基于DSP的分布式聯動油庫安防報警系統設計

摘 要： 為提高油庫的安全保障能力，以DSP為基礎的設計平臺，設計研發了能夠兼容后勤數字化平臺的分布式聯動油庫安防報警系統。系統采用分布接入、統一管理的分布式系統結構，實現了總部和多個支部的油庫區和消防部門的集中管理，保證了數字化規范作業安全，實現了分布式聯動報警，進一步提高了油庫的安全保障。

關鍵詞： DSP； 油庫； 安防； 聯動報警

中圖分類號： TN911?34； TP277 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）18?0146?03

Abstract： In order to improve the security protection capability of oil depot， a security alarm system for the distributed linkage oil depots was designed and developed by taking DSP as the basis of the design platform， which can support the logistics digital platform. The distributed system structure of distributed access and unified management is adopted in the system. It can realize the centralized management of oil depot area and fire department of headquarter and branches， ensure the safety of digital standard operation， implement the distributed linkage alarm， and improve the security guarantee of oil depot further.

Keywords： DSP； oil depot； security protection； linkage alarm

0 引 言

油庫作為一級要害生產單位，為其建設完善的安防系統以保證它的安全生產運行意義重大。目前我國油庫的安全防范系統[1]，僅建立了簡單的119報警電話和視頻監控安防機制，其視頻安防機制僅為視頻監控系統或者幾個系統的簡單組合，并沒有形成一個完整的體系，數字化保障機制還不完善，其安全性還存在漏洞，因此，建設一個完整的、一體化的油庫安防系統非常重要。

DSP作為一種功能強大的特種微處理器，已廣泛用于數據、語音、視頻信號的高速運算和實時處理[2]。基于DSP的優勢，本文以DSP為基礎平臺，設計了基于DSP的分布式聯動油庫安防報警系統 ，該系統應用系統集成技術，將孤立的子系統結合為一體，實現各子系統之間的聯動，從而解決單一監控系統信息孤立不能實現各子系統報警聯動的弊端，充分發揮了各自系統的優勢，形成了一個完備的安防體系，同時也提高了安防系統的集成化、自動化程度。

1 油庫安防預警系統的設計原則

由于油庫的特殊性，油庫安防系統的設計，必須滿足國家標準 《視頻安防監控系統工程設計規范》及 《安全防范工程技術規范》等相關規定[3]。因此，基于DSP的分布式聯動油庫安防報警系統的整體設計和建設應遵從下列原則：

（1） 穩定性。作為油庫安防的重要保障，整個系統必須具有完全可靠的工作能力和容錯能力，同時要必須具有連續工作能力和快速恢復能力，保證實現24 h的不間斷持續運行。

（2） 開放性。保證網絡系統的互連互通，保證不同操作系統的互操作性和數據庫等系統軟件的兼容性和可靠互連性，同時還要保證應用軟件的可移植性和兼容性。

（3） 拓展性。系統能隨應用的增加而快速地擴充和升級，包括計算和存儲兩方面的能力。不僅要考慮機器內部組件的擴展，還要考慮多機并行處理的擴展能力，這可以有效地保護以前的投資。

（4） 高效性。系統需要實時將預警信息、報警信息及錄音信息展現給用戶，那么就要求系統能夠在信號處理和事件處理等方面具備高效的實現和處理能力。

（5） 友好性。對于用戶建立友好的交互界面，實時顯示系統中各部門的工作狀態服務器的各種信息，并且通過提示和在線幫助機制使用戶使用簡單、操作便利。

（6） 安全性。錄音內容的收聽和管理由專人負責，所以該系統有嚴謹的權限管理，不同權限的用戶對錄音系統的操作權限不同，并有嚴格的交接班要求。

2 聯動式油庫安防預警系統總體架構

本文設計的聯動式油庫安防報警系統是跨大區域，跨部門的聯動預警報警系統，主要實現以下幾方面的功能：實現油庫區控制中心報警電話對各部門報警信息的實時監控；實現油庫區工作狀態預警信息的顯示； 實現報警信息及工作狀態信息在LED屏幕上實時發布，大功率報警器聯動實時報警；實現報警電話語音通信的記錄；后勤數字監控平臺的聯動接入。

系統總體架構如圖1所示。

該系統的核心硬件主要完成話音信號檢測、信號處理以及信號的編解碼。硬件板卡的工作架構如圖2所示。

3 聯動式油庫安防報警系統的模塊設計

該系統主要通過5個模塊實現分布式聯動油庫安防報警系統，分別為語音信號處理模塊、分布式同步事件驅動模塊、分布式預警報警模塊、數據庫模塊和監控平臺聯動接口模塊。

3.1 語音信號處理模塊

語音信號處理模塊主要實現線路信號檢測、信令控制、語音增強和錄音等功能。其核心功能通過核心硬件板卡實現，語音信號處理過程如圖3所示。

語音增強子模塊是為了增強語音信號，使語音信號得到較好的處理效果，根據文獻[4]的結論，本文分別采用三種改進的算法進行語音信號增強，即通過改進的維納濾波法、改進的最小均方誤差法、改進的信號子空間法進行語音增強。錄音監聽子模塊負責119電話錄音系統的錄音和監聽操作。其主要功能包括：通過板卡驅動程序或通信子模塊獲取通道事件；傳遞通道事件給狀態機引擎并獲取通道當前狀態；根據通道配置進行通道錄音或監聽；通過通信子模塊與電話錄音系統的其他模塊進行通信。

