摘 要：本文概述了水電站中遠程網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體構成、功能及主要設備的選配，分析了遠程網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點，總結了先進的遠程視頻監(jiān)控技術對水電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的重要意義。

　　關鍵詞：網絡視頻監(jiān)控 遠程傳輸 網絡視頻服務器 圖像質量

　　1、引言

　　在水利水電領域，水電廠是一種生產型的企業(yè)，電廠的一切設備都是服務于生產。視頻監(jiān)控系統(tǒng)也一樣，其主要的目標也在于輔助安全生產，其目標是監(jiān)視電廠各設備的運行狀態(tài)，以減輕現(xiàn)場人員的勞動量和勞動強度，及時發(fā)現(xiàn)各種危險狀況，制止事故的發(fā)生，且隨著我國許多水電站及變電站實現(xiàn)了“無人值班、少人值守”的運行管理模式，在較少運行人員的情況下，為有效地保障電站安全可靠的運行，運行管理人員借助計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行水利水電工程內設備監(jiān)視控制的同時能夠觀看遠方穩(wěn)定而且清晰的現(xiàn)場圖像信息的愿望更為迫切。但是，水利電力行業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般運行在低溫、潮濕、風塵大、強電磁場干擾惡劣的環(huán)境條件下，且水電站具有地域分布較寬、運行設備較多等特點，從而對組建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求較高。建立一個能夠長期可靠穩(wěn)定運行、能夠遠程轉送清晰的圖像且操作又十分便捷的視頻監(jiān)控系統(tǒng)就顯得十分重要。

　　根據水電站的實際情況，建立一個水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體功能要求如下：

　　“無人值班、少人值守”的運行管理模式，要求設備能適應環(huán)境的變化，能高效、長期、可靠和穩(wěn)定運行；

　　能實現(xiàn)高質量、高穩(wěn)定性視頻圖像的采集；

　　可實現(xiàn)高質量視頻圖像遠距離傳輸；

　　無須特殊軟件支持即可實現(xiàn)遠程瀏覽視頻信息；

　　可實現(xiàn)遠程圖片存儲；

　　具有遠程控制功能；

　　可實現(xiàn)報警聯(lián)動；

　　可隨意擴充監(jiān)控終端；

　　與安防系統(tǒng)及消防系統(tǒng)可實現(xiàn)聯(lián)動，從而提高值守人員和設備的安全性和便利性；

　　系統(tǒng)的管理采用分級權限，不同的人員具有不同的使用權限。

　　根據以上特點，選用遠程網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它將系統(tǒng)中信息流（包括視頻、音頻、控制等）從模擬狀態(tài)轉為數(shù)字狀態(tài)，徹底打破“經典閉路電視系統(tǒng)是以攝像機成像技術為中心”的結構，從根本上改變視頻監(jiān)控系統(tǒng)信息采集、數(shù)據處理、傳輸與轉儲、系統(tǒng)控制等過程的方式和結構形式。它是采用了以網絡為傳輸媒介，基于TCP/IP協(xié)議，以計算機技術為核心的數(shù)字視頻圖像監(jiān)視系統(tǒng)。其特點是現(xiàn)場攝像機的模擬視頻信號及控制信號在現(xiàn)場即被轉換為數(shù)字信號發(fā)送、接收、控制、存儲與顯示，是“全數(shù)字且網絡化”的系統(tǒng)，其它安防系統(tǒng)或信息管理子系統(tǒng)間可以實現(xiàn)完全的無縫集成，在統(tǒng)一的操作平臺上管理和控制，從而使監(jiān)控系統(tǒng)的概念在廣度和深度上得到極大的延伸。

　　2、系統(tǒng)總體構成

　　遠程網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是根據現(xiàn)場需要放置攝像機，監(jiān)視環(huán)境、人員工作及設備運行情況，尤其對環(huán)境惡劣的工作區(qū)域、水閘區(qū)域設備和人員設置監(jiān)視點提供24小時不間斷監(jiān)視。

　　系統(tǒng)主要由四部分組成，監(jiān)控中心，通信線路，采集前端及防雷部分。

　　2.1 監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心硬件設備主要由矩陣控制主機、電腦監(jiān)視器、控制鍵盤、電視墻、打印機及UPS電源構成，軟件采用專用軟件，進行整個系統(tǒng)的指揮、調度、授權、集中錄像、圖像查詢、檢索以及分控用戶授權分組、分區(qū)監(jiān)控及圖像歷史資料調看等系統(tǒng)管理方面的高級功能。

