網絡化安防系統在天津泰達凈水廠的應用

孫彥軍

摘 要：天津泰達凈水廠網絡化安防系統分為脈沖電子圍欄和網絡化監控系統兩部分。脈沖電子圍欄與紅外對射相比具有防范能力強，安全系數高等諸多優勢；網絡化監控系統屬于第三代監控系統，是針對網絡環境下使用而設計的，基于TCP/IP協議，將嵌入式技術、視頻壓縮技術、網絡傳輸技術有機的結合在一起。整個系統操控靈活、無需專人管理，有效的改善了原有安防系統的缺陷，滿足凈水廠安全保衛和生產管理需求。該文介紹了網絡化安防系統的組成原理、技術特點及其在天津泰達凈水廠的具體應用情況。

關鍵詞：安防 光纖通訊 RS-485 脈沖 報警聯動

中圖分類號：TV21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0049-03

天津泰達水業有限公司凈水廠地處濱海新區核心功能區即天津經濟技術開發區，是轄區內唯一一座以自來水生產和供應為主要業務的凈水廠。全廠占地面積約60萬平方米，周界總長近3 300 m，周邊與森林公園及多條道路接壤，廠區面積大、不可控因素較多。為了進一步保障水廠安全，2014年對廠區原有紅外對射、模擬視頻監控系統進行了整體改造。改造后的安防系統包括脈沖電子圍欄和網絡化監控系統兩部分，滿足水行業相關國家規定和行業標準。既可實現對凈水廠廠區周界、辦公樓、一二期工程、三期工程、廠院大門和道路的整體安防管理；又可以掌握各工段人員的工作情況和生產線的運行情況，還可以對凈水廠重大危險源進行全天候視頻監控，對凈水廠的日常管理和安全防范有重要的意義。

1 脈沖電子圍欄

1.1 系統組成及工作原理

脈沖電子圍欄主要由圍欄前端、圍欄主機兩部分組成。圍欄前端主要由高強度不銹鋼合金線、終端桿、承力桿、中間桿及其配件組成，脈沖高壓依靠圍欄主機內置電容對電荷的儲存和釋放過程來實現，脈沖電子圍欄共有兩個回路，上電后圍欄主機發射端每秒分別向兩個回路輸出一次正、負高壓脈沖，在圍欄前端形成回路后，正、負高壓脈沖回到圍欄主機接收端，從而完成布防。同時圍欄主機還會實時檢測兩回路之間電阻值的變化，如前端圍欄發生斷路或短路時，脈沖主機的接收端接收不到脈沖信號或兩個回路間的電阻太小，圍欄主機將對數據變化進行運算處理，并輸出符合破壞程度或類型的報警信息。脈沖電子圍欄輸出高電壓、低電量脈沖，高壓狀態為5 K-10 kV，低壓狀態約0.7～1 kV，打擊電量被限制在≤2.5 mC，所以僅在皮膚表面形成有效的高壓打擊，體感疼痛比打火機電子打擊強度大5～7倍左右，不足以對人體造成傷害。

1.2 功能特點

傳統的紅外對射只具備報警功能，不具備阻擋功能，通常入侵者進入防范區域之后，報警信號才會傳遞到監控中心，根本無法實現真正意義上的周界防范。電子圍欄一改紅外對射事后報警的傳統模式，強調了以阻擋為主，報警為輔兼有威懾作用的國際周界安防新概念，同時具備誤報率低、不受天氣、地形和環境的影響、前期投入成本低，維修維護簡便、有效減少防控人力等優點。

2 網絡化監控系統

2.1 組成及主要設備

該系統主要由視頻采集、視頻傳輸、視頻存儲、視頻顯示、視頻管理五大部分組成。主要設備有數字網絡高清攝像機、硬盤錄像機（NVR）、高清解碼器、拼接屏等。

所用的攝像機均為數字網絡高清攝像機，內置高清超低照度逐行掃描CMOS傳感器，支持5D降噪技術、HH.264編碼方式、智能紅外技術及多種標準協議。NVR采用嵌入式Linux系統，錄像存儲的品質不低于720P/130萬像素3M碼流或1080P像素4 M碼流，幀速不低于25FPS，不能對錄像數據進行篡改，有效保證用戶錄像數據的高度安全；錄像時間自動校準，視頻圖像可實現所見即所存。高清解碼器最多可支持16路1080P/32路720P/64路DI分辨率視頻碼流的全實時解碼；支持單畫面/四畫面/九畫面/十六畫面等多種監控模式。拼接屏采用標準的IU機架式結構，單路高清解碼器加單塊液晶屏組成一個顯示單元，以顯示單元疊加的方式組成拼接屏。

