視頻監(jiān)控與船閘PLC控制系統(tǒng)聯(lián)動畫面自動切換的探討

摘 要：介紹利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控，通過視頻畫面自動切換軟件，實現(xiàn)監(jiān)控視頻與PLC控制系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)對船閘運行中重要部位影像實時針對性的瀏覽，有效提高了船閘運行的安全性。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控畫面；船閘PLC；自動切換

視頻監(jiān)控系統(tǒng)從技術(shù)角度出發(fā)，可劃分為第一代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV），第二代基于“PC+多媒體卡”數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)（DVR），以及第三代完全基于IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)（IPVS）。

第三代視頻監(jiān)控與前兩代系統(tǒng)相比具有巨大優(yōu)勢：1）前端視頻圖像采集：所有攝像機都通過經(jīng)濟(jì)高效有線或者無線以太網(wǎng)簡單連接到網(wǎng)絡(luò)，能夠利用現(xiàn)有局域網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。2）視頻信號傳輸：可以使用5類網(wǎng)絡(luò)纜或無線網(wǎng)絡(luò)方式傳輸攝像機輸出圖像以及水平、垂直、變倍（PTZ）控制命令（甚至可以直接通過以太網(wǎng)供）。3）視頻存儲和升級：一臺標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器和一套控制管理應(yīng)用軟件就可運行整個監(jiān)控系統(tǒng)，可輕松添加更多攝像機，中心服務(wù)器將來能夠方便升級到更快速處理器、更大容量磁盤驅(qū)動器以及更大帶寬等。4）視頻播放：任何經(jīng)授權(quán)客戶機都可直接訪問任意攝像機，也可通過服務(wù)器訪問監(jiān)視圖像。另外在視頻二次開發(fā)方面也具備巨大優(yōu)勢。

基于以上優(yōu)勢，沙集船閘在完成第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造后，通過監(jiān)控畫面自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)軟件，將視頻監(jiān)控與PLC控制系統(tǒng)聯(lián)動，監(jiān)控畫面成組自動切換，實現(xiàn)船閘運行中對重要部位影像針對性的實時瀏覽。

一、系統(tǒng)設(shè)計和組成

（一）需求和目標(biāo)

從保證船閘安全可靠運行，高效運營管理及調(diào)度管理、提升船閘對外服務(wù)水平等方面綜合考慮，通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)，利用數(shù)字視頻監(jiān)視設(shè)備，加強對船閘控制、船閘調(diào)度的監(jiān)視力度，直觀地反映船閘重要部位的現(xiàn)場情況，如實地顯示和記錄各個場所現(xiàn)場圖像。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于擴展，方便維護(hù)和檢修。系統(tǒng)能實現(xiàn)省廳航道局+市航道處+閘管所的三級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

（二）方案及點位布設(shè)

采用基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機采用IP網(wǎng)絡(luò)型攝像機。其中，引航道、閘門、閘室等處室外攝像機采用可遙控網(wǎng)絡(luò)高清攝像機，售票處、辦公室、閘首機房等室內(nèi)攝像機采用普通網(wǎng)絡(luò)攝像機。其中室外網(wǎng)絡(luò)高清遙控攝像機7套、室外網(wǎng)絡(luò)標(biāo)清遙控攝像機1套、室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)清攝像機13套，共計21套。監(jiān)控點位平面布置示意圖見下圖。

（三）監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)傳輸方案

整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用純網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中，上左閘首機房附近各攝像機（7套）通過網(wǎng)線由三層千兆以太網(wǎng)交換機匯集后，經(jīng)過光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)換為光信號傳輸至中心機房；下左閘首機房附近各攝像機（6套）通過網(wǎng)線由三層千兆以太網(wǎng)交換機匯集后，經(jīng)過光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)換為光信號傳輸至中心機房；辦公樓附近各攝像機（4套）通過網(wǎng)線由三層千兆以太網(wǎng)交換機匯集后，經(jīng)過光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)換為光信號傳輸至中心機房；售票處各攝像機（4套）通過網(wǎng)線直接與中心機房的三層千兆以太網(wǎng)交換機相連接。在中心機房設(shè)置網(wǎng)絡(luò)視頻存儲設(shè)備1套用于存儲各攝像機的網(wǎng)絡(luò)視頻圖像。在上、下閘首機房現(xiàn)地操作室設(shè)置視頻監(jiān)控主機，用于對圖像的顯示和瀏覽，并實現(xiàn)與控制系統(tǒng)的聯(lián)動功能。在所長辦公室設(shè)置視頻監(jiān)控主機1套用于對各實時圖像的瀏覽。在辦公樓三樓會議室設(shè)置視頻監(jiān)控主機1套和大屏監(jiān)視器用于船閘應(yīng)急指揮調(diào)度。視頻系統(tǒng)可通過 VPN網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)監(jiān)控主機可以對船閘各視頻監(jiān)控點進(jìn)行控制切換及瀏覽等功能。

（四）監(jiān)控畫面自動轉(zhuǎn)換軟件

監(jiān)控畫面自動轉(zhuǎn)換軟件由INFINOVA V2216網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件、施耐德OPC服務(wù)器軟件-OFS、現(xiàn)場PLC信號采集及事件報警觸發(fā)軟件——數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)三個軟件組成。

