石化企業(yè)產(chǎn)供銷監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李君有

摘 要：石油化工生產(chǎn)具有易燃易爆，設(shè)備高大、存在有毒有害氣體，現(xiàn)場巡檢難度大、工作量大等特點。因此，朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的視頻監(jiān)控系統(tǒng)在石油石化企業(yè)安全生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。基于網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議，利用視頻編碼技術(shù)和流媒體技術(shù)，組建包括接入層、匯聚層、核心層的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)，利用管理服務器、流媒體服務器和存儲服務器搭建視頻服務平臺，選用分布式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計出適用于石化企業(yè)的產(chǎn)供銷網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：石化企業(yè)；產(chǎn)供銷；監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

1、前言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為石化企業(yè)安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，采用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的視頻監(jiān)控技術(shù)，可以大大提高監(jiān)控效率和管理水平，滿足石化企業(yè)的監(jiān)控需求。依托當前成熟的計算機、網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫等相關(guān)技術(shù)，建立健全石化企業(yè)產(chǎn)供銷監(jiān)控系統(tǒng)。管理人員通過該系統(tǒng)完成對物料產(chǎn)出、投入、外購、外銷、儲存五個環(huán)節(jié)的主動監(jiān)控，進而有效掌控各個廠區(qū)、裝置及設(shè)備的運行負荷狀況，對企業(yè)日度、月度、季度、年度計劃的貫徹實施起到良好的促進和保障作用。

2、系統(tǒng)采用技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于TCP/IP協(xié)議，可以采用ADSL、LAN、WLAN、3G等多種網(wǎng)絡(luò)接入方式，利用視頻編碼技術(shù)將視頻信號封裝，利用流媒體技術(shù)將視頻流傳輸至客戶端，通過電視墻、PC機、手機等多種終端進行視頻瀏覽和控制管理。

1）傳輸協(xié)議。TCP/IP協(xié)議即傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，定義了電子設(shè)備接入因特網(wǎng)互相傳輸數(shù)據(jù)的標準。接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的每臺網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備均以獨立的網(wǎng)絡(luò)身份出現(xiàn)，必須具有唯一的網(wǎng)絡(luò)地址即IP地址。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議傳輸視頻數(shù)據(jù)，借助Internet網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)跨區(qū)域的遠傳組網(wǎng)。

2）編碼技術(shù)。H.264是由國際標準化組織制定的音視頻信息壓縮編碼標準，視頻信號經(jīng)過H.264技術(shù)編碼封裝后，具有碼率低、圖像質(zhì)量高、容錯能力高、網(wǎng)絡(luò)適應性強的特點。

3）流媒體技術(shù)。流媒體技術(shù)是指在網(wǎng)絡(luò)中采用流式傳輸?shù)姆绞絺鬏斠曨l。流媒體技術(shù)傳輸視頻信號具有傳輸時間短、節(jié)省存儲空間等優(yōu)點。流媒體技術(shù)一點對多點的分發(fā)機制可以實現(xiàn)系統(tǒng)平臺并發(fā)視頻流到多個客戶端。

3、系統(tǒng)方案設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計包括分層次組網(wǎng)、選擇監(jiān)控設(shè)備、構(gòu)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等環(huán)節(jié)。

3.1網(wǎng)絡(luò)層次

依據(jù)石化企業(yè)下屬單位的隸屬關(guān)系，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入模式采用分層結(jié)構(gòu)，包括接入層、匯聚層和核心層等。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)應當具備上級單位網(wǎng)絡(luò)接入能力，預留跨區(qū)域遠傳的網(wǎng)絡(luò)接口并配備網(wǎng)閘，保證上級單位能夠遠程調(diào)取視頻流。

1）接入層用于前端設(shè)備的接入和訪問控制，采用固定配置的交換機，具有較高的接口密度，以10/100M端口為主，另外配備1000M的上聯(lián)端口。接入層布置在各生產(chǎn)裝置的控制室。

2）匯聚層負責鏈路匯聚和流量收斂，采用固定配置交換機或者機箱式模塊化交換機，具有較高接入能力和充足帶寬，配備光端口和高速電口。匯聚層布置在各分廠的監(jiān)控機房。

3）核心層用于高速數(shù)據(jù)交換，采用機箱式模塊化交換機，配備管理模塊、光端口和高速電口，機箱具備較高的插板容量。核心層位于石化企業(yè)的總監(jiān)控中心。

