水利行業(yè)視頻監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)探討

        一、意義

        水利信息化是水利現(xiàn)代化的基本標(biāo)志和重要內(nèi)容，是國(guó)家以信息化改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)思路在水利行業(yè)的具體體現(xiàn)，是帶動(dòng)水利現(xiàn)代化的重要措施之一。隨著水利信息化事業(yè)的發(fā)展，水利行業(yè)近期在地陸續(xù)實(shí)施了水利視頻監(jiān)控項(xiàng)目，為防汛和水資源管理提供利了直觀有效的管理手段。但由于這些系統(tǒng)都是分散建設(shè)的，存在架構(gòu)不同，設(shè)備多樣，互不兼容等問題，對(duì)水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)向流域化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展帶來了不少問題，往往在防汛的關(guān)鍵時(shí)刻，由于系統(tǒng)的兼容問題，決策人員無法遠(yuǎn)程觀測(cè)到流域各個(gè)已建監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)情況，為解決上述問題急需一套水利流域的視頻監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范和實(shí)施，從而做到功能統(tǒng)易于兼容和擴(kuò)充方便。 省水利廳在總結(jié)省地系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了水利行業(yè)視頻監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)規(guī)范了水利行業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)要求，力圖使后續(xù)建設(shè)的各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)框架下實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。本文擬對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)中的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行論述，以期拋磚引玉，促使水利行業(yè)視頻監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

        二、監(jiān)視目標(biāo)

        水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)水庫(kù)、閘站、海塘、分滯洪區(qū)、重要測(cè)流斷面等不同監(jiān)視對(duì)象的特點(diǎn)，兼顧防汛及工程管理，合理選擇監(jiān)視點(diǎn)位。監(jiān)視點(diǎn)位布設(shè)應(yīng)滿足對(duì)以下監(jiān)視對(duì)象的有效觀察：

        水庫(kù)：大壩、溢(泄)洪道、泄洪閘、泄洪洞、水位尺;

        閘站：閘站建筑主體、閘門、上(下)游水域及堤防、水位尺;

        堤防：堤頂、路面及附近水域;

        分滯洪區(qū)：分洪閘、爆破點(diǎn);

        重要測(cè)流斷面：水域、水位尺;

        避風(fēng)港：水域。

        在以上的監(jiān)視目標(biāo)中，水位尺是一個(gè)關(guān)鍵的監(jiān)視目標(biāo)，攝像機(jī)在白天和夜間開燈的情況下應(yīng)能做到清晰觀測(cè)水位尺刻度。

        三、體系架構(gòu)

        水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)由各級(jí)監(jiān)視中心和監(jiān)視站組成。在省級(jí)、市級(jí)、縣(市、區(qū))級(jí)水利主管部門和防汛指揮中心分別設(shè)置監(jiān)控中心，在水利工程管理等單位設(shè)置監(jiān)視站。監(jiān)視中心和監(jiān)視站通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)成多層多結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)狀結(jié)

        系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        l 監(jiān)視站與一個(gè)或多個(gè)前端監(jiān)視點(diǎn)直接相連，采集前端監(jiān)視點(diǎn)的實(shí)時(shí)圖像和其它相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并對(duì)其進(jìn)行管理和存儲(chǔ)。這種情況下，一般的監(jiān)視站均為大中型水利工程的直接管理部門。

        l 監(jiān)視中心控制、監(jiān)視、管理、調(diào)閱本轄區(qū)內(nèi)監(jiān)視站的所有圖像信息，并向公眾發(fā)布實(shí)時(shí)工況圖像信息。

        市級(jí)、縣(市、區(qū))級(jí)監(jiān)視中心配置視頻流媒體服務(wù)器，向同級(jí)政府有關(guān)部門及上級(jí)監(jiān)視中心提供圖像信息。

        省級(jí)監(jiān)視中心通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理平臺(tái)，根據(jù)實(shí)際需要控制、監(jiān)視、管理、調(diào)閱省內(nèi)監(jiān)視站的圖像。

        這種架構(gòu)適合流域監(jiān)控的要求，是未來發(fā)展的主流方向，充分體現(xiàn)了流域監(jiān)控的特點(diǎn)，同時(shí)在防汛時(shí)刻確保各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和決策人員可以通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)視頻信息。

        四、網(wǎng)絡(luò)信道

        一般情況下可利用水利專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)視頻傳輸，但考慮到視頻碼流比較大，建議租用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)信道進(jìn)行視頻傳輸，該信道應(yīng)與水利專網(wǎng)互聯(lián)，上面結(jié)構(gòu)圖中從各個(gè)監(jiān)視站到市縣監(jiān)視中心的網(wǎng)絡(luò)可采用租用方式。在經(jīng)費(fèi)允許的情況下可采用湖州水利建設(shè)方案直接用光纖傳輸模擬視頻到中心，光纖采用租買結(jié)合的方式進(jìn)行鋪設(shè)。在某些信道較差或常規(guī)信道無法到達(dá)的場(chǎng)合，可采用無線信道。

