安徽水利远程视频监控系统组网方案

    总体概述

　　数字视频监控系统是一个以多媒体技术、数字图像处理与存储、通信、计算机等新技术于一体的新型视频监控系统，被广泛应用于多种场合。安徽省将重要水利防洪工程和控制闸站建设成具有数字化、网络化、智能化相结合的视频监控系统，可以为各级防汛部门提供实时和直观的汛情、工情图像信息，对提高防汛抗旱指挥决策水平和推进安徽水利信息化的发展具有重要意义。

    需求分析

    安徽省重要的水利防洪工程大部分座落在长江、淮河流域及偏远山区，点多、分布范围广、交通不便、环境条件较差。覆盖这些水利防洪工程的视频监控系统应具有以下特点。

    ●系统具有强大的接入能力，以实现全省多站点、大范围监控点的接入。

    ●系统必须支持灵活的接入方式，以适应传输网络和组网的需要。

    ●系统应组网简单，视频图像清晰度高、实时性强，信道带宽占用率低。

    ●采用的设备应具有远程配置、管理、维护和自启动能力；设备功耗低且适合在野外恶劣的环境气候条件下长期连续运行。

    ●系统组网方案应具有可靠性、安全性、先进性、实用性、开放性、可扩充性和灵活性。

    ●系统软件应界面友好，能实现分级、分层管理功能。

    建成后的安徽水利远程视频监控系统，应能满足安徽省各级防汛部门对全省重要水利防洪工程实时情况的了解和调度运用的监督管理的要求。

    系统组网方案

    （一）方案选择

    系统从视频图像信息共享、图像清晰度、网络带宽占用率及网络管理等方面综合考虑，选用数字视频监控系统进行组网，依靠全省已建的防汛抗旱通信骨干网组建远程视频监控业务网。网络协议采用TCP/IP协议，前端选用具有MPEG-4压缩方式、嵌入式结构和DSP芯片的硬件编码器设备。视频信号通过编码器被压缩编码后转换为基于IP的MPEG－4码流，与控制信号一起传送到IP网络中。系统图像解析度为706×576（PAL），具有硬解压和软解压方式，传输速率可在64～1500kbit/s之间设置。为便于系统的集中管理，设置省中心和市级分中心两级服务器，所有用户由省中心的认证服务器统一授权和管理。系统通过视频服务器把监控图像传送至通信骨干网上任何需要的节点。系统的组网结构如图1所示。

    这种方式的优点主要有以下几点：

    1．系统可以在防汛抗旱骨干网或计算机局域网上传输视频图像，不受距离的限制，信号不易受干扰，可以保障视频图像的传输质量和稳定性、可靠性。

  2．视频图像传输利用已建的防汛抗旱通信骨干网和计算机网络组网，无须重新组建传输网络，网络带宽可重复利用，节省了投资成本。

    3．组网方式灵活，系统可以通过网络远程管理和设置，无须人工现场操作，管理维护方便。

    4．视频图像数据可存储在计算机硬盘或保存在光盘中，查询十分简便、快捷。

    （二）系统组成

    1．前端设备：主要由摄像机、编码器等设备组成。摄像机一般采用三星或明景彩色智能一体化球机，编码器采用安徽广成科技公司的GC-NETENC-10系列网络视频编码器。

    2．中心设备：整个系统建设两级监控中心，即市级监分中心和省级监控中心。市级分中心设置一台视频服务器，并安装分中心视频监控软件；省级监控中心设置视频服务器和认证服务器，并安装相应的服务管理软件，从而实现系统的联网和集中管理。省中心视频服务器同时安装电子地图软件，被授权用户可通过点击电子地图浏览所要观看监视点的图像。

   3．传输系统：利用已建的安徽省防汛抗旱通信骨干网进行视频图像的传输。沿淮各重要闸站通过自建的微波电路和北电Passport4460多业务交换机接入全省防汛抗旱通信骨干网，其它监视点通过租用公网光纤电路（或自建）接入所属市级单位局域网，通过北电Passport7440多业务交换机接入全省防汛抗旱通信骨干网。

    4．客户端：主要为各局域网内用户，被授权用户可通过客户端软件或IE浏览器方式进行视频图像选择观看和控制。各用户可以拥有不同的权限，实现对各监视点的图像进行选择观看、查询、录像、回放等操作。

