| 水库、水位无线远程网络视频监控方案
一、概述
水是人类赖以生存的资源，而现在水利资源的利用对于我国来说是一个非常严峻的问题。水库作为国家的重要资产，在水的管理方面具有着举足轻重的作用。对水库实行科学、安全、自动的管理，在现阶段已是一个符合国情而又非常迫切的要求。由于水库的面积广大、地形复杂等原因，实现有线的监控管理难度很大，我公司提出了无线远距离实时图像监控的合理化建议。
某水库拟实现无人执守及安全监控，要求实现以下功能：
- 汛期的水库安全防卫工作，时刻注意水库的水位，如果水位到了警戒线，有了险情，马上报警。
- 水库重点区域的防范，随时注意闸门、大坝的正常工作和稳固程度。
- 水库水面情况的实时远端监控：水面上是否有漂浮物（如白色垃圾）、漂流物（如泄漏的原油）。
- 水库水岸情况的实时远端监控：岸上的物体（如人、兽）是否进入危险区（如闸门口、大堤上），是否有可疑的情况（如有人想要破坏水库）。
- 能够随时检测水库中水的水质，并将信息传到远端，发现水质超标，马上报警。
- 库天气情况的实时监控。
- 远端控制中心与水库现场的语音通讯，遇到情况时能够做到远距离的指挥工作。
- 可以在中控室直接对水库的闸门进行控制，进行水资源调配。
二、系统功能
2.1水库安防监控及水资源合理分配:
远端点：传感器、摄像头、高速球
·摄像头采用高解析低照度彩色一体化摄象机，体积小，集成度高，高解析度，352×288（H.264），每秒25帧，提供高质量、全运动、全色彩的、实时的活动图像。
·可以通过远端的控制，调节摄像头的光圈、焦距等对水库的环境作全方位的监控。
·高速球机是现在尖端的科技产品，它通过自动的旋转使摄像头的的视野范围达到360度，做到全方位监控。
·将二次仪表上地显示值（如水量、水质等）通过接口和无线网络传到中控室，作为监控管理的依据。
·传感器设备，需根据用户要求，选用不同品种、类型传感器，如配合摄像头，实现监测天气状况（如雨、雪）等；并提供传感器和控制器的输入、输出接口，接收报警信号。
·电动控制闸门，由远处的中控室控制其升降，保证水流的合理化管理。
无线传输：接口、网桥
·采用直序扩频无线双向传输网桥，标准值，在视距条件下传输10KM，根据用户要求可选择增加传输距离到50KM。
·提供透明的RS-232数据接口，可与外部设备进行通信，也可转换成RS-485或RS-422接口。
·远端无线连接测试，可任意测试二个路由器间的无线链路，通过发送测试包进行随时随地测试。
·载频工作频率为2.4GHz-2.4835GHz，采用直序扩频无线双向传输网桥，信息可靠性高。使用带确认协议（Acknwledge
Protocol）的载波侦听，多重访问/碰撞回避（CSMA/CA）来增强抗干扰管理。通过清除发送/请求发送系统来消除信息丢失现象。通过自动速率选择（ARS）来调整数据传输速率，保证网络的连续覆盖。
中控室：软件智能化监控
·将远端的图像数据分析处理，在监控设防区域内，设置智能报警区域，如有情况发生（如决堤、非法进入要塞部位、水情严重等）中心控制室警灯警铃自动开启，通知值班人员观看监视屏幕，进一步确认报警信息。
·接收远端的二次仪表的数据信息，如有情况（如水质污染、蓄水量过大、闸门水压过大等）立刻报警。
·将传感器传来的信息，摄像头传来的图像共同分析，确认当前的天气状况，做到预防洪涝灾害。
·报警的黑匣子功能：在特殊区域（如闸口、堤坝）的图像监控的录像存储是动态的存储，一旦发生报警，在中控室的服务器上将保存报警前15秒钟到报警解除后的录像，动态的报警有利于对警情作完整的分析。
·通过远端遥控，控制摄像头、巡航云台实现全方位监控，并能控制电动的闸门，根据水的流速和时间远端控制水的管理。
