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1、水利行业系统解决方案水利行业系统解决方案 水利视频监控系统水利视频监控系统 杭州海康威视系统技术有限公司 杭州海康威视系统技术有限公司第 1 页 目 录 第 1 章 背景与需求.1 1.1 行业背景.1 1.2 现状分析.1 1.3 需求分析.2 第 2 章 设计思路.3 2.1 设计原则.3 2.2 设计标准.4 2.3 设计目标.5 第 3 章 系统总体设计.6 3.1 设计思路.6 3.2 系统架构.6 3.3 系统功能.7 3.4 系统特点.9 3.4.1 采用高清监控技术.9 3.4.2 采用智能分析技术.10 第 4 章 前端系统设计.12 4.1 前端概述.12 4.2 视频监控
2、系统.12 4.2.1 前端摄像机.13 4.2.2 前端视频处理单元.17 4.2.3 传输线缆.20 4.2.4 智能视频分析.22 4.3 音频系统.25 4.3.1 广播子系统.25 4.3.2 语音对讲子系统.26 杭州海康威视系统技术有限公司第 2 页 4.4 安全防范系统.26 4.4.1 埋地泄漏电缆.26 4.4.2 红外双鉴.28 4.5 火灾报警系统.29 4.6 门禁系统.29 第 5 章 监控中心设计.32 5.1 总体设计.32 5.2 硬件设备组成.32 5.2.1 服务器.33 5.2.2 客户端.34 5.2.3 存储设备.35 5.2.4 解码设备.36 5
3、.2.5 大屏显示系统.38 5.2.6 网络交换机.42 5.2.7 防火墙.43 第 6 章 传输网络设计.46 6.1 传输方式.46 6.1.1 有线传输.46 6.1.2 3G 无线传输.46 6.1.3 数字微波传输.48 6.2 VPN 虚拟专网.49 第 7 章 平台软件设计.51 7.1 平台总体架构.51 7.1.1 基础平台层.52 7.1.2 平台服务层.52 7.1.3 业务层.52 7.1.4 应用层.52 杭州海康威视系统技术有限公司第 3 页 7.2 平台关键技术.52 7.2.1 中间件技术.53 7.2.2 构架/构件技术.53 7.2.3 工作流技术.53
4、 7.2.4 XML 和 Web Services 技术.54 7.3 平台模块.54 7.4 平台功能.55 7.4.1 通用业务功能.55 7.4.2 基础管理功能.60 7.4.3 扩展业务功能.64 7.5 平台运行环境.66 7.5.1 硬件环境.66 7.5.2 软件环境.66 7.6 平台性能指标.67 杭州海康威视系统技术有限公司第 1 页 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
5、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
6、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
7、动化监测系统，难以确保在恶 杭州海康威视系统技术有限公司第 2 页 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
8、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
9、监的需要，最大程度地保护已有投 资。 杭州海康威视系统技术有限公司第 3 页 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
10、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。 扩展性扩展性 系统应充分考虑扩展性，采用标
11、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 杭州海康威视系统技术有限公司第 4 页 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
12、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
13、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/T 980-1998） 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） 杭州海康威视系统技术有限公司第 5 页 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）
14、信息技术开放系统互连网络层安全协议 （GB/T 17963） 计算机信息系统安全 （GA 216.11999） 计算机软件开发规范 （GB8566-88） 智能建筑设计标准 （GBT503142000） 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(GB 50348-2004) 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/T
15、16-92) 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；
16、杭州海康威视系统技术有限公司第 6 页 (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。 杭州海康威视系统技术有限公司第 7 页 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
17、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。 杭州海康威视系统技术有限公司第 8 页 前端监控站作为整个视频监控系统的
18、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
19、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 杭州海康威视系统技术有限公司第 9 页 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
20、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
21、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。 杭州海康威视系统技术有限公司第 10 页 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
22、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
23、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
24、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。 杭州海康威视系统技术有限公司第 11 页 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
25、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 杭州海康威视系统技术有限公司第 12 页 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
26、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
27、 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。 杭州海康威视系统技术有限公司第 13 页 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。 杭州海康威视系统技术有限公司第 14 页 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。