水利视频综合监控系统解决方案.docx

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水利视频综合监控系统解决方案

水利行业系统解决方案

水利视频监控系统

杭州海康威视系统技术有限公司

公司总部：

杭州市滨江区东流路700号

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400-700-5998

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第1章背景与需求

1.1行业背景

2011年中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》提出，水是生命之源、生产之要、生态之基。

兴水利、除水害，事关人类生存、经济发展、社会进步，历来是治国安邦的大事。

促进经济长期平稳较快发展和社会和谐稳定，夺取全面建设小康社会新胜利，必须下决心加快水利发展，切实增强水利支撑保障能力，实现水资源可持续利用。

“十二五”时期，是强化水利重点薄弱环节建设、加快民生水利发展、推进传统水利向现代水利和可持续发展水利转变的重要时期，也是加强防灾减灾工作、提高洪涝干旱灾害综合防范和抵御能力的关键时期。

“十二五”时期，防汛抗旱工作的总体要求是：

全面贯彻党的十七大和十七届五中全会精神，深入贯彻落实科学发展观，积极践行可持续发展治水思路，坚持以人为本、生命至上、尊重规律、人水和谐，坚持依法防控、科学防控、综合防控、群防群控，坚持兴利除害结合、防灾减灾并重、治本治标兼顾、政府社会协同，加快构建与全面小康社会相适应的防汛抗旱减灾体系，全面提高水旱灾害防御能力，确保大江大河、大型和重点中型水库、大中城市的防洪安全，努力保证中小河流和一般中小型水库安全，全力保障城乡居民生活用水安全，千方百计满足生产和生态用水需求，最大程度地减轻水旱灾害损失，为经济社会可持续发展提供安全保障。

1.2现状分析

虽然近年来水利工程的监测能力有了很大提高，但整体水平与面临的形势和任务相比，仍存在一些薄弱环节。

（1）一些小型水利设施如水库等，安全监管不到位。

除少部分配有水位、雨量测量装置外，大多数小型水库无任何大坝安全监测设施。

多数中型水库安全监测仍采用人工观测，尚未建成自动化监测系统，难以确保在恶劣条件下数据采集的及时可靠。

已建成的监测设施中，存在设备过时，精度差，可靠性低等问题。

如监控摄像头仍采用低分辨率的模拟摄像机，对现场情况采集不够精确。

（2）对于重要的水域缺乏统一的管理监控，尤其是一些跨区域河流，监控系统各自独立，达不到有效监控的目的。

（3）一些水利设施的闸门、泄洪道、泄洪洞等，常年处于无人值守状态，需要设置监控点，保证其安全。

（4）部署的水文监测设施，仅仅只能提供数据信息，发生情况时，缺乏对现场直观的了解。

（5）部分水利设施地处偏僻，在白天无人和夜晚的时候，需要对其周边进行监控，防止人为的破坏。

（6）视频监控以“被动监控”为主，需要值班人员时刻监控，大多数时间只适用于事件追溯的视频查阅，不能在发生险情的第一时间发生报警，以便相关人员采取对应措施。

1.3需求分析

综合上述情况，要求水利视频监控系统能够整合各方面资源，能够快速、高效、便捷地实现水利部门省、市、县多级联网视频资源统一管理。

为各级机构提供视频资源调用展示的平台化基础设施。

同时提供标准化接口与其他系统的资源共享，互连互通。

视频监控系统要求是一个技术先进、成熟可靠、性能优越、扩展灵活、标准开放的系统，并且兼顾系统的中长期扩展，在平台结构、视频应用、综合管理、系统性能等各个方面适应未来远程视频监的需要，最大程度地保护已有投资。

第2章设计思路

2.1设计原则

随着信息技术的飞速发展，新技术不断涌现。

水利视频监控系统，必须是高性能、可扩展的计算机网络体系结构，以便支持今后不断更新和升级的需要，从而保护投资。

同时本方案以满足实际应用为出发点，设计时主要遵循以下原则：

●可靠性

系统可靠性是系统长期稳定运行的基石，只有可靠的系统，才能发挥有效的作用。

本方案从系统设计理念到系统架构的设计，再到产品选型，都将持续秉承系统可靠性原则，均采用成熟的技术，具备较高的可靠性、较强的容错能力、良好的恢复能力及防雷抗强电干扰能力。

