高清視頻技術在船閘監(jiān)控系統(tǒng)中的應用實踐

賀新

摘 要：近些年來，隨著視頻監(jiān)控技術的不斷發(fā)展，高清視頻產(chǎn)品的迅速普及，高清市場正在逐漸成熟和得到各行各業(yè)的認可，而我們船閘生產(chǎn)管理使用的模擬視頻技術已經(jīng)落后太多。本文主要闡述的內(nèi)容是高清視頻技術在船閘監(jiān)控系統(tǒng)中的應用；高清視頻安裝中出現(xiàn)的問題及解決措施，從而提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)在船閘的應用價值和效果，確保船閘的安全運行和過閘效率。

關鍵詞：船閘安全；高清視頻技術；應用情況；發(fā)展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.126

1 引言

船閘作為一種應用最廣的水上通航建筑物，有效地改善了航道通航條件，促進了水路運輸和地方經(jīng)濟的發(fā)展。安全是船閘管理永恒的主題，安全如果出了問題，會讓船閘付出不可估量的代價，所以將更加清晰、流暢的高清視頻技術應用到船閘運行管理中，從而確保船閘的安全運行，保障船舶的安全快速通過，為我國內(nèi)河水上交通運輸?shù)目沙掷m(xù)化發(fā)展提供保障，是當前形勢發(fā)展的必然要求。

2 船閘視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及需求

（1）以筆者單位施橋船閘為例，現(xiàn)有的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)是早些年全省聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)建設時的配套系統(tǒng)，目前已經(jīng)投入運行超過十年，設備性能衰減和線路老化現(xiàn)象嚴重，很多出故障的設備已經(jīng)沒有配件可賣，模擬監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)無法完成日常維護，已嚴重影響船閘運行安全。

（2）視頻監(jiān)控系統(tǒng)為船閘安全管理工作提供了可靠保障，隨著我國視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用領域的擴大，視頻監(jiān)控技術得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)有的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)在技術上已經(jīng)落后太多，不能滿足船閘運行調(diào)度、安全管理、船閘電氣控制系統(tǒng)等對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

基于以上兩方面的分析和考慮，筆者認為引進高清視頻技術刻不容緩，需對船閘目前的監(jiān)控系統(tǒng)進行全面的改造。

3 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在船閘應用的分析

3.1 高清攝像機的選型

所謂“高清”即“高分辨率”，關于高清的定義，最早來源于數(shù)字電視領域，高清電視又稱之為“HDTV”，是由美國電影電視工程師協(xié)會確定的高清晰度電視標準格式。一般所說的高清，代指最多的就是高清電視了，電視的清晰度是以水平掃描線數(shù)作為計量的，以下是幾種常見的電視掃描格式：

（1）1080i格式，是指分辨率為1920*1080，采用隔行掃描的方式，這是一種將信號源的水平分辨率按照約定俗成的方法進行縮略的命名規(guī)則。

（2）720p格式，是指分辨率為1280*720，采用逐行掃描的方式，達到720p以上的分辨率，是高清信號源的準入門檻，720p標準也被稱為HD標準。

（3）1080p格式，是指分辨率為1920×1080，采用逐行掃描的方式，被稱為Full HD（全高清）標準。

國際上公認的有兩條：視頻垂直分辨率超過720p或1080i；視頻寬縱比為16：9即為高清，我們通過市場調(diào)研列舉了以下幾種產(chǎn)品，具體如（圖1）。

通過以上圖表分析，數(shù)字寬動態(tài)高清攝像機相對于模擬攝像機具有分辨率高、畫面清晰，系統(tǒng)架構簡單等優(yōu)點；相對于HD-SDI高清攝像機又具有傳輸方便、兼容性強、性價比高等優(yōu)點。結合近年來船閘、航道視頻監(jiān)控高清化的發(fā)展趨勢、使用要求、建設及運維成本，我們決定采用IP數(shù)字寬動態(tài)高清攝像機。

3.2 監(jiān)控點布設

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為船閘管理的“眼”，不僅要從“看得見”到“看得清”的視力升級，更渴求著從“看得清”到“看得懂”的智力飛躍，為了最大化的發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)的作用，減少管理人員的工作壓力，我們需要對監(jiān)控點的設置進行科學規(guī)劃，過去我們只是針對引航道、閘室、閘門、閘首值班室、遠方調(diào)度站大廳等工作區(qū)域進行監(jiān)控，現(xiàn)在我們增加了對引航道的中段及末端、閘室鎮(zhèn)靜段、閘首機房、上下游航道全景、碼頭停泊區(qū)等區(qū)域的監(jiān)控，并且對相關重要工作區(qū)域安裝了語音監(jiān)控，這樣一來基本做到船閘工作區(qū)域全覆蓋，滿足了現(xiàn)有各系統(tǒng)對視頻監(jiān)控的使用需求。

