城市排水远程无线监控监测指挥调度系统 一、概述 近几年来，随着中国城市化速度的极度加快，城市政治、经济、文化快速发展，城市的 排水系统相对滞后，因城市积水导致事故频发、交通阻断，对城市人口的生活受到很大影响， 苦不堪言；特别是近两年内，包括北京在内的全国各大城市都相继出现了大范围的内涝， “城 市内涝”问题引起了多方的广泛关注。这就对城市环境卫生、城市排污治理等管理提出了新 的要求。如果能够采用远程视频监控系统实时掌握各个排水泵站的动态和各大排水设施的运 作状况，在发生内涝后采用车载无线移动应急视频指挥系统及时动态传输各重点场所的积水 状况，采用先进的科学技术建设一套智能的、基于网络的、数字的、安全的综合管理系统， 以提高城市环境保护管理工作效率，加强城市排污治理，保证人民群众的生命财产安全，提 高人民生活水平和城市安全，提升人民满意度和城市形象，及时排除险情、保障城市的有序 运作，对城市环保部门和防汛部门来说具有重大意义。 出于以上思路，才茂科技作为国内领先的远程监控和无线移动监控研发企业，着手研发 一套基于 3G 和远程网络、遥感遥测、物联网等各种先进技术于一体的，功能强大，先进可 靠的城市排水远程无线监控监测指挥调度系统。将远程的音视频信息、水位信息、降雨量信 息、排水泵运作状态信息等通过 3G 无线网络上传到指挥中心的流媒体转发服务器和混合处 理服务器，在指挥中心可以通过客户端软件直接监控排水现场的实时视频和各种重要数据， 根据需要，在远程调节摄像机的视角，旋转摄像机云台，通过控制摄像机的焦距拉近距离监 控细节或推远焦距监控个排水口的全局，和前线值守人员进行双向语音对讲，可以远程开启 或关闭排水泵闸。在指挥中心，可以把现场的视频画面和各种水情信息投影到大屏幕拼接墙 供决策层集体观看，进行风险评估，在监控中心配备磁盘阵列网络存储系统，对于每次降水 期间的现场视频进行全程存储，便于日后的随时检索、回放和查阅。如果出现安全事故，可 以调阅历史视频档案，分析事故原因，总结经验，吸取教训等。除了在指挥中心集中监控以 为，各有关领导还可以通过局域网在办公室随机进行远程视频监控。领导们还可以通过手机 或平板电脑在任何地方随时随地监控现场视频。考虑到经常有夜间出现暴雨造成积水的情 况，如果采用传统的红外摄像机，夜间监控效果会非常差，根本无法看清积水状况，我们在 一体化 3G 摄像机里采用了激光成像和热成像技术，完全满足夜间监控积水的需求。 除了固定点的监控，我们建议在汛期采用“人巡”和“车巡”相结合的方式，当有暴雨 来临或发生内涝时，应急抢险巡逻指挥车可以通过车载移动 3G 音视频系统将前端的现况和 自身的行驶轨迹实时传输回监控指挥中心，在指挥中心的大屏幕上可以全方位、多画面掌握 全市的排水状况，实时监控局地的降水量、水位、排水状况视频等等。 二、系统架构和总体思想 2.1 系统拓扑结构图 2.2 设备物理结构图 2.3 所要实现的功能目标 前端摄像机采集的视频信息经过模数转换（AD 转换）和编码压缩后，通过 3G 无线网络， 将信号上传到指挥中心的流媒体转发服务器，对于重点部位，安装无线雨量计和无线水位计， 采用才茂科技的 3G 视频+RTU 一体化嵌入式终端设备同步传输到指挥中心。在监控中心， 可以通过客户端软件直接监控作业现场的实时视频，根据需要，在远程调节摄像机的视角， 旋转摄像机云台，通过控制摄像机的焦距拉近距离监控细节或推远焦距监控全局，和前线值 守人员进行双向语音对讲，可以把现场的视频画面投影到大屏幕拼接墙供决策层集体观看， 进行风险评估，在监控中心配备了磁盘阵列网络存储系统，对于每次作业的现场视频进行全 程存储，便于日后的随时检索、回放和查阅，如果出现安全事故，可以调阅历史视频档案， 分析事故原因，总结经验，吸取教训等。