長輸管線應急系統中遠程監控管理系統解決方案的探討

劉 琦

（中國寰球工程公司遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006）

長輸管線穿越多座城市給管線管理部門帶來諸多不便，特別是管線腐蝕、盜油事件時有發生，管線發生安全、環保事件的幾率逐年上升。加強管線事故應急設施的建設是保證長輸管線安全生產的必要手段。為降低管線泄漏造成的污染，管線管理部門要做出快速反應，將安全環保事故產生的影響降到最低，將管線泄漏造成的污染影響降到最低，因此緊急救援的應急搶修措施是關鍵，然而怎樣保證緊急狀況下管線管理部門調度指揮的方便、快捷、準確是應急處理的重中之重。

遠程監控管理系統能夠在事故現場或某些重要場合，將個體深入現場攝取的圖像、聲音通過無線傳輸的方式傳送到一定距離外的通訊車，在指揮車內的監視器進行圖像信號的顯示，為現場指揮提供依據；同時，通過車載圖像傳輸系統，將圖像信號傳輸到上級指揮中心，從而實現快速、靈活的遠程調度指揮，為中心指揮部門能夠時時監控到事故發生現場的具體情況，正確下達指令，快速進行搶維修提供了第一手資料和通訊保證。

1 遠程監控管理系統解決方案

1.1 應用功能及實例解析

1.1.1 應用功能要求

（a）實現個體便攜設備深入現場采集圖像；

（b）實現個體圖像上傳至指揮車；

（c）實現移動通信車圖象通過3G 網絡上傳至指揮中心。

1.1.2 應用實例解析

（a）在事故發生現場或某些場所，個體攝像采集的圖像資料、聲音資料可以通過無線通信的方式傳到一定距離外的指揮通訊車上，在指揮車內的監視器進行圖像信號的顯示；同時，通過車載圖像傳輸系統，將圖像信號傳輸到指揮中心，從而實現快速、靈活的現場指揮或遠程調度。

（b）根據對現場傳回圖像資料的分析、存儲，現場傳回的圖像資料應具有較高的圖像質量，一般應達到 MPEG2 編碼播放級別的畫質；所采集的圖像傳輸信道速率一般應大于4 M 波比思、傳輸延時不大于40 ms。

（c）由于長輸管線經過的地帶多處偏僻、荒蕪，或遇山川、河流、溝壑等復雜的自然環境。因此為滿足緊急事故情況下通訊的快速、靈活、方便的應用需求。從個體攝錄的現場到離開一段距離外的通訊車，需要傳輸的無線圖像、音頻系統必須具備穿透能力及繞射能力，也就是必須實現全方向發、全方向收的效果。

（d）為減輕深入現場的個體圖像采集者的負擔，采集者所攜帶的無線圖像傳輸設備應具有輕便巧小、便于攜帶的特點。

1.1.3 技術方案

無線移動音視頻通信系統技術方案是以中國聯通公司的 3G 無線網絡和 Internet 網絡的優勢為主體，配合車載、個體無線圖像傳輸設備（接收、發射）技術，實現對長輸管線沿途的現場視頻監控、遠程視頻監控、管理，無線網絡視頻監控、管理等應急指揮功能。

（a）3G 無線視頻管理流程

目前流媒體視頻處理技術和 CWN-H.264 視頻壓縮計算方法是比較先進的3G 無線視頻管理系統，它靈活的整合了 3G 數據通訊功能。它將個體攝像機采集到的圖像，經過壓縮視頻編碼，再通過 3G智能無線通訊模塊，將個體采集的實時動態圖像傳送到距離最近的 3G 無線電信網絡，使用者通過因特網訪問中心管理服務器，通過計算機等手段監控現場圖像。從而實現視頻數據的編碼、解碼、加密、解密、交互、發送、接收及異地遠程控制的功能。系統融合并優化3G 數據通訊以及H.264 數字視頻編碼的功能；利用 3G 無線網絡和因特網的現實優勢，使需要者無論在任何地方皆能方便、迅速地連接系統，實現異地遠程管理監控。