3.2設(shè)備選用

系統(tǒng)設(shè)備包括視頻采集設(shè)備、視頻服務平臺、用戶客戶端以及視頻顯示設(shè)備等。采集設(shè)備連接到接入層交換機，包括內(nèi)嵌編碼器的網(wǎng)絡(luò)攝像機、云臺、拾音器、報警傳感器等，用于采集前端音視頻信號和輸出報警信號。安裝在易燃易爆環(huán)境中的攝像機、云臺等應具備符合行業(yè)標準的防爆等級，防止設(shè)備工作過程中產(chǎn)生的電火花引爆危險氣體造成生產(chǎn)事故。將槍式攝像機安裝在防爆護罩內(nèi)或者向球機內(nèi)部不斷注入惰性氣體能夠達到隔爆要求。采集到的信號經(jīng)過編碼封裝后傳輸至視頻服務平臺進行處理。管理服務器、流媒體服務器、存儲服務器在匯聚層或核心層組網(wǎng)，安裝控制軟件后組建成視頻服務平臺。視頻服務平臺應該與企業(yè)內(nèi)車輛超速管理系統(tǒng)、紅外照射防盜系統(tǒng)等安防系統(tǒng)共架兼容，實現(xiàn)統(tǒng)一管理的目的。視頻服務平臺對前端設(shè)備采集到的視頻流進行管理和存儲，并發(fā)送到各個客戶端。客戶端設(shè)備可以采用硬件解碼和軟件解碼等形式對視頻流解碼。硬件解碼是通過電視墻服務器將視頻流解碼后在電視墻上顯示。軟件解碼功能集成在客戶端軟件內(nèi)，用戶通過客戶端PC機可以采用B/S模式（瀏覽器/服務器模式）或C/S模式（客戶端/服務器模式）向視頻服務平臺發(fā)出請求并接收視頻流，然后將視頻流解碼顯示。此外還可以向前端采集設(shè)備發(fā)出控制指令，實現(xiàn)攝像機參數(shù)調(diào)整和云臺動作控制。

3.3系統(tǒng)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為集中式和分布式等形式。集中式系統(tǒng)架構(gòu)是在核心層將管理服務器、流媒體服務器、存儲服務器等安裝控制軟件后構(gòu)成唯一的中心視頻服務平臺。管理服務器控制攝像機和客戶端分別連接到流媒體服務器，攝像機通過流媒體服務器向客戶端傳輸視頻流。

集中式系統(tǒng)架構(gòu)能夠滿足小型企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控需求，但數(shù)據(jù)處理分發(fā)能力有限。一路1080P的視頻流需要6M以上的傳輸帶寬，如果多個客戶端同時向管理服務器提出申請，流媒體服務器需要同時向多個客戶端發(fā)送視頻流，對流媒體服務器的流量并發(fā)能力和交換機的帶寬提出非常高的要求，容易造成服務器宕機和網(wǎng)絡(luò)擁堵。此外由于集中分發(fā)，流媒體服務器一旦宕機所有客戶端都無法獲取視頻流。在大型石化企業(yè)內(nèi)部搭建網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的時候，應該選擇采用分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

相比集中式結(jié)構(gòu)，分布式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)主要是在匯聚層增加了代理點，以管理服務器、流媒體服務器和存儲服務器構(gòu)建代理點視頻服務平臺，核心層只安裝中心管理服務器。將中心視頻服務平臺功能分配到不同代理點，每個代理點平臺具備和原中心平臺相同功能。根據(jù)就近原則，將某區(qū)域范圍內(nèi)的前端設(shè)備和客戶端接入本區(qū)域的代理點平臺，中心管理服務器只負責攝像機和客戶端的注冊等業(yè)務功能，一個代理點平臺的流媒體服務器宕機不會影響其他代理點的客戶端使用，降低了服務器宕機的損失。分布式結(jié)構(gòu)既實現(xiàn)了業(yè)務統(tǒng)一管理的功能，又減輕了中心平臺設(shè)備運行壓力，降低了中心平臺帶寬要求，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行能力。

分布式架構(gòu)的系統(tǒng)客戶端獲取視頻的流程如下。

1）客戶端到中心管理服務器注冊。

2）攝像機到中心管理服務器注冊。

3）客戶端由中心管理服務器控制，重新連接到代理點管理服務器。

4）攝像機由中心管理服務器控制，重新連接到代理點管理服務器。

5）客戶端由代理點管理服務器控制，重新連接到代理點流媒體服務器。

6）攝像機由代理點管理服務器控制，重新連接到代理點流媒體服務器。

7）攝像機向代理點流媒體服務器發(fā)送實時視頻流。

8）代理點流媒體服務器轉(zhuǎn)發(fā)實時視頻流到客戶端。

9）客戶端從代理點存儲服務器獲得回放視頻流。

4、結(jié)語

通過石化企業(yè)產(chǎn)供銷監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)對物料的產(chǎn)出、投入、外購、外銷、儲存各環(huán)節(jié)的主動集中式監(jiān)控管理；一旦發(fā)現(xiàn)脫銷、滯銷、生產(chǎn)滯后等緊急情況后，可以及時調(diào)整進度、增加或減少產(chǎn)量與銷量，從而實現(xiàn)石化企業(yè)核心價值鏈的穩(wěn)定運行，為實現(xiàn)企業(yè)效益最大化提供最有力的信息技術(shù)支撐。

參考文獻：

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