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水利监控解决方案

一、现状及要求
  综观国内国民的经济高速发展,而在国民经济中水利工程所起的作用越来越大,因此直接影响国民经济发展的一个重要方面是防汛问题。防汛大坝集中监控系统,真正体现防汛的现代化管理,智能化操作。预警防汛大坝水位情况,为领导决策和减少洪水带来损失争取了宝贵的时间,有效保障人民生命财产的安全。

  以某水利工程为例 :

  某水利共有 5 个大坝需要远程监控,每个大坝设 4-8 个监控点,整个系统共有 36 路图像需要上传监控中心,要求如下 :

1. 视频监控点之间采用光纤联接 ;

2. 拓扑结构形成自愈环方式 ;

3. 所有摄像机可反向控制 ;

4. 为其它数据提供透明数据接口 ;

  二、设计原则

  视频压缩采用国际通用的压缩标准 :MPEG-4;

  图像帧数 :PAL 制信号 25 帧 / 秒

NTSC 制信号 30 帧 / 秒

  光传输系统支持双纤自愈环保护,支持光分支功能 ;

  光传输系统支持视频信号反向传输 ;

  系统具有可扩展性,适应用户扩容时不再占用光纤的需求 ;

  光接口发送功率不小于 -10dBm, 接受 灵敏度 优于 -32dBm 。

  三、系统总体结构

系统专为大容量,多节点的视频、音频、数据传输而设计 ; 系统集成了最新的视频压缩技术、数字通信技术、光通信技术和计算机技术。

系统内置光纤传输系统,视频压缩板采用标准的图像压缩算法对模拟图像压缩编码,数字化,复接到高速信道,通过电 / 光转换,信号发送到光纤通道 ; 视频解压缩板接收数字复用信号、解码,输出模拟图像,图像质量达到广播级效果。

系统摒弃了传统视频光端机点对点 的传输模式,采用光纤通信系统中数字中继的技术,信号可在任何一点上下,非常灵活。通过时隙配置可以实现图像的全网交*,使用极为方便。

  采用模块化的结构 ------ 包含机箱、光传输板、业务板 ( 视频压缩板、视频解压缩板、数据板、 E1 版、以太网网桥、以太网接口板 ) 等模块。每个监控点可根据需要及数量选择相关的模块,一般在监控点配置一台设备,需要机箱一个、光传输板一块、业务板若干。在监控中心需机箱一个、光传输板一块、业务板若干。

  在系统传输过程中,系统平滑兼容,使成为系统的光分支,通过光分支直接把图像传输到监控总中心,并且与分中心同时观看图像,互不干扰。

系统支持通过以太网与上级监控联网。在中心端设备上插入一块 10/100M 以太网接口板,用于上传视频信号,并且与本地信号互不干扰。上级监控中心可以通过计算机上的解压软件观看图像。

系统可实现网管功能,可监测传输设备状态并配置网络硬件 。由于点对点光端机的拓扑结构限制,传统的点对点光端机无法实现对全局设备的统一管理,当设备出现问题时,只能够凭经验查找问题 ; 而系统可以通过的网管软件及时准确判断设备故障原因,极大的节省了人力资源。特别是当系统呈环状拓扑结构时,任何一处的设备或者光纤出现故障时,不影响系统的正常运转。

3.1系统特点

  综上所述,系统具有以下特点 :

  ·大容量传输特性 ------ 一根光纤上最多可传输多达 120 路视音频信号 ;

  ·高品质的图像质量 ----- 高清晰度,无马赛克现象 ;

  ·传输距离长 ----- 单系统最远可达 1800 公里 ;

  ·多种组网方式 ----- 即可形成强大的环网保护,又可以形成多节点链网 ;

  ·方便的扩容能力 ------ 插卡式结构,配置灵活 ;

  ·系统可扩展性强 ------ 增加监控大坝数目,可就近接入原有系统统一管理。

  ·节省光纤资源 ------ 相较于传统的点对点设备,系统占用的拓扑路径最短 ;

