湯河水庫無線視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)建設

楊潤龍

（遼寧省湯河水庫管理局，遼寧遼陽111000）

湯河水庫無線視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)建設

楊潤龍

（遼寧省湯河水庫管理局，遼寧遼陽111000）

湯河水庫是一座以防洪、供水為主，兼顧灌溉、養(yǎng)魚、發(fā)電等綜合利用的大Ⅱ型水利樞紐工程。文章對水庫庫區(qū)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行了設想，依據(jù)設計原則闡述了設計思路和設計方案，對各節(jié)點視頻發(fā)射端設備連接方式、監(jiān)控中心設備連接方式及網(wǎng)絡拓撲等方面進行了說明，并對工程所能產(chǎn)生的效益進行了分析。

庫區(qū)；無線；視頻監(jiān)控；湯河水庫

1 概 況

湯河水庫位于遼陽市弓長嶺區(qū)湯河鄉(xiāng)境內(nèi)的干流上，是一座以防洪、供水為主，兼顧灌溉、養(yǎng)魚、發(fā)電等綜合利用的大Ⅱ型水利樞紐工程?？偪刂泼娣e1 228 km2。按百年一遇洪水設計，按可能最大降雨復核?？値烊?.23億m3。興利庫容3.7億m3，防洪庫容3.74億m3。主要樞紐建筑物由大壩、溢洪道、泄洪洞、水電站四部分組成。

湯河水庫工程建設經(jīng)歷了1958年6月至1959年10月的興建期，1968年10月至1969年12月續(xù)建期和1978年3月至1983年12月的保壩加固期。保壩加固后，工程質(zhì)量良好，是太子河流域主要控制性工程之一，它與觀音閣水庫、參窩水庫聯(lián)合調(diào)度運用，已基本解除了太子河水患問題。

2 無線視頻建設的必要性及任務

2.1 必要性

湯河水庫有著大壩、溢洪道、泄洪洞等極為重要的水利樞紐工程，在肩負著防洪這個艱巨任務的同時，還負責供給鞍山、遼化、遼陽、弓礦四地用水。所以，確保工程正常運行、保護庫區(qū)水質(zhì)是工作中的重中之重，再加上近幾年來，由于在經(jīng)濟利益的驅(qū)使下，庫區(qū)竊魚現(xiàn)象時有發(fā)生，非法采砂、私自耕種水淹地、垂釣及旅游造成水資源污染等行為屢禁不止，水庫雖然采取了一定的措施，并取得了良好效果，但由于其控制流域面積較大，人員、經(jīng)費相對短缺，尚未形成一種長效機制，所以急需構(gòu)建一種全方位、智能化的監(jiān)控系統(tǒng)，對庫區(qū)重點部位進行實時圖像監(jiān)控。

2.2 任 務

2.2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的選擇

由于湯河水庫的控制流域面積較大、地形復雜等原因，實現(xiàn)有線的監(jiān)控管理難度很大，所以建議采用無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

隨著無線技術的日益發(fā)展，無線網(wǎng)絡的應用越來越被各行各業(yè)所接受。無線監(jiān)控作為無線網(wǎng)絡的一個特殊使用方式也逐漸被廣大用戶看好。其安裝方便、靈活性強、性價比高等特性使得更多行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)采用無線監(jiān)控的方式，建立被監(jiān)控點和監(jiān)控中心之間的連接。無線監(jiān)控技術已經(jīng)在現(xiàn)代化小區(qū)、交通、運輸、水利、航運、治安、消防等領域得到了廣泛的應用。

