聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

文/余應(yīng)淮

聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

文/余應(yīng)淮

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為石油化工企業(yè)防范及快速處置安全生產(chǎn)事件的技術(shù)基礎(chǔ)，是安全生產(chǎn)的重要組成部分。針對(duì)石油化工企業(yè)聚苯乙烯生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控需求，在深入研究聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控及異常報(bào)警關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出一種聚苯乙烯安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

聚苯乙烯 生產(chǎn) 視頻監(jiān)控 圖像處理 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 前言

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，并得到了廣泛的應(yīng)用。其中，文獻(xiàn)[1]提出了一種煤礦安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)是集視頻采集技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、圖像與字幕疊加存儲(chǔ)技術(shù)、光纖通信技術(shù)于一體的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，有效降低了企業(yè)的成本，提高了煤礦企業(yè)的監(jiān)管力度和安全生產(chǎn)水準(zhǔn)。文獻(xiàn)[2]介紹了廣西華錫集團(tuán)銅坑礦數(shù)字化視頻監(jiān)控信息系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程，包括監(jiān)控點(diǎn)布設(shè)、設(shè)備選擇、系統(tǒng)集成以及使用效果。文獻(xiàn)[3]探討了如何有效地利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，.NET編程技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等在煤礦組建一套高效的基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。文獻(xiàn)[4]分析了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程和基于嵌入式Web服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過(guò)一個(gè)實(shí)例介紹了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在礦井安全生產(chǎn)中高效、低成本的實(shí)現(xiàn)方法。文獻(xiàn)[5]針對(duì)當(dāng)前電力施工企業(yè)面臨的實(shí)際問(wèn)題，在分析了CDMA無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了CDMA無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)在公司的實(shí)踐應(yīng)用。文獻(xiàn)[6]從石油化學(xué)工業(yè)安全生產(chǎn)管理的現(xiàn)狀入手，介紹了綜合視頻監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的方案特點(diǎn)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能以及系統(tǒng)應(yīng)用。文獻(xiàn)[7]則從設(shè)計(jì)思想、實(shí)現(xiàn)方法、視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能及特點(diǎn)等方面論述了鋁行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。

針對(duì)石油化工企業(yè)聚苯乙烯生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控需求，本文在深入研究聚苯乙烯生產(chǎn)監(jiān)控中的視頻圖像處理、異常分析、視頻錄制與存儲(chǔ)、異常實(shí)時(shí)報(bào)警等技術(shù)性問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)聚苯乙烯安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方案。

2 聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)與技術(shù)框架

聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)立足于石油化工企業(yè)基本乙烯生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控需求，運(yùn)用先進(jìn)的視頻圖像處理與分析技術(shù)，對(duì)聚苯乙烯生產(chǎn)模頭的監(jiān)控視頻圖像信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與同步處理分析，實(shí)現(xiàn)聚苯乙烯生產(chǎn)過(guò)程掉條的智能識(shí)別與自動(dòng)報(bào)警、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的自動(dòng)記載，解決生產(chǎn)人員了解生產(chǎn)過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)處理的滯后問(wèn)題，也為生產(chǎn)過(guò)程的綜合評(píng)價(jià)提供客觀依據(jù)。

系統(tǒng)以視頻圖像處理技術(shù)與視頻監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合為基礎(chǔ)，在硬件上使用工業(yè)監(jiān)控?cái)z像頭對(duì)生產(chǎn)過(guò)程與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)同軸電纜與視頻采集卡對(duì)原始監(jiān)控視頻信號(hào)進(jìn)行采集；在軟件上采用Microsoft Visual C++ 2008為開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合使用QT應(yīng)用程序開發(fā)框架與OpenCV計(jì)算機(jī)視覺庫(kù)完成系統(tǒng)核心算法的實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)功能的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控視頻圖像的實(shí)時(shí)同步處理分析。

3 聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

依據(jù)石油化工企業(yè)聚苯乙烯生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)過(guò)程的視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，系統(tǒng)在功能上可以劃分為文件、異常識(shí)別與報(bào)警、監(jiān)控、模式切換等模塊，其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示，各功能模塊的定義具體如下：

3.1 文件功能模塊

圖1：聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

圖2：視頻錄制的流程圖

文件功能模塊包括保存配置信息、系統(tǒng)配置、重啟監(jiān)控系統(tǒng)、退出監(jiān)控系統(tǒng)等功能。其中，保存配置信息功能用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性配置信息的保存；系統(tǒng)配置功能用于實(shí)現(xiàn)配置視頻錄制文件的存儲(chǔ)時(shí)間上限和報(bào)警器的串口參數(shù)；重啟監(jiān)控系統(tǒng)功能用于實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的重新啟動(dòng)，并加載初始化配置信息；退出監(jiān)控系統(tǒng)功能則用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)閉操作，以及操作日志的保存。

3.2 異常識(shí)別與報(bào)警功能模塊

異常識(shí)別與報(bào)警功能模塊包括異常識(shí)別、異常監(jiān)控配置、查看異常監(jiān)控記錄等功能項(xiàng)。其中，異常識(shí)別功能用于完成聚苯乙烯生產(chǎn)模頭掉條的實(shí)時(shí)識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警、同步記錄監(jiān)控等功能的開啟與關(guān)閉操作；異常監(jiān)控配置功能用于設(shè)置聚苯乙烯生產(chǎn)模頭監(jiān)控通道和監(jiān)控區(qū)域；查看異常監(jiān)控記錄功能用于查詢和打印聚苯乙烯生產(chǎn)模頭的掉條監(jiān)控記錄，以及在線播放掉條視頻和導(dǎo)出掉條視頻。