前端可采用双机热备方式，平台可采用双网双备方式。

同时系统的使用不能影响站内被监控电气设备的正常运行。

●兼容性

部分水利工程已经建设有监控系统，且未达到使用年限，大规模更换并不现实。

本方案需要充分考虑对原系统的利旧，保护原有投资，最大程度地降低系统造价和安装成本。

●先进性

在投资费用许可的情况下，系统采用当今先进的技术和设备，一方面能反映系统所具有的先进水平，包括先进的传输技术、图像编码压缩技术、视频智能分析技术、存储技术、控制技术，另一方面使系统具有强大的发展潜力，设备选型与技术发展相吻合，能保障系统的技术寿命及后期升级的可延续性。

●扩展性

系统应充分考虑扩展性，采用标准化设计，严格遵循相关技术的国际、国内和行业标准，确保系统之间的透明性和互通互联，并充分考虑与其它系统的连接；在设计和设备选型时，科学预测未来扩容需求，进行余量设计，设备采用模块化结构，便于系统扩容、升级。

系统加入新建水利时，只需配置前端系统设备、建立和上级调度的连接，在管理平台做相应配置即可，软硬件无须做大的改动。

●易管理性、易维护性

系统采用全中文、图形化软件实现整个监控系统管理与维护，人机对话界面清晰、简洁、友好，操控简便、灵活，便于监控和配置；采用稳定易用的硬件和软件，完全不需借助任何专用维护工具，既降低了对管理人员进行专业知识的培训费用，又节省了日常频繁地维护费用。

●安全性

综合考虑设备安全、网络安全和数据安全。

在前端采用完善的安全措施以保障前端设备的物理安全和应用安全，在前端与监控中心之间必须保障通信安全，采取可靠手段杜绝对前端设备的非法访问、入侵或攻击行为。

数据采取前端分布存储、监控中心集中存储管理相结合的方式，对数据的访问采用严格的用户权限控制，并做好异常快速应急响应和日志记录。

2.2设计标准

●《中华人民共和国公安部行业标准》（GA70-94）

●《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001）

●《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-94）

●《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115-87）

●《入侵报警子系统通用图形符号》（GA/T75-2000）

●《建筑及建筑群综合布线工程设计规范》（GB/T50311-2000）

●《电线电缆识别标志方法》（GB/T6995）

●《全介质自承式光缆》（YD/T980-1998）

●《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）

●《入侵探测器通用技术条件》（GB10408.1-89）

●《防盗报警控制器通用技术条件》（GB12663-90）

●《报警图像信号有线传输装置》（GB/T16677-1996）

●《电视视频通道测试方法》（GB3659-83）

●《彩色电视图像质量主观评价方法》（GB7401-1987）

●《信息技术开放系统互连网络层安全协议》（GB/T17963）

●《计算机信息系统安全》（GA216.1－1999）

●《计算机软件开发规范》（GB8566-88）

●《智能建筑设计标准》（GB／T50314－2000）

●《入侵报警工程程序与要求》（GA/T75-94）

●《入侵报警子系统验收规则》（GA308-2001）

●《入侵报警工程技术规范》（GB50348-2004）

●《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）

●《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）

●《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）

●《入侵报警子系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T670-2006）

●《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）

●《水利信息网命名及IP地址分配规定》（SL307）

2.3设计目标

针对水利的监控需求，我们将设计一套完善的视频监控系统，主要实现以下目标：

（1）能够对水利工程重要区域进行实时监控，监控录像能够长时间保存，并且重要录像进行备份；

（2）实现多级平台级联，上级平台能够对下级平台及所辖监控点进行管理，能够调阅所有录像；

（3）采用智能视频设备，能够实现智能主动监控；

（4）能够对水利工程及水域的水位状况、潮位状况、闸门开启度等进行实时准确的监控，在发生紧急情况时发生报警并联动相关系统；

（5）整合水利工程内门禁、安全防范、火灾报警等系统，实现集中监控的目的；

（6）对水利工程管理场所的人员、车辆进行管理，对进出水利工程内各操作、管理室的人员进行管理。

第3章系统总体设计

3.1设计思路

随着视频监控进入高清时代，模拟摄像机已无法满足水利视频监控的需求，高清摄像机的应用不但满足了细节监控（设备状态、表盘刻度）的需求，还为设备的智能状态分析提供了精确的视频源。

