北京水务局项目设计方案

水务局项目设计方案
1、概述
1.1项目概述
根据“市人民政府关于加强图像信息管理系统建设工作的意见”（京政发[2006]17号）以及市图像信息管理系统建设工作会议精神，在市政府统一领导下，建设水务局图像信息管理系统，实现图像的汇集、显示、控制、管理和上传，提高日常业务管理和处置水务突发事件的能力以及指挥调度的实效性和科学性。

1.2设计依据
根据网络视频监控系统的要求和国家有关法规的要求，经研究、分析设计本系统方案，该系统具有性能先进、质量可靠、经济实用等特点，而且该系统具有方便扩展、与其它信息系统实现无缝连接的能力。

依据的相关规包括：
《市人民政府关于加强图像信息管理系统建设工作的意见》（京政发[2006]17号）
《市公共安全图像信息系统管理办法》（市人民政府令第185号）
《市图像信息管理系统技术规》DB11/Z 384.X-2006
《安全防工程技术规》GB50348-2004
《远动设备及系统接口（电气特性）》GB/T 16435-1996
《民用建筑电气设计规》JGJ/T 16-1992
《电气装置安装工程施工及验收规》GB 50254-50259-1996 《安全防工程程序与要求》GA/T 75-1994
《安全防系统通用图形符号》GA/T 74-2000
《民用闭路监视电视系统工程技术规》GB 50198-1994
《软件工程软件生存周期过程用于项目管理的指南》GB/Z 20156-2006
《信息技术软件工程术语》GB/T 11457-2006
《防静电活动地板通用规》SJ/T 10796-2001
《建筑物防雷设计规》GB 50057-1994
《建筑物电子信息系统防雷技术规》GB 50343-2004
《电子计算机机房设计规》GB 50174-1993
《电气装置安装工程接地装置施工及验收规》GB 50169-2006 《计算机软件开发规》国家标准GB5866-88
《计算机软件产品开发文件编制指南》国家标准GB8567-88 《计算机软件需求说明书编制指南》国家标准GB9385-88
《计算机软件测试文件编制规》国家标准GB9386-88
《计算机软件质量保证计划规》国家标准GB/T12504-90
《计算机软件配置管理计划规》国家标准GB/T12502-90
1.3设计原则
本着实用、先进、可靠的原则，在满足市水务局、各管理处对城市河湖、重要水务工程设施图像信息管理建设前提下，遵循以下原则：
⑴、技术的先进性
整个系统选型、软硬件设备的配置均要符合高新技术的潮流，关键的视频数字化，压缩、解压、码流、传输均采用国外工程建设中被广泛采用的技术与产品。

在满足功能的前提下，系统设计具有先进性，并且在今后一段时间保持一定的先进性。

⑵、架构合理性
采用先进成熟的技术来架构各个子系统组成稳定可靠大系统，使其能安全平稳地运行，有效地消除各子系统可能产生的瓶颈，选用合适的设备来保证各子系统具有良好的扩展性。

