三峡地下电站远程视频监控系统的设计与实现.pdf

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1、华中科技大学硕士学位论文三峡地下电站远程视频监控系统的设计与实现姓名：吴穹申请学位级别：硕士专业：空间信息科学与技术指导教师：周建中20070301 IIABSTRACT Television Networks Supervisory Control System is an important component in the technology system of safe precaution,it can monitor into the situation of the place to watch directly through remote control gamma cam

2、era and his auxiliary equipment(cloud platform,scene,etc.),very clearly;It can monitor into vision and voice of the place all or noting partly at the same time,facilitate treatment to some incidents in the future terms and important basis like this.At present,Television Networks Supervisory Control

3、System has been applied in many areas.With the characteristics of resistance of environment and human affection and 24 hours realtime work,Television Networks Supervisory Control System actions well in productions and lives.According to the management and supervisory requirement of the Three Gorges

4、project underground power house,combining the characteristic of the Television Networks Supervisory Control System,this thesis designed and marked out a set of Remote Television Networks Supervisory Control System of consummation,safety,advancement and practicality.This system adapted well to the re

5、quirement of the quality,safety and schedule of the construction locale,improved the supervisory level of the project,and means a lot to the construction of the Three Gorges project.This thesis introduced the environment specialty of the Three Gorges project,expatiated the applicability of the Telev

6、ision Networks Supervisory Control System to the construction of the Three Gorges project underground power house.Based on the above,it presented the blue print of The Three Gorges project underground power house Television Networks Supervisory Control System.And,it analysed the way and the feasibil

7、ity of the realization of the blue print.The problem of the rate of performance and price was solved through bringing forward idea of the combining method of using fiber in main line and branch line.This idea also ensured the reliable transmission of the video and control signal.In Chapter One,this

8、thesis introduces both the domestic and the overseas development,and the three parts of the Television Networks Supervisory Control System.There is also a simple description of the background of the thesis.In Chapter Two,there is a description and a design gist of the system,a signal transmission an

9、alysis,and a argument of the selection of equipments used in the system.In Chapter Three,there is a detailed description of the three main parts of the system.At last,it analyses and narrates the lightningproof design.In Chapter Four,it summarizes all above to point out strongpoints and shortcomings

10、 and gives us an application prospect.Keywords：The Television Networks Supervisory Control System,Fiber Communication,System Installation 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年 月 日 学

11、位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保 密，在 年解密后适用本授权书。本论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年 月 日 日期：年 月 日 11 绪论 随着 21 世纪的到来，人们对工业生产管理的要求也逐日高涨，在通信技术数字化发展的今天，“多媒体、数字化、全方位”是工业施工管理对视频监控系统的新

12、要求1，也是充分发挥监控系统的作用，实现“向科技要效益”的途径。视频监控系统为分布式网络结构，以闭路电视监控子系统为中心2，采用集中管理、分布控制、前端独立的集成方式，在网络环境和视频监控系统管理服务器图形化信息管理平台下，通过光纤传输、视频显示、视频录像和远程控制实现对系统的集成管理和监控操作。目前，视频监控系统已广泛应用于许多地方，如：银行，住宅小区，校园，餐厅，工业现场等。视频监控系统以其不受环境和人为因素影响，24 小时不间断的实时工作的特点正在国民生产生活，特别是大型工程中发挥着巨大作用。1.1 视频监控系统国内外发展概况及研究背景 1.1.1 视频监控系统国内外发展概况 视频监控技

13、术3（也叫电视监控技术、CCTV 等）来源于非广播电视技术。随着电视的产生，电视分为两种技术，一种是广播电视技术，它是录好的，经过编辑的（如电视台播放的电视剧），但并不反映实况，可以向大众广播。另一种是非广播电视技术，它与广播技术同步发展，发展到今天，不论广度、深度都不逊色于广播技术。非广播电视技术在计算机应用电视领域，以及整个电子学界中是非常重要的。非广播电视技术从二十世纪初发展到现在，在多次技术变革的冲击下，已经完全进入高科技领域。非广播电视领域（视频监控技术）分为 3 个阶段4：模拟阶段、数字与模拟阶相结合阶段及全数字阶段。（1）模拟闭路电视阶段：最初的闭路电视监控系统简单而规模庞大。整

