節(jié)水灌溉信息化工程設(shè)計(jì)研究

孫鋒申 魏 燕 馬偉順 王松紅 李合菊 張樹銀

（1.萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)南 271100；2.93995部隊(duì)，陜西西安 710306）

1 建設(shè)背景

為進(jìn)一步加快經(jīng)濟(jì)作物節(jié)水灌溉高效示范區(qū)項(xiàng)目建設(shè)步伐，徹底改變高效節(jié)水灌溉設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后的現(xiàn)狀，提高農(nóng)業(yè)抗御自然災(zāi)害的能力，推行微灌技術(shù)，促進(jìn)現(xiàn)代化高效農(nóng)業(yè)發(fā)展，成為今后節(jié)水灌溉工作更加艱巨的任務(wù)[1]。加強(qiáng)節(jié)水灌溉工程的運(yùn)行管理，是一項(xiàng)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，主要需要實(shí)現(xiàn)以下建設(shè)目標(biāo)：（1）2個(gè)項(xiàng)目區(qū)泵站內(nèi)部的安全監(jiān)控、4個(gè)項(xiàng)目區(qū)重點(diǎn)區(qū)域的視頻監(jiān)控（見圖1）；（2）信息展示中心，主要是滿足項(xiàng)目的遠(yuǎn)程節(jié)水灌溉的視頻監(jiān)控。

圖1 遠(yuǎn)程信息中心和項(xiàng)目區(qū)監(jiān)控示意圖

2 系統(tǒng)建設(shè)

2.1 項(xiàng)目區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)是節(jié)水灌溉監(jiān)控的特色之一，其主要功能是提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的視頻信息，對(duì)泵站及其周邊的基礎(chǔ)設(shè)施和現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。該系統(tǒng)主要包括視頻編碼參數(shù)配置、客戶端視頻解碼[2]。建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的目的是通過視頻信息實(shí)時(shí)查看項(xiàng)目區(qū)植物生長狀況和項(xiàng)目區(qū)節(jié)水灌溉設(shè)備的運(yùn)行狀況，為管理人員提供直觀、快捷的現(xiàn)場(chǎng)狀況和灌溉信息。

2.1.1 項(xiàng)目區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成 項(xiàng)目區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)全面實(shí)時(shí)監(jiān)視2個(gè)泵站、4個(gè)項(xiàng)目區(qū)重點(diǎn)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)情況，通過處理器對(duì)所有的攝像點(diǎn)圖像進(jìn)行處理，并可實(shí)現(xiàn)單幅或多幅畫面錄像回放，方便圖像查詢。由于項(xiàng)目區(qū)為雷區(qū)，不適合采用無線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)視頻監(jiān)控信號(hào)的傳輸，所以采用光纖數(shù)據(jù)傳輸。在安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的地方，為防止雷擊損壞攝像機(jī)，安裝了防雷器和避雷針等設(shè)施。視頻信號(hào)采集設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，型號(hào)DS-2DE7172-A，系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)監(jiān)控泵站內(nèi)部安全情況，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖傳輸將視頻數(shù)據(jù)上傳至信息中心。視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采用無線網(wǎng)橋和光纖傳輸方式，視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)巾?xiàng)目區(qū)內(nèi)信息中心采用無線網(wǎng)橋，項(xiàng)目區(qū)信息中心數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偪匦畔⒅行牟捎霉饫w傳輸。

2.1.2 DS-2DE7172-A網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)的特點(diǎn)

2.1.2.1 系統(tǒng)功能 使用高效紅外陣列，功耗比較低，射距遠(yuǎn)，并且內(nèi)置熱處理及去霧裝置，使用壽命長。使用高質(zhì)量圖像傳感器，圖像分辨率可以到達(dá)1 280×960；高性能電機(jī)控制運(yùn)行，控制角精度小于0.1°；具有掉電記憶功能，支持防雷電、防浪涌、防潮防水等功能，室外球達(dá)到IP66防護(hù)等級(jí)。

2.1.2.2 機(jī)芯功能 可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)光圈、去噪、聚焦、背光補(bǔ)償?shù)裙δ?，可以?shí)現(xiàn)超低照度，0.05 Lux/F1.4（彩色），0.01 Lux/F1.4（黑白）。支持以太網(wǎng)控制，支持網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)回放與儲(chǔ)存?zhèn)浞?，?shí)現(xiàn)NAS存儲(chǔ)錄像，實(shí)現(xiàn)多級(jí)用戶權(quán)限管理。

2.1.2.3 云臺(tái)功能 可以實(shí)現(xiàn)水平方向無死角旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)8條無盲區(qū)巡航掃描，具有垂直掃描、水平掃描、全景掃描、幀掃描和隨機(jī)掃描等多種掃描方式，支持自動(dòng)調(diào)焦、白平衡、去噪等功能。

