一.   系统概述

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。

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。

二.   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。

三.   设计原则和依据

1.方案的设计原则

       本方案遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护操作因素，并对以后的发展、扩建、改造、移动等因素留有扩充的余地。具有以下原则：

1、 先进性与适用性

       本系统采用纯数字信号传输方式，采用H.265/H.264编码技术结合4G无线调制技术，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求。同时系统是面向各种管理层次使用的系统，其功能的配置以能给用户提供舒适、安全、方便、快捷为准则，其操作应简便易学。

2、经济性与便捷性

       充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用功能和适合现场情况，采用有线＋无线的整合解决方案。前端设备无线传输安装调试方便快捷，后端平台搭建便捷，为用户实现了方便快捷的即插即用功能。

3、可靠性与安全性

       系统的设计应具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套完善的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。

4、开放性

       以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势，可与消防、周界防盗、聚光系统实现联动，具有RJ-45网络通讯口/RS232/RS485通讯接口，可实现远程控制。

5、可扩充性

       系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后该工程的实际要求扩展系统功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。

2.方案设计的依据

本方案依据如下标准：

《中华人民共和国公安部行业标准》          GA27-92

《安全防范工程费用概预算编制办法》        GA/T 70-94

《视频安防监控系统技术要求》              GA/T367-2001

《安全防范工程程序与要求》                GA/T75-94

《安全防范系统通用图形符号》              GA/T74-2000

《安全防范系统验收细则》                  GA 308-2001

《公安部安全技术防范工程标准》

四.方案设计

1.整体组网

       水利行业高清无线视频监控系统整体组网如图所示，前端视频采集系统分为车载监控、单兵监控和固定点监控。

车载监控子系统分为2种方式：

(1)  高清车载硬盘录像机+车顶高清SDI云台摄像机组成，车内配备三维摇杆、LCD显示屏和对讲手咪。

(2)  单独一个布控球完成视频采集和编码传输功能，车内人员配备蓝牙耳机和控制平板，全程无线化。

单兵子系统：手持式安卓智能单兵终端+外接微型摄像机

固定点监控系统：低功耗无线视频服务器+室外型云台球机/室外型枪机

       前端采集的音视频和定位信息通过运营商无线网络（包括3G/4G/wifi），回传至监控管理平台，平台再将数据转发到监控客户端上，实现实时观看、指挥。

       监控管理平台服务器系统部署在系统控制中心，通过内网与监控调度中心相连。前端采集的音视频数据经过服务器平台通过内网转发到监控调度中心，并在监控中心解码上墙显示。其他监控室以互联网形式与服务器平台相连，实现视频实时共享。

       对于外网的用户，经过认证授权，也可以通过运营商VPN网络接入到大系统中，并可以调取相应的视频，便于管理人员和领导随时随地观看现场实时情况。

2.车载监控子系统

       车载类监控子系统有两种组建方式：高清车载硬盘录像机和4G布控球，这两款前端设备都能采集720P/1080P视频，都适用于车载移动视频监控。

       水利执法人员驱车开展巡逻工作时，车载系统即开机进入工作状态；巡查工作过程中，定位功能始终处于工作状态；车上巡查人员可随时通过车外摄像设备进行巡查监控，通过变倍调节对特定目标进行观察，巡查监控视频可由车上巡查人员录制存储在车载系统中，巡查监控视频和车辆位置信息可由系统监控中心实时调取，必要时监控中心还可对车载云台摄像机进行拍摄角度、镜头变焦等控制；车上人员可与监控中心或监控室进行双向语音对讲。

2.1.高清车载

       前端组成包括车载一体化摄像机、半球模拟摄像机、无线高清车载硬盘录像机、对讲手咪、遮阳板显示屏等设备。

       高清车载硬盘录像机产品能够在实现4路模拟视频输入的同时，还能够实现1路1080P高清视频输入、存储、传输，通过本机可完成无线音视频服务、执法人员业务查询、移动办公、移动涉案信息音视频采集及存储、人员定位等多种功能。适用于巡查执法、交通管理、治安巡逻盘查、司法押运等众多场合。