    5．显示设备：系统在省中心设置电视监视墙，通过网络视频解码器将所要浏览的图像先进行硬解压，再输出到电视监视墙进行显示。

    6．接地系统：考虑到大部分监视点都设置在野外，在每个监视点的前端安装电源、信号防雷模块，并构建可靠的接地网，防止雷击对设备造成的损坏。

    （三）省、市两级组网方式

    远程视频监视系统是一个具有特殊应用和QoS要求的IP网络。考虑到网络安全、网络带宽资源等问题，结合安徽省通信网络现状，系统的建设利用已建的安徽省防汛抗旱通信骨干网多业务交换机设备对电路带宽按需分配的特性，省市两级的组网方案采用虚拟路由方式。计算机广域网与远程视频监控业务网通过多业务交换机虚拟成两个路由，构成两个紧密相连又相对独立的网络。

    各监视点的视频信号通过多业务交换机以太网口接入省防汛抗旱通信骨干网，通过Diffserv与QoS参数之间的映射，将不同级别的IP数据包映射到具有不同QoS要求的PVC或SVC上，从而实现将QoS从LAN到WAN的映射，为视频监控系统提供了端到端的QoS保障。

    这种组网方案实施的优点为：一是可以利用多业务交换机优先级设定，有效保证远程监视业务所需要的带宽，从而使图像质量得到保证，这种方法相对于IP路由方式的QoS等方式有更大的优越性；二是将局域网与远程视频监视业务网隔离开来，最大限度地避免视频服务器受本地局域网计算机病毒的影响，或通过局域网感染其它节点的网络监控设备。

   （四）通信方式

    编码器和服务器之间采用UDP通信模式。这种模式有利于减小传输网络上的负载，保障视频图像的连续性、服务器和服务器、客户端和服务器之间建立两个连接，分别是控制信号和数据信号的连接，这两个连接都是采用TCP方式，以保障两种信号传输的可靠性。

    系统实现的功能及应用

    目前，全省已先后建设了颍河阜阳闸、淮河蚌埠闸、茨怀新河上桥闸、荆山湖进洪闸、合肥董铺水库、黄山新安江大桥、安庆长江水位站、芜湖长江水位站、铜陵横港水位站等的远程视频监视系统。已建设的安徽省水利远程视频监视系统具有以下功能。

    ●实现了高清晰度图像信息在网上共享的要求。

    ●提供客户端软件和基于电子地图的WEB查询功能，使计算机网络上被授权用户可通过浏览器点击查看前端监控点的视频监视图像，并可对云台进行控制。

    ●实现监控中心对前端编码器和市级服务器进行集中控制管理。

    ●具备自动轮巡、监视所有联网前端编码器功能。

    已建成的安徽水利远程视频监控系统为防汛抗旱工作和重要防洪工程的综合运用提供了可靠的保障。经过近两年运行考验发现，系统稳定可靠、操作管理方便、图像清晰，完全达到设计标准。下一步将继续在全省重要的水利防洪工程点建设视频监视点。

    系统特征

    （一）充分利用已建的安徽省防汛抗旱综合通信网多业务交换机设备对电路带宽按需分配的特性，保证了视频图像在通信骨干网中的传输带宽。

    （二）通过多业务交换机提供的虚拟路由器技术，远程视频监视业务和计算机数据业务在同一个多业务网络平台上并存，既相对独立，又可以实现互联互通。

  （三）采用MPEG-4图像编码标准的网络硬件编码器，保证了高质量的动态图像。

    （四）通过分组方式来观看多路视频图像，解决一次性观察多路视频数量受限制的问题，并可自动地在不同分组间切换。

    （五）系统能实现分级、分层管理，维护管理容易、便捷。

    信令协议

    现有的视频监视系统大都各自为政，没有遵照一定的标准，也没有采用某种协议来支持互通。视频监视尚没有一个统一的协议标准，可以借用的协议最主要的是广泛用于VoIP的H.323体系与SIP。鉴于以上这种情况，为支持全省视频监视系统的互联互通，统一设备选型和协议标准是非常重要的，否则将造成信息资源的浪费，也为系统的运行管理带来困难。

    远程视频监视系统的建设，进一步提高了安徽省防汛抗旱工作和重要水利防洪工程的现代化管理水平，促进了安徽水利信息化的发展。随着图像处理、计算机通信、传输等技术的飞速发展，远程视频监视必将会在更多领域得到应用。（作者单位：安徽省防汛抗旱指挥部办公室）