（b）車載/個體3G 網絡遠程無線視頻監控系統工作原理。

車載/個體 3G 網絡遠程無線視頻監控系統工作原理示意圖見圖1。

其中主要硬件：

EVDO(CDMA2000) 雙卡無線網絡視頻服務器，型號為 CWN1000EV-I/II，它建立于 EVDO 標準的中國電信3G 網絡技術基礎上， DSP 具有嵌入式、高性能的系統設計，支持域名和動態配置，支持更多種的網絡協議，可通過有線或無線兩種方式容易連接入網，可以在國際互聯網、廣域網、局域網和無線公用數據網上便利的傳輸視頻。

圖1 車載/個體3G 網絡遠程無線視頻監控系統工作原理示意圖Fig.1 Vehicular/Personal 3G Remote Radio Video Monitoring System Functional Diagram

（c）硬件系統構成圖見圖2。

圖2 硬件系統構成圖Fig.2 Hardware System Configuration Diagram

H264 高效編碼器的視頻壓縮技術，使信道動態調整更加靈活，糾錯更加可靠，在有限的帶寬條件下確保視頻數據的傳輸流暢。

（d）軟件系統構成圖見圖3。

圖3 軟件系統構成圖Fig.3 Software System Configuration Diagram

監控管理軟件網絡視頻監控管理系統的核心，它以高品質、高效率的集中化、分布式網絡管理為架構；以視頻、音頻、數據等多媒體信息的網絡傳輸為基礎，為用戶執行實時監視、錄像存儲、應急預警的安全防范工作。

客戶端軟件植根于行業/企業網絡平臺，與CWN 系列網絡視頻監控服務器的緊密配合，使用戶實施大規模遠程監控成為可能。徹底替代傳統安防系統的DVR 加網絡視頻服務器設計思路，以及可持續進行更新換代的解決方案，最大可能為用戶提供長期的投資保護。

系統管理軟件基于數據庫技術、多媒體處理技術、數據流管理技術所建立，標準的C/S 或B/S 網絡架構完全滿足多點布防與采集、大容量多媒體信息流管理與分發、多用戶同步、實時、遠程監視與控制的現代化安防技術需求，使建設規模宏大、信息豐富、手段靈活的安防系統成為可能。

（e）系統功能實用性

（1）事發現場的視頻采集統與監控:事發地攝錄過程不單是白天，也可能是光線不足的夜晚甚至伸手不見五指，為了保證圖像采集的高品質，系統可配備有補助照明功能的紅外線攝像儀，對監控對象的監視達到全天候的實時圖像采集。

可以將個體攜帶的攝像儀固定在現場，對某一固定區域進行24 h 不間斷的全天候監控，達到被監視區域時刻在車載、本地和遠程異地監控中心的屏幕上顯示。

固定在現場的攝像儀還可以進行報警聯動，可實現報警時攝像儀定點、定焦在事先設定的報警區域實施監視。

（2）攝像儀的遠程異地控制: 深入到現場的個體移動或固定攝像儀可根據異地監視的需求對其鏡頭進行焦距、光圈、景深距離的任意控制操作，對制約攝像儀上下左右轉動的云臺也可做到全方位遠程任意控制操作，并能對預制位動作進行隨時準確的監測和反饋。

（3）備份和存儲: 現場攝像儀傳回的視頻、音頻信號經過模擬和數字的轉換、壓縮編碼有選擇的存儲在車載、本地或遠程異地，保存到計算機、硬錄機或磁盤陣列中，或可傳輸至監控中心的中心管理服務器，音頻、視頻錄制文件方式保存在硬盤中，具有長時不間斷的錄制和存儲，具有視頻抓拍功能。