采用智能分析设备对各种行为进行分析并执行各种预案，变“被动监控”为“主动监控”。

智能分析设备除了能进行行为分析外，还具有车牌识别功能，对进出水利工程的车辆进行管理。

在计算机技术和网络通信技术不断发展的今天，系统的整合是发展的必然。

视频监控系统作为一种重要的现代化监测、控制、管理手段，以视频监控系统为核心，同时把安全防范、火灾报警、门禁等系统整合进来，并把各系统有限关联起来配置成预案，增加系统的高效性，实现集中控制的目的。

3.2系统架构

水利视频监控系统由各级监控中心和前端监控站组成。

在省级、市级、县（市、区）级水利主管部门和防汛指挥中心，以及省属流域管理部门、省级水利枢纽分别设置监控中心，在前端水域和水利工程管理等单位设置监控站。

监控中心和监控站通过传输网络连接，构成一个多级联网的视频监控系统。

前端监控站作为整个视频监控系统的第一线，负责对视频图像的采集、编码、传输以及报警信号的采集。

县市监控中心、省属流域及省级水利枢纽监控中心负责对所辖区域内前端监控点视频图像、报警信号的汇聚，并转发给相关单位及上级部门，同时对重要的录像和报警进行备份。

中心有权对前端系统实施管理、控制，能够调阅前端录像、控制摄像机云台操作等。

大屏显示系统能够对前端采集的图像解码上墙，以轮巡、拼接等方式呈现。

省级监控中心对视频监控系统内所有下级中心和前端监控站进行监管，能够调阅系统内所有监控点的录像和备份的重要录像，并通过流媒体转发给相关权限人员。

平台预留有通信接口，用于和上级平台的对接。

3.3系统功能

水利视频监控系统应具备如下功能：

1）实时视频监控

通过客户端和浏览器可以实时掌握水利工程现场的一切情况，对所辖区域的任一摄像机进行控制，实现遥控云台的上/下/左/右和镜头的变倍/聚焦，并对摄像机的预置位和巡航进行设置控制应具有唯一性和权限性，同一时间只允许一个高权限用户操作。

2）智能视频分析

通过智能视频设备，支持穿越警戒面检测、进入离开入侵区域检测、物体快速移动检测、大型物体落水检测、水面漂浮物检测、徘徊检测、人物聚集检测等应用。

针对监视目标进行实时检测并按照用户设置的预案触发报警，发生入侵行为后，系统能对非法目标实现移动跟踪。

除了行为分析外，系统还可通过智能车牌识别功能对水利工程的来访车辆进行识别，已登记车辆自动开启门禁放行，未登记车辆联动报警并抓拍记录。

3）第三方系统整合

水利工程在建设时及投运后，会陆续部署一些系统，比如门禁、安全防范、火灾报警等系统，这些系统大都独立运行，给管理维护带来了不便。

为了实现智能化控制，需要把第三方系统整合至水利视频监控系统，实现远程控制功能，并制定联动预案，可以有效提高系统高效性，实现智能化。

4）预案系统

通过现场设备和平台软件对各子系统进行关联，制定联动预案：

当安全防范或火灾报警设备被触发时，有预置功能的摄像机还能自动转到预置点，按需设置联动录像功能，同时联动灯光装置，对目标位进行照明；预设的报警能弹出窗口，并配合电子地图显示。

