質量監督管理工作中的視頻監控系統應用與發展設想探討

姚 鑫 安 蓓

石油化工工程質量監督總站南京監督站 江蘇南京 211500

1 系統建設實施背景

1.1 科學技術發展推動

目前隨著計算機應用技術、信息化技術的飛速發展，以及4G、5G、WiFi 等信號傳輸手段多樣化、傳輸速率的高速化，不斷推動可視化的視頻監控系統廣泛應用。將視頻監控系統運用到中石化的工程項目建設施工現場的質量監督管理、施工安全中，可深化項目建設施工現場質量監督管理的可視化、信息化程度。目前通過視頻監控系統在工程項目施工現場的監控管理與應用，可視化技術在質量監督管理領域不斷拓展。視頻監控系統也是中石化工程項目建設數字化、信息化、標準化管理的重要內容。

1.2 質量監督管理創新要求

十四五期間，石化工程項目建設正處于高峰階段，石化行業迎來了加速化的發展時期，質量監督管理工作同樣面臨著嚴峻的考驗與挑戰。傳統的質量監督管理手段遇到了瓶頸，質量監督管理工作迫切需要創新監督管理機制與手段，才能使工程建設質量安全處于動態的可視化監控狀態，實現24h 全天候、全方位對現場工程建設進行遠程可視化監督管理，及時發現工程質量監管中的薄弱環節。通過把常見的質量不合格情況信息及時反饋，以明確下一步監督檢查的重點和難點，便于采取針對性的措施，以加強重點項目施工過程的質量控制管理，提升質量監督管理水平。可視化技術已然成為工程項目建設現場質量監督管理工作的新要求和新目標。

1.3 工作效率提高需要

視頻監控系統支持質量監督管理過程的可視化顯示。對連續的質量監督視頻數據存儲，實現視頻數據集中管理，支持單項目單畫面、單項目多畫面以及多項目多畫面等多種方式查看，具有一屏多畫面功能，可對質量監督畫面進行多維度展示。視頻回放模塊，可快速定位與查詢項目已存儲的視頻畫面，追溯并了解質量監督管理工作相關情況。通過可視化視頻監控系統技術的應用，相關領導可隨時查詢各項目的質量監督管理情況，包括總站及各分站的質量監督管理工作完成情況，以及工程項目現場不同時間的施工記錄，均可了如指掌，為總站及各分站領導的管理與決策提供幫助，加快了總站及各分站間的溝通速度，提高了各監督站的工作效率。

1.4 系統建設必要性

為了提升工程質量監督總站安全監管和業務保障水平，滿足工程質量監督總站對視頻監控的管理要求和各個部門對視頻監控圖像查看的業務需要，同時加強對其下屬項目部管理現場的管控力度，這樣能夠加強對項目現場的質量監督管理，使工程部領導和各質量監督站能隨時隨地直觀地視察工程現場的施工情況，增強了總部領導和各分站對項目施工現場工程質量、安全方面的監管力度，能有效地減少、防止質量、安全事故的發生。因此，建設一套可視化的工程質量監督管理視頻監控系統是十分必要的。

2 系統實際建設應用中的問題

目前，質量監督視頻監控系統已在揚子煉油結構調整項目、儀征化纖300 萬t/ a PTA 項目、安慶煉油轉化工結構調整項目等項目現場得到實施應用。在系統實際建設過程中難免會遇到各種問題與難點，以下內容分析了重點問題與解決方案。

2.1 信號傳輸問題

如果項目現場監控點和信號接收點相距較遠且位置較分散，利用傳統有線網絡布線的方式不但成本非常高，而且需要架高與埋地等敷設方式，施工難度較大。相較于有線網絡傳輸方式，無線網絡傳輸的優勢體現在：利用無線網橋技術，可以將多個監控點位與信號接收點位連接起來，且搭建迅速，可以在最短的時間內迅速組建起小型局域網，傳輸拓撲示意圖如圖1 所示。無線網橋主要扮演連接監控點和交換機進行數據傳輸的角色。由于質量監督監控系統對視頻質量要求較高，因此如何利用無線網橋傳輸穩定高質量的視頻數據畫面，是建設質量監督視頻監控系統中需要面臨的關鍵問題之一。