14、个监控系统无中心控制设备，每一处监控都是一个摄象机对应一个电视来实现，有多少个被监控的地方，就有多少个摄象机和电视。如卓别林时代，在厂长办公室放很多真空管电视和真空管摄象机，一个摄象机对一个地方，有 100 个车间就需要有 100 个电视才能看到每个车间的图象。他的特点是：实时的，用于特定用途的，图象是不经修饰的，它最直接的反映系统本质，但这种技术既浪费也容易带来疲劳感。到 60 年代，随着微处理器的出现，电视监控 2可以实现切换摄象机图象并进一步控制云台，及控制云台定位跟踪，但因受单片机的限制，系统功能容量及运行速度有限，容易死机。（2）数字与模拟相结合阶段：由于微处理器、微机功能和性能的增

15、强和提高，以及多媒体技术的应用，系统控制设备在功能、性能、可靠性，结构方式等反面都发生了很大的变化，应用电视系统的构成更加方便灵活，与其他技术系统的接口趋于规范，人机交互界面更为友好。这个阶段电视监控主机可以实现以下功能：1、视频、音频矩阵切换 2、遥控：3、报警输入和联动；4、视频信息叠加。国内外有很多科研单位和厂商，在积极开发系统主机、代表性系统有：美国 AD、PELCO、VICON、ADEMCO、JAVELLIN、PHILIP、日本 PANASONIC 等。技术特点：模拟切换为主，配合计算机做多媒体控制台管理。国际国内水平：国际上主要保持发展典型的模拟矩阵主机系统，典型技术如模拟距阵切换

16、等都是成熟技术。国内也生产该系统，但在模拟信号的隔离度等指标有差距。在模拟系统向数字系统过度的带计算机图象处理的多媒体监控系统上，国内产品的起步早，我国最早的多媒体监视系统，比国外同类产品领先了两年，性能远远超过美国AD，JAVELLIN 等的多媒体监视系统，在国内推广较成功，影响也较大。电视监控技术发展到了这个阶段可以说以摄象技术为中心的经典的应用电视系统已经达到了很高的水平，摄象技术、传输技术、系统控制技术都取得了长足的进步，CCD 摄象器件和光纤通信技术的出现则是划时代的，它极大的改变了应用电视的面貌。但就应用电视而言，这些变化都不是革命性的，应用电视的经典模式和卓别林导演的美国电影“摩

17、登时代”中的监视系统没有本质的赶边：第一，应用电视系统中信息流的形态没有变，仍为模拟的视频信号。第二，系统的网络结构没有变，主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，介质专用是他的特点。第三，应用电视的工作方式没有变，主要是通过视频监视器来显示图象，以人的直接观察为提取图象有用信息的方法（信宿）。第四，系统控制设备主要是以前台管理为主（前端设备的控制和遥控、信号的分配和切换）在整个过程中对摄象机输出的视频信号基本上不做任何处理。所以说：经典应用电视系统是以摄象机（成象技术）为中心的。第五，对于重要的远程传输功能，现有技术仍然是模拟专线传输。综上所述，非广播应用电视系统正处于向数字系统过度

18、的就阶段，是数字模拟混合型应用电视系统。（3）全数字阶段：模拟视频设备现已发展到很高的水平，已没有潜力可挖，要满足更高的要求，数字化是必由之路。数字信号具有频谱效率高、抗干扰性强、失真小的特点，同时又是 3进行压缩处理和其它图像处理的前提。模拟监控系统是以模拟信号处理技术为主的，它存在一定的局限性，其表现如下:?模拟视频信号的传输距离十分敏感，当传输距离超过 1000 米时，信号容易产生畸变和衰减；?监控联网困难，只能以点对点的方式进行现场监控；?尽管采用长延时录像机，但仍需要大量的存储介质；?因采用点对点的监控方式，布线量大，费用高，无法利用现成的局域网系统；?尽管可以通过无线方式实现远程监