       云台摄像机安装在车辆顶端，可以通过三维摇杆控制转动和镜头拉远拉近；车载硬盘录像机外接GPS天线，可以获取车辆的实时位置，同时支持北斗定位；LCD显示屏可以本地显示实时录像；车载手咪亦实现对讲功能。

2.2.布控球

        4G布控球是针对执法巡查车载监控研发的专业高集成度的专业产品，它配备高清一体化机芯，输出视频清晰自然，20倍光学变焦镜头，满足不同应用需求；独立红外照明灯组保证摄像机在全黑的环境下清晰拍摄60米之内的物体；机芯关键部位采用全铝机身设计，耐候性极强，轻松应对任何恶劣的使用环境；采用全新的传动系统，云台定位精度明显高于传统云台，同时具备较大的保持力矩，不会因为摄像机的震动而使云台发生偏移；新颖的真空磁力复合吸盘使摄像机能够牢固吸附在光滑的金属表面；配备便携包，便于携带；配备三脚架底盘，安装固定极其方便；设备配备蓝牙耳机，解放了线的约束；可使用平板、手机等通过WIFI直连观看视频、操作云台；此款摄像机所具备的这些特点使之成为各种应急移动视频监控的理想之选。

3.单兵监控子系统

       一线警务人员进行防汛抗旱工作时，将配备监控手持单兵设备，将前端采集的视频图片数据实时传到水利部门监控监管中心。

       同时，为了增加镜头的拍摄视角和拍摄的方便性，可外接F头针孔摄像头，方便取景。设备支持外接耳麦，实现与后台的实时对讲。

主要功能实现：

包括集群、消息和设置

消息

       消息功能实现集群用户之间的文字分享、视频呼叫、语音呼叫、视频监控等功能。打开主界面“消息”，可以查看所有用户，选择目标用户，点击相应功能。

  消息：实现文字、图片、标清、位置信息推送

  视频呼叫：实现群组内双向可视对讲

  语音呼叫：按住/松开PTT实现喊话/监听，实现群组内一对一双向音频对讲（注：耳机或蓝牙对讲无需PTT键）

  视频监控：实现视频实时监控

集群

       集群功能实现群组内语音呼叫。用户接入平台后，即可在默认群组内进行集群呼叫，群组内所有用户都可以接收到语音信息。打开主界面“集群”，进入集群界面，按住/松开PTT实现喊话/监听（注：耳机或蓝牙对讲无需PTT键）。

  禁音：禁止声音输入/输出

  讨论：群组内用户自由讨论

  会议：群组内，会议发起人可向组内任何成员说话，也可听到组内任何成员声音，成员之间无法听和说。

  集群切换：申请切换至其他群组，需密码验证

  集群创建：创建群组

  退出集群：退出当前群组，退至平台默认群组

4.固定点监控子系统

       对于偏远的、有线网络不能覆盖到的地方，我们采用无线的方式进行监控。利用3G/4G网络，通过4G低功耗无线视频服务器将视频和工业数据传回监控中心。

       低功耗无线视频服务器具有通用数据串口，可以采集水利水电日常工作数据，比如水位、水量、温度等，支持报警输入，及时将现场数据传送到后台管理中心。

5.网络传输系统

5.1.高清无线传输

       以3G网络为例，在高速移动的过程中传输速率可以到达500kbps以上，已经完全可以实现D1录像的传输。

       而 4G网络的速度是3G网络的10倍，下载速度最高达100M，上传速度为20~50M，完全可以传输高清720P/1080P视频；通过调整码流和帧率，更可以支持720P和1080P的录像传输。

       本方案中，无线传输采用4G无线传输模式，传输链路采用运营商的4G网络，能够满足单路或多路视频传输的需要，同时传输的视频能够更清晰、流畅。

5.2.整个网络传输部分

       无线传输网络包括3G/4G/wifi/卫星等实现数据的传送，实现对Internet的接入。无线设备将数据上传至3G/4G基站，接入到运营商专网，以反向登陆的方式，接入政府相关管理部门视频监控平台，平台再将音视频数据转发至水利部门人员等相关客户端上，整个网络传输示意图如下图：

