三峽船閘人字門門縫錯位視頻圖像監(jiān)控方案設計

胡航 黃小亮 高術 劉祖?zhèn)?/p>

摘 要：本文主要介紹了三峽船閘人字閘門門縫錯位的視頻圖像監(jiān)控方案設計，經(jīng)設備調(diào)試后投入試用，經(jīng)檢驗，該設計方案符合要求，未帶來安全隱患。

關鍵詞：人字閘門;視頻圖像;門縫錯位

中圖分類號：TN948.6? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）09-0052-02

三峽船閘人字門門縫錯位監(jiān)控時段主要集中在人字門關門行程后期直至相鄰閘首輸水初期。這個階段，船閘運行人員要能通過監(jiān)控畫面實時監(jiān)控到人字門的運行情況：人字門導輪、導卡是否能正常進入對中狀態(tài)、人字門門縫和錯位情況。

視頻圖像采集監(jiān)控的對象是人字門對中區(qū)域，這對視頻信號采集的要求十分嚴格。一旦采集視角發(fā)生變化，觀測到的門縫錯位就會有較大誤差，甚至無法觀測。

1監(jiān)控方案設計需求分析

（1）三峽船閘的保密需求和可靠性要求高，對于視頻信號采集傳輸方式有一定的局限性。

（2）三峽船閘人字門門縫錯位監(jiān)控需要對全線六個閘首進行集中監(jiān)控，視頻信號直線傳輸距離最長大約1300米，要保證視頻信號的穩(wěn)定性。

（3）三峽船閘運行環(huán)境可能面臨大風大霧雨雪天，濕度較大，要注意室外設備的選型。

（4）三峽船閘24小時運行的特點，存在夜間視頻采集的情況，所以對監(jiān)控設備的夜視能力有一定的要求。

（5）要保證視頻信號的采集角度準確合適、監(jiān)控人員能根據(jù)監(jiān)控畫面對人字門狀態(tài)如實掌控。

（6）目前三峽船閘已有的監(jiān)控系統(tǒng)采用有線傳輸?shù)姆绞?，并且有一定的余量，可以納入?yún)⒖技斑\用。

（7）整個監(jiān)控系統(tǒng)設計要因地制宜，充分考慮三峽船閘現(xiàn)場布置情況、驗證項目實施的可行性。

2監(jiān)控方案設計原則

（1）安全可靠性。保證人字門門縫、錯位可靠監(jiān)控，整個監(jiān)控系統(tǒng)可靠。監(jiān)控畫面高質(zhì)量、穩(wěn)定，監(jiān)控角度準確。符合國家安全規(guī)定，整個監(jiān)控系統(tǒng)各個鏈路符合三峽船閘的保密安全要求。

（2）適用便捷性。確保用戶調(diào)用監(jiān)控畫面方便、滿足用戶的監(jiān)控需求。要有好的用戶體驗。整個監(jiān)控系統(tǒng)設計必須考慮三峽船閘后期的實施和維護是否便捷，要考慮人力物力成本。

（3）實施可行性。要因地制宜，充分考慮三峽船閘現(xiàn)場布置情況、驗證項目實施的可行性。

3監(jiān)控技術方案設計

目前市面上常見的視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)有以下幾種技術方案：

3.1方案一：傳統(tǒng)模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）

傳統(tǒng)模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像設備、視頻分配器、矩陣主機、錄像機等組成，利用視頻傳輸線將來自攝像設備的視頻信號連接到視頻分配器上，利用視頻矩陣主機，采用鍵盤進行切換和控制，錄像采用使用硬盤錄像機。

模擬CCTV的特點：①傳輸通道為視頻線，敷設費用過于昂貴;②用模擬方式傳輸，數(shù)據(jù)一般不能太遠，只適用小范圍監(jiān)控;③系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，操作煩瑣。

3.2方案二：光纖視頻監(jiān)控系統(tǒng)

光纖視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像設備、光端機、矩陣主機、錄像機等組成。主要以光纖作為傳輸媒介，具有傳輸距離遠、信號質(zhì)量高的優(yōu)點，能克服機房分散的問題和惡劣環(huán)境下的電磁場干擾問題。

光纖視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點：①可以實現(xiàn)超遠距離傳輸; ②有非常好的抗電磁干擾能力; ③設備集中于監(jiān)控中心機房，網(wǎng)絡精簡，運營維護成本相對低;④光纜敷設費用過于昂貴，新增光端機等設備成本較高。

3.3方案三：無線監(jiān)控系統(tǒng)

無線監(jiān)控和有線監(jiān)控相比較，主要區(qū)別是傳輸媒介，有線監(jiān)控系統(tǒng)的主要傳輸媒介是電纜、雙絞線、光纖，而無線監(jiān)控系統(tǒng)采用微波段的電磁波作為傳輸媒介。[1]網(wǎng)絡攝像機可以先連接無線中繼，無線AP接收再通過網(wǎng)線連接到機房的網(wǎng)絡交換機。在布線不便捷或無法布線的情況下，可以利用無線AP和無線中繼進行網(wǎng)絡橋接，組成無線局域網(wǎng)連接到機房。