只有稳定可靠的系统才能确保各设备的正常运行，只有良好的数据共享，实时的故障修复，实时备份等才能形成完整的管理体系。

⑶、统一的技术标准
整个系统要采用统一的技术标准。

统一技术标准的好处是可以很好的实现视频资源的共享，避免重复建设多套监控系统，降低建设成本。

而且，对于系统日后的扩容、升级都会带来很大的方便。

⑷、经济性
在满足系统功能及性能要求的前提下，尽量降低系统建设成本。

采用经济实用的技术和设备，综合考虑系统的建设、升级和维护费用，不盲目投入。

建设采用先重点、后一般，分期投入、分期建设。

⑸、实用性
在设备选型时，采取实用的原则，不追求高端设备的堆砌，而是本着实用的原则进行了科学的配置建议，以求达到最大的技术性价。

⑹、规性
控制协议、编解码协议、接口协议、视频文件格式、传输协议等应符合《图像信息管理系统技术规》和市水务局、各管理处图像管理规。

⑺、可维护性
所设计的系统和采用的产品应该是简单、实用、易操作、易维护。

系统的易操作和易维护是保证非计算机专业人员使用好本系统的条件。

并且，系统应具备自检、故障诊断及故障弱化功能，在出现故障时，应能得到及时、快速的维护。

⑻、可管理性
前端现场设备，各分系统集中于中心统一控制，实施对所有远端设备的控制、设置，以保证系统的高效、有序、可靠的发挥其管理职能。

⑼、安全性
对系统采取必要的安全保护措施，防止病毒感染、黑客攻击，防雷击、过载、断电和人为破坏，具有高度的安全和性。

(10)开放性
视频监控系统设备以国产名牌为主，采用性价比高、技术成熟、性能稳定可靠的设备；且监控系统平台应能兼容至少四家国外主流厂家产品；
1.4关键术语定义与说明
2、需求分析
2.1现状描述
目前水务局已完成建设的图像监控点共计约222个，在建图像监视点约148个。

部分监视点图像已接入所属管理处，还有部
分图像只能在本地监控，不具备联网条件，本期工程不对未联网图像监视点进行整合。

本工程整合围见下图：
其中密云水库、北运河、永定河、东水西调、城市河湖管理处只对矩阵接入的模拟图像进行整合，十三陵水库管理处、坊供水工程、官厅水库管理处、凉水河管理处对所辖联网图像进行完全整合。

2.1.1前端图像信息点现状
经调研，市水务局以往信息化工程中所采用的图像主要相关设备种类及品牌型号如下所列：
1、视频采集设备
前期工程选用的摄像机均为模拟摄像机，品牌为英国DM-T560、PELCO、AD一体化球型摄像机，其照度、分辨率等性能指标均满足《图像信息管理系统技术规》要求。

2、矩阵设备
英国Molynx（型号TX6832、TX6416）、PELCO矩阵（6700、6800、9760系列）、AD矩阵（2015NX、2015X系列）。

3、视频编码器设备
XF6000系列、AV系列、GL-6000系列。

其中，Smart Sight公司产品相应较多，版本复杂，分别为AV1500/1600/1700系列，版本号包括：2.11P，2.20A，2.31A，2.50P，2.50-，2.55E，2.55G，2.56R，2.60H，2.40K，4.22B，共计11个版本，其中低于2.55的共计18个。

2.1.2 网络现状
涉及到本系统建设的几个管理单位与水务局中心之间用以图像传输的水利骨干网的通信网络方式如下表所示：
市水务局骨干网调查表（用于图像及业务数据传输）
2.1.3局中心现状
目前，各管理处部分重要图像已上传至市政府防汛抗旱办公室，在局13楼指挥调度中心可实现大屏观看，同时该图像已被整合于水务信息平台。

实现方式：在各管理处原有图像系统的基础上，通过增加一套与原有系统（Smart Sight AV1500/1600/1700）完全独立的视频数字化编码设备（讯飞XF6000系列），实现各管理处图像信息的上传。

由于局中心、管理处分中心和管理所已有相应的平台建设所需硬件设备，如监控前端和中心的防雷接地、监控中心的防静电处理、UPS 备用电源等均已依据相关规建设完成，本次工程将不再涉及此部分的建设。

2.1.4下属单位组网方式
市水务局各下属单位在图像监视系统建设方面作了许多工作，取得了一定成绩，具备了较好的基础条件。

但是因为建设时期的不同，相应采用的标准制式也不同，致使现有水务信息平台图像系统的组网方式比较复杂，具体分析如下：
管理处根据对所辖水利设施实时、准确掌握的需要，进行了图像监控系统建设，主要采用AV系列以及海康威视DVR数字化设备，实现了管理处对图像信息的监控。