3.3 視頻圖像傳輸、控制及顯示

常見的高清視頻傳輸有以下幾種方式：

（1）有線傳輸，代表類型有：屏蔽雙絞線方式、高清光端機方式、光纖收發(fā)器方式、以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡方式。

（2）無線傳輸，代表類型有3G、4G、2.4GWLAN方式、WiMax

方式。

（3）非壓縮數(shù)字傳輸，代表類型有HD-SDI方式、同軸電纜方式。

3.3.1 視頻圖像傳輸

筆者根據(jù)視頻傳輸帶寬需求及船閘的實際情況，確定采用純網(wǎng)絡架構，各上、下游閘首區(qū)域及引航橋的監(jiān)控點通過屏蔽雙絞線直傳或通過光纖收發(fā)器將攝像機的視頻信號在對應的閘首機房進行匯聚，再通過各閘首機房的光纖鏈路將圖像傳輸?shù)酱l中心機房；上、下游遠調(diào)站的監(jiān)控點視頻信號經(jīng)交換機匯聚后，通過遠調(diào)站現(xiàn)有光纖鏈路將圖像傳輸?shù)酱l中心機房，最后通過蘇北運河光傳輸網(wǎng)將視頻圖像上傳至上級管理部門進行匯聚，實現(xiàn)資源共享。

3.3.2 視頻圖像控制及顯示

船閘各PC終端用戶通過訪問中心機房的視頻服務器，使用視頻管理軟件，實現(xiàn)所有視頻圖像的查看及管理，另外我們通過視頻綜合管理平臺實現(xiàn)在大屏幕電視墻（3*5*46”液晶拼接屏）上的顯示與控制，實現(xiàn)了船舶登記、智能調(diào)度、安全過閘、設備運行的實時監(jiān)控和管理。

3.4 視頻圖像存儲

我們將船閘所有監(jiān)控點的視頻信號在中心機房進行匯聚，采用集中式存儲，并對原模擬視頻系統(tǒng)里使用的混合型DVR進行再利用，另外新增部分NVR設備，以滿足改造后高清視頻的存儲要求（70天）。

3.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)防雷及接地措施

船閘一般位于比較偏僻的地區(qū)，容易受到雷擊的破壞，雷電電磁感應及脈沖所產(chǎn)生的電壓容易對監(jiān)控設備造成干擾甚至永久性損壞，會使監(jiān)控系統(tǒng)運行受到影響，嚴重的會造成系統(tǒng)崩潰，其后果不堪設想。

監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端設備、傳輸線路及設備、后端存儲和控制及顯示設備這三大部分組成（見圖2）：

前端部分：監(jiān)控護罩、桿件、攝像機、拾音器、設備箱等。

傳輸部分：供電線纜、網(wǎng)線、光傳輸線纜及傳輸設備等。

終端部分：交換機、服務器、硬盤錄像機、監(jiān)視設備等。

3.5.1 前端設備直擊雷防護

前端設備如安裝在引航道、碼頭停泊區(qū)等比較暴露的區(qū)域，應就地制作避雷網(wǎng)或采取專用接地線纜（鍍鋅圓鋼）將設備與船閘現(xiàn)有避雷網(wǎng)進行連接；對于安裝在機房樓墻上的攝像機，可以就地制作一套避雷帶；采用立桿安裝的攝像機可在桿件頂部安裝避雷針，并通過專用引下線、立桿本身或鍍鋅圓鋼與避雷網(wǎng)進行連接。

3.5.2 供電及傳輸線纜防護

供電及信號線纜宜分別穿金屬管埋地敷設或走電纜井道，并保持整個金屬管道的電氣連通，金屬管兩端做接地處理或利用原有電纜井道接地網(wǎng)作防雷保護。

3.5.3 供電系統(tǒng)防護

根據(jù)《建筑物防雷設施安裝99D501-1》的規(guī)定，我們針對不同等級的配電場所安裝了相應等級的浪涌保護器，如在船閘低壓配電房電源進線端安裝一級SPD，在各閘首、遠調(diào)機房內(nèi)配電箱電源進線端安裝二級SPD，在中心機房配電箱電源進線端安裝三級SPD。