除了在指挥中心集中监控以为，各有关领导还可以 通过局域网在办公室随机进行远程视频监控。领导们还可以通过手机或平板电脑在任何地方 随时随地监控现场视频。考虑到经常有夜间出现暴雨造成积水的情况，如果采用传统的红外 摄像机，夜间监控效果会非常差，根本无法看清积水状况，我们在一体化 3G 摄像机里采用 了激光成像和热成像技术，完全满足夜间监控积水的需求。 2.4 关键技术 在本系统中，集成了众多的先进技术，诸如：A/D 转换技术、音视频压缩编码技术、无线通 信优化技术、多通道集群捆绑技术、多线程处理技术、无线图像传输技术、GPS 定位技术、 音视频存储技术、传感器技术、热成像技术、物联网技术、信道动态调整技术、可靠的网络 传输纠错技术、网络编码自适应技术、分级接收技术、流媒体转发技术、数字模糊算法模型 技术等等。 2.5 产品选型 对于前端设备，我们推荐采用才茂科技专利技术的三种不同的类型设备，一种为临时搭建型 三脚架式 3G 远程热成像监控仪，一种固定点 3G 远程激光监控仪，一种车载移动 3G 摄像 机。 从室外应用环境角度考虑，因为都是在汛期使用，全部设备都采用防水等级高于 IP66 的工 业设计；从临时部署，随机使用的角度考虑，我们设计了无需接线、无需设置、即插即用的 嵌入式系统，携带方便、安装快捷、拆卸灵活、随机移动；才茂科技的设备均有高度的集成 度，没有任何接线，全部一体化设计，个部件之间采用防水航空接头，设备的安装、使用也 非常便捷，无需接线，不用设置，即插即用，部署灵活。车载移动指挥系统采用了真空吸盘 结构，不需破坏车辆结构、不需任何改装，在需要的时候直接吸附于车顶，采用点烟器供电， 非常方便灵活。 2.6 自动监测雨量站 2.6.1 设备组成 自动监测雨量站以遥测终端为核心，配置翻斗式雨量传感器、通信终端、电源系统以及避雷 系统，实现雨情信息的自动采集和自动传输。自动监测雨量站采用太阳能浮充蓄电池和交流 电源两种方式互为补充供电。自动雨量监测站设备组成结构如图 5-3。 2.6.2 系统功能 （1）可定时或实时自动采集雨量参数，采样间隔可设定； （2）能按定时或事件自报方式通过主备式信道发送数据，当第一发送信道不通时，自动切 换到第二信道发送（亦可采用单信道）； （3）具有现地或远地编程能力，可设置参数，改变路径，读取数据； （4） 可响应召测，接收来自测控中心的召测指令，根据指令要求将当前值、或将过去的记 录值、或将所有存贮的数据通过指定的信道或指定的路径发送； （5） 具有工况报告功能 （6） 具备存储功能，其存储容量应满足能连续记录 1 年的资料 （7） 大屏幕拼接电视墙 2.7 大屏幕投影显示系统作为当今最现代的视讯工具之一，已经被广泛地应用于我国国民经 济生产的各个领域。众多领域的调度中心、监控中心、演示大厅、会议室，都需要对现有工 作情况以图文形式作出快速反应，要求数据实时、准确的多元化模式至臻显示，并将这些来 源各异的数据通过有效的调配和整合，形成一套功能强大、易于使用、有效的管理指挥中心 系统。 2.7.1 系统特点: 1）系统稳定、操纵灵活 系统应采用先进的技术和系统结构，确保系统的可靠性与安全性，不能对其他子系统造成安 全影响和环境影响。采用统一的控制管理系统，可以灵活操作。 