（4）查詢功能：系統可以依托訪問空間數據庫獲取強大的空間分析和查詢功能，比如獲取事發地及附近周邊的電子地圖，有助于對環境進行切實分析了解等更多，更豐富的咨詢。

（5）系統容量: 單臺計算機服務器，系統軟件支持1 000 個以上的無線視頻服務器。

按照平均100 kbps/路的標準，單臺計算機服務器支持1 000 路以上音視頻數據流的轉發。單臺計算機服務器，支持100 個以上的用戶同時在線。

（f）系統結構

（1）人到車:個體設備適合地形較復雜，或事故搶修中車到現場受到限制，通常由工作人員攜帶背負式便攜式微型發射前端設備，將信號從現場傳到后方的指揮車；

（2）車到指揮中心：車到指揮中心，指的是3G 終端設備安裝在機動車上，通過3G 網絡把視頻傳到指揮中心；

（3）人—車—車：當長輸管線經過區域某段3G 網絡沒有覆蓋時，通過車載、個體攜帶的無線接收/發射裝置將音視頻信號轉輸到有3G 網絡覆蓋地區，再通過安裝在機動車上的3G 終端設備經3G 網絡把視頻傳到指揮中心；

1.2 無線移動音視頻通信系統主要設備表

無線移動音視頻通信系統主要設備表見表1。

表1 無線移動音視頻通信系統主要設備表Table 1 Main Devices Of Wireless Mobile Audio And Video Communication System

1.3 無線移動音視頻通信系統主要設備原理

1.3.1 無線發射機

無線發射機是大功率非視距無線移動音頻、視頻無線傳輸設備。

無線發射機原理框圖見圖4。

圖4 無線發射機原理框圖Fig.4 Radio Transmitter Functional Diagram

1.3.2 無線接收機

無線接收機是非視距移動音頻、視頻無線傳輸設備，主要用于非視距移動音頻、視頻無線發射信號的正確接收和處理。

無線接收機原理框圖見圖5。

圖5 無線接收機原理框圖Fig.5 Radio Receiver Functional Diagram

1.3.3 個體攜帶式移動圖像傳輸設備

個體攜帶式移動圖像傳輸設備包括接收機和發射機兩部分。發射機包括發射天線、數字調制、功率放大、視音頻數字壓縮，它具有便攜的特點可以個體攜帶使用，也可儀作為車載中繼設備。

個體攜帶式移動圖像傳輸設備原理框圖(圖6)。

圖6 個體攜帶式移動圖像傳輸設備原理框圖Fig.6 Personal Image Sending Device Functional Diagram

1.3.4 中繼設備

“中繼設備”是新一代高速SSCOFDM 無線網絡數據傳輸設備，它能夠達到高速無線網絡數據實時狀態下的接收和轉發，是完成移動和障礙條件下傳輸數據、圖像、語音、等單雙向網絡多種復雜業務需求的非常有效補的充設施，能最大程度拓展無線傳輸的距離。特別適合在復雜和障礙非常嚴重的條件下使用。

2 遠程監控管理系統解決方案的系統結構

（a）人到車:個體便攜設備適合長輸管線的事故勘察、搶修、救援等人員使用，通常由工作人員攜帶便攜式、微型發射前端設備，將信號從各種現場（山區，叢林，河谷等）傳到附近指揮車，再通過車載無線設備傳到或遠端異地的指揮調度中心。

（b）車到指揮中心：車到指揮中心，一般指的是發射前端安裝在機動車上，而接收系統安裝在指揮中心，這和車到車方式類似，但由于接收系統安裝在指揮中心，也就有條件安裝在比較高的位置上，這樣，其覆蓋范圍大大提高，這種用法更適合石化長輸、搶修指揮車等等的應用。

車到指揮中心系統結構圖見圖7。

圖7 車到指揮中心系統結構圖Fig.7 Command Vehicle To Superior Commanding Center Diagram

3 結束語

遠程監控管理系統對于石化儲運長輸管線的應急處理方面具有很顯著的實用性和可操作性。通過對“遠程監控管理系統解決方案”的探討，促進通訊設計的技術更新與時俱進，推動數字通訊、移動多媒體通信系統等現代化的通信技術手段在石化儲運工業生產運行中的應用，并使其不斷完善、可靠的運用在實際工程設計活動中。

［1］視頻安防監控系統工程設計規范GB50395-2007 [S].

［2］視頻顯示系統工程技術規范GB50464-87[S].

［3］工業電視系統工程設計規范GB50115-2009[S].

［4］石油化工企業電信設計規范SH/T3153-2007[S].