根据对现状的分析，组网方式可以分为以下三种：有全模拟图像的，有全数字图像的以及有模拟/数字混合的管理单位
有全模拟图像的管理单位包括：官厅水库、密云水库、凉水河、北运河管理处；有全数字图像的管理单位包括：坊京燕公司、十三陵管理处；有模拟/数字混合的管理单位包括：东水西调、永定河、城市河湖管理处。

全模拟图像的管理单位图像系统结构示意图
全数字图像的管理单位图像系统结构示意图
模拟/数字混合的管理单位图像系统结构示意图
2.2 存在的问题
3.2.1图像信息点方面
（1）图像点覆盖不足，水务系统部分重要城河湖、重要河道、水工建筑物图像监控站点需增补。

（2）部分摄像点未与上级管理单位联网，且现有未联网摄像机均未实现本地存储。

3.2.2网络方面
图像监控点至分中心通信链路不完善，骨干网络带宽存在瓶颈,为了保证图像信息传输的实时性和传输质量，应对相关管理处至局中心之间的骨干网带宽进行扩容分析。

3.2.3局中心水务信息平台图像系统方面
1、局中心图像系统尚不完善
(1)局中心图像系统与各管理处采用的数字化设备同时并存
且互不兼容
虽然各管理处和局中心进行了部分图像信息建设，但因为建设时期不同，相应采用的标准制式也不同，致使水务局部存在各管理处和局中心各自独立的系统，例如东水西调管理处，先期建设采用的数字化设备是AV1500e，随着建设的深入后来又增加了不同型号、同一个厂家的AV1600e产品，实现了管理处本地对图像信息的监控；随着水务局对各重要水利设施的管理需要，在水务信息平台图像系统项目中采用的数字化设备是XF6000系列产品，实现了局中心对部分重要监控点的实时监看，但该套系统是一套独立运行的系统，与原有的管理处系统各自为政，互不兼容，即局中心图像信息是通过水务信息平台图像系统项目采用的讯飞（XF6000系列）传输的，管理处图像信息是通过先期采用的前端数字化设备Smartsight（AV1500/1600系列）传输的，两套系统独立运行，使图像信息系统的整体效果得不到充分的发挥。

(2)在局中心尚未考虑控制权限，无法实现对管理处前端摄像
机进行切换控制，因此在局中心只能监视到前端部分图像信号。

正如前面组网方式所述，局中心对管理处有矩阵的监控点目前只能采用手工的方式进行切换，要想实现自动切换，需要对现
有设备进一步整合。

同时由于局中心只能看到水务平台现有图像系统所采用前端数字化设备是XF6000系列产品传输过来的图像，对于前端采用的AV1500/1600系列数字化设备，局中心平台则无法兼容，这也直接导致局中心只能看到部分监控点的图像信息。

(3) 已上传的图像信息在局中心不能存储和检索
水务平台现有图像系统虽然实现了部分监控点图像的浏览功能，但是无法实现存储、检索等功能，需要进一步完善。

2、分中心与中心之间尚未建立完善的图像管理流程
由于水务信息平台图像系统与各管理处的应用系统相互独立，造成水务信息平台图像系统只能看到部分监控点的图像信息，两个系统的看、控、存等功能相互交叉，增加了管理单位对于设备系统维护的工作量，不便于整体管理，这些都阻碍了分中心与中心之间建立顺畅的图像管理流程。

2.3需求分析
本着市水务局“集中建平台、整合资源，分散建系统、逐步接入”的建设思想，以及“两级平台建设、三级目录管理”的建设目标；根据水务局现有监控管理系统及水务网络情况，按照系统工程原理，以现有网络为基础，以水务信息平台系统为支撑，以有线，无线通信系统为纽带，将各地视频图像监视集中管理，统一集中至市水务中心图像信息管理系统平台；
实现图像信息管理的流程化
通过本项目的实施，在市水务系统建立畅通的图像信息管理流程，实现图像的分级管理、分级显示及控制、分级存储及检索，为保证运行安全、提高工作效率等方面提供更为可靠的工具，发挥重要作用。