19、控，但成本一般比较高，可靠性也不很理想。数字闭路电视监控系统采用数字技术和计算机网络技术，比较好的克服了模拟系统的上述局限性，其优越性表现在:?由于采用数字信号处理技术，数字化视频信号和音频信号不易受到外部干扰，信号品质容易保障；?由于采用计算机局域网和广域网等联网技术，数字多媒体远程网络监控距离不受距离限制;?由于采用大容量磁盘阵列存储器或光盘存储器，可以节省大量的磁带存储介质，同时有利于系统实现多媒体信息查询；?数字化是世界公认的各领域发展的方向，采用数字多媒体远程网络监控符合数字化、网络化、智能化的技术发展趋势。综上所述，非广播应用电视系统正处于向数字系统过渡的阶段，但国际上现有的产品发

20、展计划并非实现数字化的捷径，是数字模拟混合型应用电视系统5。关键在于，虽然数字摄像机，数字多画面显示处理器等数字设备开始应用，但连接设备的输入/输出信号仍然是模拟信号，具有模拟信号在分辨率，速度方面的限制，急需向全数字系统过渡来解决上述问题。1.1.2 研究工作背景 三峡工程是目前世界上在建的、规模最大的水利水电工程。其设计、施工、管理和运行所涉及的理论与技术，代表了当今世界水电工程建设科学技术的最高水平，备受国际学术和工程界的关注。为确保三峡地下电站施工工程的顺利进行，葛洲坝三峡 4指挥部高瞻远瞩，拟通过最先进的信息和网络技术实现对施工现场的全方位监控，以提高工程施工质量和工程管理水平。相对

21、敞开式电站而言，地下电站是置水轮发电机组于山体内的隐蔽式电厂6。三峡地下电站位于大坝右岸的“白岩尖”山体内，设计厂房长 311.3 米、宽 32.6 米、高87.24 米。安装 6 台 70 万千瓦巨型水轮发电机组，相当于1.5 个葛洲坝水电站。工程投资概算约 70 亿元。建设三峡地下电站旨在“调峰”。2009 年，三峡工程全部建成后，每年汛期到来前必须将 175 米高程的库内蓄水降至 145 米。因此，每年 5 月至 10 月的汛期，白白泄走大量蓄水。地下电站将充分利用这些弃水，产出 37 亿度电量，使三峡工程水量利用系数超过 90。此外，若三峡左、右岸电站有机组需要检修，而发电所需的水量供

22、大于求时，地下电站也可以及时发挥作用。尾水洞6尾水洞5 尾水洞4尾水洞3尾水洞2 尾水洞1机柜动点机定点机机柜动点机机柜动点机机柜机柜机柜俯视图侧视图动点机机柜洞口 洞底 动点机动点机动点机定点机定点机定点机定点机定点机定点机 图 1-1 三峡地下电站尾水洞示意图 三峡地下电站的主要建筑物分为三大部分：引水系统、主厂房系统、尾水系统。其中，尾水系统由 6 个并行排列的尾水洞组成，其地理布局如图 1-1 所示。目前，尾水系统正在进行不同程度的开挖，放样，爆破，衬砌前期准备等施工。为确保尾水系统施工的顺利进行，并进行科学高效的施工管理，三峡工程指挥部提出了设计并安装一套地下电站尾水洞远程视频监控系

23、统的要求。该系统从地理上分为三个主要部分：5尾水洞现场、指挥中心和指挥部。其地理位置关系如图 1-2 所示。尾水洞现场指挥部指挥中心2km10km 图 1-2 监控系统地理位置图 1.1.3 工程应用中要解决的问题 为满足三峡工程指挥部对三峡地下电站尾水洞施工现场的管理与监控要求，在二期 150 项目部视频监控系统的基础上，结合三期施工、尤其是地下电站现场施工的特点，需要进一步对视频系统进行规划设计和组织施工，以适应整个三峡地下电站尾水洞施工现场的对质量、安全和进度等管理方面的迫切要求，提高工程管理水平。三峡地下电站远程视频监控系统的实施，是为了更进一步完善生产监控管理手段，加强实时调度、监督

24、功能，提高的生产质量和经济效益，达到现代化管理的国际水平。三峡地下电站远程视频监控系统要求分别在每个尾水洞内安装 3 台摄像机，其中包含一台动点摄像机。这些摄像机的图像能够传输到前方三峡工程指挥中心以及后方三峡工程指挥部，并能在指挥中心和指挥部对动点摄像机进行控制。指挥中心和指挥部有多个监控点，每个监控点各有一台红外分控用来控制前方摄像机和云台的动作，要求对这些分控点实行分级设置。6为达到最佳监控效果，要求传输到前方和后方的图像清晰，摄像机的控制灵敏。由于三峡工地施工的特点，监控系统需要 24 小时不间断工作，要求具备稳定的供电电源。三峡工地现场自然环境恶劣，这对视频系统的安全，牢固，防雷等诸

