可視化水文監(jiān)控系統(tǒng)采用先進的視頻壓縮、傳輸技術(shù)為用戶解決在水利水文監(jiān)測過程中的視像化，讓水文監(jiān)測更加容易，同時可以彌補原有設(shè)備在檢測過程中因故障造成的數(shù)據(jù)錯誤。\r\n
目前各省水利廳對下屬所有分局、水文站及現(xiàn)場的監(jiān)控主要針對堤圍、水渠、測站（水文站）等進行數(shù)字信息的檢測，包括流量、水位、雨量等，主要采用GPRS等無線傳輸方式進行通信，信號傳輸存在延遲和不夠形象化，對于監(jiān)控人員來說，專業(yè)性較強，人員素質(zhì)要求較高，用戶希望能夠采用可視方式進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，讓監(jiān)測過程變得更加形象、直觀。本系統(tǒng)擬采用先進的視頻壓縮、傳輸技術(shù)為用戶解決在水利水文監(jiān)測過程中的視像化，讓水文監(jiān)測更加容易，同時可以彌補原有設(shè)備在檢測過程中因故障造成的數(shù)據(jù)錯誤。\r\n可視化水文監(jiān)控系統(tǒng)旨在實現(xiàn)對現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)視和監(jiān)控，達到實時、準(zhǔn)確、高效的集中管理的效果。主要技術(shù)是采用攝像機對前端現(xiàn)場進行視頻采集，通過視頻編碼技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字化的視頻傳輸，把現(xiàn)場的情況通過視頻和音頻的方式傳輸?shù)郊泄芾碇行模饕夹g(shù)分為視頻編碼和視頻傳輸?shù)?，本文重點討論視頻服務(wù)器和視頻解碼器在水利工程中的應(yīng)用原理和實現(xiàn)方式。\r\n\r\n設(shè)計原則\r\n可靠性\r\n水文監(jiān)測實施中，大多存在無人值守或者職守人員不足的情況，系統(tǒng)必須能夠穩(wěn)定、可靠地長時間運行。系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時能很快地排除故障，確保用戶能夠及時掌握現(xiàn)場情況。\r\n擴展性、開放性\r\n本方案按照經(jīng)濟實用的原則，設(shè)計的系統(tǒng)擴展性要強且在擴容升級時浪費最少。該系統(tǒng)遵循開放性原則，能夠支持多種硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，軟、硬件支持二次開發(fā)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和通信樞紐采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，具有與其他信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享的能力，便于隨時與原水利系統(tǒng)的其它設(shè)備進行接駁。\r\n安全性、可維護性\r\n本系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的安全性進行了專門的處理，在H.264視頻壓縮基礎(chǔ)上采用特制的視頻格式，只能采用專用的播放設(shè)備才能進行播放。另外，對所有的用戶權(quán)限進行嚴(yán)格的權(quán)限管理，避免越權(quán)使用和監(jiān)看視頻。對于本系統(tǒng)設(shè)備，采用高穩(wěn)定性的嵌入式設(shè)計，盡量減少系統(tǒng)模塊，以期達成精確化的系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計，系統(tǒng)施工、維護簡單，一般情況下，系統(tǒng)可以從故障中自動恢復(fù)，如遇到不能自動恢復(fù)的情況，中心系統(tǒng)會實時報警，提示用戶及時檢查設(shè)備狀況，一般的維護工作可以由略懂技術(shù)的用戶自行處理，維護工作非常簡單。\r\n實時性\r\n水文信息要求實時傳輸，在本系統(tǒng)中全部采用實時傳輸?shù)哪Ｊ竭M行，音視頻和水文信息均可以在同一個系統(tǒng)中進行傳輸，局域網(wǎng)延遲小于0.5秒，互聯(lián)網(wǎng)傳輸小于2秒，完全可以滿足水文系統(tǒng)的實時監(jiān)控要求。\r\n網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及數(shù)據(jù)流向\r\n\r\n本系統(tǒng)中采用三級傳輸?shù)姆绞竭M行，即：測站———省局———分局，參見圖1。\r\n在本系統(tǒng)中，采用省局集中管理的方式進行管理和監(jiān)控，同時由省局監(jiān)控平臺進行數(shù)據(jù)分發(fā)傳輸?shù)礁鱾€分局，各分局根據(jù)授權(quán)情況實時監(jiān)看轄區(qū)范圍內(nèi)的監(jiān)測點的情況。\r\n在實際的網(wǎng)絡(luò)中，省局和分局之間是光纖直通的形式，測站和省局之間是通過互聯(lián)網(wǎng)連接，測站的接入方式有DDN、ADSL等。