發電廠視頻安全監控系統的設計

華中農業大學工學院 朱婷婷 鄭相周 忻尚軍

0 引言

隨著電力系統自動化程度的提高，發電廠自動監控的“五防”系統逐漸轉向廠級信息監控系統（SIS）,安全視頻監控系統作為其中重要組成部分，不僅要兼顧監控目的，更應著重于實現管理目的。遠程視頻監控系統大大減少了設備維護人員的勞動強度，能夠合理統籌并優化監控設備的使用，是切實提高生產過程管理水平的方法。

1 系統結構原理

本系統為三級聯網遠程視頻監控系統，其中一級監控是采用前端分控模式的前端控制室子系統，根據防范需求安裝在廠區的各個監控區，由圖像監控和報警系統組成，具備圖像監控、前端攝像機控制、錄放像、報警聯動和網絡傳輸等功能。這些子系統之間既為相互獨立的控制系統，又可以接入廠區局域網實現資源共享；二級監控和三級監控均采用網絡監控模式，分別是監控中心和各終端辦公室。其中監控中心可以監視設置并控制前端所有監控子系統，同樣具備子系統的所有功能；三級監控建立在二級監控基礎上，能夠進行遠程網絡控制，并在監控中心授權后具備監控中心所有監控功能。

1.1 系統工作原理圖

根據需求分析，系統設計6個前端子系統，分別由前端攝像機、報警器、監視器和錄像刻錄機等組成。監控中心配置組合6臺以上彩色液晶顯示器的電視墻、1臺用來對前端6個子系統進行解碼顯示和控制的監控主機。例如通過監控主機可以對前端6臺攝像機的畫面在電視墻上進行任意組合的畫面顯示，也可以控制攝像機的旋轉和變焦。為避免攝像機信號在傳輸過程中受外界干擾，在攝像機相對集中的地方均采用光纖傳輸，這樣不僅可以減少系統布線，也能提高視頻的傳輸質量。軟件上由多媒體系統集成，能夠在不影響系統運行和主干線路不變的情況下，任意增減前端視頻設備和報警設備，并對監控中心系統進行本版升級。主機操作系統為windowsXP中文操作界面，可以采用總線和網絡等多種通信協議與弱電系統相連。系統原理圖如圖1所示：

圖1 視頻安全監控系統原理圖

1.2 錄像系統

監控中心的錄像系統采用國際先進的H.264視頻壓縮技術。該技術在壓縮比方面最具優勢，它的數據壓縮比能比當前DVD系統中使用的MPEG2高2～3倍，比MPEG4高1.5～2倍；帶寬要求只有1Mbps～2Mbps；支持1/4、1/8像素精度的運動矢量，具有高精度；4×4塊整數變換；量化步長；統一的VLC防止誤碼。因此H.264能夠在視頻通信、廣播電視、視頻存儲播放等領域中得到廣泛應用。與MPEG4一樣，經過H.264壓縮的視頻文件一般也是采用.avi作為其后綴名，同樣不容易辨認，只能通過解碼器來自識別。

1.3 電子地圖

監控中心系統除具備基本的視頻歷史記錄查看、文件列表顯示、權限控制、時間同步、設備控制和網絡接口等基本功能外，還內置一個靈活的電子地圖子系統，即“分區圖”子系統。該系統支持手繪掃描地圖，也可以直接引用現有的電子地圖。可以在地圖上標注監控區域及前端監控設備，通過鼠標點擊圖標實現相應的任何區域的設備控制，并且能夠根據圖標的顏色不同判斷相應設備的工作狀態。電子地圖查看界面如圖2所示：

圖2 電子地圖查看界面

1.4 子系統聯動

系統建成后各前端監控子系統之間既能相互獨立執行功能，也能夠聯動執行，能夠在不影響監控質量的情況下最大限度地節約系統資源。如當傳感器發生異常報警或系統發生非法入侵情況下，能夠立即根據異常報警位置打開相應的前端攝像頭進行視頻監控。異常聯動系統示意圖如圖3所示：

