氣候環境實驗室視頻監控系統設計

杜文輝

（中國飛機強度研究所，陜西?西安?710065）

氣候環境實驗室是我國目前建設體量最大、綜合能力最強、能夠模擬全球地表極端氣候的大型基礎實驗設施，可為各類飛機及武器裝備環境適應性研究[1-2]提供模擬環境，室內可模擬多種自然環境，如低溫、高溫、降雪、凍雨等[3-4]。氣候環境試驗不同于其他試驗，具有其典型特點及難點：一是試驗周期長、試驗工況復雜，試驗過程中各系統交叉耦合，各項試驗均由多套設備配合運作完成，設備參數及試驗參數種類多；二是試驗現場設備需要耐受高低溫等特殊環境條件；三是在實驗室模擬高溫、濕熱、低溫等極端氣候過程中，試驗人員無法長時間停留在試驗現場觀察試驗狀況。針對環境試驗特點及難點，將當前主流的基于B/S構架的視頻監控技術[5-6]通過網絡構架融合應用，設計氣候環境實驗室視頻監控系統，實現試驗過程中實時監控。

隨著網絡通信技術發展，基于B/S構架的視頻監控技術廣泛應用于航空航天、交通、軍事、公安、煤炭、石油化工等各個行業，為其信息獲取及指揮調度發揮了至關重要的作用。

1??系統構成

視頻監控系統包含視頻監控工作站、視頻監控設備、顯示屏、固定式攝像頭、便攜式攝像設備、綜合視頻平臺、存儲服務器、交換機、數據采集保溫箱等。視頻監控系統與實驗室其他系統通過網絡總線連通，實現信息互通，系統網絡構架如圖1所示。

2??系統工作原理

視頻監控系統基于B/S模式的網絡構架，主要用于對實驗室、試驗件及工藝設備的實時監控，便于試驗人員監視試驗現場情況。視頻監控工作站運行視頻監控管理軟件，實現系統控制；綜合視頻平臺采用Linux系統，集成設備管理功能，可對網絡信號進行解碼，視頻信號進行切換，輸出視頻信號進行顯示、拼接、分割，并且把接入綜合視頻平臺的各類信號投影至外部顯示設備上；存儲服務器對視頻監控信號進行存儲；顯示屏用于顯示環境試驗視頻監控畫面及各控制工作站數據畫面，為試驗人員進行試驗指揮、掌握試驗進度、應對試驗突發情況、開展關鍵技術研討等提供信息支持。

圖1 網絡構架

視頻監控系統工作原理：通過室內攝像機將視頻畫面記錄并轉換為網絡信號接入交換機，傳輸至存儲服務器（硬盤錄像機）進行存儲，視頻監控工作站通過視頻監控軟件向綜合視頻平臺發送控制指令，通過軟件云臺控制攝像頭的旋轉、對焦等；同時，測控間各工作站通過HDMI接入綜合視頻平臺，通過視頻監控軟件控制顯示屏的顯示，視頻監控系統總體架構圖（信號流）如圖2所示。

圖2 視頻監控系統信號流圖

3??硬件配置

3.1??攝像頭

實驗室攝像頭采用可耐受環境要求較高的設備，能夠適應環境室各種復雜環境；固定式攝像頭海康DS-2DF6223-CX防爆式攝像頭，200萬1/1.8英寸CMOS圖像傳感器，可實現23倍變焦；便攜式攝像設備采用大華專用攝像機，200萬1/2.7英寸CMOS圖像傳感器，適用不同監控環境，支持多種異常檢測，網絡斷開、IP沖突、非法訪問支持報警音頻等；并進行溫度-60～80℃，濕度0%～100%RH多循環高低溫測試，如圖3所示。

圖3 攝像頭環境測試

3.2??視頻綜合平臺

采用DH-M70平臺，以M70為核心組建的網絡，配置4塊DVI的輸入板卡，可支持DVI信號的輸入；配置2塊DVI的輸出板卡，可支持6塊液晶屏的信號源輸出；同時支持攝像機的網絡解碼及視頻信號的靈活切換，支持多種信號源輸入模式，包括視頻信號（攝像頭、便攜式音視頻設備的信號）、工作站顯示器信號（VGA或DVI信號），可以任意切換和組合；集解碼器、矩陣功能于一身，具有接入網絡信號進行解碼、接入視頻信號進行切換、輸出視頻信號進行顯示功能。

3.3??數據存儲系統

采用大華存儲磁盤陣列，具有36個硬盤槽位，可安裝36塊4TG監控硬盤，最大存儲容量達到144TG；采用模塊化、抽拉式，保障了系統易維護性；支持SRAID功能，保證磁盤數據的安全性，確保數據的完整；支持RAID誤操作回復功能，防止磁盤被誤操作導致數據丟失，增加數據安全性；支持對磁盤進行使用前預檢和使用中巡檢，提前預防，及時報警；自動識別磁盤的剩余空間容量，根據用戶的數據存儲需求，可劃分多個容量不同的數據存儲空間；支持SAS多級級聯，保障了系統存儲容量的易擴展性；基于WEB的配置管理功能；支持Onvif、GB28181等標準協議，保障了對前端設備的兼容性。

3.4??顯示屏

顯示屏分為試驗控制間拼裝顯示屏和試驗指揮會議室ED顯示屏：

（1）試驗控制間顯示屏采用6塊工業級55寸LCD顯示屏組成，顯示屏比例為16∶9，分辨率為1920×1080；

（2）試驗指揮會議室采用LED顯示屏，型號TVH1.923，廠家利亞德，像素間距1.923mm，單元規格400mm×300mm/208×156pixel，總分辨率（W）2912×（H）1092pixel，整屏尺寸（W）5.6×（H）2.1m=11.76m2。

4??系統應用

實驗室視頻監控系統在實驗室調試及驗證試驗過程得到了充分的應用。實驗室調試過程中，通過配置視頻監控子系統中控主機顯示參數，使拼接墻中央的顯示器成3×2顯示，畫面顯示室內攝像機的視頻信號，同時將視頻畫面、試驗數據曲線顯示在會議大屏，如圖4所示。在試驗過程中，工作人員通過云臺控制攝像頭的角度及焦距，利用視頻畫面與實時曲線同步分析試驗過程中的問題。

圖4 視頻監控系統應用

5??結論

氣候環境實驗室視頻監控系統將試驗過程中現場視頻離散監控畫面通過網絡通信進行整合、綜合管理，使試驗人員更加便捷地獲取試驗信息，使試驗人員在試驗控制間同步觀看試驗現場實時狀況，進而解決傳統試驗過程中試驗現場與試驗控制間相分離的狀況，從而更好地控制及指揮試驗。在試驗過程中最大程度共享試驗信息，提高信息交互效率。