25、多方面都有非常严格的要求。1.2 视频监控技术 视频监控系统（又称 CCTV）是安防领域中的重要组成部分，是所有安全系统中最关键的子系统7。系统通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头、云台等），它能在人无法或不便直接观察的场合，角度，高度，范围等直接观察被监控对象的情况，同时可以把被监视场所的情况进行同步录象。由于能实时、真实地反映被监控对象的画面，视频监控系统已成为在现代化管理中监控的最为有效的观察工具。在控制中心，只要一个工作人员的操作，就能够观察多个被控区域，以及实现远距离区域的监控功能。根据国家有关技术规范8，系统应设置安防摄像机，电视监视器、录像机（或硬盘录像机）和画面处理器等，使用户能随

26、时调看任意一个画面，遥控操作任一台摄像机等。图 1-3 CCTV系统原理图 CCTV 系统的原理9：首先由安装于需要监控位置的摄像机镜头获得光学视频图像，通过摄像机内部的传感器和电路转化为视频电信号，经过视频电缆传输后，经发送光端机转化成光信号，通过光缆传输至另一端的接收光端机，然后还原成视频电信号，通过显示设备将视频电信号最终还原为视频图像。另外，控制信号的传输与视频信号类似，只不过它是在 485 数据信号和光信号之间转换，并且传输方向与视频信号相反，因此又称为反向数据。CCTV 原理如图 1-3 所示。视频监控系统主要由三大部分组成9：视频摄像系统（产生图像的摄像机或成像 7装置），视频传

27、输系统（图像的传输），视频控制和显示记录系统。1.2.1 视频摄像系统 CCTV 的前端视频摄像系统是直接完成现场图像捕捉功能的设备及其辅助设备，主要有一体化智能快球、固定球、一体化摄像机、防护罩、云台、各种安装支架、协议转换器和各种人工光源等。摄像机用来捕获被摄目标的图像，并将图像转换成视频信号，传输给视频发送或处理设备。摄像机以输出信号来区分，可分为模拟和数字摄像机两大类。但目前为止，即使事数字摄像机的感光器件还多是模拟的。目前使用最广泛的感光器件是 CCD图象传感器。摄像机可分为电子管摄像机和固体期间摄像机两大类，其中常用的固体期间摄像机有电荷耦合器件 CCD(Charge Couple

28、 Device)，摄像机的主要技术指标有分辨率、最低照度、信噪比、白平衡等。CCD 图像传感器是 CCD 摄像机的核心部分。现场景物经过摄像头在摄像机内部的 CCD 图像传感器靶面上成像，使 CCD 图像传感器输出反映现场图像内容的电信号。该店信号经摄像机内部电路处理过后，即可成为监视器所接受的视频信号。在室外，护罩用来保护摄像机和镜头不被破坏、不受天气变化的影响；在室内，使用护罩主要是为了防止破坏和美观。室内和室外使用的 CCTV 护罩都能保护摄像机和镜头不受灰尘、有害化学物质和天气变化的影响，也使得它们不容易遭到破坏。最普通的护罩是矩形的金属或塑料制护罩，一般用塑料、薄钢板、不锈钢或铝材制

29、成。其它类型的护罩还包括角装护罩、顶装护罩和球形护罩等。矩形护罩的镜头可以从护罩前部的玻璃窗口看出去。球形护罩也非常流行，其主体部分是下部的半球形塑料罩，它可以是透明的、染色的或镀膜的。如果球罩需要安装到立柱、基座上或需要悬空，它的上半部分就应起到保护作用，而且还要有将其固定到安装位置上的部件。天花板安装的球形护罩是借助一个简单的上罩（在天花板的上方）固定的。此外还有许多专为电梯、天花板、墙面、通道和走廊设计的护罩。云台可以用来调节 CCTV 摄像机的观察范围10。通过云台系统，操作员可以控制摄像机和镜头的水平和垂直转动。这样，摄像系统就不再受它固有的视场范围的限制，从而可以用来观察更广阔的范