3.2 分布式同步事件驅動模塊

分布式同步事件驅動模塊主要實現錄音事件、預警事件、報警事件和監控平臺聯動事件的同步狀態驅動功能。該系統中所有消息傳遞均采用統一的通信協議，為了保證安全，在發送消息前先用公開密鑰算法進行加密處理，在接收端進行解密處理。其消息格式為長度+命令+參數，其中長度域表示整個消息體的長度；命令域表示的是本消息的操作命令；參數域表示本次操作中涉及到的所有參數，其采用的是多個參數依次疊加的方式，每個參數采用TLV模式，即參數類型、參數長度、參數值，其中參數類型為4位長，參數長度為4位長，參數值非定長，其結構圖如圖4所示。

3.3 分布式預警報警模塊

分布式預警報警模塊主要實現預警信息和報警信息的處理。由于系統采用分布式同步時間驅動機制，它會根據事件的優先級來驅動LED大屏顯示預警信息或報警信息和驅動大功率報警器。

當消防監控子系統[5]，發現火災、煙霧、溫感等異常時，它會在第一時間將該事件通過傳輸設備上傳至指揮監控中心，同時驅動LED在大屏幕上顯示報警信息并驅動大功率報警器，同時自動連接消防部門并發送詳細地址。當周界監控子系統[6?7]發現有可疑人員進入油庫腹地時，它會在第一時間將該事件上傳至指揮監控中心，同時驅動LED在大屏幕上顯示預警信息并控制攝像頭對其進行嚴密監控，若其有進一步越軌行為，則立即驅動報警系統。

3.4 數據庫模塊

數據庫模塊主要實現錄音數據、預警數據、事件狀態數據和用戶數據的入庫以及跨區域分布式查詢。

3.4.1 數據庫統一訪問模塊

異構數據庫統一訪問模塊支持多種數據庫，而對于錄音模塊和客戶端模塊無需了解數據庫的細節，僅需按照協議標準將消息通過Socket多播組傳遞給數據庫訪問軟件即可。異構數據庫訪問數據包之后，做相應的數據庫操作，并將操作結果反饋給錄音模塊或客戶端模塊。異構數據庫統一訪問模塊主要有三個線程：

（1） RecvMsgThread：用于接收來自于其他模塊的消息，解析分類消息后將消息傳遞給DealwithMsgThread線程處理。

（2） DealwithMsgThread：根據消息內容做數據庫操作，將操作結果傳遞給ReturnMsgThread線程。

（3） RetumMsgThread：將數據庫操作結果反饋給消息來源模塊。

3.4.2 數據庫的設計

在系統中語音文件記錄需要保存，此外還要對一些通道參數、系統參數、系統日志等信息進行保存，因此設計合理的數據庫表極為重要。本系統的數據庫主要涉及三個方面：用戶及權限、錄音模塊信息和客戶操作信息。

異構數據庫統一訪問模塊支持多種數據庫，其具體設計為：

（l） 用戶及權限：此部分共有5張表主要用來記錄油庫安防報警系統的用戶信息，包括用戶所在部門、用戶擁有權限等信息。

（2） 錄音模塊信息：此部分共有5張表主要用來記錄錄音模塊相關信息，包括主備錄音服務器信息、錄音通道相關配置信息、錄音文件備份/刪除配置信息等。

（3） 客戶操作信息：此部分共有2張表主要用來記錄用戶操作信息、用戶操作日志等。

3.5 監控平臺聯動接口模塊

監控平臺聯動接口主要為實現目前已有的后勤數字化監控平臺和油庫安防監控系統聯動而設計，后勤數字化監控平臺通過多播組將消息傳遞給相應的錄音模塊，錄音模塊處理消息后將操作結果反饋給監控平臺接口。如果是遠程監聽，錄音模塊會利用Socket套接字建立到監控平臺接口的TCP連接，發送語音數據包，報警信息和預警信息。通信協議中信令控制開始錄音操作，結果參數表如表1所示。

表1 信令控制開始錄音操作結果參數表

4 結 語

本文根據油庫的實際線路環境，在核心板卡DSP中采用了三種改進的語音增強算法，改進監聽報警錄音質量。整個系統采用分布式同步事件驅動機制，根據事件優先級對油庫安防系統進行報警預警處理提高了系統魯棒性。系統采用了異構數據庫統一訪問模塊使其可以訪問多種數據庫，而對于錄音模塊和客戶端模塊無需了解數據庫的細節，僅需按照協議標準將消息通過Socket多播組傳遞給數據庫訪問軟件即可。為了實現目前已有的后勤數字化監控平臺和油庫安防監控系統的聯動而設計了監控平臺接口，使后勤數字化監控平臺與各子模塊之間可以迅速傳遞消息，實現了后勤數字管理的一體化，提高了自動化水平，具有一定的實際應用價值。

參考文獻

[1] 任麗婷.現代安防技術在油庫安全管理中的應用[J].企業導報，2012，18（14）：86.

[2] 蔣永生，張雄偉，曾宏輝.一種基于 DSP 的語音處理系統軟硬件設計[J].電力系統通信，2007，28（11）：56?58.

[3] 翟偉，李杰鋒.東勝油庫工業電視監控系統的設計及問題分析[J].計算機光盤軟件與應用，2012（18）：195?196.

[4] 孟靜.語音增強算法性能的評價研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2010.

[5] 盛佳濤，劉宇恒，俞洪明，等.倉儲油庫自動化系統標準化建設的研究[J].石油化工自動化，2013，49（4）：5?10.

[6] 梁鴿.石化行業周界防范視頻監控系統的應用與發展[J].中國公共安全（學術版），2014（19）：78?84.

[7] 何俊杰.淺談油庫周界安全防范監控報警系統的設計[J].石化技術，2015（7）：229.

[8] 黃坤，宋歡歡，劉蘇，等.數字化油庫建設探討[J].天然氣與石油，2012，30（1）：1?4.