        五、功能要求

        水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)除具備普通監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視，攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)等基本功能外，還應(yīng)該突出以下幾部分功能

        5.1、電子地圖

        由于水利行業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中多采用電子地圖驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)各種操作，因而推薦在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)，從而實(shí)現(xiàn)基于矢量方式電子地圖的操作和界面。

        5.2和水利數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)動(dòng)

        單純視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮的作用比較有限，如果和水利數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行結(jié)合和聯(lián)動(dòng)，在監(jiān)控的同時(shí)實(shí)時(shí)掌握水雨情及工情等信息，對(duì)于抗洪救災(zāi)的正確決策將起到顯著的促進(jìn)作用。

        建議系統(tǒng)在監(jiān)控實(shí)時(shí)視頻的同時(shí)可通過標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)水雨情及工情庫(kù)表結(jié)構(gòu)獲得現(xiàn)有閘門和水庫(kù)的水雨情及工情信息。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)水雨情及工情信息和視頻信息的有效聯(lián)動(dòng)，例如在水位超過某個(gè)警戒值時(shí)聯(lián)動(dòng)視頻實(shí)現(xiàn)報(bào)警，便于領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)人員及時(shí)做出決策。

        5.3、圖片發(fā)布功能

        系統(tǒng)應(yīng)具有圖片發(fā)布功能，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)視圖像進(jìn)行截圖，生成圖片上傳到服務(wù)器并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。由于水利監(jiān)控領(lǐng)域的目標(biāo)大部分是緩變的目標(biāo)，例如水位的上漲，閘門的開啟等等，所以水利視頻監(jiān)控中在保證視頻清晰度的前提下可適當(dāng)降低幀率，從而減少碼流，在絕大部分情況下，采用圖片方式的監(jiān)控(1幀/秒)也可滿足要求。

        5.4、系統(tǒng)互聯(lián)互通接口

        系統(tǒng)應(yīng)提供相應(yīng)的互聯(lián)互通二次開發(fā)接口供其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)或上層系統(tǒng)接入，主要包含視頻傳輸，視頻解碼以及通用命令接口。

        六、技術(shù)指標(biāo)

        6.1、視頻技術(shù)指標(biāo)

        編解碼標(biāo)準(zhǔn)推薦采用MPEG-4/H.264;

        視頻主觀清晰度應(yīng)達(dá)到4分以上，分辨率達(dá)到D1(704 x 576)，此時(shí)的碼流應(yīng)可控制在1M以下。

        視頻幀率可調(diào)：PAL：1/16~25幀/秒可調(diào);NTSC：1/16~30幀/秒可調(diào);

        視頻輸出碼率：每路32K～2M可調(diào)。

        6.2、音頻技術(shù)指標(biāo)

        在水利視頻監(jiān)控中，可適當(dāng)添加音頻模塊，如通過視頻發(fā)現(xiàn)有非法進(jìn)入水域的行為，可喊話提醒，要求此時(shí)的音頻質(zhì)量與普通電話的語音質(zhì)量相當(dāng)。

        6.3網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)

        應(yīng)支持TCP、UDP、RTP、組播等方式傳輸壓縮碼流，能支持網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)瀏覽任意一路或多路的視頻圖像，查看視頻設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，控制、操作前端監(jiān)視點(diǎn)的設(shè)備;

        應(yīng)支持PPPoE協(xié)議寬帶撥號(hào)接入Internet，支持DNS;

        應(yīng)支持DHCP協(xié)議自動(dòng)獲取IP地址;

        實(shí)時(shí)視頻延時(shí)不超過0.5秒;

        每個(gè)用于轉(zhuǎn)發(fā)的服務(wù)器至少支持60路D1實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)流的并發(fā)網(wǎng)絡(luò)傳輸，每路碼流在1M左右。

        6.4、存儲(chǔ)指標(biāo)

        用于存儲(chǔ)的設(shè)備應(yīng)滿足以下指標(biāo)：

        支持8個(gè)以上內(nèi)置硬盤，支持每路圖像錄像資料以D1分辨率保存1個(gè)月以上(含一個(gè)月)。宜使用SATA接口硬盤;

        支持硬盤異步啟動(dòng)保護(hù)硬盤功能;

        支持錄像狀態(tài)檢測(cè);