5）语音功能

客户端主要有语音对讲和语音广播功能：

通过语音对讲，上级管理部门和水利工程工作人员可以进行沟通；通过语音广播，工作人员可对现场工作进行指导，对非法闯入人员进行警告。

6）电子地图

支持JPEG、BMP格式位图的导入和显示，可导入水利工程的平面图，在平面图上添加关联设备，并在电子地图上实现远程设备控制，报警图标闪烁等功能。

7）录像回放

对监控视频进行实时存储，记录告警前后的现场情况，记录水利工程内设备操作、事故检修过程；通过网络调用回放录像，提供事故发生时的资料，为事故分析和事故处理提供帮助，并为事故处理和标准化作业教学提供宝贵的资料。

8）远程配置维护

系统提供远程访问功能，管理员不必到达设备现场，就可修改设备的各项参数，实现校时、重新启动、修改参数、软件升级、远程维护等功能，提高的设备维护效率。

9）B/S方式访问

MIS用户通过B/S（Brower/Server）方式访问系统，B/S方式采用标准的HTTP协议，具有很强的开放性和兼容性，完全能融合在系统现有网络中。

通过标准的IE浏览器，相关负责人和管理人员可根据不同的权限对系统进行配置及监控，操作界面全部为中文可视化界面，使用非常方便。

3.4系统特点

3.4.1采用高清监控技术

现有的视频监控系统，主要功能是记录事件的经过，在更多关键细节上做的还不够。

随着视频监控技术的高速发展，用户对于视频监控产品的要求也在不断提高，“让我们看得更清楚”是许多用户提出的一个非常迫切的需求。

在视频监控产品经历了模拟时代、数字时代、网络时代的发展后，现在已经逐步走入了高清时代，高清监控已成为未来安防行业主要发展技术之一。

关于“高清”的定义，最早来源于数字电视领域，美国电影电视工程师协会提出了高清电视（HDTV）标准，分辨率需达到720p以上。

安防行业内部对于高清没有成文的标准，模拟摄像机超过480线就宣称为高清，经数字编码后分辨率可以达到D1或4CIF；当网络摄像机出现后，分辨率满足720p才能称为高清。

完整的高清方案需要前端、平台、传输、存储、浏览、显示等各环节都满足高清标准。

通过下图可以看到CIF、4CIF、720P、UXGA的分辨率比较，可以清楚看到高清摄像机（720P、UXGA）的分辨率远大于标清摄像机（4CIF），分辨率的不同带来了清晰度的差异。

通过上面的图例，高清视频监控相比标清视频监控具有明显的技术和应用优势：

●图像清晰度更高，在水利工程的一些重要监控点（重要仪表的监视），应采用高清摄像机可以获取高清晰度的监控画面，能更清楚地呈现仪表读数。

●高清监控技术的采用，使场景覆盖范围更广，减少单位面积监控点的数量，可以提高监控效能，减少设备投资。

●使细节更清晰，大大提高智能视频分析的精度，有利于图像识别和智能视频分析的应用。

3.4.2采用智能分析技术

水利工程一般面积大、监控范围广，所需摄像头数量多，单凭少量显示屏和几个值班人员，是难以兼顾的。

传统DVR的主要作用是事后调查回放，往往都是事故发生后，才去查阅相应的视频，仅仅作为案件的回顾。

而不能防患于未然，在事件发生时就及时发现并进行控制，从而减少误操作，预防人身伤亡事故。

众多摄像机采集的视频信息量大、无效视频信息多，通过智能视频分析过滤功能可减少无用视频信息，将大量无用信息过滤在前端，制定分析策略后将有价值的视频信息提取并存放到上级平台。

早期的视频移动探测技术（VMD）并不是真正意义上的智能视频分析技术，仅仅具备移动探测功能，在目标跟踪、分类、识别等方面功能较弱，还会产生大量误报。

由于VMD技术的缺陷，就产生了基于背景建模和目标追踪技术的智能视频分析（IVS）技术，这里的IVS技术是个泛指以示与VMD技术的区别。

智能视频监控系统，与传统的监控系统相比，具有更优的有效性和持久性。

海康威视智能视频服务器可以对多种行为进行视频分析，它能够识别不同的运动物体，能够实现全天候工作，大大减轻平台值班人员的工作强度，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，提高报警处理的及时性，从而能够更加有效的协助安全人员处理危机，并最大限度地降低误报和漏报现象。