实现图像信息资源共享
本项目将在有效整合水务局现有图像资源的基础上，利用软件组态技术、数据库技术、多媒体网络技术实现网络视频监控软件的复杂配置和管理的简单化。

通过构件化设计，本项目平台能够在不修改源代码的情况下，广泛地融入各种视频监控硬件设备和软件产品，同时提供图形化配置功能，建立一个统一的图像信息管理平台。

通过系统平台建设，水务局各级管理机构可及时对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行动态监视，随时了解现场情况，实现水务局中心、管理处统一的分级管理、分级控制、分级存储、分级检索，以便采取相应的预防和补救措施确保水务系统的安全运行。

在水务行业管理中发挥图像辅助决策作用
充分开发图像信息资源，实现决策支持的科学化。

对于图像信息的管理，最终从数据处理走向数据挖掘，将其应用于为首都水务行业管理决策提供科学服务。

通过对城河湖、重要河道及水
工建筑物图像信息的科学利用，直观地、形象地掌握相关信息，得到满足管理要求的解决方案或可能策略，进一步提高水务系统决策的有效性和可靠性。

2.3.1业务流程
市水务局图像信息管理系统的建设目标是“两级平台，三级目录”。

以及实现图像信息管理的流程化和图像信息的资源共享，在水务系统管理中发挥辅助的决策作用。

2.3.2数据流程
视频监控管理平台具有如下的逻辑结构以及数据流程，拓扑图见下图：
视频监控管理平台均可以描述为由如下功能模块组成：
PU（Previous Unit）
前端单元。

即监控资源，为提供视频监控报警信息源，同时执行一些报警联动动作。

CU（Client Unit）
客户端单元。

即各级监控中心，显示视频监控报警信息，通过操作员发布和完成与各种视频监控报警相关联的动作。

CMU（Central Management Unit）
中央管理单元。

负责管理系统的所有服务单元，形成系统日志，实现用户认证、设备认证、各种请求的调度和响应、规划和执行各种计划、各种参数和系统状态的记录以及网管。

中央管理单元可以细分为目录服务模块、数据库模块、客户端模块。

DGU（Device Gateway Unit）
设备管理单元。

负责接收PU的视频、音频、报警、设备信息，并将这些信息传送至MDU、MSU、CMU；同时执行CMU对PU的各种控制命令（如各种参数配置、控制命令、设备状态的问询等）。

MDU（Medium Distributing Unit）
转发单元。

负责接收PU的媒体流，并按照CMU的控制指令将媒体流传送到目的地。

在出现热点事件时，会出现一个或几个摄像机有大量客户端浏览的情况，这时需要MDU来响应大量的媒体
流请求，以避免用户直接访问前端摄像机获取媒体流。

MSU（Medium Store Unit）
存储单元。

负责存储和管理需要存储的媒体流。

管理包括存储管理和录像回放响应。

视频管理平台由硬件设备和各种功能模块软件组成。

硬件设备包括PC服务器、存储设备以及网络交换设备。

通过在PC服务器安装各种功能模块软件，建设一个完整的视频管理平台。

2.3.3功能需求
面对“数字水务”时代的到来，适应数字化办公的需求；市水务局图像信息管理系统的功能需求有：
1)信息采集功能
前端监控系统应能够采集巡检信息、报警信息等，并按照传输要求进行压缩、编码处理，转换成能够通过接入网关，满足在数字交换网上传输的信息格式。