30、围。安装在云台上的摄像机一般都装有变焦镜头，在改变摄像机的瞄准方向的同时，还可以进一步调整被摄场景的放大率。云台和变焦镜头的组合使用将电视监控系统能够看到的范围扩展到了极至。支架的作用是将摄像机、护罩、云台组成的摄像系统安装固定到需要监控的场所。8在不同的安装环境需要使用不同的安装支架，它们可以分为墙装支架、角装支架、柱装支架和吊装支架，还可能有不同的为一些特殊场所设计的支架。CCTV 系统是一个综合的系统，在它的众多设备中，不同厂家不同供货商的设备的控制协议可能不尽相同，可能出现不兼容性；或者同一公司由于产品的改进和升级，也会导致不兼容性。协议转换器可以对两种或多种协议进行翻译，使采用不同的

31、协议的设备见能够实现控制和通讯的功能。为保证 24 小时不间断的监控，室外安装的摄像系统在自然光线不足的情况下，需要使用辅助的照明设备，红外照明灯是其中的一种。红外照明灯设计用于低照明度摄像机，该摄像机对红外线光谱具有敏感性。有一个“隐蔽式”红外线滤色镜传送大约0.01%的可见光谱。1.2.2 视频传输系统 视频传输系统包括信号传输线路、解码器等。信号传输线路10有同轴电缆、光缆或采用无线传输方式。同轴电缆是最常用的视频信号传输线，而且也是成本最低、最可靠、最方便及最容易维护的 CCTV 系统视频图像的传输方式。同轴电缆(Coaxial)是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。

32、最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟纶材料的护套包住。目前，常用的同轴电缆有两类：50O 和 75O 的同轴电缆。75O 同轴电缆常用于视频传输网，故称为视频电缆，传输带宽可达 1GHz，目前常用视频电缆的传输带宽为 750MHz。但同轴电缆的传输距离有限（0m300m），当需要进行远距离传输时（300m几千米），就要用到光缆。光缆由支架结构固定许多根光纤，再用保护层包裹构成。光纤是一种传输介质，是依照光的全反射的原理制造的。光纤是一种将信息从一端传送到另一端的媒介，是一条玻璃或塑胶纤维。通常光纤与光缆两个名

33、词会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆,包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的保护结构可防止周遭环境对光纤的伤害,如水,火,电击等。由于光纤是一种传输媒介,它可以像一般铜缆线,传送电话通话或电脑数据等资料,所不同的是,光纤传送的是光信号而非电信号.因此,光纤具有很多独特的优点。如：宽频宽、低损耗、屏蔽电磁辐射、重量轻、安全性、隐密性等等。任何通讯传输的过程包括：编码，传输，解码。同样，光纤系统的传输过程也大 9致相同。电子信号输入后，透过传输器将信号进行数字化编码,成为光信号,光线透过光纤为媒介,传送到另一端的接受器,接受器再将信号解码，还原成原先的电子信号输出.。光缆的应用，可分为

34、 3 种：专业用途，一般屋外，一般屋内。在专业用途上包括海底光缆，高压电塔上的空架光缆，核能电厂的抗幅射光缆，化工业的抗腐蚀光缆等。而一般屋内及一般屋外的分类差异，依各型光缆依制造设计时的特质，其所适用的范围各有不同。光缆从屋外至屋内的过程中可分为空架，地下道，直接埋设，管道间铺设，室内用。如果在无法铺设线路的场所（如江河），可以采用无线传输方式。无线传输的监控系统分为模拟微波无线传输和数字无线视频传输两种方式：（1）模拟微波无线传输方式：采用不同的波段直接传输监控摄象机采集来的模拟信号，这样的模拟图象传输系统有很多产品，不过价格普遍较高，按照频段来分的话一般有 UHF、L、S、KU 波段4