　　2.2 通信線路

　　通信線路主要由視頻線、雙絞線、光纖、通訊線、網線及視頻光端機構成。主要是對采集到的視頻圖像信息進行傳輸。

　　2.3 采集前端

　　采集前端主要由網絡攝像機、網絡高速球、網絡視頻服務器、攝像機、球形攝像機、高速球形攝像機構成。主要是采集現(xiàn)場的視頻圖像信息。

　　2.4 防雷

　　防雷部分主要由同軸防雷器、通訊防雷器、電源防雷器、隔離器及避雷針等構成。主要是保護人員及設備安全。

　　3、系統(tǒng)總體功能

　　3.1系統(tǒng)設置

　　（1）計劃、即時錄像路徑設置，計劃、即時錄像設置；

　�。�2）報警錄像路徑設置，報警錄像設置；

　�。�3）登陸密碼更改；

　　（4）錄像硬盤空間檢測；

　�。�5）報警聲響音樂設置；

　�。�6）同時接收多個檢索放像請求；

　　（7）選定監(jiān)控點圖像進行錄像（錄像幀速率可調，為1～25幀/秒），可同時實現(xiàn)多路視頻的

　　錄像功能；

　�。�8）可進行準確的放像，即可選擇任一路視頻放像，并可選擇放像的起始時間和結束時間；

　　3.2 用戶設置

　�。�1）可加入、編輯和刪除用戶；

　�。�2）可進行權限分配，系統(tǒng)管理員級，可設置預置點，設置巡航點，設置自動掃描時左右邊

　　界，對所看到的監(jiān)控點進行控制。操作員級，可召回預置點，啟動巡航功能、自動掃描功能，能對所看到的監(jiān)控點進行控制。瀏覽用戶級，可召回預置點，啟動巡航功能、自動掃描功能，但對所看到的監(jiān)控點不能進行控制；

　　3.3 電子地圖設置

　　（1）可設置、編輯、刪除區(qū)域及系統(tǒng)地圖；

　�。�2）增加監(jiān)控點的同時，在系統(tǒng)地圖上生成監(jiān)控點圖標；

　�。�3）雙擊圖標可顯示相應的監(jiān)控點，鼠標移到圖標上可顯示相應監(jiān)控點的名稱；

　　（4）可放大、縮小和移動電子地圖；

　　3.4 電視墻顯示

　　（1）選定的監(jiān)控點在選定的監(jiān)視器上顯示；

　�。�2）支持在一個監(jiān)視器上輪巡多個監(jiān)控點圖像，每一個監(jiān)控點圖像停留時間任選（0～255）；

　�。�3）控制某個監(jiān)控點時監(jiān)視器作相應控制動作；

　　3.5 瀏覽與控制

　�。�1）界面啟動，系統(tǒng)自動加載用戶所擁有的所有監(jiān)控點，右端監(jiān)控點名稱欄中即顯示所有監(jiān)

　　控點信息，選擇其中1路即可在視頻顯示窗體中取得其圖像信號，對所顯示的圖像可以通過界面控制按鈕進行控制，同樣可以通過鍵盤進行控制；

　�。�2）用戶選擇4、6、9、10、13、16六種顯示方式；

　　（3）可將所有的圖像信息進行分組，可以組的方式顯示圖像信息，如選定組的圖像信息多于

　　顯示的方式時，系統(tǒng)會自動彈出每一屏希望停留的時間，可設定分屏顯示；

　�。�4）在分屏顯示時，可放大任意一路圖像信號；

　�。�5）根據用戶的設置方式，“自動序列”屏幕提供輸入圖像尺寸的序列變化及自動變化；

　�。�6）通過設置報警，系統(tǒng)可在特定時間向注冊的電子郵件地址傳送圖像；

　�。�7）可方便地遠程控制“上下/左右/變焦/聚焦”；

　　（8）自動終端電阻的功能可以自動消除視頻環(huán)路所連接的75Ω終端電阻；

　　4、主要設備的選配

　　水電站作為工業(yè)環(huán)境，環(huán)境因素比較復雜，在設備的選配和傳輸方面，都要充分考慮水電站的環(huán)境特點，從而保證整個系統(tǒng)的效果。

　　4.1 前端采集設備

　　網絡監(jiān)控前端設備通常放置在監(jiān)控現(xiàn)場或鄰近現(xiàn)場的設備間，負責完成圖像的采集、編碼、傳輸以及云鏡控制等工作，監(jiān)控前端擔負著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據采集和控制命令的執(zhí)行部分，是整個系統(tǒng)重要的組成部分之一，這里主要是選用了網絡攝像機和特殊模擬攝像機。