·通过对各关键地点的监控，保证水库堤坝及闸门的安全。
·将各种信息，如天气状况、水库的情况、事件、时间、地点、蓄水量、水位、水质等分类保存在数据库中，并能实现不同方式的查询。
·提供系统及各种权限的用户管理界面。
·中控室的监控机支持一／二／四／六／八／九／十二／十六画面等多种形式的显示界面，画面尺寸可调，四画面以上需要用户ＰＣ档次较高，每一画面的上／下角可显示水库地段号、监控水闸号、时间等标识。
·提供图形化控制界面，用户可根据状态灯，很容易地判断出当前是否有视频信号、是否登陆到服务器上、是否接收到视频流等。
·实现远端与本地端的语音通讯，进行远距离管理调度。
3.3 网络服务器功能（多个网络客户监控）可选，包括：视频服务器、WEB服务器、数据库服务器，可实现以下功能：
·同时联接多个网络视频前端，并具有断线后自动重联功能
·支持实时的网络视频组播
·支持用户管理、网络视频前端设备管理、告警信息管理和视频录像管理
·支持WEB方式的多用户实时视频浏览、控制和录像检索，回放
·支持硬盘阵列作为录像存储设备
·响应前端图像采集器报警口接收到的报警点电平信号，执行相应的告警行动（报警触发录像、响应控制等）
·与前端设备图像采集器具有透明的RS-232数据接口，可以联接任何厂家的外设（解码器、告警采集器等，需要厂家提供通信协议）
三、本监控系统的优势
采用第三代数字式无线图像监视系统，具有图像传输清晰、抗干扰能力强、系统稳定性好、系统扩充能力强、易于维护和载波工作频段不需审批等优点。
3.1基于网络系统第三代图像监控系统
通过计算机网络（以太网，TCP/IP）无线网络传输活动图像、声音和数据机构紧凑、功能自主的系统，在发送端无需使用PC机易于使用：内置的HTTP服务器，可实现基于Browser的配置和显示JPEG编码的视频图像
高质量、全运动、全色彩的活动图像，兼容ITU-T H.261标准高的图像解析度，最大可以达到每秒30帧，325×288像素。有发送器（压缩）和接收器（解压缩）两种设备，可以通过专用软件软件解压器接收和回显视频信号，提供透明全双工数据通道（RS232），例如可传送云台、变焦摄像头的控制信号。可选的全双工音频传输实现远端至中心控制室语音通话，方便维修人员与中心控制室的联系。
3.2 无线直序扩频技术
远端采用无线直序扩频技术作为传输手段，比较传统模拟微波传输有如下优势：
（1）具有低功率密度频谱的特点
由于采用了直接序列扩展频谱的技术，使原来分布在很窄频带的信号功率扩散在很宽的频带内，频谱功率密度低，辐射很小，所以对其他通讯设备的干扰很小，大大降低了电磁对环境的干扰；同时用于无线侦测的敌方也很难发现。
（2）具有很强的抗干扰能力
采用直接序列扩频技术后，对频率相同的干扰信号来说，接收机对它们有很强的抑制能力，经过接收机解扩之后，干扰信号扩展成为宽带噪声，频谱功率密度很低，接收机只接收和PN码相同的扩频信号。
（3）抗多径效应
传统的通信方式受多径效应的干扰很大，易产生误码。对于直接序列扩频通信，利用PN码（伪随机码）窄的自相关特性，很弱的互相关性，对不同的路径传输的信号被扩展成噪声后分离开，并可在时间和相位上重新对齐，形成几路信号的叠加，从而改善了接收系统的性能，增强了系统的可靠性，误码率极低。
（4）保密性好
由于直接序列扩频通信的低功率谱辐射和PN码的自相关性等特点，使得它辐射出去的信号形似噪声，使得专门用于接收电磁信号的侦察接收机也难以侦测到扩频信号的存在，即使侦测到扩频信号后，由于不知道PN码的长度和相位，也无法解译出信息的内容。因此具有极高的保密特性。
（5）架设方便和可移动性