無線監(jiān)控是無線網(wǎng)絡發(fā)展至今最為廣泛的應用之一。在通常情況下，被監(jiān)控點和中央控制中心相距較遠且位置較分散，利用傳統(tǒng)布線的方式不但成本非常高，而且一旦遇到河流山脈等障礙時，有線網(wǎng)絡更是束手無策。此時，無線監(jiān)控無可比擬的優(yōu)勢就體現(xiàn)了出來，利用無線網(wǎng)橋技術，可以將多個被監(jiān)測點與中央控制中心連接起來，且搭建迅速，可以在最短的時間內(nèi)迅速建立起無線網(wǎng)絡鏈路。在條件許可的情況下，利用無線網(wǎng)橋最遠可以支持50 km以上的橋接。IEEE802.11b/g/a的無線網(wǎng)絡產(chǎn)品支持11、22/54 Mbps及更高的網(wǎng)絡帶寬，完全能夠保證采用H.264視頻采集壓縮格式的網(wǎng)絡視頻流穩(wěn)定可靠地進行傳輸，達到無線視頻監(jiān)控的目的，實現(xiàn)遠程無線網(wǎng)絡監(jiān)控，并能夠?qū)浵褓Y料存儲到計算機的硬盤上，方便回放檢索錄像文件。無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展了很多年，也有很多系統(tǒng)供我們選擇，其中主流的系統(tǒng)有無線紅外傳輸、微波傳輸、無線網(wǎng)橋傳輸、3G網(wǎng)絡傳輸。

下面就4個系統(tǒng)分別做一下簡單介紹

1）無線紅外傳輸系統(tǒng)

無線紅外傳輸具有抗干擾性強、系統(tǒng)穩(wěn)定、造價低廉等優(yōu)點。缺點體現(xiàn)到傳輸距離短最高達到500～800 m。

2）微波傳輸系統(tǒng)

微波傳輸具有傳輸距離長、抗干擾性強等優(yōu)點。缺點體現(xiàn)到需要很大的基站來提供中繼、占地面積較大、需要功率較大的電源、以及前期投入的費用較大。

3）無線網(wǎng)橋傳輸系統(tǒng)

無線網(wǎng)橋傳輸具有抗干擾性強、系統(tǒng)穩(wěn)定、可擴展性強、等優(yōu)點。缺點體現(xiàn)到傳輸距離適中、前期投入適中無特殊的不足。

4）3G網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)

3G網(wǎng)絡傳輸具有抗干擾性強、系統(tǒng)穩(wěn)定、傳輸距離遠等優(yōu)點。缺點體現(xiàn)到需要運營商在網(wǎng)絡上支持并且后期每年都要投入不小的網(wǎng)絡支持費用。

基于以上各個系統(tǒng)的特性及湯河水庫的實際情況，建議選擇無線網(wǎng)橋傳輸系統(tǒng)。

其中攝像機的選用為：1 km的可視距離，內(nèi)部配備紅外燈，自帶夜視功能，使用壽命為6年左右，相比之下，普通的攝像機需后配紅外燈，自身無夜視功能，可視距離短，使用壽命為2年左右，易損壞，所以建議采用前者。

此種攝像機采用黑白低照度加電動變焦鏡頭來完成，其性能為1/2寸CCD成像系統(tǒng)，最低照度為0.0003LUX星光級。

供電方式采用太陽能供電來解決流域內(nèi)無法提供電源的問題。

2.2.2 擬建地點的選擇

建議在湯河水庫庫區(qū)周邊重點部位布設監(jiān)控點，例如：整個壩體、溢洪道及泄洪洞閘門處、鞍山、遼化、遼陽、弓礦取水口處、引蘭入湯及引細入湯引水口處、非法占地區(qū)域、竊魚分子頻繁出現(xiàn)地帶、非法采砂開礦地帶、非法耕種水淹地嚴重地帶、庫區(qū)周邊游人及釣魚者頻繁出現(xiàn)地帶等等。初步考慮，大概需要安裝40個監(jiān)控點。

3 工程設計原則

1）先進性：當前各項信息技術發(fā)展迅速，新的設備和技術標準不斷涌現(xiàn)并趨于成熟。堅持高起點，選用先進的技術標準和設備，將應用系統(tǒng)的技術水平定位在一個較高的層次上，以滿足現(xiàn)時以及未來發(fā)展的需要。

