模擬+高清網(wǎng)絡(luò)混合視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速軋鋼車間的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李曉光

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

近年來，視頻監(jiān)控產(chǎn)品正逐步向著高清化、網(wǎng)絡(luò)化的方向邁進(jìn)，模擬視頻監(jiān)控將逐漸被高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)所取代的觀點(diǎn)似乎已經(jīng)成為了多數(shù)人的共識。

而對于高速軋鋼車間，高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)取代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)是否也是大勢所趨，本文將結(jié)合車間的工藝流程特點(diǎn)，詳細(xì)闡述模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)與高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的各自優(yōu)劣，發(fā)揮優(yōu)勢，規(guī)避缺點(diǎn)，搭建一個模擬+高清相網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的混合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，滿足高速軋鋼車間的實(shí)際使用需求。

1 模擬、高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)各自特點(diǎn)

1.1 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由模擬攝像機(jī)、視頻矩陣或視頻分配器、圖像分割器、視頻順序切換器、顯示屏、硬盤錄像機(jī)等組成。

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信號采集、傳輸、顯示、存儲均為模擬方式。模擬攝像機(jī)實(shí)時獲取的外界景物的真實(shí)圖像信號，不經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，直接在顯示屏顯示，具有明顯的低時延的優(yōu)勢；模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，前端模擬攝像機(jī)由于不需要模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換及通過內(nèi)置芯片進(jìn)行智能分析等相關(guān)數(shù)據(jù)處理，設(shè)備自身的發(fā)熱量小。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有低時延、發(fā)熱量小的優(yōu)點(diǎn)，但也有其局限性。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端模擬攝像機(jī)，清晰度從早期的350TVL 直到今天的750TVL，也就相當(dāng)于720P 標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的清晰度；模擬攝像機(jī)缺乏內(nèi)置芯片的智能分析等功能，進(jìn)行視頻分析必須依靠強(qiáng)大的后端服務(wù)器，成本高。模擬攝像機(jī)的視頻信號以點(diǎn)對點(diǎn)的方式傳輸，布線工程量大，組網(wǎng)不夠靈活，遠(yuǎn)程訪問困難。

1.2 高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、視頻解碼器、視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)或磁盤整列等組成。

高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，前端高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)直接把模擬的視頻信號通過內(nèi)嵌式的編碼芯片轉(zhuǎn)換成IP 數(shù)字信號，經(jīng)過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的傳輸，在后端通過解碼器實(shí)現(xiàn)視頻畫面的顯示。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，清晰度從早期的720P（100萬像素），到今天的1080P（200萬像素）已全面普及，甚至400萬、600萬的超高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也頻繁的出現(xiàn)于工程實(shí)例當(dāng)中，超高的清晰度是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的一個顯著特點(diǎn)；前端高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)內(nèi)置芯片，本身具有一定程度的智能分析功能，可以不依靠后端服務(wù)器，識別常見的越界、非法闖入等行為，并生成相應(yīng)的報警信息；高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用基于TCP/IP 的組網(wǎng)方式，組網(wǎng)靈活，組網(wǎng)的范圍和距離大大提升；高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)憑借其多方面的優(yōu)勢，后來者居上，已逐漸取代模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但其仍存在著一些無法忽視的缺點(diǎn)。高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻畫面，在前端攝像機(jī)處存在模擬轉(zhuǎn)換成IP 信號、后端顯示處相反又存在一個IP 信號轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號的過程，再加上基于TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，整個系統(tǒng)具有明顯的時延性；高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中，前端高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)由于內(nèi)置芯片進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換及其他智能分析等相關(guān)數(shù)據(jù)處理，自身設(shè)備散熱量大，芯片也會在高溫時自保護(hù)停止工作。

表1 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)劣對比表

2 模擬+高清混合視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速軋鋼車間的應(yīng)用

高速軋鋼車間，軋鋼生產(chǎn)線上，由于高速軋鋼的特性，對可以達(dá)到秒級、人眼可以覺察到的高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的時延，是無法接收的；另高速軋鋼軋鋼生產(chǎn)線上整體溫度較高，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也更容易由于過熱保護(hù)而停止工作。故高速軋鋼車間的軋鋼生產(chǎn)線上，模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)更實(shí)用。

