水利水電視頻監(jiān)視體統(tǒng)設(shè)計(jì)簡析

次仁曲杰

摘要：視頻監(jiān)視系統(tǒng)為水利水電工程運(yùn)行管理實(shí)現(xiàn)“無人值班，少人值守”創(chuàng)造了條件，筆者根據(jù)水利水電工程規(guī)模大、監(jiān)視點(diǎn)分散、能要求多等特點(diǎn)，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，鑒于目前視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)問題進(jìn)行探討，希望能將成熟的設(shè)計(jì)與技術(shù)引入到水利水電行業(yè)中。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)視系統(tǒng)；水利工程；水利水電行業(yè)

水利水電工程尤其是大型水利樞紐，具有規(guī)模大、監(jiān)視點(diǎn)分散、距離遠(yuǎn)、功能要求多等特點(diǎn)。在視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到一些實(shí)際問題，如設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、監(jiān)視范圍等，按常規(guī)的設(shè)計(jì)思路往往達(dá)不到理想的效果。筆者多年從事水利水電工程設(shè)計(jì)，在視頻監(jiān)視系統(tǒng)有效地應(yīng)用于大型水利樞紐的設(shè)計(jì)實(shí)踐中總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)。在此，就相關(guān)問題提出一些建議，與同行共同探討，就水利樞紐視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹

一、研究問題

1.1系統(tǒng)名稱

國標(biāo)對(duì)工業(yè)電視系統(tǒng)的定之是：應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)視、調(diào)度管理等方面，從攝象到圖象顯示獨(dú)立完整的電視系統(tǒng)一這里的關(guān)鍵詞應(yīng)該是“工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)視”，在實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)視范圍常擴(kuò)大到保安監(jiān)視等方面，尤其是水利樞紐，一套電視系統(tǒng)往往包含了電站設(shè)備監(jiān)視、水上建筑物及閘門運(yùn)行監(jiān)視、保安監(jiān)視等，成為綜合性的電視監(jiān)視系統(tǒng)為此，建議將“工業(yè)電視系統(tǒng)”名稱改為“視頻監(jiān)視系統(tǒng)”，以避免名不符實(shí)。

1.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

目前尚無水利水電工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，僅有的《工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)規(guī)范》也是1987年版，10多年來，電子技術(shù)發(fā)展很快，設(shè)備也已更新?lián)Q代，進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代現(xiàn)在新建或改造的大中型水電丁一基本都要求設(shè)置視頻監(jiān)視系統(tǒng)，但系統(tǒng)規(guī)模、監(jiān)視范圍、技術(shù)要求、設(shè)備選擇、運(yùn)行方式等差異很大，實(shí)際使用中效果井不理想，造成資源的閑置和浪費(fèi)因此.出臺(tái)針對(duì)水利水電工程的視頻監(jiān)視系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)從事設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行各方面提出指導(dǎo)性意見是十分必要的。

1.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

水利工程中近期設(shè)計(jì)或安裝的視頻監(jiān)視系統(tǒng)基本采用兩類結(jié)構(gòu)，一類是矩陣切換外掛多媒體監(jiān)控系統(tǒng)，其視頻信號(hào)的控制和切換采用專用功能的矩陣切換裝置，輸出一路視頻信號(hào)至多媒體計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)核心設(shè)備為矩陣切換系統(tǒng)；另一類是計(jì)算機(jī)多媒體監(jiān)控系統(tǒng)，它則完全基于計(jì)算機(jī)，沒有矩陣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了視音頻數(shù)字化、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、應(yīng)用多媒體化和管理智能化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，便于聯(lián)網(wǎng)和擴(kuò)充第二類技術(shù)先進(jìn).方便靈活，但運(yùn)行實(shí)例較少；第一類有較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際使用較多，但筆者預(yù)言它只是傳統(tǒng)的矩陣切換系統(tǒng)，向全計(jì)算機(jī)多媒體系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)程中的過渡產(chǎn)品。