2.2 信息中心建設(shè)信息中心建設(shè)應(yīng)包括信息中心硬件平臺(tái)建設(shè)、信息中心軟件平臺(tái)建設(shè)、通信系統(tǒng)的建設(shè)。監(jiān)控中心選用計(jì)算機(jī)工作站、演示電腦、視頻控制軟件、液晶顯示器、激光打印機(jī)、UPS電源、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和防火墻等設(shè)備，對(duì)所有攝像機(jī)進(jìn)行24 h錄像[3]。本系統(tǒng)設(shè)置多級(jí)權(quán)限，嚴(yán)格控制超級(jí)管理員數(shù)量，設(shè)置多用戶配置不同的管理權(quán)限，監(jiān)控圖像可以實(shí)現(xiàn)分屏顯示、局部放大或縮小、視頻信息備份等功能。信息中心建設(shè)有3×4液晶拼接大屏實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的顯示。具體建設(shè)內(nèi)容如下。

2.2.1 信息中心硬件平臺(tái)的建設(shè) 信息中心硬件平臺(tái)主要建設(shè)部分包括監(jiān)控用電視墻、內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)絡(luò)接入、服務(wù)器、計(jì)算機(jī)工作站、UPS電源和打印機(jī)等。

內(nèi)部局域網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)寬帶達(dá)到1 000 M，申請(qǐng)固定公網(wǎng)IP地址，設(shè)置防火墻，支持內(nèi)部安全控制、外部數(shù)據(jù)包過濾、流量控制和殺毒防木馬等功能，有效提高整個(gè)局域網(wǎng)的安全性能。信息中心有1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，服務(wù)器儲(chǔ)存信息化系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)，服務(wù)器承擔(dān)著數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)、發(fā)布等作用。監(jiān)控用電視墻利用先進(jìn)成熟的計(jì)算和信息處理技術(shù)，建設(shè)一個(gè)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及信息處理技術(shù)等于一體的、全新的液晶拼接顯示系統(tǒng)，并可實(shí)現(xiàn)平滑擴(kuò)充及系統(tǒng)升級(jí)。電視墻采用3×4結(jié)構(gòu)，共計(jì)12塊LDU46DC液晶屏組成。液晶屏主要參數(shù)：內(nèi)置控制器，分辨率為1 920×1 080，對(duì)比度為3 500∶1，亮度為500 cd/m2，響應(yīng)時(shí)間為8 ms，顯示色彩為16.7 M，視頻輸入為BNC、VGA、HDMI、DVI、音頻和YPBPR，視頻輸出為BNC、VGA、DVI、YPBPR，拼縫尺寸為5.5 mm，功率為200 W。

2.2.2 信息中心軟件平臺(tái)的建設(shè) 信息中心軟件平臺(tái)主要包含操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控顯示系統(tǒng)等。

本系統(tǒng)中服務(wù)器操作系統(tǒng)使用Windows Server2008（標(biāo)準(zhǔn)版），管理站操作系統(tǒng)使用了Windows 7（專業(yè)版）[4]。就網(wǎng)絡(luò)管理軟件而言，采用模塊化架構(gòu)，管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。部署網(wǎng)絡(luò)管理軟件，可以根據(jù)用戶需求，提供靈活的端到端配置，可以實(shí)現(xiàn)流量控制、安全控制、關(guān)鍵信息穩(wěn)定運(yùn)行等功能。就數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)而言，本系統(tǒng)采用微軟公司的SQL Server 2008（標(biāo)準(zhǔn)版），該版本兼容性較好、運(yùn)行穩(wěn)定、通用性較強(qiáng)，降低了管理數(shù)據(jù)的成本，用戶可以采用結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)格式直接進(jìn)行存儲(chǔ)。就視頻監(jiān)控顯示系統(tǒng)而言，采用高清攝像機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻，并可保存視頻文件，用戶可根據(jù)需要選擇不同的視頻焦距，放大或縮小局部視頻，用于查看經(jīng)濟(jì)作物的長勢(shì)，并杜絕盜竊發(fā)生。就大屏幕管理軟件而言，集成控制和管理能力功能完善，能進(jìn)行液晶顯示切換和調(diào)用、矩陣交換設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制、攝像機(jī)和云臺(tái)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)切換，滿足中央控制系統(tǒng)的定制化需求。

3 結(jié)語

為滿足經(jīng)濟(jì)作物節(jié)水灌溉高效示范區(qū)項(xiàng)目信息化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)6個(gè)重點(diǎn)區(qū)域的視頻監(jiān)控和遠(yuǎn)程信息中心監(jiān)控信息查看，依靠先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)工程運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控、優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度，提高工程運(yùn)行質(zhì)量，降低了工程造價(jià)及成本。該工程集成了視頻信息處理技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)安全、實(shí)用、可靠、高效的動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控與控制。