        支持硬盤故障預(yù)警(SMART自檢測(cè)、分析、報(bào)告技術(shù))及硬盤故障報(bào)警。

        七、環(huán)境要求

        水利視頻監(jiān)控工程往往建設(shè)在野外，氣候條件惡劣，特別是在系統(tǒng)使用最為頻繁的抗洪救災(zāi)時(shí)刻，往往出現(xiàn)大風(fēng)大雨等惡劣氣候條件，所選用的攝像機(jī)等戶外設(shè)備必須能在防雨、防腐蝕等惡劣環(huán)境下使用，支架和立桿必須考慮到抗臺(tái)風(fēng)的要求，主要要求如下

        7.1、一般要求

        攝像機(jī)支架和立桿以及云臺(tái)可在12級(jí)風(fēng)力時(shí)正常工作，在大風(fēng)情況下不出現(xiàn)明顯的晃動(dòng)，不影響視頻的觀看效果。

        充分考慮水域周圍濕度較高，在某些入?？谔幩宣}分較高的特點(diǎn)，所選用的設(shè)備應(yīng)考慮防鹽霧、防腐蝕、防銹蝕、防變形等問題。

        大部分的水利工程處于野外，容易成為偷盜的目標(biāo)，因而在施工時(shí)應(yīng)充分考慮到防盜、防砸等要求。

        室外防護(hù)罩的防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于IP65。

        7.2、夜間監(jiān)控要求

        現(xiàn)有的水利工程中，有不少未安裝燈光照明系統(tǒng)，而夜間又往往是抗洪救災(zāi)的關(guān)鍵時(shí)刻，因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮夜間監(jiān)控的要求，可采用射燈照明或者紅外兩種方式，。建議優(yōu)先選用射燈照明模式。夜間監(jiān)控應(yīng)達(dá)到以下要求

        輔助照明設(shè)備開啟時(shí)投射到被監(jiān)視區(qū)域的有效照度應(yīng)不低于40W白熾燈的照度。

        紅外攝像機(jī)的有效監(jiān)視距離應(yīng)根據(jù)實(shí)際狀況確定，室外一般不應(yīng)低于30米。

        7.3、防雷要求

        水利工程往往建設(shè)在野外空曠之處，易受到雷電侵襲，監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備的電源一般在現(xiàn)場(chǎng)就近取用，也易受雷電波影響產(chǎn)生高壓和浪涌電流，為了設(shè)備能可靠、長(zhǎng)久地運(yùn)行，攝像機(jī)桿和前端機(jī)箱須接地;對(duì)攝像機(jī)的視頻信號(hào)均應(yīng)配置防雷設(shè)備，以防止雷電對(duì)攝像機(jī)等設(shè)備的損壞;對(duì)各監(jiān)控站點(diǎn)均應(yīng)配置電源浪涌保護(hù)器，防止雷電的侵襲。

        八、后續(xù)工作

        本標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施時(shí)間均較短，和電力、公安的行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)相比還有許多需要完善之處，下階段將主要進(jìn)行以下工作。

        8.1、系統(tǒng)接入和互通規(guī)范

        現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)僅僅要求開放系統(tǒng)接入和互通的接口，但是未對(duì)其進(jìn)行規(guī)范，在互聯(lián)互通時(shí)難度較大，下階段考慮按照公安方式制定相應(yīng)的接口規(guī)范，統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸、視頻解碼和命令接口。

        8.2、水利預(yù)案的聯(lián)動(dòng)

        在防汛抗洪中，預(yù)案起到了相當(dāng)關(guān)鍵的作用，將現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合到預(yù)案中并和預(yù)案聯(lián)動(dòng)將大大促進(jìn)其效力的發(fā)揮，在前期湖州和杭州的項(xiàng)目中已經(jīng)初步嘗試將水位報(bào)警和視頻聯(lián)動(dòng)，起到了一定的作用，下階段的標(biāo)準(zhǔn)化工作中將進(jìn)一步完善該部分工作。

        8.3、智能系統(tǒng)的擴(kuò)展

        在現(xiàn)有的水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，主要依賴人工分析突發(fā)事件和關(guān)注點(diǎn)，容易出現(xiàn)漏判和誤判，同時(shí)隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)模越來越大，視頻系統(tǒng)存儲(chǔ)和包含的數(shù)據(jù)量往往以TB作為單位，形成了真正的海量數(shù)據(jù)，使水利部門工作人員的分析和處理工作量大大增加，從而影響了系統(tǒng)的應(yīng)用效率。下階段可以在標(biāo)準(zhǔn)中逐漸推薦使用一些常用的智能算法，例如標(biāo)尺刻度分析、閘門開啟狀態(tài)分析、禁止游泳區(qū)域警戒線分析等算法，此類算法將通過標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合到現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。