第4章前端系统设计

4.1前端概述

前端系统主要由视频监控系统、音频系统、安全防范系统、火灾报警系统、网络设备等组成，实现对自然水域和水利工程现场视音频及各种入侵报警、火灾报警信息采集、处理、监控等功能。

视频监控系统包括常规视频监控及智能视频分析。

音频系统包括监听、广播及语音对讲。

安全防范、火灾报警等子系统通过前端视频处理单元进行接入。

前端系统拓扑图

4.2视频监控系统

视频监控系统主要负责对水利工程重要区域的视频监视，同时能与其它子系统进行报警联动，满足水利工程正常运行的要求。

除了常规视频监控外，本方案还采用智能视频分析，以此提高系统的实用价值。

4.2.1前端摄像机

4.2.1.1主要监控点分布

●堤防大坝

大坝是调控水资源时空分布、优化水资源配置的重要工程措施,也是江河防洪工程体系的重要组成部分。

大坝安全监测是人们了解大坝运行状态和安全状况的有效手段和方法。

它的目的主要是了解大坝安全状况及其发展态势,是一个包括由获取各种环境、水文、结构、安全信息到经过识别、计算、判断等步骤,最终给出一个大坝安全程度的全过程。

视频监控系统作为其中重要的一环，有着不可替代的作用。

建议在大坝坝顶、周边路面及附近水域部署监控点位，对大坝老化、建筑材料变质开裂、侵蚀和风化情况，以及洪水水位、坝体渗漏等实施全方位的监控。

●水闸

水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物。

关闭闸门，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要。

开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。

建议在水闸部署监控点位，负责对闸门开启度、洪水流量、泄洪道情况等进行实时监控，保障水闸的安全稳定运行。

●水位尺

水位尺，是在江、河、湖泊或其他水体的指定地点测定水面高程的装置，监控摄像机要能在远距离清楚地观测到水位尺的刻度。

●水泵机组

水泵机组包括水泵、动力机（电动机和内燃机等）和传动设备。

它是泵站工程的主要设备，又称为主机组。

泵站的辅助设备、电气设备和泵站中的各种建筑物都是为主机组的运行和维护服务的。

水泵机组作为水利工程中的重要组成部分，需要部署监控点位，对其运行状况、日常维护维修过程、人员入侵等实施监控、

●避风港

在沿海地区，当台风来临时，所有渔船都要返回避风港躲避台风。

如此多的渔船停泊，对于避风港的管理和安全监管有着非常高的要求。

在避风港部署监控点，能够实时掌握港内渔船的停靠、出港、回港情况，为港务调度、安全监管提供依据。

4.2.1.2摄像机选型

前端摄像机的监控范围大小、视频采集质量将影响整个视频监控系统的质量，应结合水利工程实际环境选择合适的产品和技术方法，保障视频监控的效果，我们在选择摄像机时可参考以下原则：

●对于室外监控点，如大坝坝顶、避风港、水闸泵站建筑主体等，由于其监控范围大，视野要求广，建议采用高清智能高速球机。

高清高速的特点，既保证了全景的监控，也不会造成细节的遗漏。

●水利工程的控制室及管理中心安装着重要的仪器设备，这些设备一般要求24小时运行，且造价昂贵。

为了保证机器设备正常的运行和安全防盗防破坏，建议采用红外枪机配合云台的方式对其实施监控，对于一些室内面积较大的场所，可采用红外中速智能球机，以保证视频监控的全方位无死角。

●对水文观测设施、分滞洪区爆破点等进行监控可采用高清变焦摄像机配合云台的方式。

●对于闸门、水泵的出水口等固定对象进行监视可采用固定枪机。

●大门、走廊及电梯等场所监控可采用固定红外枪机，具备红外夜视功能，满足全天候24小时监控的需要。

●模拟摄像机的清晰度应达到540线以上，网络标清有效像素达752*582，网络高清有效像素达720p以上。

●摄像机变焦镜头的最大变焦倍率所对应的焦距，应大于监控区域内最远被监控对象所对应的焦距（应根据监控区域内最远被监控对象所对应的焦距进行选择），且光学变焦大于18倍，数字变焦大于6倍。

