數(shù)字化視頻監(jiān)控的工業(yè)應(yīng)用

韓 圓

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100085）

0 引言

當(dāng)今智能數(shù)字化視頻監(jiān)控全面發(fā)展，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的高速發(fā)展和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)較傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)可提供更加多元化、更加全面的功能和服務(wù)。在某些工程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置環(huán)境和監(jiān)控需求具有一定的特殊性，例如，含有輻射劑量的環(huán)境條件，高速運(yùn)動(dòng)的視頻監(jiān)視對(duì)象，設(shè)施具有抗震要求等，對(duì)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了較高要求。目前全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，已能夠適應(yīng)多種工業(yè)環(huán)境。本文選擇某工程中，對(duì)監(jiān)視視頻實(shí)時(shí)性要求不苛刻，容許一定信號(hào)延遲的生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以下從視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求條件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，IP終端等設(shè)備選型的特殊性及要求，結(jié)論三個(gè)方面對(duì)該工程設(shè)施視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以某工程設(shè)施為例，設(shè)施主要用于產(chǎn)品接收及水下貯存，根據(jù)工藝生產(chǎn)流程、人員生產(chǎn)操作及管理要求需對(duì)如下生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)高清的視頻監(jiān)控：

（1）監(jiān)視汽車吊運(yùn)間內(nèi)的吊運(yùn)情況以協(xié)助起重機(jī)完成設(shè)備的吊裝；

（2）監(jiān)視安裝檢修廳的吊運(yùn)情況以協(xié)助起重機(jī)完成設(shè)備的吊裝、裝料等；

（3）監(jiān)視產(chǎn)品在貯存水池大廳內(nèi)的吊運(yùn)過程；

（4）在控制室大屏幕查看和處理實(shí)時(shí)視頻信號(hào)、控制中心集中進(jìn)行視頻存儲(chǔ)；

（5）各監(jiān)控點(diǎn)要求在不同操作需求下清晰傳送目標(biāo)圖像信息；

（6）正常情況下保證系統(tǒng)連續(xù)工作，具有不小于30天的視頻存儲(chǔ)能力。

根據(jù)上述監(jiān)控需求，設(shè)計(jì)一套數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)終端設(shè)備有IP定焦攝像機(jī)終端、IP云臺(tái)變焦攝像機(jī)終端；系統(tǒng)主設(shè)備由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)字視頻服務(wù)器、數(shù)字視頻存儲(chǔ)設(shè)備、管理工作站、監(jiān)視大屏幕、大屏控制器、操作鍵盤、傳輸設(shè)備、供電設(shè)備等組成。實(shí)現(xiàn)了從前端視頻信號(hào)獲取，到后臺(tái)集中處理和顯示、存儲(chǔ)的全過程。視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 設(shè)施視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖

1.1 終端設(shè)置

根據(jù)該工程的監(jiān)視需求，系統(tǒng)前端設(shè)為IP定焦攝像機(jī)和IP云臺(tái)變焦攝像機(jī)，在有吊運(yùn)、裝卸操作需求的房間設(shè)置IP云臺(tái)變焦攝像機(jī)，就地?zé)o設(shè)置移動(dòng)操作站需求，控制人員能夠在控制中心控制調(diào)整攝像機(jī)方向等以適應(yīng)工業(yè)操作過程的視頻監(jiān)視需求。在監(jiān)視車流情況的汽車吊運(yùn)區(qū)設(shè)置IP定焦攝像機(jī)，用于汽車吊運(yùn)環(huán)境整體監(jiān)視，監(jiān)視有無突發(fā)事件或應(yīng)急情況發(fā)生。室內(nèi)型IP云臺(tái)變焦攝像機(jī)配置變焦鏡頭、彩色I(xiàn)P攝像頭、云臺(tái)、防護(hù)罩一體化內(nèi)置等，無外露連線；室內(nèi)型IP定焦攝像機(jī)安裝于室內(nèi)環(huán)境，配置手動(dòng)變焦鏡頭、彩色I(xiàn)P攝像機(jī)、含電源模塊、防護(hù)罩及安裝支架等。