無線監(jiān)控系統(tǒng)的特點：①免布線，安裝方便、靈活性強，不用破壞原有布置，安裝簡單。②工期短，適合大范圍、遠距離監(jiān)控。③易擴展，增加變更監(jiān)控位置更容易。④不適宜地形復雜的遠距離傳輸，阻擋物多了信號穩(wěn)定性會降低。⑤網(wǎng)絡安全可靠性低，容易被入侵。

3.4方案選擇

（1）方案一，傳統(tǒng)的模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中僅利用模擬信號傳輸，傳輸距離一旦過長，信號衰減將十分嚴重，滿足不了安全可靠性的原則。

（2）方案二，光纖視頻監(jiān)控系統(tǒng)是采用光信號進行遠距離視頻信號、控制信號傳輸并結(jié)合模擬信號近距離傳輸?shù)姆绞健Ｕ麄€監(jiān)控系統(tǒng)的實施工程量大、造價高，但是信號的安全可靠性能得到保障?？紤]到三峽船閘原有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用的就是此種方案，并且主要設備均有新增監(jiān)控設備的余量，所以此方案的成本和施工量就降低了許多，可行性高。

（3）方案三，無線監(jiān)控系統(tǒng)中，主要利用無線中繼進行信號傳輸，一個無線中繼的傳輸距離大約為500m左右，而且遇到復雜地形有障礙物阻擋信號還會減弱。采用多個無線中繼轉(zhuǎn)接能實現(xiàn)遠距離傳輸，但是信號的穩(wěn)定可靠性仍不能確保。此外，無線傳輸?shù)木W(wǎng)絡安全性遠低于有限傳輸，容易被入侵?？紤]到三峽船閘的復雜地形、對視頻信號穩(wěn)定性的高要求以及國家安全保密等級，所以即使無線監(jiān)控方案施工便捷、新增監(jiān)控點簡單，仍不考慮無線監(jiān)控的方案。

（4）基于監(jiān)控方案設計原則，結(jié)合三峽船閘現(xiàn)有的光纖集中傳輸方式監(jiān)控系統(tǒng)設備，擬定采納方案二的設計思路。后續(xù)結(jié)合方案二進行分析。

4關鍵設備選型與選址

光纖視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由：前端設備、傳輸設備和后端設備三大部分構(gòu)成。按照功能也可分為現(xiàn)場攝像設備、視頻信息和控制信息傳輸設備和控制中心設備部分。[2]

4.1前端設備選址

（1）各閘首人字門上合攏信號附近。優(yōu)缺點：布置在該處，角度、監(jiān)控距離、監(jiān)控范圍都是最佳的;此外，大風天氣時，三峽船閘屬于隘口，人字門關閉合攏處會承受的較大風力，攝像設備設置的角度比較容易受風力影響改變監(jiān)控角度。

（2）各閘首公路橋上游中間點。優(yōu)缺點：安裝在公橋上固定可靠、后期檢查維護方便。此前有安裝點可以參考布線路徑，綜合施工難度相對小;監(jiān)控角度不太合適;安裝在固定可靠的設施上，受風力的影響相對小。遠離了設備運行區(qū)域、減少了安全風險。

（3）北側(cè)（南側(cè)）機房頂上。優(yōu)缺點：安裝在可靠的固定設施上，遠離了設備運行區(qū)域;選好合適的安裝點后對于人字門門縫和錯位都能有效監(jiān)控;監(jiān)控距離遠，對攝像設備的技術參數(shù)要求高;此前該點沒有安裝點加上在機房頂部，施工維護不便難度大。

（4）綜合考慮：監(jiān)控角度易改變可以通過后期軟件設置固定復位角度來解決;惡劣天氣的影響可以通過選擇防風防霧性能好的攝像設備予以改善。為了保證好的監(jiān)控效果，綜合施工難度考慮，攝像點最好安裝在人字門對中監(jiān)控范圍的上方即合攏信號附近。

4.2攝像設備的選型

根據(jù)三峽船閘現(xiàn)場的情況、監(jiān)控需求和設計方案的參數(shù)要求，攝像設備的選型要求如下：類型為槍機、球機、子彈型等均可，圖像傳感器為1/3英寸 CCD/CMOS，圖像制式 PAL制式，最低照度為0.01Lux以下星光級，模擬接口，BNC 接頭，工作環(huán)境和防護要求：溫度-40～70℃、濕度<95% 對防水要求高、IP66工業(yè)級，產(chǎn)品尺寸≦4寸，重量≦4kg。

5 結(jié)論

本文所述三峽船閘人字門門縫錯位視頻圖像監(jiān)控設計方案，經(jīng)設備調(diào)試后投入試用：

（1）整個監(jiān)控方案設計符合三峽船閘的監(jiān)控系統(tǒng)安全保密要求。

（2）該處的視頻圖像畫面滿足人字閘門門縫、錯位的監(jiān)控需求。

（3）該處的視頻圖像畫面實時傳輸至集控室監(jiān)控客戶端，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

（4）該方案設計中增裝的設備不影響船閘的正常運行，也未帶來其他安全隱患。

參考文獻：

[1] 李玉柱. 無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應用[D]，河北：河北科技大學，2014

[2] 齊俊麟，胡斌等. 三峽船閘職工培訓教材[M/CD]， 2002-06-06.