由于系統(tǒng)管理平臺安裝在省局，由省局統(tǒng)一進行管理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，一方面實現(xiàn)了管理的集中，便于對整個水利系統(tǒng)的監(jiān)控和資源調(diào)配；另一方面，合理地節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源。\r\n系統(tǒng)原理\r\n前端采集部分\r\n前端信號采集部分是整個系統(tǒng)的第一層次，即數(shù)據(jù)采集層，包括對水位、流量、雨量以及現(xiàn)場視頻等信息的采集，同時，可以根據(jù)需要設(shè)置聲光報警等設(shè)備，如水位超過了警戒水位等，可以提示工作人員采取相應(yīng)的措施。\r\n水位、雨量、流量等傳感器把所采集到的信息通過專用接口傳送到視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器把相關(guān)信息疊加在相應(yīng)的視頻圖像上，通過網(wǎng)絡(luò)把信息傳送到監(jiān)控中心。\r\n攝像機采用室外型紅外攝像機，確保在任何時候都能夠采集到現(xiàn)場的實際圖像。\r\n前端采集部分的核心設(shè)備是視頻服務(wù)器，采用H.264視頻編碼算法和MP3音頻編碼算法；采用專用接口可以連接水文監(jiān)測傳感器，如：水位、流量、雨量等傳感器；可以使用R485接口實現(xiàn)對前端云臺和攝像機的控制；可以采用報警聯(lián)動方式驅(qū)動警報器，提醒工作人員采取應(yīng)急措施；采用RJ45以太網(wǎng)接口與以太網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)大型的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，本文所述的方案均是以此核心技術(shù)進行的一套可視化的水文監(jiān)測系統(tǒng)。\r\n監(jiān)控中心部分\r\n監(jiān)控中心處于本系統(tǒng)的第二個層次，數(shù)據(jù)交換處理層，其中包括中控服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、存儲服務(wù)器（可選）。\r\n中控服務(wù)器（必須）：負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程客戶端的認(rèn)證（用戶權(quán)限管理），地圖目錄樹管理，電子地圖編輯，各轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和存儲服務(wù)器的管理。\r\n數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（必須）：負(fù)責(zé)保存中控服務(wù)器中設(shè)置的電子地圖目錄樹、電子地圖圖像文件、用戶權(quán)限管理、前端設(shè)備信息（前端設(shè)備，攝像頭等）、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、存儲服務(wù)器配置信息等數(shù)據(jù)。\r\n轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器（可選）：負(fù)責(zé)從前端主機獲取編碼后的音/視頻數(shù)據(jù)，并進行轉(zhuǎn)發(fā)（使用TCP協(xié)議），以提供給遠(yuǎn)程客戶端和存儲服務(wù)器使用，負(fù)責(zé)巡檢主機的狀態(tài)，接收前端主機的報警信息。\r\n存儲服務(wù)器（可選）：負(fù)責(zé)從轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器獲取音/視頻數(shù)據(jù)并進行存儲（寫盤），并創(chuàng)建索引信息，以供遠(yuǎn)程客戶端調(diào)閱。各大服務(wù)器連接原理參見圖3。\r\n圖3中說明了水文監(jiān)控中心的各個服務(wù)器和電視墻的連接原理，圖中省略了與水文系統(tǒng)的連接，與水文系統(tǒng)的連接關(guān)系實際上是通過軟件SDK接口進行的，主要是把各種水文信息傳送給水文管理服務(wù)器，同時也可以把重要的視頻信息保存到水文管理服務(wù)器，便于調(diào)閱。數(shù)據(jù)交換處理層主要完成以下功能：\r\n·通過網(wǎng)絡(luò)把現(xiàn)場所有音視頻數(shù)據(jù)進行集中存儲，采用專門的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器和磁盤陣列進行數(shù)據(jù)保存，確保數(shù)據(jù)的可靠性；\r\n·對所有音視頻信息進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，需要現(xiàn)場音視頻信息的用戶在經(jīng)過授權(quán)后可以遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場情況以及遠(yuǎn)程下載/回放已經(jīng)錄制好的音視頻數(shù)據(jù)。