圖1 無線網橋信號傳輸拓撲圖

目前發現的影響信號傳輸的因素主要包括2 類，一是項目現場有障礙物遮擋，如大型裝置、罐體、建筑等，以及在儀化PTA 項目中發現了茂密的樹群同樣會影響無線網橋的信號傳輸強度。儀化PTA 項目視頻監控系統初次建設時在2021 年冬季，現場樹木均是枝干，從項目辦公室到項目現場監控點之間無樹葉遮擋，信號強度為滿格，到2022 年春季后，發現監控畫面卡頓，且網橋信號強度減弱，調查后發現是項目辦公室與項目現場監控點位之間生長的茂密樹葉造成遮擋，信噪比與吞吐量異常，如圖2 所示，導致網橋信號強度減弱。二是項目現場與監控點距離較遠，如揚子煉油結構調整項目的五公司預制場與十公司預制場均不在項目現場，且與項目現場的距離超過網橋有效傳輸的距離，且兩點之間有較多類型的城市建筑，這種情況下就無法使用無線網橋來進行信號傳輸。

圖2 無線網橋信噪比及吞吐量示意圖

2.2 CVR遠程集中存儲問題

在南京站視頻監控系統建設過程中，總站及南京站的對于存儲的要求包括：要在項目本地進行存儲，存儲時長需達到3 個月，還需要在南京站機房進行遠程集中存儲，存儲時長需達到6 個月，但遠程集中存儲設備CVR無法直接訪問并存儲各項目所在地NVR 中存儲的監控視頻，同時由于各項目建設單位的內網資源問題，提供的中石化內網資源有限，多個監控球機均接入到一臺NVR中，該NVR 的IP 地址為建設單位分配的可用內網資源，想要通過CVR 對監控系統的視頻進行遠程集中存儲需要添加每一個監控球機的IP 地址，由于球機的IP 地址為外部局域網，因此無法直接添加設備至CVR 中進行集中存儲。

2.3 與總站平臺級聯問題

總站要求所有監控視頻數據的傳輸與存儲必須在中石化內網中，因此需要與總站視頻監控平臺進行級聯，系統需支持GB/ T 28181 國家標準協議，能夠具備網絡播放功能，將項目施工現場視頻畫面傳輸至終端管理系統與視頻監控平臺進行直接播放，并為總站提供安全的訪問通道，能夠實現實時遠程查看、信息報警，視頻回放等功能。由于總站與各區域中心、南京站之間的中石化網絡存在防火墻，無法通過內網直接訪問終端管理設備或攝像機等。

3 解決方案

3.1 信號傳輸改善與數據專線

3.1.1 網橋橋接

為了解決網橋信號遮擋問題，使用了無線網橋橋接方法，一種是在通過在原信號發射點處（監控點位）與信號接收點處增加一對網橋，利用兩對網橋兩兩相連進行信號傳輸，將一只攝像機端網橋的LAN 口與一只錄像機端網橋的LAN 口使用網線相連，進行信號傳輸，如圖3a 所示；另一種是將相鄰的監控點位的網橋串聯進行橋接，即將一只網橋的錄像機端與已有監控點位的攝像機端相連，這種方式可以利用現有建設完成的監控點位，無需在信號接收點處再次與現場監控點位相連，如圖3b 所示。兩種方式均可以有效解決因大型裝置、罐體、建筑等障礙物引起的信號傳輸遮擋問題。

圖3 網橋橋接模式

3.1.2 數據專線

當監控點的位置與機房位置相距較遠，超出網橋的有效傳輸距離時，為了解決信號傳輸問題，采用了運營商的點對點專用傳輸的數字電路，作為視頻數據傳輸的載體，即數據專線。數據專線是兩點間數據透傳，不能連接互聯網，采用了隧道加密、認證鑒權、流量控制、路由隔離等多種安全防護機制，建立安全、可靠、高速的專用數據通道環境，來滿足總站對監控視頻數據必須在中石化內網進行傳輸的要求。在監控點位處與區域中心均連接運營商的光纖資源，由區域中心分配一個可用的中石化內網IP 地址給這條線路，這條數字電路便成為了中石化的專有線路，僅用于傳輸監控視頻數據，且能夠成功接入中石化內網，與總站視頻平臺進行級聯。

3.2 IP 映射與CVR存儲配置

各攝像機的局域網IP 地址經過路由器映射后，攝像機IP 地址屬于內網地址，然后接入CVR 進行存儲錄像，步驟如下：

第一步：先完成CVR 本地配置。首次加入存儲系統中的磁盤，必須要先做檢測，磁盤認證檢測。插入磁盤：web 登錄存儲管理- 磁盤管理- 檢測，確認磁盤是否搜索得到。未檢測的盤會顯示“未認證”，未認證要通過認證后，狀態正常后才可以繼續操作使用。

第二步：完成設備網絡配置（便于后續添加管理CVR）。完成設備網絡配置：設備默認數據口IP 是192.168.0.100；但如果該IP 和您的電腦或其他設備不在同一個網段，您也可以修改該IP 地址或者添加其他IP 地址；便于后續軟件添加管理CVR。設置路徑如下：系統管理- 網絡管理- 基本網口信息- 設置局域網IP 地址。