1.4監(jiān)視范圍

由于沒有針對(duì)水利水電L程的視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，具體工程設(shè)計(jì)中監(jiān)視范圍的確定隨意性很大若按功能要求組成多個(gè)監(jiān)視系統(tǒng)，似乎不經(jīng)濟(jì)，也不合理但將不同功能要求的監(jiān)視點(diǎn)混合組成綜合監(jiān)視系統(tǒng)，則在實(shí)際運(yùn)行中與目前水電廠運(yùn)行體制不適應(yīng)發(fā)電分廠負(fù)責(zé)電站設(shè)備運(yùn)行，水工分廠負(fù)責(zé)閘門運(yùn)行，保安部門監(jiān)視樞紐區(qū)人員活動(dòng)情況而一般監(jiān)控中心都布置在水電站中央控制室，造成發(fā)電分廠運(yùn)行人員要兼顧其他部門的相應(yīng)的職責(zé)，在實(shí)際工作當(dāng)中缺少可操作性。

二、設(shè)計(jì)方案

2.1前端設(shè)計(jì)

前端部分與常規(guī)視頻監(jiān)視系統(tǒng)差別不大，完全可以參照民用建筑視頻監(jiān)視系統(tǒng)的前端布局，選擇相應(yīng)的設(shè)備。水利水電工程監(jiān)視點(diǎn)分散，監(jiān)視對(duì)象特殊。有些監(jiān)視范圍較寬闊，為了美觀和隱蔽性，可選用全方位球形攝象機(jī)；監(jiān)視對(duì)象在平時(shí)只有燈光照明的廊道內(nèi)時(shí)光線較弱，應(yīng)選用黑白攝象機(jī)；有些要求監(jiān)視大場面的部位，可選用彩色全方位帶云臺(tái)和變焦鏡頭的攝象機(jī)，以便看得更清晰、更遠(yuǎn)；監(jiān)視單一設(shè)備時(shí)，可根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行要求，選擇彩色或黑白固定攝象機(jī)。另外，水電工程現(xiàn)場存在一定的電磁干擾，但就實(shí)際使用情況看，對(duì)前端設(shè)備的影響不大，不需要選用特殊的設(shè)備和防護(hù)。

2.2網(wǎng)絡(luò)傳輸

傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是水利水電工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，大多數(shù)系統(tǒng)運(yùn)行效果不理想的主要問題出自傳輸網(wǎng)絡(luò)，其現(xiàn)象是系統(tǒng)不穩(wěn)定、圖象閃爍或變形、信號(hào)傳輸及反映遲緩等。

監(jiān)視點(diǎn)分散是水利水電工程的又一個(gè)特點(diǎn)，在視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可采用根據(jù)監(jiān)視點(diǎn)實(shí)際位置，將控制設(shè)備分散布置到現(xiàn)場，然后聯(lián)網(wǎng)或通過光纜傳輸?shù)街鳈C(jī)的方法。這是將計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)中分布、分散概念引人到視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種嘗試，筆者在實(shí)際工程應(yīng)用中取得很好的效果。需要說明的是，采用這種方法應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，在經(jīng)過詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

2.3控制中心設(shè)備

為解決綜合監(jiān)視系統(tǒng)與各部門管理的矛盾，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可采用設(shè)置分控站的方法解決，即在電站中央控制室設(shè)置主控站，在水工分廠值班室、保安值班室等處設(shè)置分控站，而系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)則應(yīng)統(tǒng)一由專業(yè)技術(shù)部門負(fù)責(zé)。

當(dāng)下，隨著全計(jì)算機(jī)多媒體視頻監(jiān)視系統(tǒng)的開發(fā)，通過軟件設(shè)置使綜合系統(tǒng)中多個(gè)分站監(jiān)視不同范圍將成為現(xiàn)實(shí)，這是大中型水利水電工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展方向。

三、設(shè)計(jì)范例

3.1主要任務(wù)