直接序列扩频是点对点的通信，通信距离远，仅需将天线安装在一定高度即可实现。安装方便，并具有可移动性，这为移动通信提供了巨大的方便，解决了铺设电缆所不能解决的问题（例如跨河、跨山、海岛、舰船）。减少了铺设电缆、光缆所耗费的人力、物力、财力，减少了投资规模，缩短了周期。
3.3智能化的图像分析监控：
在中控室所运行的软件是本系统的核心部分，由于本软件所能做出的智能化分析，给了管理者以极大的方便，并节省了很多的人力、物力资源。
本软件实现的自动化管理监控，是将所有的水库的安全科学的管理通过电脑的智能化分析进行实现。通过本监控软件的监控及管理，就基本上实现现了，有了报警的情况，它就会报警，让管理员做出处理，更重要的是，它可以将所有发生过的事情作为录像保存在数据库中，并将以往的各种信息（如水位、水量、闸门号、发生的事情等）以时间、地点等为依据保存在数据库中，与报警录像联系在一起，并能实现各种条件的查询。
四、主要应用
（1）在多雨的的地区水库防汛。
（2）河流重要河段的水流、水质监控。
（3）水库的无人执守、远端控制、闸门的自动化升降。
视频监控系统的发展过程
1、第一代基于模拟图像监控的工业电视系统：
从摄像机、电视机出现的那天起，原始的图像监视系统就已诞生。它被广泛应用于保安、生产管理等场合。本地图像监控系统主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成，由视频线、控制线缆等连接。
本地图象监控系统一般采用模拟方式传输，采用视频电缆，传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，如大楼监控等。监控图像一般只能在本地控制中心观看，距离不超过1000米（监控点到中心控制室）。
2、第二代基于PC的多媒体监控本地/远程视频监控系统：
数字视频压缩编码技术的日益成熟、微机的普及化，为基于PC的多媒体监控创造了条件。
多媒体监控系统是一般采用下面的结构：在远端监控现场，有若干个摄像机、各种检测、报警探头与数据设备，通过各自的传输线路，汇接到多媒体监控终端上，多媒体监控终端可以是一台PC机，也可以是专用的工业机箱组成多媒体监控终端。除了处理各种信息和完成本地所要求的各种功能外，系统利用视频压缩卡和通信接口卡，通过通信网络，将这些信息传到一个或多个监控中心。
基于PC的多媒体监控系统功能较强，灵活性高。但系统的稳定性不够好；功耗高；需要有人值守。同时，软件的开发性也不好。
3、第三代基于嵌入式电脑的无线远程视频监控
目前一般的远程图像监控系统，其图象压缩与解压缩全部采用基于PC机的视频卡，使得视频前端（如CCD等视频信号的采集、压缩、通讯）较为复杂，稳定性、可靠性不高，且价格高昂。而PC机也需专人管理，操作较为烦琐。随着芯片、网络技术的进步，现在出现了一种新型的网络化远程视频监控系统，即基于嵌入式电脑的无线远程网络视频监控。
基于嵌入式电脑技术的无线远程网络视频监控主要的原理是：视频服务器内置一个嵌入式电脑，采用嵌入式实时多任务操作系统。摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过内部总线转换成10BASE-T信号，并通过无线传输方式，传输至中心控制室的Web服务器上。网络上拥护可以直接用浏览器（如IE或Netscape
Navigator等）观看Web服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。
由于把视频压缩和Web功能集成到一个体积很小的设备内，可以直接连入以太网或广域网，达到即插即看，省掉各种复杂的电缆，安装方便（仅需设置一个IP地址），用户也无需使用专用软件，仅用浏览器即可观看。
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