第三步：完成CVR 錄像計劃配置并下發計劃。1、設備管理里面添加CVR 以及錄像機/ 攝像機。2、在存儲計劃里面選中監控點設備—存儲服務器選擇CVR 存儲設備——選擇關聯的硬盤號（即CVR 本地配置的錄像卷），啟用錄像計劃，設置錄像計劃模板，后點擊“保存”即可。

最后使用iVMS- 4200 或專用平臺軟件配置存儲設備（CVR）錄像計劃，并回放錄像。設備管理里面添加CVR 以及錄像機/ 攝像機。在存儲計劃里面選中監控點設備—存儲服務器選擇CVR 存儲設備——選擇關聯的硬盤號（即CVR 本地配置的錄像卷），啟用錄像計劃，設置錄像計劃模板，后點擊“保存”即可。

設置好CVR 相關配置后，通過“IVMS- 4200 或綜合安防平臺”檢查存儲（CVR）錄像是否正常。打開4200 客戶端軟件，選擇“遠程回放”菜單，在遠程回放頁面，選擇需要查詢的錄像時間段，然后找到需要查詢的監控點，鼠標雙擊監控點信息，查看客戶端右側窗口播放是否正常，在下方可以看到有錄像的時間段的進度條，如現場錄像有聲音，請注意檢查播放時聲音是否正常。

3.3 防火墻策略及GB/ T28181 協議相關設置

為了讓總站的視頻監控平臺能夠訪問各地的終端管理設備，并將視頻監控添加至平臺中進行級聯。可以采用以下兩種方案，一種是按照防火墻策略規則進行登記，并申請填寫防火墻策略。防火墻安全策略是防火墻中對流量轉發、以及對流量中的內容進行安全一體化檢測的策略。當防火墻收到流量后，會對流量的屬性（包括五元組、用戶、時間段等）進行識別，從而和安全策略進行匹配，安全策略組成如圖4 所示。如果能夠匹配上，則執行相應的動作。如果動作為“允許”：如果沒有配置內容安全檢測，則允許流量通過。如果配置內容安全檢測，最終根據內容安全檢測的結論來判斷是否對流量進行放行。針對普通用戶的訪問需求可填寫IP 地址、IP 地址段；針對遠程管理或系統間數據交互的訪問需求，須填寫具體IP 地址，禁止使用中文描述。填寫具體的目的端口號，其中3389 遠程桌面、22 SSH 管理、23 telnet 管理端口，需通過堡壘機管理；1521 數據庫、1433 數據庫端口權限較大，需固定訪問的源IP 地址，建議通過堡壘機或者跳板機訪問；建議采用加密數據傳輸服務替代非加密的ftp 數據傳輸；對于需要使用動態端口的應用，需限制最小化端口范圍。設置好以上內容后，即可與總站的視頻監控平臺進行級聯。

圖4 安全策略組成圖

另一種解決方案是設置GB/ T28181 協議相關內容，GB/ T28181 是公安部制定的視頻監控接入傳輸協議標準，全稱叫《公共安全視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》, 是一套標準協議接口，類似Onvif、RTSP、PSIA 等標準規范通用協議，設備只有支持這種協議，才能接入到指定的平臺。GB28181 的主要作用實質上和Onvif 類似，規范的是設備（IPC、NVR、DVR 等視頻聯網設備）接入平臺的協議要求。GB/ T28181 沿用了SIP 信令，使用RTP 進行視頻數據傳輸，通信協議結構圖如圖5所示[1]。視頻接入總站視頻監控平臺只需要配置NVR 即可，不需要對NVR 下的IPC 進行相關設置，NVR 上填寫總站視頻監控平臺分配的參數，參數填寫成功后，總站視頻監控平臺管理員就可以正常發現并添加。需要注意的事項有：一是修改分辨率為H.264，GB28181 目前未支持H.265，目前支持的是H.264、MPEG、PS 流協議，所以需要把攝像機、NVR 通道的主、子碼流設置為H.264 編碼。就可以按照專線接入的拓撲連接好網絡，并配置LAN1、LAN2 的網絡參數，選擇為多址模式。LAN1 口配置局域網監控和攝像機一個網段的IP 地址，LAN2 口配置總站要求的IP 地址。默認路由選擇LAN2。設置好參數后，即可實現與總站視頻監控平臺進行級聯。共享到總部的數據層級結構，通過一個根目錄共享上來，根目錄名稱簡潔符合規范。分組和監控點都要使用正規的20 位的國標編碼，分組編碼中的11- 13 位用216，通道編碼中的11- 13位用131 或者132。不共享對講和報警通道。