35、种，UHF 波段的频率范围在 200-400MHz、L 波段的频率在 1.2-1.6GHz、S 波段的频率在 2GHz-2.6GHz、KU 波段一般都在 10GHz 以上。当然还有其他的什么 C 波段之类的不常用波段。以上 4 种都是无线模拟微波监控的常用频率。用这种方式连接的无线监控系统可以直接接矩阵、监视器等终端设备。信号损失度较数字方式要小的多，适合高质量视频传输的需要。（2）数字无线视频传输方式：数字无线视频传输与模拟相比，设备造价低，延迟较大，图象质量相比下较差。其运做原理是将监控摄象机输出的模拟信号，经过编码后转变为数字信号，在无线网络上传输，因此在中心接设备的时候一般是通过网线接

36、入的，无法直接接入模拟终端，比如监视器之类的设备。当然如果进行解码器的还原处理后还是可以接的，但是由于视频信号经过了模拟转数字的质量损失后，再进行数字到模拟的还原。因此画质的损失比较严重。目前比较流行的数字无线微波有 GSM，CDMA，WI-FI，WIMAX 等形式。常见的设备有无线网桥，无线视频服务器，视频编解码设备等。解码器是现代数字监控系统中的一个很重要的设备。正因为它的存在，我们通过 10红外分控或其它控制设备来控制云台的上下左右转动和镜头的动作（变焦、聚焦及光圈）。解码器一般带有独立的 CPU 和内存。一般，解码器通过 485 串口传输线与红外分控进行连接，接收控制器的命令，并对其进

37、行解码，控制命令对应相应的云台和摄像机动作的驱动电流，发送到云台和摄像机以实现预定的动作。1.2.3 视频控制和显示记录系统 这一部分包括监视器、控制器或红外分控、矩阵切换器、画面分割器、和视频录像机等。在监视器上，视频信号又通过电子电路转换成可视图像，并在荧光屏上显示出来，这与在摄像机中的转换性质相似，但方向恰恰相反。监视器是监控系统的标准输出，有了监视器我们才能观看前端送过来的图像。监视器分彩色、黑白两种，尺寸有 9、10、12、14、15、17、21 英寸等，常用的是 14 英寸。监视器也有分辨率，同摄像机一样用线数表示，实际使用时一般要求监视器线数要与摄像机匹配。另外，有些监视器还有音

38、频输入、S-video 输入、RGB 分量输入等，除了音频输入监控系统用到外，其余功能大部分用于图像处理工作，在此不作介绍。控制器或红外分控用来实现对云台运动和摄像机调节的控制。矩阵切换器10可以将一路画面的输出在多路画面的输入中进行选择切换，使工作人员不用重新连接视频线就可以选择性的浏览不同的画面。矩阵是模拟设备，主要负责对前端视频源与控制线的切换控制。比如，如果有 70 个摄像机，可是只有 7 台监视器，那么矩阵可以让你的任何一台监视器显示出任意组合的 10 个画面（自动轮显）。画面分割器可以将多路画面组合成一个画面，再输出到同一台监视器上，供观察者同时察看。单纯的画面分割器并不对图像进行

39、压缩。借助画面分割器，我们可以在一台监视器上同时显示两个、四个、八个、十六个乃至三十二个不同的视频画面。它可以提高多摄像机系统的监视能力，减轻安全人员的疲劳，还可以节省监视器。视频录像机11可以将摄像机获取的视频图像录制储存。它可以是模拟式录像机，表现为磁带的形式；或是数字式录像机，表现为以文件的形式存于硬盘。视频录像机是数字录像存储设备，如果你有 70 个视频源，那么至少要配可以录像 70 路的主机，而市场上较为稳定的中有 16 路（尽管众多厂家宣传 32 路，但稳定性欠佳），所以想全部录像的话，那么至少需要配 5 台 16 路，还能有 10 路通道预留。111.3 本章小结 本章详细介绍了

40、视频监控系统的国内外发展概况，以及视频监控技术的三大组成部分的作用，并且结合以上两点，对本课题的背景作了简单介绍。下一章将对三峡地下电站远程视频监控系统进行设计上的详细分析。122 三峡地下电站远程视频监控系统设计分析 2.1 施工系统及其监控系统设计概述 三峡工程设计安装 26 台 70 万千瓦水轮发电机组，装机容量 1820 万千瓦，机组全部投产后年平均发电 847 亿千瓦时。为了进一步挖掘三峡工程的发电潜力，三峡工程在初步设计中预留了扩建地下电站的位置。三峡地下电站布置在三峡大坝右岸的山体内，其主要建筑物包括进水塔、引水隧洞、主厂房、尾水系统、母线竖井、500 千伏变电站等。地下电站将安