2)信息传输功能
对经过压缩、编码处理的巡检信息、报警信息等，按照工作流程在网络系统中进行传输，根据安全管理权限，构成各级传输网络系统。

同时能够满足水务系统管理需要，传输至上级系统并存储信息。

3)信息处理功能
各级系统对接收到的巡检信息、报警信息等，按信息含意和归属进行处理，对调用的存储信息进行处理。

4)信息存储和备份功能
在客户端端监控系统、各级目录服务中心，对视频信息、系统日志，均应存储；存储和备份的历史数据信息，可在网络系统中依据权限回放；
5)系统控制功能
依据授权将网络用户发出的控制命令传送到前端矩阵和监控系统，实现监控中心及授权用户对前端任意一路监控图像的调用和控制。

2.3.4性能需求
市水务局图像信息管理系统的初步设计方案，满足现有资源和网络需求的性能；前端监控子系统、中心管理系统的建设均满足《市人民政府关于加强图像信息管理系统建设工作的意见》（京政发[2006]17号）、《图像信息管理系统技术规》市标准化指导性技术文件、市图像信息管理系统建设工作会议精神的性能要求；
力求系统稳定运行、数据存储可靠，视频数据定期归档；
3、建设目标与任务
3.1建设目标及任务
有效整合水务局图像信息系统现有设施和资源，建立统一的图像信息管理平台，实现分级管理、分级控制、分级存储、分级检索，完成与相关应用系统的连接，并实现与市级图像信息系统平台8路图像的双向传输。

在保留现有图像系统结构的基础上，将已建图像监视点纳入统一的图像系统进行管理，同时为今后建设的图像系统留有接口。

主要包括以下三方面的容建设：
3.1.1整合现有图像资源
通过建设在局中心和十三陵、坊供水工程、官厅水库、凉水河4个管理处分中心的服务器软件平台，整合现有图像资源，对其进行统一调度和管理。

将东水西调、北运河、永定河、密云水库、城市河湖5个管理处的模拟图像信号传输至水务局中心，然后将这些模拟图像资源整合至水务局图像信息管理系统中心平台。

同时本次工程不进行移动监测建设，但本系统需为移动监测的建设预留扩展接口。

3.1.2图像接入网络调整与完善
充分利用现有网络及链路资源，调整微波专用链路带宽，合理配
置公网专线与专网链路，对不满足图像传输要求的传输网络进行扩容建设。

基于骨干网络的系统集成后，可实现局中心平台对管理处图像资源的目录管理及部分管理处的设备管理。

3.1.3管理平台建设
包括市水务局中心平台（一级平台）、部分管理处分中心平台（包括十三陵管理处、坊供水工程、官厅水库管理处、凉水河管理处共4个）。

在实现上述站点对于图像监视点的看、控、存、调等基本图像应用功能的基础上，局中心平台可以通过接口向市图像信息系统平台等上级图像系统平台共享图像资源。

3.2建设任务
本次建设任务需要实现：
1、前期全面的接入Smartsight1500/1600/1700视频编码器；
并接管现有PELCO(6700、6800、9760系列)、AD矩阵(2015NX、2015X系列)；
2、完成对XF-6000系列、GL-6000系列视频编码器的接入；
3、完善三级目录中心的建设；并整合与现有的水务信息平台、
图像发布等系统，实现局中心、4个管理处及其所辖管理所分级管理、分级存储、分级检索，同时为水务应急指挥等应用系统提供图像信息接口。

3.3建设原则
3.3.1.注重实效，统筹规划
为落实“市人民政府关于加强图像信息管理系统建设工作的意见”（京政发[2006]17号）以及市图像信息管理系统建设工作会议要求，保证水务局局中心对所属重要设施信息情况及时、准确的了解、掌握，为领导决策提供有力的信息，必须对城市河湖、重要水务工程设施实现系统化、科学化、现代化地统一管理，切实满足水务行业对于图像系统的管理和业务需求。

根据市水务局图像系统现状，在充分保障城市供水安全的需求以及整合现有图像设施和资源的基础上，合理规划城河湖、重要河道及水务工程设施的图像监控点，统筹建设完善的水务图像系统网络。

3.3.2改建并举，高度整合
本着“改建并举、注意节约”的原则有效整合水务局图像信息系统现有设施和资源，将已建、在建的图像信息系统资源统一规划，避免重复建设投资。