一般來說，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器可以和存儲服務(wù)器使用同樣的服務(wù)器，以便充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和計算機資源；\r\n·通過大型電視墻監(jiān)視現(xiàn)場視頻，可以對現(xiàn)場所有視頻進行分組，然后在電視墻上循環(huán)切換顯示，對于重要的場景可以使用單獨的電視墻進行獨立輸出顯示；\r\n·對于現(xiàn)場的報警信息使用專門的報警服務(wù)器進行輸出和處理，通過大屏電子地圖直觀地顯示即時報警信息；\r\n·采用專門的數(shù)據(jù)服務(wù)器對本監(jiān)控系統(tǒng)的所有信息進行集中存儲。主要包括：設(shè)備信息、設(shè)備狀態(tài)信息、用戶信息及權(quán)限信息、視頻分組信息、報警聯(lián)動信息、報警處理信息、音視頻數(shù)據(jù)保存信息（索引）等各種系統(tǒng)信息；\r\n·中控服務(wù)器是整個系統(tǒng)中的核心的設(shè)備，擔(dān)負(fù)著承上啟下、數(shù)據(jù)交換處理的責(zé)任；\r\n·對前端采集部分而言，監(jiān)控中心是后臺處理系統(tǒng)，前端收集的所有數(shù)據(jù)必須經(jīng)過數(shù)據(jù)交換處理層后才能轉(zhuǎn)向其他網(wǎng)絡(luò)用戶；\r\n·對于整個監(jiān)控中心而言，主要由中心服務(wù)器進行管理，通過對數(shù)據(jù)服務(wù)器進行交互，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)進行管理，其中，主要包括：對系統(tǒng)、用戶、網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)資源及安全進行管理；對前端數(shù)據(jù)的存儲與管理，特別是對前端報警數(shù)據(jù)將實現(xiàn)自動存儲；負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、管理數(shù)據(jù)應(yīng)用層與數(shù)據(jù)采集層之間的數(shù)據(jù)交換；\r\n·對于數(shù)據(jù)應(yīng)用層，數(shù)據(jù)交換處理層主要負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)應(yīng)用層提供授權(quán)和數(shù)據(jù)服務(wù)。\r\n分局級網(wǎng)絡(luò)用戶\r\n分局級網(wǎng)絡(luò)用戶主要采用系統(tǒng)配套的客戶端軟件進行遠(yuǎn)程瀏覽和查看，用戶可以根據(jù)授權(quán)情況查看自己轄區(qū)內(nèi)的檢測點的現(xiàn)場實況。\r\n客戶端軟件在任何一臺Windows系統(tǒng)的計算機上都可以安裝，使用方法簡單，效果圖如圖4。\r\n客戶端軟件的功能有遠(yuǎn)程調(diào)看圖像、遠(yuǎn)程調(diào)看錄像文件、遠(yuǎn)程控制、循環(huán)切換畫面等。可以對所有轄區(qū)內(nèi)的攝像機進行分組，然后在同一個畫面上循環(huán)顯示，同時也可以看到各個檢測點的水文狀況（數(shù)字部分）。\r\n客戶端軟件本身使用簡單，同時也有在線幫助文檔，在此不再贅述。\r\n結(jié)語\r\n可視化水文監(jiān)控系統(tǒng)采用了H.264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，可以實現(xiàn)對各個水文監(jiān)測點進行可視化的遠(yuǎn)程監(jiān)控，達到了形象、直觀的效果。系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的水文監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，最大化利用現(xiàn)有資源。在原有水文監(jiān)測系統(tǒng)中增加了視頻監(jiān)控功能，讓水文監(jiān)控系統(tǒng)更加容易讓用戶接受，降低了水文監(jiān)控對人員專業(yè)化的要求。可視化水文監(jiān)控系統(tǒng)在各個環(huán)節(jié)均采用工業(yè)級設(shè)備，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可視化水文監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，施工、維護相對容易，大大地降低了用戶的使用成本，同時提高了水文監(jiān)測的準(zhǔn)確性。\r\n\r\n
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