41、装 6 台 70 万千瓦的发电机组。这样一来，三峡工程的总装机将由原来设计的 26 台增加到 32 台，装机容量由 1820 万千瓦增加到 2240 万千瓦，使三峡工程的发电能力大大增加。尾水洞6尾水洞5尾水洞尾水洞4尾水洞3尾水洞2尾水洞1洞顶指挥中心四芯光缆四芯光缆四芯光缆四芯光缆四芯光缆四芯光缆四芯光缆青云公司电缆沟四芯光缆上坝公路电缆沟82公路电缆沟电线杆电线杆高压塔利旧光缆院墙四芯光缆监控室四芯光缆指挥部八芯光缆指挥部光缆敷设线路指挥部四芯光缆新单模四芯光缆指挥部八芯光缆旧单模四芯光缆接头盒接头盒接头盒接头盒接头盒接头盒 图 2-1 三峡地下电站远程视频监控系统布局图 三峡地下电站远

42、程视频监控系统需要对六个尾水洞施工情况进行监控管理，系统 13布局如图 2-1 所示。每个尾水洞分别长 238 米，宽 13.5 米，高 28 米。厂房间距离约38.3 米。拟在每个尾水洞内安装摄像机，通过远程传输将视频及反向控制信号传到距施工现场 23 公里处的指挥中心及 10 公里处的指挥部，实现施工现场的远程监控。拟将原三期视频监控中 150 监控室拆除，监控点撤除（仅保留大坝外场三个监控点，我们不予考虑此三点的具体布局），仅有旧设备可利用。为继续发挥 150 项目部旧址线路和指挥中心视频监控系统的作用，并综合考虑现场线缆敷设施工环境和条件，将光缆沿尾水洞出口上方攀岩进入上坝公路电缆沟，

43、并沿电缆沟将信号传至指挥中心，再经专用光缆传输至三峡工程指挥部，对尾水洞监控点进行有效监控。2.2 系统的设计依据 三峡工程是目前世界上在建的、规模最大的水利水电工程。其设计、施工、管理和运行所涉及的理论与技术，代表了当今世界水电工程建设科学技术的最高水平，备受国际学术和工程界的关注。为确保三峡地下电站施工工程的顺利进行，通过现代化的信息和网络技术实现对施工现场的全方位监控，我们对整个系统的设计作了非常严格、细致，全面的要求。根据对三峡地下电站开挖工程的现场调研与勘察，我们对监控系统的设计和施工要求有了深入的研究，在原有系统的基础上，增加部分新设备，对监控系统进行重新设计、布局、安装和调试，使

44、整个视频系统工程更加有效的为三峡工程建设服务，实现三峡工程指挥部保质、保量、按期完成三峡地下厂房工程施工的预期目标。同时，设计遵守国家和部颁的有关标准、规程和规范。主要包括：工业闭路监视电视系统工程技术规范GB40198-98；民用闭路监视电视系统工程技术规范GB50198-94；安全防范工程程序与要求GB/T75-94；安全防范系统通用图形符号GA/T75-94；安全防范工程费用概预算编制方法GA/T70-94；安全防范工程验收规划GA/T308-2001；电气装置安装工程盘柜及二次回路接线施工及验收规范GB50171；电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范GB50168；14电气装置安装工

45、程接地装置施工及验收规范GB50169；随机安装说明书和制造厂相关标准。2.3 系统总体方案研究 2.3.1 系统施工环境的特点 三峡地下电站位于三峡大坝右岸的白岩尖下游山体前，三峡地下电站尾水系统由6 个尾水洞组成，6 个洞口从右向左一字排开，洞体并行排列。每条洞全长 238 米，洞门高 28 米，宽 13.5 米。6 个洞口的正前方有一条临时公路，用来行驶进出洞内的各种施工车辆。6 号洞的右手是青云公司交通洞口，洞口沿围堰到 150 拌和楼有一条 82 公路电缆沟。6 个洞的洞口正上方是洞顶平台，平台上方一直到 150 岗亭都是峭壁。150 旁的公路即为上坝公路，沿公路旁有一条上坝公路电缆