2）图像显示实时、稳定 图像显示效果清晰，屏幕亮度高显示均匀，色彩还原真实，图像失真小，显示稳定性高，使 用寿命长，能满足 7×24 小时长期连续显示的要求。 3）高分辨率图像显示 整个显示系统能提供 5120*1536 的高分辨率统一显示平台，能够显示 5120*1536 的高分辨率 图像。 4）完美拼接工艺 大屏幕组合拼接墙采用无缝拼接技术，物理缝隙小于 0.5mm，并已完全包含屏幕的热胀冷 缩导致的伸展空间，屏与屏之间的拼缝横平竖直，拼接后的整屏无凸凹现象，确保大屏幕图 像的精确显示和完美效果。 5）显示形式多样化、兼容性强 能够显示 PAL/NTSC/SECAM/1080p/1080i/720p 等全制式视频信号，能够显示 Windows、 UNIX、Linux 等主流操作系统的计算机图像信号，通过网络途径，可以实现网络信号显示、 高分辨率应用画面和视频图像的显示。 6）显示及管理方便 支持多屏图像拼接，画面可整屏显示，也可分屏显示，用户可灵活开启窗口，定义尺寸，画 面能够自由缩放、移动、漫游，不受物理拼缝的限制。整个显示系统可作为统一平台进行管 理，如在全屏任意位置调用任意信号显示等。同时，各功能区可独立管理，如对所在区域进 行开关机、在该区域内调用显示信号等。 7）扩展能力强大 整个显示系统对输入信号数量留有一定的余地，日后能够扩展信号接入能力。提供冗余配置， 模块设计，具备扩展能力；同时软件提供二次开发接口，方便和其他系统进行整合。 2.7.2 系统构成： 针对用户的需求及我们在大屏幕系统工程建设多年的丰富经验，在本设计方案中我们一方面 考虑设计方案的可行性，要完全满足或超过用户的需求，重要的是我们要考虑所选设备及系 统的技术是最先进、最成熟、最可靠的，并且具有良好的操作性和扩充能力，可以充分满足 用户大屏幕显示系统现在及将来发展的信息显示的需求，同时也重点考虑了系统的安全可靠 性。 通过对管理指挥中心大屏幕投影显示系统的显示要求进行仔细的分析和研究，才茂公司提出 了以 RGB 信号、视频信号及网络信号显示为主体的设计方案。本设计方案自始至终贯穿以 下的设计思路： 1) 基于美国 TI 公司公司最新的极致色彩™(Brilliant Color)为显示单元的核心技术，图 像处理系统也采用最新的图像处理系统，其增强的光学效率及升级版的图像处理功能，大大 增强了投影系统的光学效率，并实现了更宽的色域，大幅提升黑色场景的表现，有效抑制画 面闪烁，呈现出更加清新逼真的画面。同时图像处理系统实现水平和垂直 2D 梯形校正，提 供强大的图像处理功能，能够提供更加生动完美的动态画质。 2) 通过大屏幕显示系统专用管理控制系统 CS3000 实现对大屏幕的整体控制和管理，同时 提供各分区的控制和管理。 3) 考虑到显示系统的重要性和安全性，显示单元提供各种 RGB、视频信号接口，可直接接 入各种视频、RGB 信号，作为系统冗余显示； 4) 采用升级后的 DVS 系列在结构上也进行了优化设计，采用新材料新工艺，使系统拼接精 致、牢固，减少了失真使图像更逼真，成功设计了投影单元防尘装置和散热通道，从而提高 系统可靠性和安全性，在不理想的环境下仍然能够安全保障 7X24 小时长时间工作。 5) RGB 信号可通过 RGB 矩阵进行切换，接入 NPP2000 网络多屏处理器和显示单元中的信 号输入接口。 6) 视频信号，如摄像机，DVD 等信号，可通过视频矩阵进行切换，接入 NPP2000 网络多 屏处理器和显示单元中的信号输入接口。