　　網絡攝像機主要包括網絡攝像槍、網絡高速球形機及網絡視頻服務器，特殊模擬攝像機主要包括低照度攝像槍、低照度球形機及高速球形機。

　　網絡攝像槍和網絡高速球形機是傳統(tǒng)模擬攝像機與網絡技術相結合的新一代攝像機，區(qū)別于傳統(tǒng)攝像機，它是一種可直接接入網絡的數(shù)字化攝像機，集成了視頻壓縮、嵌入式系統(tǒng)、計算機及網絡等先進IT技術，它無需計算機的協(xié)助便可獨立工作，且擁有自己的IP地址，支持多種網絡通信協(xié)議，局域網以及Internet上的用戶使用標準網絡瀏覽器即可根據獨有的IP地址對網絡攝像機進行訪問，觀看通過網絡傳輸?shù)膶崟r圖像，還可對鏡頭、云臺進行控制，達到對目標進行全方位監(jiān)控的目的。

　　網絡攝像機在使用上要受到本身鏡頭與機身功能的限制，而網絡視頻服務器能彌補網絡攝像機的這些缺點，從某種角度上說，網絡視頻服務器可以看作是不帶鏡頭的網絡攝像機，它包括一個或多個模擬視頻輸入口、影像轉換和壓縮芯片，嵌入式的操作系統(tǒng)以及以太網口。它的功能就是把模擬視頻信號數(shù)字化，然后以數(shù)字信號模式直接傳輸，將數(shù)字影像資料在網絡上加以傳輸，從而成功將模擬攝像機轉化成網絡攝像機，使用戶無論在任何地方、任意聯(lián)網的計算機上，通過網絡瀏覽器即可實時地觀測影像資料。由于網絡視頻服務器將模擬攝像機成功地“轉化”為網絡攝像機，因此它也是網絡監(jiān)控系統(tǒng)與當前CCTV模擬系統(tǒng)進行整合的最佳途徑。由此可見，視頻服務器在設置上比網絡攝像機更顯靈活，視頻服務器除可以和普通的傳統(tǒng)攝像機連接外，還可以和一些特速功能的攝像機相連，如低照度攝像機、高靈敏度的紅外攝像機等。

　　對于新建系統(tǒng)，監(jiān)控點的光線比較充足且無特殊要求的情況下可優(yōu)先采用網絡攝像機，在光線較暗，且又無需配用相關照明的監(jiān)控點，采用低照度攝像機，對于戶外攝像點，護罩要配置雨刮及散熱裝置，在寒冷地區(qū)，還要添加加熱裝置，在需要監(jiān)視范圍較廣時，采用廣角鏡頭，在需要快速觀察大范圍目標時，采用高速球形攝像機。對于改造系統(tǒng)，可將模擬攝像機接入網絡視頻服務器，從而實現(xiàn)從模擬監(jiān)控系統(tǒng)到數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的轉化。

　　4.2 通信傳輸設備

　　通常的信號傳輸部分是由同軸電纜、通訊電纜及電源電纜等線纜構成，但在水電站環(huán)境中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要注意以下幾點：

　�。�1）水電廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大部分線纜需要敷設在電纜溝或是電纜橋架中，與電站其它強電電纜、控制通訊電纜同時進入監(jiān)控中心，故視頻信號傳輸容易收到大電流強磁場的干擾，即在這種環(huán)境下圖像會出現(xiàn)嚴重干擾條紋。

　�。�2）水電站一般為梯級結構，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用中，一般是將調度中心與監(jiān)控中心合二為一，設在某一個地理距離較為理想的水電站中作為控制中心部分，而在各級電站安裝前端視頻采集部分，并設置一個現(xiàn)場監(jiān)控點對本電站進行監(jiān)控，這樣視頻采集點的分布就會很廣，有時視頻采集點的單點距離可達到2～3Km.

　　由于同軸電纜傳輸方式屬于非平衡電纜傳輸方式，交變磁場在同軸電纜上產生的電壓信號疊加在視頻信號上，會導致圖像出現(xiàn)嚴重干擾條紋，即使是采用屏蔽質量好的同軸電纜也難以徹底消除干擾，在這種情況下采用非屏蔽雙絞線進行傳輸，由于非屏蔽雙絞線是平衡傳輸方式，能完全抵消交變磁場的共模干擾，從而保證視頻圖像信號的傳輸質量。而光纖由于是采用光信號進行傳輸，不受強電強磁的干擾。這樣系統(tǒng)就采用光纖和非屏蔽雙絞線兩種介質構成信號傳輸部分。在1200米以內可采用雙絞線進行傳輸，超過1200米則采用光纖傳輸，當采用多模光纜時，傳輸距離可達5km，當采用單模光纜時，無中繼傳輸距離可達80km.