2.2 功能特點

用數字網絡高清攝像機代替了傳統的模擬攝像機，直接輸出數字高清視頻信號，并可通過網絡傳送到凈水廠所能延伸到的每個角落。NVR直接存儲攝像機視頻信號，省去所有中間環節，將故障點降到最低。在布線方面，摒棄了大量的視頻線纜，將多路高清數字信號匯集在一條網絡線纜中進行傳輸，直接進入監控中心，極大的簡化了施工難度。所有軟硬件產品全部為同一廠商產品，可實現無縫兼容。整個系統采用標準化、模塊化設計，同時支持標準的壓縮、傳輸、控制、轉碼協議，通過預留的系統接口可實現應用擴展。除此之外，網絡化監控系統還具備以下特色功能。

（1）ANR斷點續存：攝像機支持內置大容量SD卡存儲，攝像機、NVR全部支持斷點續存功能。當網絡中斷或存儲設備故障時，錄像存至攝像機SD卡，可保證一天內的視頻不丟失、不覆蓋。待網絡或存儲設備恢復后，自動按照時間順序將SD卡錄像上傳至NVR，保證錄像的連續性和完整性。

（2）三碼流自動分流：數字網絡高清攝像機支持三碼流并發，即一個主碼流和兩個子碼流，解碼器會自動選擇合適的分辨率和碼流進行瀏覽，液晶屏單畫面時自動選擇主碼流預覽，多畫面時自動選擇子碼流預覽。既可滿足多方視頻調閱需求，又保證了產品性能的合理分配和最小的帶寬資源占用。最大限度的保證在多方訪問情況下，完全消除由多路并發引起的攝像機性能衰減、死機、中斷、卡頓等問題。

（3）切片引擎檢索：NVR支持切片引擎檢索技術，可實現視頻錄像至少九段分割，檢索大容量的視頻錄像時，將錄像進行多次分段，每段錄像有一張提示圖片，根據圖片的差異就可以找到事件發生的時間段，直接點擊圖片錄像就開始播放，提高錄像回放的速度和準確性。

（4）虛擬集控：多臺高清解碼器可通過一個鼠標實現漫游操作，完全不需要通過管理平臺和客戶端進行操作。無須安裝任何設備和軟件，直接通過安防系統中任意一臺硬件設備即可實現所有設備的集中管理與控制，可以脫離平臺或獨立組網管控。不僅節約成本，而且貼近用戶使用習慣，更加經濟性人性化。

3 具體應用

網絡化安防系統整體理念為“一個中心，兩點布控”，即水廠中控室為主控和存儲中心，門衛室與武警值班室為兩個分控站。其中脈沖電子圍欄可實現中控室、門衛室與武警值班室三地布控；網絡化監控系統分為生產部分和安防部分，按不同管理需求分別進行管理。系統具有靈活的分級控制功能，對不同級別、不同層次的用戶合理分配使用權限，避免人為越權使用監控系統。

3.1 脈沖電子圍欄

電子圍欄系統是凈水廠安防系統的第一道防線，也是最重要的一道防線。采用ALEAN品牌全套產品，共分為33個防區，每100 m左右設置一個防區。廠區墻體為實體圍墻和鐵柵欄，地形基本規則。在圍欄始端、末端、大門及轉角或直線每100 m安裝一根終端桿；每16～20 m安裝一根承力桿，每4～5 m安裝一根中間桿，每10 m安裝一個警示牌，前端使用高強度不銹鋼合金線，采用4線制垂直安裝，現場每個防區配備高分貝蜂鳴器一臺。脈沖電子圍欄共配置EN-EFKB控制鍵盤6臺，電子圍欄軟件PC機一臺。電子圍欄以“基站”為單位進行遠程集中管理，每個基站使用一條RVVP 2×1.0 RS-485通信電纜將各個防區串接起來，網絡采用總線型拓撲結構。由于單個“基站”可管理和控制≤32個防區，每臺控制鍵盤對應一個基站，電子圍欄軟件PC機可控制多個基站，因此將33個防區拆分為9防區基站和24防區基站。通過進行RS-485與光纖通訊、TCP/IP的多重協議轉換后，可實現兩組基站多方式、多點控制方式，如圖1所示。即中控室通過兩臺控制鍵盤和電子圍欄軟件PC機進行管理；門衛室和武警值班室分別通過兩臺控制鍵盤進行管理，從而實現脈沖電子圍欄三地布控。通過控制鍵盤和電子圍欄軟件PC機可進行統一布、撤防，單獨防區布、撤防，報警復位等相關操作；可實現自動布防、撤防和高壓、低壓轉換；可實時顯示防區編號、防區狀態、防區總數、已布防數、未布防數。可以自動記錄128條報警信息，支持歷史報警打印功能及報警自動打印功能，便于日后存檔查詢。

在實際應用中，通過懸掛高壓警示牌給入侵者以威懾感。電子圍欄的高度是0.8 m，相當于在墻頂上增設一道電子屏障，增加了圍墻高度；同時電子圍欄的柔性中間桿和專用合金線，不支持人體的重量，可阻擋翻越行為。若入侵者強行通過周界圍墻時，系統可輸出脈沖高壓進行打擊。若入侵者意圖以破壞的方式（如拉拽、剪斷合金線，破壞脈沖圍欄主機，破壞通訊線路等）實施入侵時，圍欄主機會識別相關短路、斷線，防拆、通訊失敗等報警信息，并及時進行反饋。圍欄主機內置4Ah 12V蓄電池，可在停電狀態下，不間斷工作12小時。