●需要夜间摄像的监控点，为保障夜间低照度条件下的清晰度，采用的摄像机应具有彩转黑、低照度（彩色≤1.0LUX、黑白≤0.01LUX）功能。

●室外枪机需配置IP66等级的室外型防护罩。

●室外球机需达到IP66防护等级。

●网络摄像机应具备开关量输出功能，以控制补光灯开启。

●所有IP摄像机除了网络口还需具备BNC接口，以便接入智能视频服务器。

4.2.2前端视频处理单元

4.2.2.1网络视频方式

对于新建的视频监控系统，建议采用海康威视DS-8600N-ST系列机型，最大支持32路网络视频接入及8个SATA硬盘接口。

1）技术介绍

DS-8600N-ST系列是海康威视自主研发的新一代NVR（NetVideoRecoder），它融合了多项专利技术，采用了多项IT高新技术，如视音频编解码技术、嵌入式系统技术、存储技术、网络技术和智能技术等。

它既可作为NVR进行本地独立工作，也可联网组成一个强大的安全防范系统。

除了视频信号，设备可具有开关量接口，支持开关量报警信号的输入、开关量控制信号的输出。

2）主要功能

•支持NTP（网络对时）协议、SADP（自动搜索IP地址）协议、SMTP（邮件服务）协议、NFS（接入NAS）协议。

•可接驳网络摄像机、网络快球和网络视频服务器；

•可接驳第三方（ARECONT、AXIS、Panasonic、PELCO、SAMSUNG、SANYO、ZAVIO）网络摄像机；

•可接驳支持ONVIF、PSIA标准的网络摄像机；

•支持IP通道协议自定义功能

•支持500W像素高清网络视频的预览、存储与回放；

•HDMI与VGA输出分辨率最高均可达1920x1080p；

•支持HDMI、VGA、CVBS同时输出，支持HDMI与VGA双操作模式，可分别进行预览和回放；

•支持预览图像与回放图像的电子放大；

•采用HIKVISION云台控制协议时候，可通过鼠标选定画面任意区域并进行中心缩放；

•支持假日录像和抓图配置；

•支持计划抓图、手动抓图、报警抓图以及图片的回放、备份；

•支持冗余录像、抓图设置；

•支持多画面分割下不同通道并行预览与回放；

•支持最大16路720p实时同步回放；

•支持标签定义、查询、回放录像文件；

•支持录像文件倒放功能；

•支持按事件查询、回放、备份录像文件；

•支持重要录像文件保护功能；

3）数量配置及存储计算

因DS-8616N-ST支持接入32路IP高清摄像机，视频图像存储空间计算公式：

每个前端存储总容量（GB）＝【视频码流大小（Mb）×60秒×60分×24小时×存储天数/8】/1024。

以一路视频图像在7天、15天、30天所需要的占用空间估算如下：

存储天数

视频规格

7天

15天

30天

1280*720（HD720P），4Mb码流（最佳图像效果）

295.31

632.81

1265.63

假设视频录像需连续存储30天，以16路720P存储为例，根据计算得出需要19.78TB，实际配置时还需要考虑格式化开销，建议采用8块3TB硬盘。

4.2.2.2模拟视频方式

考虑到成本因素及现场情况，也可实行纯模拟视频的方式。

建议采用海康威视DS-8100HF-ST系列机型，最大支持16路模拟视频接入及8个SATA硬盘接口。

1）技术介绍

DS-8100HF-ST系列网络硬盘录像机是海康威视自主研发的新一代网络硬盘录像机，它融合了多项专利技术，采用了多项IT高新技术，如视音频编解码技术、嵌入式系统技术、存储技术、网络技术和智能技术等。

它既可作为DVR进行本地独立工作，也可联网组成一个强大的安全防范系统。

除了视频信号，设备可具有开关量接口，支持开关量报警信号的输入、开关量控制信号的输出。

2）主要功能

•HDMI与VGA输