  ·具备多种压缩方式 ------M-JEPG , MPEG-2;

  ·强大的后台管理软件 ------ 故障自我诊断, 数字图像处理 。

四、系统框图和功能描述

  根据实际要求,我们提供如下方案 :

 每个大坝设 4-8 个视频监控点组成一个小系统,设 4-8 台摄像机、云台、解码器和一台  数字视频编码其一台 ;( 前 4 个大坝设 8 个监控点,最后一个大坝设 4 个监控点)


其中设备内需要视频压缩板 2-4 块、 155 光接口板一块。每块视频压缩板通过视频压缩扩展模块扩展,可压缩编码 2 路视频信号。前端采集点框图如下图 : 注 : 由图可知,每个小系统由 4-8 个视频监控点组成,这 4-8 个视频监控点的图像通过摄像机采集,

  用同轴电缆连接到设备上。中图像压缩板对图像进行压缩编码后与数据、语音一块复接到光纤上传监控中心。同时通过可的反向数据借口,接受监控中心对前端采集点云台、镜头等的控制。

  前端采集点主要功能 : 图像采集并数字化传输 ;

  对云台、镜头等的本地控制 ;

  接收监控中心对云台镜头等的远端控制。

   环城 2 个或 3 个大坝采集点组成一个  系统,整个系统共两个  系统,每个  系统传输均采用双纤自愈环网。系统框图如下图所示,


注 :5 个前端采集点的设备,共同完成对前端采集点 36 路图像的编码 ; 复接到两芯光纤上传输到监控中心 ; 监控中心设备完成对整个系统 36 路图像的解码。

  整个系统只需要两芯光纤,即可将前端 5 个采集点的 36 路图像、数据和语音复接上传到监控中心。大大节约了光缆资源。

  监控中心设  数字视频解码器 2 台、矩阵 1 台、监视器、画面分割器、录像机、计算机等若干,数字视频解码器完成对通过光纤上传的数字视频信号分离解码,还原成模拟信号在监视器上监视。矩阵完成对图像的切换,对云台、镜头等的远端控制。录像机完成对图像的录像,整个系统可实现联动告警。

  监控中心主要功能 : 完成对远端图像的解码显示 ;

  完成对远端云台、镜头的控制 ;

  完成对前端采集点图像的实时监视 ;

  实现整个系统的联动告警。

  完成对整个系统 36 路图像的切换。

  在系统传输过程中,  系统平滑兼容  ,使  成为  系统的光分支,通过光分支直接把图像传输到监控总中心或分控中心,不需要再次压缩解压缩。并且可同时观看图像,互不干扰。

五、技术指标

5 、 1 设备使用条件

  ·环境温度 :0℃ ~ + 40℃

  ·存贮温度 :-20℃ ~ + 60℃

  ·相对湿度 : 小于 93% ( 不结露 )

5 、 2 模拟视频接口指标

  ·信号制式 :PAL 制全电视信号

  ·信号输出电平 :1Vp-p

  ·信号输出接口 :BNC

  ·信号输出阻抗 :75Ω

5 、 3 光接口参数

  ·发送波长 : 1310nm/1550nm

  ·光纤接头 :FC / PC

  ·发送功率 :-8 ~ -15dBm(1310nm)

0 ~ -5 dBm (1550nm)

  ·接收灵敏度 : 优于 -32dBm

5 、 4 共享式高速数据接口参数

  ·数据接入速率 :≤64Kbps

  ·数据接口方式 : 异步 RS485/422/232

  ·接头方式 :RJ45

5 、 5 音频话路接口参数

  ·有效传输频带 :300Hz ~ 3400 Hz

  ·音频脉冲编码调制特性 : 符合 GB7610 要求

  ·音频口 :RCA ,标称阻抗 600Ω

5 、 6 视频主要性能

  ·编码速率 :10Mbps

  ·编码标准 :MPEG-4

  ·帧频 :PAL-25 帧 / 秒, NTSC-30 帧 / 秒

  ·图象分辨率 :720×576

  ·信噪比 :>56dB

 

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