46、沟，一直通向 150 拌和楼。该电缆沟内有一条三期视频监控系统遗留的单模四芯旧光缆，可以在方案设计中加以利用。拌和楼离指挥中心比较近，因此，光缆可沿以上两条光缆沟进行敷设。为缓解水流对岩壁的冲刷，尾水洞采用“变顶高”技术开挖建造；闸门开启或关闭时，可以减少水压对机组的冲击，以保证机组稳定运行，同时它可节省地下厂房空间。因此，若要对整个洞体进行全方位的监控，必须设置多台摄像机。经过论证，我们选用了三台摄像机，详细情况在后面会做介绍。由于地势较低，每个洞内空气潮湿，甚至存在不同程度的渗水现象，这要求监控系统的所有设备（包括摄像机，云台，机柜，线缆等）必须具备防水防潮的功能。同时，由于每个洞均存在不

47、同程度的爆破施工，爆破会引起洞体震动和产生大量粉尘，对设备的抗震和防尘又提出了很高的要求。由于洞体内壁在后期会进行衬砌，即沿内壁浇注混凝土，现在洞的内壁已经每隔1.5 米有规律的插上了钢筋锚杆。其中，锚杆向外伸出 1.2 至 1.5 米的的距离，而摄像机是安装在内壁上，这将影响摄像机镜头的取景。因此，必须采取措施，避免摄像机的镜头被锚杆遮挡。每个洞内的供电系统分为工业用电和照明用电。其中，工业用电为各个洞的施工负责单位拥有；照明用电为电力公司统一管理。为了给监控系统提供 24 小时的不间 15断稳定电源，原则上必须敷设一套独立的监控专用供电系统。由于三峡大坝周围地势空旷，施工设施繁杂，在雷雨季

48、节很容易遭到雷击的破坏，视频系统更是容易受到雷击的影响。因此，防雷接地也是一个不得不考虑的重要的安全因素。2.3.2 系统的组成结构 三峡地下电站尾水洞远程视频监控系统由尾水洞施工现场、右岸指挥中心和东岳庙指挥部三部分组成，如图 2-2 所示。施工现场十八路视频信号(由于现场情况所限，实际安装十二路)通过光缆传输至右岸指挥中心；指挥中心视频信号经光纤传输至东岳庙指挥部办公楼；系统控制矩阵主机布置在指挥中心，右岸指挥中心和指挥部办公楼的控制信号通过光端机反向传送到地下电站施工现场，可以通过优先级控制器并按照控制权限高低分先后次序控制矩阵主机切换器通道，以实现对前端设备的变焦、俯仰角、回转和光圈等

49、的控制。三峡地下电站尾水洞施工现场总计有六个尾水洞,共需十八路图像要进行监控。其中，动点六路,定点十二路。六动点摄像机的控制信号通过 485 总线传输，与十八路视频信号传入发送光端机，通过光纤传输到指挥中心。尾水洞指挥部指挥中心 150旧址4芯光缆（新增）4芯光缆（原有）4芯光缆（新增）4芯光缆（原有）光缆对接 图 2-2 系统组成结构图 传输至指挥中心监控室的光信号，通过对应的六个接收光端机还原为十八路视频信号与六路反向控制信号。视频信号经过矩阵切换器、画面分割器和视频分配器等的处理可以在电视墙上切换显示，达到监视的目的。同时，硬盘录像机可以对监视情况 16进行录像，红外分控可对摄像机、云台

50、的动作进行控制。另外，通过一根单模四芯的光缆把图像及反向控制信号传输至指挥部。从指挥中心输出的一路视频信号（该路视频信号是 32 输入 8 输出矩阵切换器的第 8 路输出）与控制信号过单模四芯光纤的一芯传输到指挥部机房内。然后，从机房引出各处所需的视频和控制线。分控分别安装在大、小会议室，指挥长的办公室共 5处地方。由于需要对 5 个分控进行优先级分级设置，分控控制信号经优先级控制器后传输至前方指挥中心。光端机、分配器、优先级控制器配置在机房机柜中。2.3.3 系统信号传输方案研究 信号传输方式是方案设计中非常重要的一个环节，它直接关系到整个系统的稳定性，可靠性，以及可维护性。整个系统中，需要