　　在光纖傳輸系統(tǒng)中，有一個重要的設備，就是視頻光端機，它是將視頻和數(shù)據信號與光信號進行相互轉換的設備。視頻光端機可用一條光纖即可傳輸1至多路視頻信號和0至多路正反向數(shù)據信號。視頻部分采用先進的10位編碼技術，可使傳輸?shù)膱D像質量達到廣播甲級，視頻制式與PAL、NTSC及SECAM制式兼容。音頻采用24位編碼技術，傳輸質量可達CD級。數(shù)據方式靈活，可以是RS232、RS422、RS485或Manchester碼等數(shù)據格式，傳輸速率可達400kbps.

　　4.3 中心控制設備

　　矩陣控制主機是通過內置軟件訪問需監(jiān)控的多路前端視頻信號，在電腦屏幕上顯示，也可經視頻轉換器顯示到電視墻上。

　　5、系統(tǒng)主要特點

　　采用遠程網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有以下的特點：

　　5.1 先進性

　　采用MPEG-4壓縮算法的設備，數(shù)字圖像編碼壓縮是去除圖像內容的相關性，并利用人眼的視覺特性，使壓縮后數(shù)據量大大減少，同時盡量保持圖像的視覺效果。影像壓縮技術的優(yōu)劣直接影響影像品質、儲存資料量和傳輸速度，因而尤為關鍵。由于采用MPEG-4壓縮技術的網絡型產品采集的文件占用空間小，傳輸帶寬效，可使用帶寬較低的網絡，如ADSL等，大大節(jié)省了網絡費用，MPEG-4的最高分辨率可達720×576，接近DVD畫面效果，因此對運動物體可保證良好的清晰度。

　　5.2 靈活性

　　支持基于Web方式的網絡瀏覽功能，可靈活進行系統(tǒng)軟件升級，避免對系統(tǒng)產生多大的影響。只須通過以太網即可直接實現(xiàn)遠程監(jiān)控，不但可多人同時監(jiān)控多個點，無距離限制及時傳輸圖像信息�？筛鶕�當前的應用環(huán)境，自行設定顯示畫面的大小、解析度、壓縮比等各項圖像參數(shù)。

　　5.3 保密性

　　獨有的IP地址，可設置不同等級的使用權限。如需使用，使用者必須通過權限及口令的設定，方可有使用權，不同的使用者可獲得的監(jiān)控信息也不一樣。

　　5.4 穩(wěn)定性

　　系統(tǒng)的主要設備網絡攝像機及網絡視頻服務器均為嵌入式系統(tǒng)，是在嵌入式實時操作系統(tǒng)基礎上構建Web服務器，同時通過內置的高效壓縮芯片對采集到的模擬視頻信號進行數(shù)字化壓縮，并打包成幀，通過內部總線傳送到Web服務器上，其穩(wěn)定性大大高于DVR及同類的CCTV設備。

　　5.5 完善性

　　可實現(xiàn)聯(lián)動報警，包括周邊防護、數(shù)據采集、燈光控制等，可根據需要設定，當警報觸發(fā)前后時聯(lián)動錄像，便于事后檢索查看。

　　5.6 擴展性

　　靈活的組網方式，方便監(jiān)控點數(shù)量的增加。

　　5.7 低成本

　　通過以太網便可直接將網絡攝像機接入系統(tǒng)，已有系統(tǒng)改造時的模擬攝像機通過網絡視頻服務器也可直接接入系統(tǒng)，實現(xiàn)了即插即用功能，無距離限制，免去了復雜的網絡配置和布線工作，大大減少了工程及安裝成本，特別適合于突發(fā)性事件。

　　6、結束語

　　遠程網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)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，并可納入電廠SIS、MIS信息管理平臺，成為集中管理必不可少的一部分。

　　參考文獻：

　　孔俊寶。數(shù)字會議電視系統(tǒng)。電視技術，1998（6）：7～12.

　　John Enck & Mel Beckman.局域及廣域互聯(lián)網絡設計基礎 電子工業(yè)出版社。

　　[3] 鐘玉琢，王琪，趙黎，楊小勤。運動圖像壓縮編碼國際標準及MPEG的新進展。清華大學出版社，2002第一版。

　　[4] 黃孝建，門愛東，楊波。數(shù)字圖像通信。北京：人民郵電出版社，1998