6.服务器系统

6.1.管理平台组成

       服务器端由众多网络单元组成：每个网络单元完成不同的功能，有专门完成设备接入认证的服务器，有专门负责用户接入认证的服务器，有专门的视频流转发服务器，有专门提供手机视频观看的手机流转发服务器，等等；众多网络单元有机组成一个整体，这个整体就是系统管理平台，监控系统管理平台是整个监控系统的核心单元。

6.2.服务器类型

       服务器类型分3个核心部分：数据库和中心管理、平台存储、流分发服务。存储和流分发是可以分立安装多个，平台部署之前先确定，监控点规模，确定要不要平台存储，日常多少监控点在线存储，多少人日常在线观看。确定这些因素之后，才能确定平台服务器的最佳配置。

中心服务器，存储服务器，流分发服务器。（三者都是分别安装了不同网元的PC服务器）

(1)  中心管理服务器：安装了“中心服务器”软件的PC机。是整个系统的软件支持核心，负责系统的工作参数设置、动态IP地址解析、用户权限分配、录像计划制定，报警信息处理、联动等等工作。用户观看视频也是通过中心服务器统一获取。

(2)  存储服务器：安装了“存储服务器”软件的PC机。用来存储网络中传输过来的视频数据。存储路径、存储名称、录像文件时间长短，录像文件保存周期等等，都在存储服务起中完成。存储必须配合中心服务器一起工作。

(3)  流分发服务器：分发服务器是包含分发数据库并为所有类型的复制存储元数据和历史记录数据的服务器，同时还为事务复制存储事务。而对于繁忙的系统来说，为事务复制使用远程分发服务器可以提高性能。

五.系统功能

1.系统整体功能简介

       系统功能可划分为两大类：多媒体功能及管理功能。具体包含如下：

2.高清视频信息实时传输

       前端设备采集多清晰度视频信息（D1/720P/1080P），系统采用3G/4G无线网络传输，根据设备的不同可使用一张或者二张上网卡传输视频。更能够支持4G网络，在更大的带宽下可以传输720P和1080P高清视频。

       利用先进的H.264视频压缩技术以及3G/4G无线通信技术，更能够适应超低带宽下的视频传输，画面清晰流畅，杜绝马赛克。

3.客户端多画面监控

       前端采集的音视频经H.264方式压缩编码通过3G/4G无线网络传输至后台监控中心，用户除了通过电视墙观看之外，还可以通过电脑、手机等客户端登录中心平台对前端音视频进行实时浏览监控。

       电脑客户端支持单画面多画面显示，用户可选择任意一路或多路视频观看，视频窗口数量1、3、7、9、15直至60个可选。支持画面轮巡，可将监控现场在特定的时间间隔内按顺序轮流切换至电视墙，也可在一个图像框内轮换显示全部的摄像机画面，画面切换间隔时间可灵活设置，画面间隔时间可调节。

4.GPS/北斗系统相关功能

       水利应急执法车辆上安装的高清车载或4G高清布控球设备支持GPS/北斗定位。只要设备在线，就可以通过3G/4G无线网络实时的向后台传输车辆位置信息，根据平台自带的GIS地图功能（支持多种地图，系统中支持6种地图，GoogleMap、MapABC、BaiduMap这3种地图必须保证客户端等连接公网才可以使用；这三种类型地图；而MapInfo、ArcGIS、SuperMap3种地图需要自建地图服务器，用户可以根据自己使用习惯选择合适的地图）可以实现终端设备在电子地图上的实时定位，选择指定的车辆、人员可以进行轨迹跟踪，在行车路线上对执法车辆、人员做好监管，杜绝公车私用等不合规行为。如下图显示：

5.报警联动

       报警联动指的是一线执法突遇紧急情况，无法单独处理需要支援时，可以利用系统的联动功能，联系就近执法人员增员。具体报警可以分为以下几种报警方式：

5.1.车载报警

       本方案中指的是水利应急指挥车辆，发现有紧急事件发生，执法人员发现执法力量不足，在制止不法行为之前，向后台或者其他同系统人员进行报警联动，这主要是通过和无线应急指挥设备上集成的报警按钮实现。