在整合过程中，充分利用新技术实现现有资源的整合，达到系统建设需求。

3.3.3统一标准，资源共享
为保障水务图像信息管理与市相关部门的图像信息管理平台
之间互联互通，系统建设、管理运行、信息采集将严格按照全市统一的“图像信息管理系统技术规”，在保证系统稳定运行的原则下，将图像信息资料上传到市应急办、市政府，实现分级管理、统一调用，最大限度地达到资源共享，为“数字”和城市管理现代化做出贡献。

4、系统总体设计
4.1设计思路
市水务局图像信息管理系统经过市水务局及各行政主管部门反复调研、论证、修改，并按“市人民政府关于加强图像信息管理系统建设工作的意见”（京政发[2006]17号）以及市图像信息管理系统建设工作会议要求，保证水务局局中心对所属重要设施信息情况及时、准确的了解、掌握，为领导决策提供有力的信息，必须对城市河湖、重要水务工程设施实现系统化、科学化、现代化地统一管理，切实满足水务行业对于图像系统的管理和业务需求等要求进行该工程建设。

系统依托水务数据交换网，建成覆盖市的水务图像信息管理系统，建设1个局监控中心，初步设计4个管理的监控分中心，初步统计全市水务部门架设370个监控点(已建成222个，在建148个)；本着“两级平台，三级目录”的目标和“集中建平台、
整合资源，分散建系统、逐步接入”的原则进行系统整体设计和集成。

设计方案充分考虑了后期的扩容、管理变更等可能的建设要求。

本次设计思路如下：
1、根据要求，本次设计采用多级结构，实现“大容量、多画面处理、实时录像和回放、联网远程监控”的目标。

2、本次设计系统充分考虑了“两级平台，三级目录”的设计理念，便于以后水务系统用户的安装、操作和今后的维护便利；
3、系统设计考虑了各种兼容要求和扩容要求：包括现有数字设备的接入、矩阵的接入与控制以及监控点后期扩容、系统规模扩容、临时授权用户远程监控等各种可能扩容方式下对现有网络的兼容和便利性，设计的系统能够满足兼容和平滑扩展的要求。

4、系统设计对网络传输路由具有良好的适应性，可以在局域网、广域网、城域网、无线网络等各种方式下运行。

根据网络资源的情况，在不同的网络带宽下可以灵活设置编码格式，获得不同的图像质量。

5、本次设计的系统是标准和开发的，系统软件全部采用通用的主流标准；如系统采用标准的TCP/IP协议、接口标准通用等；适合水务系统各个标准子系统的集成。

6、系统考虑了操作冗余、数据安全和远程鉴权等技术手段，保障系统安全运行和不受外部入侵，完善的身份认证能力，保证系统稳定运行。

7、在技术性价比上，方案采取实用的原则，不追求高端设备
的堆砌，而是本着实用的原则进行了科学的配置建议，以求达到最大的技术性价比。

数字网络综合监控系统的关键设备是视频服务器和平台化监控系统软件。

视频服务器采用嵌入式实时多任务操作系统。

摄像机送来的视频信号在网络视频服务器数字化后由高效压缩芯片压缩，通过部总线送到网络接口发送到网络上，网络上用户可以直接在PC机上通过CSVision监控客户端软件观看视频服务器传送过来的摄像机所拍摄的图像，还可以控制摄像机镜头和云台的动作或对系统进行配置操作。

由于视频服务器和网络型嵌入式硬盘录像机可以直接连入局域网，达到即插即用，省掉多种复杂的电缆，安装方便（仅需设置一个IP地址），用户也无需安装任何硬件设备，仅通过PC机用浏览器即可观看。

网络视频监控系统妥善处理了数字与模拟系统的结合，其优点主要包括：
布控区域广阔
视频服务器直接连入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的概念，扩展布控。