1）INFINOVA V2216網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件由服務(wù)器（3個模塊）與客戶端（2個模塊）組成，共包含以下5個模塊：①CMS：中心管理服務(wù)器，負(fù)責(zé)整個監(jiān)控系統(tǒng)的管理工作，包括用戶管理、視頻管理等，同時提供WEB服務(wù)器功能，以便通過IE瀏覽器可直接訪問監(jiān)控系統(tǒng)。②SMT：流媒體服務(wù)器，負(fù)責(zé)從編碼設(shè)備獲取音視頻流，轉(zhuǎn)發(fā)給NVR錄像或給LMC/WEB客戶端瀏覽實時視頻。③NVR：網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機，對編碼設(shè)備進(jìn)行錄像，存儲錄像文件，給LMC/WEB客戶端回放錄像或下載錄像文件。④LMC：實時監(jiān)控客戶端，通過瀏覽實時視頻及視頻控制等，對現(xiàn)場進(jìn)行實時監(jiān)控。⑤NCT：配置管理工具，用于配置監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備和用戶，并將配置結(jié)果發(fā)送給CMS，CMS將配置結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)配置結(jié)果對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理。

2）施耐德OPC服務(wù)器軟件-OFS：施耐德OPC Factory Server（OFS）軟件使用OPC標(biāo)準(zhǔn)，允許客戶機軟件應(yīng)用訪問PLC數(shù)據(jù)。該軟件在本系統(tǒng)中用于連接控制系統(tǒng)PLC，采集PLC運行數(shù)據(jù)。

3）現(xiàn)場PLC信號采集及事件報警觸發(fā)軟件：該軟件用于讀取OFS采集到的PLC數(shù)據(jù)，同時根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)發(fā)出不同的報警指令給V2216網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件，用于觸發(fā)視頻信號與船閘運行的聯(lián)動動作。

視頻監(jiān)控畫面與船閘控制系統(tǒng)PLC聯(lián)動工作流程見下圖：

二、監(jiān)控畫面與PLC控制系統(tǒng)聯(lián)動后系統(tǒng)的主要功能和優(yōu)勢

1）視頻監(jiān)控畫面與船閘控制系統(tǒng)PLC聯(lián)動，提高船閘運行安全系數(shù)。當(dāng)操作員根據(jù)船閘運行情況，按下船閘控制系統(tǒng)PLC指令按鈕后，監(jiān)控終端的顯示器上自動顯示與控制指令相對應(yīng)的成組視頻畫面。成組視頻畫面是根據(jù)各個運行指令有針對性預(yù)設(shè)的一組視頻畫面，如“關(guān)上游閘門”控制指令，顯示閘室、上游閘門內(nèi)側(cè)、上游閘門外側(cè)、下游閘門內(nèi)側(cè)、下左閥門、下右閥門6個與開上游閘門密切相關(guān)的危險點畫面（見下圖）。相較與未使用視頻監(jiān)控軟件，逐個的點擊選擇畫面，大大降低了操作員的工作強度，且更具有針對性。

2）通過攝像機多預(yù)置位設(shè)置，消除監(jiān)控盲區(qū)。利用網(wǎng)絡(luò)高清遙控攝像機可設(shè)置多個預(yù)置位的功能，對一臺攝像機設(shè)置兩個以上不同位置和焦距的預(yù)置位。如下游閘門內(nèi)側(cè)的攝像機設(shè)置了2個預(yù)置位，在開下游閘門時顯示下游閘門內(nèi)側(cè)的畫面，而在上游進(jìn)閘時則顯示閘室內(nèi)的情況，方便操作員了解進(jìn)閘船舶是否上足檔位。攝像機多預(yù)置位的使用，實現(xiàn)了一機多用，擴展了監(jiān)控范圍，有效消除了監(jiān)控盲區(qū)。

3）系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)架，方便設(shè)置管理。系統(tǒng)利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺，通過網(wǎng)絡(luò)分級控制、集中管理，IP攝像機實現(xiàn)最簡單的連接和管理，利用智能分析功能，提高管理效率方便尋址和控制，可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實時遠(yuǎn)程訪問、參數(shù)配置及故障診斷。需要增加監(jiān)控管理終端時，只要在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計算機（閘管所、航道處、省局）上安裝監(jiān)控畫面自動轉(zhuǎn)換軟件，分配用戶按不同權(quán)限的登陸賬號，即可對系統(tǒng)內(nèi)每個攝像機畫面調(diào)用和控制。增加攝像機也只需給新增攝像機分配IP地址，即可加入現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)。

三、結(jié)論

利用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，通過監(jiān)控畫面自動轉(zhuǎn)換軟件，實現(xiàn)了同一屏幕內(nèi)多畫面成組切換與船閘控制系統(tǒng)PLC聯(lián)動，直觀實時地反映船閘各重點部位的現(xiàn)場情況，消除了監(jiān)控盲區(qū)，符合船閘監(jiān)控發(fā)展趨勢，具有一定的推廣價值。

作者簡介：高治國（1978-），就職于江蘇省沙集船閘管理所，工程師。