3.2 網絡化監控系統

泰達凈水廠網絡化監控系統為專網專用，通過邏輯和物理隔離保證了系統的安全。監控系統核心器件選用星網銳捷產品。攝像機共計82臺，安防部分攝像機34臺，生產部分48臺。其中SN1821-CI20高清網絡紅外球機42臺，1728-CI高清網絡紅外一體機34臺，SN1618-CIW高清網絡紅外半球6臺。中控室采用6臺SN8616-28-M NVR進行組網，主干網采用光纖通訊，由于僅傳輸視頻信號，傳輸距離遠并且穩定性要求高，因此主干線路采用48芯單模光纖。現場視頻信號接入采用SN7108百兆交換機，通過千兆光纖主干專網至SN7116-F 匯聚交換機。每70路高清視頻進行一次匯聚，選擇一臺千兆交換機。千兆光纖上聯至RG-S5750-24GT核心交換機，通過核心交換機進行視頻的匯聚、集中轉發及存儲。12路SN9234-H-1高清解碼器對接收到的視頻信號進行解碼，根據使用需要由矩陣分配器為12塊拼接屏分配相應視頻信號。拼接屏控制軟件基于RS232協議，在拼接屏上可顯示實時畫面和錄像回放，可根據需要進行多場景設置、多畫面分割顯示，也可在多塊屏上拼接顯示單路高清畫面。門衛室與武警值班室均設置兩塊拼接屏，主控中心視頻信號通過光纖傳至武警和門衛相應的高清解碼器，在液晶屏上通過輪巡的方式進行顯示。6臺 SN8616-28-M硬盤錄像機支持所有視頻錄像按時間、地址、事件查詢，支持五分鐘內錄像即時回放功能，存儲時間不少于30 d，錄像時間自動校準，保證錄像和事件發生時間的統一性。錄像可實現拼接屏多路回放、支持切片引擎快速檢索技術，對事后的錄像取證有關鍵的指示作用。支持重要錄像資料鎖定和解鎖功能，保障重要錄錄資料不被循環錄像覆蓋。

主控中心12塊拼接屏根據需要可實現視頻信號隨意組合和調用，從而對生產部分和安防部分全部監控場景進行統籌管理。分控站主要負責安防部分的日常管理工作，拼接屏通過輪巡的方式進行顯示。主控中心和兩個分控站均可實現錄像調閱。可通過多種方式進行圖像瀏覽，包括拼接屏、網頁、客戶端等，輸入攝像機IP地址就可以看到監控現場的實時視頻。數字網絡高清攝像機、高清解碼器、NVR支持在PC端通過Web頁面進行遠程訪問，將PC機IP與上述設備的IP地址設置到同一網段即可。網絡化監控系統具備一鍵組網功能，無需在存儲設備中設置IP地址、端口號等參數，即可實現設備自動添加和列表顯示。

3.3 報警聯動

監控系統安防部分的18 臺高清網絡紅外球機與脈沖電子圍欄實現報警聯動，其中有的一個防區對應一臺紅外球機，有的兩個防區對應一臺紅外球機。共使用5個ALEAN EN-ZLQ總線聯動模塊，每個總線聯動模塊可以帶8個防區的開關量輸出信號，每個開關量輸出信號與各防區圍欄主機一一對應。每臺NVR內置16路開關量報警信號，支持多種云臺控制協議，可對相關參數（預置點、巡航、軌跡等）進行設置。在正常布防狀態下，報警一旦發生，前端對應防區蜂鳴器發出報警，以震懾入侵者。通過RS-485總線信號使鍵盤和電子圍欄軟件PC機及時獲取到防區編號、報警類型等相關信息。中控室、門衛室與武警值班室均蜂鳴器響起，警燈閃爍，提醒相關人員注意；同時總線聯動模塊將對應防區圍欄主機的報警信號轉換為開關量信號以此聯動硬盤錄像機，通過球機方向和鏡頭拉伸定位報警對象、電子圍欄軟件PC機內置電子地圖自動彈出報警區域位置，可快速定位事發地點，便于相關負責人進行盡快現場處理。

4 結語

天津泰達凈水廠網絡化安防系統在功能上符合網絡化、高清化、智能化的發展需求。所有核心器件采用電信級的工業制造工藝，系統穩定性高，可以保證無故障率達7年以上。系統建設簡單快捷，便于安裝使用和維護。不僅提升了泰達凈水廠的廠區安全等級，而且能及時全面地掌握企業生產的現場動態，降低管理人員的工作強度，使安全防范和管理控制更加多樣化、靈活化、立體化。近期門禁系統和道閘系統分別進行了改造，通過安防系統預留接口，進而實現了系統的應用擴展。

參考文獻

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