2）可靠性：系統(tǒng)設計的全過程，讓可靠性設計的理念貫穿始終。一方面要選擇可靠性高的設備和部件；另一個方面，系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)設計中也應該有可靠性設計理念。即當系統(tǒng)中某個節(jié)點的設備由于各種意外而出現(xiàn)通信中斷的情況下，整體系統(tǒng)的其余部分的運行仍然能夠保證正常。

3）標準化：系統(tǒng)的任務是由多個子系統(tǒng)協(xié)同工作達成的。作為其中重要環(huán)節(jié)的信號無線傳輸子系統(tǒng)，設計上遵循標準化的原則。也就是說，采用國際標準，以保證網(wǎng)絡系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的互聯(lián)，為信息的互通和應用的互操作創(chuàng)造有利的條件。

4）成熟性：采用成熟的技術和裝備，使系統(tǒng)的整體技術風險最小化。

5）安全性：網(wǎng)絡系統(tǒng)必須具有數(shù)據(jù)加密能力和接入密鑰安全措施。

6）數(shù)據(jù)完整性：網(wǎng)絡系統(tǒng)要有措施保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，擁有極低的誤碼率。

7）可擴充性：系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)應具有兼容性和可擴展性。網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要能夠靈活的擴充，滿足用戶對網(wǎng)絡功能需求的不斷增長。這樣可以讓用戶在未來以較小的代價，通過產(chǎn)品升級，采用新的技術來擴充現(xiàn)有網(wǎng)絡系統(tǒng)的功能，有效地保護用戶的投資。

8）經(jīng)濟實用性：系統(tǒng)設計的經(jīng)濟實用性和易于操作性，易于管理和維護，易于用戶掌握和學習使用。采用的技術和設備具有最優(yōu)的性能價格比。

4 工程設計思路

1）經(jīng)過分析系統(tǒng)需求，認為選擇IEEE802.11a/b/g國際標準為基礎的寬帶無線網(wǎng)絡技術與產(chǎn)品實現(xiàn)系統(tǒng)需求是最佳的方案。

2）系統(tǒng)設備全部架設在野外，要求設備必須能有出色的低溫工作特性以及IP68以上的環(huán)境防護等級。

3）系統(tǒng)中需要傳輸多路信號，需要保證足夠的帶寬，系統(tǒng)中骨干鏈路采用具有最高達108 Mbps帶寬的電信級設備。

4）為保證網(wǎng)絡的安全運行，整個系統(tǒng)的供電可能會采用獨立的供電體系，比如采用太陽能供電方式，故設備必須要能支持直流供電。同時能適應太陽能供電的電壓不穩(wěn)定的特點。

5）為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，設備必須具有很強的抗電磁干擾能力。機殼以及接頭的屏蔽必須良好。同時系統(tǒng)應該具有避雷特性。

6）系統(tǒng)使用統(tǒng)一管理軟件，在中心機房對分布廣泛的眾多設備進行集中統(tǒng)一管理，及時發(fā)現(xiàn)問題并迅速解決，降低維護和運行成本。

基于以上多方面的分析，方案中選用的無線網(wǎng)絡設備是KX8211系列電信級無線網(wǎng)橋。這個系列的產(chǎn)品基于5.8 G免費用國際標準，具有最大108 Mbps帶寬，全防塵防水密封屏蔽設計，高穩(wěn)定性、免維護，支持直流供電。同時該系列還有雙射頻設備，可以在提供高帶寬網(wǎng)絡連接的同時，提供無線接入通道，方便巡檢使用。

5 設計方案

由于沒有現(xiàn)場流域的分布情況，以下的方案設計都是模擬現(xiàn)場環(huán)境得出的，實際方案的提出應根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境做調(diào)整。