根據(jù)小浪底水利樞紐的規(guī)模和重要性，并與工程運(yùn)行管理水平相適應(yīng)，將小浪底視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要任務(wù)定義為：實(shí)時(shí)監(jiān)視電站及樞紐主要設(shè)備的運(yùn)行及建筑物、交通洞等現(xiàn)場情況；記錄事故、故障狀態(tài)及異常情況發(fā)生的位置和時(shí)間并報(bào)警，以便加快事故、故障處理，便于設(shè)備安全運(yùn)行、維護(hù)和檢修，為事后分析事故、故障原因提供實(shí)時(shí)資料，為電站實(shí)現(xiàn)“無人值班、少人值守”創(chuàng)造條件。

3.2系統(tǒng)組成

小浪底工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要由控制中心設(shè)備、信號(hào)傳輸系統(tǒng)及前端設(shè)備組成，屬矩陣切換外掛多媒體監(jiān)控系統(tǒng)，詳見小浪底水利工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)圖。由于小浪底工程規(guī)模大，且地下洞室多，而監(jiān)控中心設(shè)在地面副廠房，故在設(shè)計(jì)中采用了按監(jiān)視點(diǎn)分布相對(duì)集中，組成多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)并聯(lián)網(wǎng)的方案。方案實(shí)施中在信號(hào)傳輸質(zhì)量、電纜敷設(shè)等方面均顯示出明顯的優(yōu)勢。

3.3大壩、進(jìn)水塔

大壩、進(jìn)水塔共設(shè)11個(gè)攝象點(diǎn)。其中3個(gè)為全方位攝象機(jī)，用于監(jiān)視進(jìn)水塔189m高程廊道，由于廊道內(nèi)僅有燈光照明，光線較弱，選用黑白攝象機(jī)。對(duì)于大壩北岸及進(jìn)水塔1號(hào)橋頭和7號(hào)橋頭，由于監(jiān)視的范圍較寬闊，為了美觀和隱蔽性，選用全方位球形攝象機(jī)。在壩頂控制樓頂安裝1臺(tái)彩色全方位帶云臺(tái)的攝象機(jī)，選用7.5一120mm的鏡頭，以便看得更清晰、更遠(yuǎn)。對(duì)于3個(gè)明流洞工作閘門室各安裝1臺(tái)彩色快球，監(jiān)視明流洞弧形工作門的運(yùn)行情況并大壩南岸崗哨路口，安裝1臺(tái)全方位攝象機(jī)，監(jiān)控南岸周圍的環(huán)境利用1對(duì)光端機(jī)傳輸，送到監(jiān)控中心的CM9740監(jiān)控主機(jī)。

3.4傳輸系統(tǒng)

對(duì)于傳輸距離小于500m的監(jiān)視點(diǎn)，采用同軸電纜傳輸，超過500m的采用光纜傳輸。大壩南岸（1路）、進(jìn)水塔（10路）由2對(duì)光端機(jī)將信號(hào)傳輸?shù)降孛娓睆S房的C M9740主機(jī)。用1對(duì)光端機(jī)將地面副廠房CM9740監(jiān)控主機(jī)的信號(hào)傳輸?shù)綁雾斂刂茦嵌嗝襟w分控站。尾水部分（5路）由1對(duì)光端機(jī)將信號(hào)傳輸?shù)降叵赂睆S房的CM9740主機(jī)。

四、結(jié)語

目前，在我國，水利水電工程規(guī)模尤其龐大，因此，視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到一些實(shí)際問題，如設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、監(jiān)視范圍等等，筆者借鑒小浪底水庫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在盡量減少人力工作有注重監(jiān)控密切程度的前提下做了簡要分析，洗出了一些自己的簡介，望同業(yè)人員參考、共勉。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪樹玉，劉國華，陳福林等，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)，中國水利水電出版社

[2]齊從謙，工程領(lǐng)域的概念設(shè)計(jì)及技術(shù)創(chuàng)新，中國科協(xié)第一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001，68～74

[3]劉曉冰，高天一，CAD 技術(shù)的發(fā)展趨勢及主流軟件產(chǎn)品，中國制造業(yè)信息化，2003，（1）：41～45

[4]Avi Wiezel，Ali Erhan Oztemir，The Influence of Design Methods on Construction Productivity[J]，Construction Research，2003

[5]中華人民共和國水利部.水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 285～2003），北京：中國水利水電出版社，2003