三峡船闸人字门门缝错位视频图像监控方案设计
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作者:胡航 黄小亮 高术 刘祖伟
摘 要：本文主要介绍了三峡船闸人字闸门门缝错位的视频图像监控方案设计，经设备调试后投入试用，经检验，该设计方案符合要求，未带来安全隐患。
关键词：人字闸门;视频图像;门缝错位
中图分类号：TN948.6 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2019）09-0052-02
三峡船闸人字门门缝错位监控时段主要集中在人字门关门行程后期直至相邻闸首输水初期。这个阶段，船闸运行人员要能通过监控画面实时监控到人字门的运行情况：人字门导轮、导卡是否能正常进入对中状态、人字门门缝和错位情况。
视频图像采集监控的对象是人字门对中区域，这对视频信号采集的要求十分严格。一旦采集视角发生变化，观测到的门缝错位就会有较大误差，甚至无法观测。
1监控方案设计需求分析
（1）三峡船闸的保密需求和可靠性要求高，对于视频信号采集传输方式有一定的局限性。
（2）三峽船闸人字门门缝错位监控需要对全线六个闸首进行集中监控，视频信号直线传输距离最长大约1300米，要保证视频信号的稳定性。
（3）三峡船闸运行环境可能面临大风大雾雨雪天，湿度较大，要注意室外设备的选型。
（4）三峡船闸24小时运行的特点，存在夜间视频采集的情况，所以对监控设备的夜视能力有一定的要求。
（5）要保证视频信号的采集角度准确合适、监控人员能根据监控画面对人字门状态如实掌控。
（6）目前三峡船闸已有的监控系统采用有线传输的方式，并且有一定的余量，可以纳入参考及运用。
（7）整个监控系统设计要因地制宜，充分考虑三峡船闸现场布置情况、验证项目实施的可行性。
2监控方案设计原则
（1）安全可靠性。保证人字门门缝、错位可靠监控，整个监控系统可靠。监控画面高质量、稳定，监控角度准确。符合国家安全规定，整个监控系统各个链路符合三峡船闸的保密安全要求。
（2）适用便捷性。确保用户调用监控画面方便、满足用户的监控需求。要有好的用户体验。整个监控系统设计必须考虑三峡船闸后期的实施和维护是否便捷，要考虑人力物力成本。
（3）实施可行性。要因地制宜，充分考虑三峡船闸现场布置情况、验证项目实施的可行性。
3监控技术方案设计
目前市面上常见的视频图像监控系统有以下几种技术方案：
3.1方案一：传统模拟闭路电视监控系统（CCTV）
传统模拟闭路电视监控系统主要由摄像设备、视频分配器、矩阵主机、录像机等组成，利用视频传输线将来自摄像设备的视频信号连接到视频分配器上，利用视频矩阵主机，采用键盘进行切换和控制，录像采用使用硬盘录像机。
模拟CCTV的特点：①传输通道为视频线，敷设费用过于昂贵;②用模拟方式传输，数据一般不能太远，只适用小范围监控;③系统结构复杂，操作烦琐。
3.2方案二：光纤视频监控系统
光纤视频监控系统主要由摄像设备、光端机、矩阵主机、录像机等组成。主要以光纤作为传输媒介，具有传输距离远、信号质量高的优点，能克服机房分散的问题和恶劣环境下的电磁场干扰问题。
光纤视频监控系统的特点：①可以实现超远距离传输; ②有非常好的抗电磁干扰能力; ③设备集中于监控中心机房，网络精简，运营维护成本相对低;④光缆敷设费用过于昂贵，新增光端机等设备成本较高。
3.3方案三：无线监控系统
无线监控和有线监控相比较，主要区别是传输媒介，有线监控系统的主要传输媒介是电缆、双绞线、光纤，而无线监控系统采用微波段的电磁波作为传输媒介。[1]网络摄像机可以先连接无线中继，无线AP接收再通过网线连接到机房的网络交换机。在布线不便捷或无法布线的情况下，可以利用无线AP和无线中继进行网络桥接，组成无线局域网连接到机房。