由于智能化水平的提升，高速軋鋼車間的配變電站、水泵站等設(shè)施也在逐步實(shí)現(xiàn)無人值守，以及成品庫、原料庫等處的安保需求，都對高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)有著更深的依賴。

下面就結(jié)合某高速軋鋼車間實(shí)例，闡述模擬+高清網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的混合視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速軋鋼車間的應(yīng)用，采用這種模式可以充分發(fā)揮模擬、高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)各自的優(yōu)勢，規(guī)避缺點(diǎn)；另一方面也充分利用已有的資源，滿足實(shí)際使用需求。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

模擬+高清網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的混合視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為模擬視頻監(jiān)控子系統(tǒng)和高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)兩部分。其中模擬視頻監(jiān)控子系統(tǒng)部分主要由以下設(shè)備組成：視頻前端設(shè)備—700TVL 模擬彩色攝像機(jī)，傳輸設(shè)備—視頻光端機(jī)、光纜、同軸電纜，視頻處理、控制設(shè)備—視頻分配器、圖像分割器等，顯示設(shè)備—拼接大屏幕，模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備—視頻編碼器。高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)部分主要由以下設(shè)備組成：視頻前端設(shè)備—1080P 高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，傳輸設(shè)備—視頻網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、視頻光模塊、光纖收發(fā)器、光纜、雙絞線，視頻處理、控制設(shè)備—視頻服務(wù)器、視頻解碼器、視頻管理電腦。二者共用視頻顯示設(shè)備—拼接大屏幕，視頻存儲設(shè)備—磁盤陣列。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

2.2 模擬視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

在高速軋鋼車間，從加熱爐入爐、出爐、粗扎、精軋、剪切、精整、卷曲、打捆等整個工藝流程生產(chǎn)線上，共設(shè)置30套700TVL 模擬彩色攝像機(jī)，經(jīng)同軸電纜或光纜傳輸至操作室，通過視頻分配器及圖像分割器直接在拼接大屏幕上無時延的顯示，供操作人員實(shí)時掌握整個生產(chǎn)線上的生產(chǎn)狀況。同時通過視頻編碼器，將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成IP 數(shù)字信號，接入視頻網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)模擬視頻的網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)換，更方便集中存儲、事后回看以及與公司級的視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

2.3 高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

圖1 模擬+高清網(wǎng)絡(luò)混合視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖

在高速軋鋼車間的原料庫、成品庫、液壓潤滑站、無人職守變電站所、水泵房等不需要實(shí)時監(jiān)控等處，共設(shè)置60套1080P 高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雙絞線或光纜及交換機(jī)傳輸至操作室，部分重點(diǎn)畫面通過視頻解碼器在顯示屏上顯示，大部分視頻信號直接接入視頻存儲設(shè)備，以便有突發(fā)情況時事后回看。同時高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)具有智能分析功能，當(dāng)有人員非法闖入庫區(qū)、無人值守變電站所等正常情況下不應(yīng)有人員隨意進(jìn)入的區(qū)域，或者當(dāng)無人值守的水泵房等處水位超限時，在系統(tǒng)上生成報警信息并在顯示屏彈出相應(yīng)視頻畫面，供相關(guān)人員及時掌握情況并迅速做出處理。

2.4 視頻顯示及視頻存儲設(shè)備

本車間的視頻顯示設(shè)備，由15（3×5）塊55"液晶屏組成拼接大屏幕，并配置拼接控制器，實(shí)現(xiàn)模擬和高清網(wǎng)絡(luò)視頻畫面在大屏幕上的顯示，同時可以實(shí)現(xiàn)視頻畫面的任意拼接縮放，如單屏、跨屏顯示。

本車間的視頻存儲設(shè)備，采用48盤位磁盤陣列，同時配置6T 企業(yè)級硬盤，通過H.264或者H.265數(shù)字壓縮算法，實(shí)現(xiàn)所有模擬和高清網(wǎng)絡(luò)視頻信號的集中存儲，存儲時間為1個月。

3 結(jié)束語

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)與高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控各有優(yōu)勢、各有利弊，它們的應(yīng)用場景、效果是不一樣的。綜合考慮高速軋鋼車間的工藝特點(diǎn)、用戶需求等因素，采用模擬+高清混合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)路線是非常合理的，方案滿足用戶的多方需求。