5.2.单兵报警

       一般指的是执法人员在防汛抗旱现场工作过程中发现紧急情况，可以通过随身携带的单兵设备实现报警，向后台或系统人员请求支援，这主要通过单兵的SOS按钮实现。

5.3.报警联动动作类别

       报警实现的目标都是为了迅速实现紧急联动的需求，这里主要通过：报警录像，报警抓拍当前执法场景，录制当前应急指挥车辆位置信息，主窗口浏览，向特定人员手机发送报警信息，执法车顶云台摄像机前往预置位，启动巡航，自定义联动设置。

       这些联动设置可以预先在平台管理-联动管理中进行设置，可以针对特定设备甚至特定摄像头进行设置。

6.双向对讲

Ø  一线执法人员通过对讲手咪与中心平台和客户端用户进行双向对讲，及时进行信息沟通，便于汇报和指令的及时传达，也可方便联动动作执行；

Ø  前端可以发起呼叫和对讲，后台也可以和前端联系发起对讲；

Ø  系统支持创建多方通话即前方设备、平台用户都可加入多方通话，便于系统内多设备多用户的沟通，轻松组建临时会议，系统支持回声抵消，避免了串音现象；

Ø  支持降噪功能，能有效消除噪声，在车内环境嘈杂的时候，也可以实现双向语音的清晰流畅；

Ø  前端后台都可调节实时音量大小，满足不同环境对音质的需要；

Ø  支持音视频同步传输录制，方便后台对一线执法了解更多情况。

7.图片抓拍

       便携设备有抓拍按钮，前端执法人员可对重要执法画面进行图片抓拍，图片抓拍后保存到前端存储设备，同时上传到后台存储服务器；后台平台的管理人员可以在管理平台直接操作上线设备进行图片抓拍，图片保存在本地存储器，确保执法人员文明有序执法。

8.录像存储

       系统支持对视频、GPS信息及报警信息等录像存储，启动录像的方式有手动录像、报警录像、定时录像、计划录像等，存储空间大小根据实际需求，在系统设计时测算，存储位置有前端设备硬盘（或SD存储卡）存储、服务器平台存储、客户端本地存储三种可选。

9.工业数据采集

9.1.透明传输

       系统采用无线视频服务器，通过标准232/485数据串行接口将环境温湿度传感器、配电终端等探测终端设备采集的数据，通过无线网络透明传输到数据中心管理平台。其他的水利工业数据分析系统再与视频监控系统对接，前端数据便通过监控管理平台过渡到其他的水利数据分析平台。

9.2.解析显示

       若要将前端的工业数据显示到视频监控平台，到达图片或视频同步显示数据状态的效果，需要提供这些采集数据的协议，平台根据提供的SDK进行解析，以同步显示、报表统计等方式呈现出来。

10.安全管理

Ø  系统实行操作权限管理，按工作性质对每个用户赋予不同权限等级，系统登录、操作应进行权限查验；

Ø  系统所有重要操作,如登录、控制、布撤防、退出、报警确认等，均应有操作记录，系统可对操作记录进行查询和统计；

Ø  系统保存的所有重要数据，包括用户信息、报警信息、操作记录、日志等，不可人为删除和更改；

Ø  系统无线传输采用加密身份验证等安全技术，保证连接用户的可靠性及传输数据的安全和保密性，保证系统数据和信息不被窃取和破坏。

11.手机观看

       深方科技综合监控管理平台除了支持电视墙和电脑客户端观看，还可以支持手机移动终端客户端或PAD登陆，这主要是为了相关部门领导远程指挥部署执法工作的需要。

       针对用户手机类型的不同，我们同时提供两种解决方案：一种是手机流媒体观看，优点是使用方便，不需要用户额外安装手机软件，直接使用；通用性强，使用手机种类多，不需要对每款手机进行适配。第二种是针对不同操作系统的智能手机开发不同的客户端软件，目前系统手机功能主要支持视频观看、视频录制、图片抓拍与上传、云台控制、双向通话等，同时手机客户端支持横竖屏切换、支持D1/720P等视频格式浏览。

12.设备管理及系统维护

       系统具备前端设备管理功能，用户使用客户端登录平台侧，就可以了解前端设备的在线状况、设备参数等相关信息，对于被授予权限的用户可以对前端设备的参数进行修改、配置，使前端设备的各项运行参数符合实际应用需要，结合实时网络状况达到最好的使用效果，远程设备升级和系统自维护功能使整个系统的维护高效、快捷，省时省力。