无线监控系统的特点：①免布线，安装方便、灵活性强，不用破坏原有布置，安装简单。②工期短，适合大范围、远距离监控。③易扩展，增加变更监控位置更容易。④不适宜地形复杂的远距离传输，阻挡物多了信号稳定性会降低。⑤网络安全可靠性低，容易被入侵。
3.4方案选择
（1）方案一，传统的模拟闭路电视监控系统中仅利用模拟信号传输，传输距离一旦过长，信号衰减将十分严重，满足不了安全可靠性的原则。
（2）方案二，光纤视频监控系统是采用光信号进行远距离视频信号、控制信号传输并结合模拟信号近距离传输的方式。整个监控系统的实施工程量大、造价高，但是信号的安全可靠性能得到保障。考虑到三峡船闸原有的视频监控系统采用的就是此种方案，并且主要设备均有新增监控设备的余量，所以此方案的成本和施工量就降低了许多，可行性高。
（3）方案三，无线监控系统中，主要利用无线中继进行信号传输，一个无线中继的传输距离大约为500m左右，而且遇到复杂地形有障碍物阻挡信号还会减弱。采用多个无线中继转接能实现远距离传输，但是信号的稳定可靠性仍不能确保。此外，无线传输的网络安全性远低于有限传输，容易被入侵。考虑到三峡船闸的复杂地形、对视频信号稳定性的高要求以及国家安全保密等级，所以即使无线监控方案施工便捷、新增监控点简单，仍不考虑无线监控的方案。
（4）基于监控方案设计原则，结合三峡船闸现有的光纤集中传输方式监控系统设备，拟定采纳方案二的设计思路。后续结合方案二进行分析。
4关键设备选型与选址
光纤视频监控系统主要由：前端设备、传输设备和后端设备三大部分构成。按照功能也可分为现场摄像设备、视频信息和控制信息传输设备和控制中心设备部分。[2] 4.1前端设备选址
（1）各闸首人字门上合拢信号附近。优缺点：布置在该处，角度、监控距离、监控范围都是最佳的;此外，大风天气时，三峡船闸属于隘口，人字门关闭合拢处会承受的较大风力，摄像设备设置的角度比较容易受风力影响改变监控角度。
（2）各闸首公路桥上游中间点。优缺点：安装在公桥上固定可靠、后期检查维护方便。此前有安装点可以参考布线路径，综合施工难度相对小;监控角度不太合適;安装在固定可靠的设施上，受风力的影响相对小。远离了设备运行区域、减少了安全风险。
（3）北侧（南侧）机房顶上。优缺点：安装在可靠的固定设施上，远离了设备运行区域;选好合适的安装点后对于人字门门缝和错位都能有效监控;监控距离远，对摄像设备的技术参数要求高;此前该点没有安装点加上在机房顶部，施工维护不便难度大。
（4）综合考虑：监控角度易改变可以通过后期软件设置固定复位角度来解决;恶劣天气的影响可以通过选择防风防雾性能好的摄像设备予以改善。为了保证好的监控效果，综合施工难度考虑，摄像点最好安装在人字门对中监控范围的上方即合拢信号附近。
4.2摄像设备的选型
根据三峡船闸现场的情况、监控需求和设计方案的参数要求，摄像设备的选型要求如下：类型为枪机、球机、子弹型等均可，图像传感器为1/3英寸 CCD/CMOS，图像制式 PAL制式，最低照度为0.01Lux以下星光级，模拟接口，BNC 接头，工作环境和防护要求：温度-40～70℃、湿度<95% 对防水要求高、IP66工业级，产品尺寸≦4寸，重量≦4kg。
5 结论
本文所述三峡船闸人字门门缝错位视频图像监控设计方案，经设备调试后投入试用：
（1）整个监控方案设计符合三峡船闸的监控系统安全保密要求。
（2）该处的视频图像画面满足人字闸门门缝、错位的监控需求。
（3）该处的视频图像画面实时传输至集控室监控客户端，可实现远程监控。
（4）该方案设计中增装的设备不影响船闸的正常运行，也未带来其他安全隐患。
参考文献：
[1] 李玉柱. 无线视频监控系统的研究与应用[D]，河北：河北科技大学，2014
[2] 齐俊麟，胡斌等. 三峡船闸职工培训教材[M/CD]， 2002-06-06.
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