每個節(jié)點各設置7路圖像，每個節(jié)點內(nèi)部的圖像都通過有線方式匯聚到一起，節(jié)點到信息中心之間的傳輸采用無線的傳輸方式。

5.1 各節(jié)點視頻發(fā)射端設備連接

方案中各個監(jiān)控點選用Commsen高帶寬的無線網(wǎng)絡傳輸設備。監(jiān)控點的網(wǎng)橋配以一面高增益定向天線朝向的無線基站，每個無線網(wǎng)橋都有一個RJ45網(wǎng)絡接口，可以通過網(wǎng)線和視頻服務器或者其他的無線設備連接。

5.2 監(jiān)控中心設備連接

各個監(jiān)控中心設備選用Commsen高帶寬的無線網(wǎng)絡傳輸設備。監(jiān)控點的網(wǎng)橋配以一面高增益定向天線（或者扇區(qū)天線）通過點對多點的方式接收來自發(fā)射端的視頻和數(shù)據(jù)，每個無線網(wǎng)橋都有一個RJ45網(wǎng)絡接口，可以通過網(wǎng)線和監(jiān)控中心監(jiān)控顯示、存儲設備連接。

5.3 網(wǎng)絡拓撲

首先，每7個視頻點匯聚到7個視頻點的中間點上；其次，每個匯聚點再匯聚到下一個匯聚點上，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡拓撲圖

6 工程效益分析

6.1 庫區(qū)執(zhí)法方面

無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)建好后將對庫區(qū)實現(xiàn)實時監(jiān)控，對庫區(qū)發(fā)生的非法行為（非法占地、非法耕種水淹地、非法采砂、非法開礦等）可以第一時間發(fā)現(xiàn)，并使非法行為可在短時間內(nèi)得以控制及解決，可以很大程度上緩解水庫庫區(qū)執(zhí)法人員緊缺現(xiàn)狀，同時也可以明顯提高護庫執(zhí)法的工作效率。

6.2漁業(yè)資源保護方面

由于水庫庫區(qū)流域面積比較大，周邊居民比較多，庫區(qū)漁業(yè)資源看護人員短缺，水庫每年都會損失大量的魚資源，造成了較大的經(jīng)濟損失，所以急需尋求一種極為有效的解決辦法，無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建正解決了此問題，可以對丟魚頻繁地帶進行實時監(jiān)控，及時對竊魚分子進行抓捕。

6.3 庫區(qū)水質(zhì)保護方面

湯河水庫主要供給鞍山、遼化、遼陽、弓礦四地用水，庫區(qū)水質(zhì)的好壞直接影響四地居民的生活，同時也會牽連到水庫的經(jīng)濟收入，甚至會影響到水庫的發(fā)展前景，所以庫區(qū)的水質(zhì)保護工作尤為重要，無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建可以實現(xiàn)庫區(qū)的全面、實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)破壞庫區(qū)水質(zhì)的行為，將會在第一時間制止，高效率的完成庫區(qū)水質(zhì)保護工作，進而，庫區(qū)將會長時間保證良好的水質(zhì)，確保水庫的可持續(xù)發(fā)展。

［1］謝溯，任軍偉．無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)解析［J］．中國安防，2007（9）：43-48．

［2］蘆躍峰，姜昌金．網(wǎng)絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［J］．制造業(yè)自動化，2004（8）：10-12．

［3］曹貝貞，李志康，薛松．基于無線網(wǎng)絡技術的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)［J］．計算機工程，2007（1）：247-249．

［4］鄭一力，周海蓮，鄭笑宇，劉伯琴．遠程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］．信息與電腦(理論版)，2011（8）：3-5．

［5］方芳．遠程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)［J］．儀表技術，2008（1）：27-29．

［6］吳樂南．無線視頻監(jiān)控技術與展望［J］．中國安防，2007（9）：58-61．

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2016-06-11