圖5 GB/ T 28181 通信協議結構圖

4 質量監督管理工作的發展設想

4.1 建設綜合系統

視頻監控系統是質量監督管理的一種創新管理工作建設實施，但是對于工程項目建設的質量監督管理工作而言，深化信息化管理還有很長的路要走。在對工程質量監督檢測站的各項工作進行全面透徹分析的基礎上，可以由總站負責組織力量，圍繞科技創新、信息共享、功能實用、規范化、具有開放性與可擴充性、界面友好、性能穩定可靠、具備一定的容錯能力和故障診斷能力等要求，發展建設一套質量監督管理綜合系統[2]。

在質量監督管理綜合系統設計中，可采用以數據與分析為核心的方法，明確數據需求后再設計數據庫，確保數據滿足系統需要。

4.2 綜合系統主要功能

質量監督管理綜合系統須通過可視化展示項目實際地圖，并標記監控點分布，快速了解各監控應用地點及場景。可支持固定監控查詢、移動設備監控查詢、多條件篩選視頻回放查詢，實時記錄現場質量監督管理情況。可采用多圖表統計報警信息數據，清晰展示現場質量監督管理情況。根據事先預設內容，可對人員崗位資質是否匹配、管理人員是否到崗履職、無關人員闖入區域等情況進行報警處理，產生的報警信息可推送相關人員，便于及時處理。報警信息可通過多條件進行可視化查詢。系統應支持質量監督過程數據的可視化顯示。自動匯總質量監督檢測數據，形成統計表形式便于查看。對大量的質量監督檢測數據采集匯總，實現影像數據庫管理，可支持圖文和列表兩種方式查看，應具有一屏多圖功能、豐富的動態統計功能，可對質量監督檢測數據進行多維度展示。應支持影像庫功能，該功能模塊可快速查詢系統采集到的項目質量監督數據，充分了解項目現場施工質量的實施與監督管理情況。

4.3 綜合系統數據分析

質量監督管理綜合系統應通過采集質量管理過程的基礎數據，適時結合總站、項目在不同時期所需要的數據分析項的變化情況，對采集數據進行動態分析，包括月度清單、季度清單、年度清單等。根據數據分析的目的，可建立數據分析模型，確認需要收集的原始數據及基于原始數據的預期統計數據，明確適宜的統計周期，以及統計工具和方法。一些數據的統計周期過短或過長都會影響統計結果分析的客觀性，需要結合實際，確定合理的統計周期。收集數據后將原始數據合理分層、分類。如按照實體質量、質量行為、技術資料等將同類型的質量數據歸為一類。統計出現質量問題的多數類別，準確查找質量問題的不合格因素，分析造成質量問題的根本原因，有針對性地采取糾正和預防措施，防止同類質量問題再次發生。

系統可通過不同的統計分析工具，如排列圖：通過統計焊縫質量問題的不同的情形（如未熔合、夾渣、裂紋、氣孔、咬邊等），找出焊縫主要的不合格情況。通過相關圖統計焊工等級比例與焊口合格率之間的關系，判斷影響焊口合格率的影響因素，分析出現焊口質量問題的根本原因。通過分析質量問題數據，找出造成質量問題的主要原因，采取針對性有效措施，從根源上解決問題，減少或防止再次發生同類質量問題。根據質量問題數據分析，合理應用分析結果，制定改進措施實施計劃，明確實施主體責任。針對分析的質量問題主要因素，采取具體措施，制定整改目標，落實實施整改和監督責任人，規定整改期限，確保質量問題閉環管理。可以將有效的措施標準化鞏固下來，對質量問題的追蹤，避免出現整改不力，整改中斷、整改偏差、限期不嚴、監督缺位等情況發生。確保嚴格滿足質量管理PDCA 各個環節。有效解決工程質量問題發現、處理相對滯后的問題，使工程質量監督管理工作更加精細化。

除了質量問題數據分析，系統應同樣對優秀數據進行收集分析，建立經驗數據庫，有利于質量監督管理經驗的積累，為后續工程項目的建設提供支持與借鑒。讓質量監督管理工作不斷符合標準化、規范化的要求，提高質監總站及各分站監督管理的水平。

5 結語

通過視頻監控系統在石化工程項目建設中的有效應用，為質量監督管理工作提供助力，并帶來了一定的經濟效益。石化工程項目建設的質量監督管理是一項綜合性的工作，隨著社會經濟、技術的進一步發展，質量監督管理工作必定會遇到新的挑戰。因此，要結合新形勢下的要求，轉變觀念，結合實際來調整質量監督工作，通過不斷的學習、探索、創新和總結，才能夠進一步提高質量監督管理的水平，從而更好地發揮出工程建設的綜合效益。