圖3：視頻監(jiān)控的流程圖

3.3 監(jiān)控功能模塊

監(jiān)控功能模塊包括監(jiān)控錄制、監(jiān)控參數(shù)配置、查看錄制記錄、顯示模式配置等功能。其中，監(jiān)控錄制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)所指定通道的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的錄制；監(jiān)控參數(shù)配置功能實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控的通道進(jìn)行參數(shù)配置，并完成對(duì)監(jiān)控開關(guān)的控制；查看錄制記錄功能實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控視頻錄制記錄的查詢、刪除、在線播放和導(dǎo)出；顯示模式配置功能用于設(shè)置各種顯示模式下的監(jiān)控通道，包括1×1、2×2、3×3、4×4等4種顯示模式，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)1個(gè)監(jiān)控通道、4個(gè)監(jiān)控通道、9個(gè)監(jiān)控通道、16個(gè)監(jiān)控通道的設(shè)置。

3.4 模式切換功能模塊

模式切換功能模塊可進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控畫面1×1、2×2、3×3、4×4等4種顯示模式的切換，如圖1所示。

4 聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需解決的關(guān)鍵技術(shù)包括監(jiān)控視頻圖像的處理以及聚苯乙烯生產(chǎn)模頭掉條的異常檢測(cè)分析，其解決過(guò)程具體如下：

（1）通過(guò)DS4016HC 視頻采集卡對(duì)監(jiān)控視頻信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)所采集的信號(hào)YUV420 圖像進(jìn)行顏色空間變換，得到便于處理的灰度級(jí)圖像。

（2）采用背景差分法對(duì)生產(chǎn)模頭掉條監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)；同時(shí)，通過(guò)形態(tài)學(xué)圖像處理與分析方法對(duì)檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行腐蝕膨脹運(yùn)算，并計(jì)算其運(yùn)算結(jié)果與參考幀圖像之間的相似度，以此確定檢測(cè)區(qū)域是否可能發(fā)生掉條。

（3）對(duì)于可能發(fā)生掉條的區(qū)域則通過(guò)動(dòng)態(tài)參考幀選取技術(shù)計(jì)算其累計(jì)差分圖像加以確認(rèn)并及時(shí)發(fā)出掉條警報(bào)直至掉條結(jié)束；同時(shí)，自動(dòng)同步記錄模頭掉條的監(jiān)控視頻與掉條數(shù)量、持續(xù)時(shí)間。

4.2 系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)

聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)步驟歸納如下：

（1）應(yīng)用程序啟動(dòng)，讀取系統(tǒng)配置信息。

（2）初始化采集卡通道信息：① 設(shè)置采集卡制式；② 初始化板卡芯片；③ 配置通道參數(shù)；④ 注冊(cè)監(jiān)控流回調(diào)函數(shù)。

（3）為監(jiān)控通道創(chuàng)建線程，并初始化線程信息，啟動(dòng)線程。

（4）初始化監(jiān)控通道，并開始捕獲圖像流。

（5）當(dāng)捕獲到視頻圖像時(shí)，自動(dòng)調(diào)用回調(diào)函數(shù)，并在回調(diào)函數(shù)中獲取到對(duì)應(yīng)的通道和線程信息。

（6）喚醒通道對(duì)應(yīng)的處理線程：① 進(jìn)行圖像顏色空間轉(zhuǎn)換，將視頻圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖；② 如果開啟了畫面顯示，則向顯示主界面發(fā)送信號(hào)，通過(guò)主界面線程顯示監(jiān)控視頻圖像；③ 如果當(dāng)前監(jiān)控通道開啟了視頻錄制，則通過(guò)視頻錄制線程記錄并存儲(chǔ)當(dāng)前監(jiān)控通道的視頻，其實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示；④ 如果當(dāng)前監(jiān)控通道開啟了視頻監(jiān)控，則通過(guò)視頻監(jiān)控線程獲取生產(chǎn)模頭的視頻圖像，并進(jìn)行掉條的實(shí)時(shí)識(shí)別與自動(dòng)報(bào)警，其實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)石油化工企業(yè)聚苯乙烯生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控需求，深入研究聚苯乙烯生產(chǎn)監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)，提出一個(gè)聚苯乙烯安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方案。該系統(tǒng)在不需要增加額外硬件投入的前提下，使用現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備，通過(guò)對(duì)監(jiān)控視頻圖像的實(shí)時(shí)處理與分析，實(shí)現(xiàn)聚苯乙烯生產(chǎn)模頭掉條的智能識(shí)別、實(shí)時(shí)報(bào)警及視頻自動(dòng)錄制，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

[1]鄭為貴,劉敬彪,蔡文郁.基于視頻采集的煤礦安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制(自然科學(xué)版),2008,16(11)：1608-1611.

[2]任志遠(yuǎn),靳洋,王東平等.數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)在銅坑礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2009,9(05)：37-39+154.

[3]申江慶.在煤礦安全生產(chǎn)中應(yīng)用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的探討[J].煤,2008,17(02)：66-67+83.

[4]張勇.網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在礦井安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].煤炭工程,2003(07)：74-77.

[5]陳兆驊.CDMA無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)及在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].才智,2009(08)：123.

[6]張浩,曾青.綜合視頻監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)在石化行業(yè)安全生產(chǎn)管理中的應(yīng)用[J].數(shù)字石油和化工,2007(5)：12-15.

[7]王曉東.生產(chǎn)企業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的有效實(shí)現(xiàn)[J].視點(diǎn),2008(08)：59-60.

作者單位 廣東海洋大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院 廣東省湛江市 524088