圖3 異常聯動系統示意圖

1.5 監控中心布置

監控中心是該系統的核心子系統，內部配置多種設備、電纜和供電電源，因此使監控中心對環境的要求較高。監控中心具體配置如下：獨立設置在90m2的房間；適宜溫度為16～30℃；相對濕度為30%～75%；裝設防靜電活動地板；良好的照明，照度≥200Lux；防雷、接地和供電系統符合相應的國家規定；設置電纜進線孔；設置自衛設備，如對講機、外線電話等。

2 設計考慮

2.1 防雷設計

發電廠生產廠區的視頻安全監控系統覆蓋區域廣，除了監控中心和各終端辦公室設備在室內外，前端監控設備多在室外或地下鋪設。眾所周知雷電的危害性極大，有直擊雷、感應雷、雷電波侵入和地電壓反擊四大類。

設計中對前端室外攝像機都采用避雷針防止直擊雷。另外，為防止雷電波沿著線路侵入其他設備，如供電電源線路、設備控制線、視頻信號線。其中信號線傳輸耐壓電壓水平低、傳輸距離長，極易感應雷電流而損壞設備，因此在每條線路上加裝合適的避雷器。為了使信號過電壓保護器快速響應，設計必須考慮信號線的傳輸速率、信號電平、啟動電壓和雷電通量等參數。

監控中心設備最為重要，要全面考慮各種雷擊防護。首先，監控室所在的建筑物必須安裝避雷針防止直擊雷損害；其次，進入監控室的各種金屬線纜應接到防感應雷的接地裝置上；最后，架空的電纜線直接引入時應在入戶處安裝屏蔽性和耐壓性均良好的避雷針。

考慮到系統所在環境的特點，綜合線纜的布線方式、設備的接地方式和屏蔽等，系統防雷擊示意圖如圖4所示：

圖4 系統防雷擊示意圖

2.2 接地

接地體是現代防雷體系的重要組成部分，對雷擊的防護最終都是要通過接地體將雷電釋放到大地。根據設備運行的實際漏電流和雷電流經過時的電位差來計算適宜的接地電阻，一般情況下不得大于4。該系統采用共用接地方式，監控室內配置了銅板接地匯流排，將建筑物防雷地線、設備保護地、防靜電地和PE線等接到一起防止電位差，其截面積大于35mm2，有效地清除了各系統之間的擊穿問題。接地母線也采用銅質導線，其截面積大于25 mm2。該方式的接地電阻確定標準應取總系統中接地設備要求的最小接地電阻值。

2.3 供電

工廠視頻安全監控系統的性質要求供電系統不間斷運行，本系統采用集中供電方式，即前端設備供電取自監控中心以便于控制。監控中心和各子系統均配備 UPS（不間斷供電電源）供電設備，其中監控中心選用10KVA的在線正弦波UPS電源進行無間斷轉化供電，并備置了能夠持續工作1h的蓄電池。為確保供電系統電壓的穩定性，在監控中心另外配置1臺AC10KVA凈化穩壓電源。

3 結束語

伴隨著計算機網絡技術的迅猛發展，視頻監控技術正逐步朝著“網絡監控”的方向發展。但是，從傳輸的可靠性、快速性，以及監控對象的高安全性和保密性上考慮，基于數字硬盤錄像機的傳統視頻監控模式仍在當前監控市場占據主要地位。并且該監控模式在技術和設備上都已經相當成熟。在設計視頻安全監控系統時，關鍵是要結合具體的監控要求，考慮系統的穩定性和冗余度，以便后期監控性能的擴展，一般在3～5年內不需重新更換系統。此外，必須要考慮到監控系統所在的外界環境，在此基礎上設計相應的防護措施，如防雷、接地和供電系統的設計，以確保系統可靠運行。

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