電感應(yīng)造成損壞，必須高度重視其接地系統(tǒng)的安裝，本系統(tǒng)每個攝像機(jī)采用6 塊接地模塊構(gòu)成接地系統(tǒng)，確保接地電阻滿足小于10 歐姆的施工標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 引大光纖專網(wǎng)示意圖

2.3 數(shù)據(jù)存儲層

數(shù)據(jù)存儲從視頻傳輸方面來看主要分為本地存儲和集中存儲2 種方式，其中本地存儲通過本地視頻錄像機(jī)經(jīng)交換機(jī)上傳數(shù)據(jù)至供水調(diào)度中心視頻服務(wù)器，確保視頻數(shù)據(jù)的可靠存儲，同時有效降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)妮d荷，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸特性，是視頻系統(tǒng)的首選。考慮到視頻監(jiān)視點(diǎn)的離散程度并兼顧效益經(jīng)濟(jì)，本系統(tǒng)部分?jǐn)z像機(jī)直接通過交換機(jī)傳輸視頻圖像，設(shè)計存儲周期為3 周覆蓋更新。

視頻存儲系統(tǒng)在技術(shù)性能指標(biāo)之外，更為重要的是視頻數(shù)據(jù)的安全性，因此，必須通過軟硬件兩個方面同時增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，以滿足視頻圖像的安全性。從系統(tǒng)層面設(shè)計考慮采用雙機(jī)冗余熱備、硬件防火墻、入侵檢測、網(wǎng)絡(luò)防病毒、VLAN 劃分、應(yīng)用層訪問控制、VCL、數(shù)據(jù)定時備份等技術(shù)手段，設(shè)置單向隔離網(wǎng)閘，實現(xiàn)控制區(qū)和管理區(qū)的數(shù)據(jù)訪問和指令發(fā)送，設(shè)置多級數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)層信息交換、訪問、登錄，從物理層面到邏輯層面，從網(wǎng)絡(luò)到應(yīng)用，建立層層防護(hù)的信息安全防護(hù)體系，保障系統(tǒng)免受各類攻擊，滿足視頻存儲和訪問的安全需求。

2.4 視頻訪問層

視頻應(yīng)用平臺是查詢視頻圖像數(shù)據(jù)的窗口，要求具備穩(wěn)定性與可操作性，引大信息化系統(tǒng)綜合管理平臺提供視頻查詢接口，綜合平臺采用Web+GIS云架構(gòu)，以應(yīng)用服務(wù)器作為中間層，將用戶請求和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接起來，集成包括渠系信息、地理信息、水量信息、量水堰信息、計量模型信息、視頻監(jiān)控信息、相關(guān)的管理信息和其他信息等。用戶按照管理權(quán)限登錄系統(tǒng)并分層訪問視頻圖像、供水調(diào)度和工程管理信息（如圖4）。

圖4 視頻監(jiān)視系統(tǒng)訪問界面

3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行情況

視頻監(jiān)視系統(tǒng)自建成并投入運(yùn)行以來，視頻圖像清晰，傳輸持續(xù)穩(wěn)定，圖像信息訪問快速便捷，達(dá)到設(shè)計的預(yù)期要求。視頻監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用，從根本上改善了傳統(tǒng)的工程巡護(hù)方式，尤其針對引大工程穿越高山峽谷，所處溝壑縱橫，交通條件差的情況，降低了人工巡護(hù)的難度，提高了工作效率，有力地保障了工程安全運(yùn)行，助推了工程管理水平不斷提高。

4 結(jié)語

視頻監(jiān)視系統(tǒng)全天候運(yùn)行于山大溝深的野外環(huán)境下，既存在環(huán)境制約因素，又在傳輸帶寬和穩(wěn)定性方面要求高，相對室內(nèi)運(yùn)行的信息化設(shè)備，建設(shè)及運(yùn)行管理難度較大。為保障其長期穩(wěn)定運(yùn)行，項目要在堅持設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程和環(huán)境因素的實際，通過加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督工作，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計、施工管理，從系統(tǒng)需求分析、框架設(shè)計到設(shè)備選型、安裝調(diào)試等各個環(huán)節(jié)，嚴(yán)格控制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，力爭建設(shè)一個高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的視頻監(jiān)視系統(tǒng)。