3.5.4 接地系統(tǒng)防護

將有接地要求的設備統(tǒng)統(tǒng)接入到對應的接地網(wǎng)內(nèi)，根據(jù)國家規(guī)范防雷接地與交流工作接地、直流工作接地、安全保護接地可以共用一組接地裝置，接地裝置的接地電阻值必須按接入設備中要求的最小值確定。如有特殊要求，以上同種地網(wǎng)不共地時，則應按現(xiàn)行國家標準GB50057-2010《建筑物防雷設計規(guī)范》要求采取防止反擊措施。

4 安裝中出現(xiàn)的問題及解決措施

（1）網(wǎng)線最大的傳輸距離一般為100m，在項目施工過程中我們就做了測試，在允許范圍內(nèi)的監(jiān)控點使用了網(wǎng)線傳輸，在圖像傳輸運行一段時間后：

故障現(xiàn)象：出現(xiàn)圖像掉線，無法連接。

解決措施：通過測試傳輸網(wǎng)線無故障，攝像機也工作正常，然后在攝像機端增加了中繼器，圖像恢復正常。

（2）照明光源對攝像機定位的影響，由于船閘引航道水域夜間光線不足；局部區(qū)域照明與監(jiān)控點有沖突：

故障現(xiàn)象：容易造成攝像機夜間成像效果不好；夜間圖像曝光嚴重；

解決措施：在引航道照明設施較少的區(qū)域增加LED光源，保持一定的光源照度；監(jiān)控點定位時必須避開照明光源，要將攝像機安裝在光源的前端，攝像機監(jiān)控范圍內(nèi)要將有效光源避開，這樣才能確保夜間成像的真實性。

5 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)功能

（1）全天候記錄船閘運行現(xiàn)場、遠調(diào)大廳室內(nèi)外工作區(qū)域人員活動情況；掌握船閘機電設備運行、船舶停靠及引航道船舶通航情況等等。

（2）高清視頻日間圖像清晰，夜間能夠看清船舶和航道閘室實際情況，滿足了船閘對船舶、航道、工作崗位全天候監(jiān)管的要求，確保了船舶放行的安全性和可靠性，在一定程度上提高了船舶過閘效率，有效地緩解了船閘船舶積壓的現(xiàn)象。

（3）根據(jù)現(xiàn)場管理人員的反饋，與過去模擬監(jiān)控系統(tǒng)對比，現(xiàn)在對航道及船舶待閘?？壳闆r的監(jiān)管能力得到明顯提升，改變了過去需要乘航政艇上航、現(xiàn)場巡視的管理方式，尤其是白天航道看得比過去清楚多了，在一定程度上提高了現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)管的能力；由于本次改造監(jiān)控范圍的擴大，對過去遠方調(diào)度站附近航道上監(jiān)管不到的區(qū)域進行了全覆蓋，實現(xiàn)了有效監(jiān)管，對違章?？康拇疤幜P、治安事件的取證提供了有效的影像資料，為創(chuàng)建平安船閘、平安航道提供了技術支撐。

6 高清視頻技術在船閘未來的發(fā)展趨勢與展望

高清視頻技術在船閘監(jiān)控系統(tǒng)中已得到大量應用，是技術的創(chuàng)新，是新形勢下船閘管理的技術需要，為將來船閘實現(xiàn)集中值守管理模式創(chuàng)造了基礎環(huán)境，筆者認為高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以在船閘發(fā)揮更多的作用：

（1）通過獲取船閘電氣控制PLC數(shù)據(jù)和高清視頻圖像信號，開發(fā)一套船閘電氣控制與視頻監(jiān)控聯(lián)動的系統(tǒng)，幫助操作人員解決運行現(xiàn)場存在的各種值守難題，從而進一步提高船舶過閘的安全性、便捷性。

（2）通過網(wǎng)絡安全設備（防火墻）端口映射功能，實現(xiàn)船閘視頻圖像在移動終端的遠程訪問，能夠讓船閘主要管理人員不受網(wǎng)絡和辦公場所的限制，及時掌握船閘的實際運行狀態(tài)，提高船閘的運行和管理效率。

（3）在一些重要、關鍵的設備上安裝高清視頻，船閘養(yǎng)護人員可以通過直觀的圖像及可以追溯的影響資料，幫助養(yǎng)護人員能夠更快的進行遠程診斷，提高故障應急處理的效率。

7 結束語

通過本文的整體論述，對高清視頻技術應用到船閘監(jiān)控系統(tǒng)當中的必要條件、實現(xiàn)功能及安裝過程中存在的問題進行了介紹，同時在系統(tǒng)使用過程當中，可能還會遇到一些細節(jié)方面的問題，這些問題如果不去解決可能會造成監(jiān)控系統(tǒng)的罷工。所以，只有在使用過程中不斷完善和改進，才能夠使高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在船閘中的作用最大化，幫助船閘運行更加高效。

參考文獻：

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