攝像機(jī)布置及數(shù)量需考慮監(jiān)視區(qū)域環(huán)境和攝像機(jī)本身設(shè)備局限性帶來的影響，不限于以下條件：監(jiān)視區(qū)域吊運(yùn)設(shè)備（門橋吊、起重機(jī)等）行走方向、設(shè)備運(yùn)行所需空間；監(jiān)視目標(biāo)的動(dòng)作范圍，是否需跟蹤人員操作；被監(jiān)視區(qū)域高度、寬度，攝像機(jī)視線范圍能否涵蓋監(jiān)視需求；攝像機(jī)終端的鏡頭、焦距下的盲區(qū)范圍，通過設(shè)置多臺(tái)攝像機(jī)補(bǔ)盲；攝像機(jī)位置是否存在大口徑風(fēng)管、橋架等物項(xiàng)遮擋；視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分級(jí)，攝像機(jī)及配套物項(xiàng)安裝方式、支架形式；設(shè)施是否有抗震要求，攝像機(jī)布置區(qū)域有無安全級(jí)工藝設(shè)備；環(huán)境照度情況，在無光源或者光源較弱的情況下，可選擇照度較低的攝像機(jī)，還可以采用代帶輔助光源的攝像機(jī)；根據(jù)客觀環(huán)境條件、輻射條件等選擇耐相應(yīng)輻射劑量的攝像機(jī)。

1.2 分中心設(shè)置

該工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)線路傳輸方案設(shè)計(jì)有兩種：

一是通用視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)施內(nèi)前端設(shè)備視頻信號(hào)通過網(wǎng)線或光纜送至后端交換機(jī)進(jìn)行集中數(shù)據(jù)交換。但由于該工程的建筑設(shè)施，具有體量龐大，監(jiān)視點(diǎn)位分散的特點(diǎn)，在優(yōu)先考慮視頻監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部供電的需求下，采用方案一的設(shè)計(jì)，將各終端視頻信號(hào)通過前置光電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成光信號(hào)后統(tǒng)一向設(shè)施內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主設(shè)備用房匯集，且由設(shè)施內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部供電系統(tǒng)集中向前端設(shè)備供電，存在以下不足：（1）工業(yè)建筑物內(nèi)設(shè)備物項(xiàng)、管道較多，環(huán)境復(fù)雜，對(duì)各線纜敷設(shè)條件及安裝技術(shù)要求較高。（2）遠(yuǎn)距離傳輸對(duì)一個(gè)中心集中供電不利，電壓損耗嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)性差。

基于上述原因，優(yōu)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)施內(nèi)的信號(hào)傳輸方式，應(yīng)用監(jiān)視區(qū)域位置就近設(shè)置分中心的主設(shè)備結(jié)構(gòu)方式。根據(jù)設(shè)施內(nèi)各類監(jiān)視需求，酌情設(shè)置多個(gè)線路傳輸分中心。不僅可整體縮短前端設(shè)備線纜敷設(shè)距離，還能夠預(yù)留一定的區(qū)域內(nèi)視頻終端擴(kuò)展能力，增設(shè)前端攝像機(jī)時(shí)無須改變分中心上游鏈路。傳輸分中心主設(shè)備為交換機(jī)及電源模塊，用于實(shí)現(xiàn)本區(qū)域集中供電和本區(qū)域內(nèi)視頻終端視頻信號(hào)的匯集和傳輸。

分中心的劃分可結(jié)合視頻監(jiān)控點(diǎn)位分布情況，視頻信號(hào)、供電電纜傳輸距離以及監(jiān)視區(qū)域的輻射強(qiáng)度進(jìn)行規(guī)劃、整合。在圖1設(shè)施視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖中，該設(shè)施設(shè)有兩個(gè)分中心，其中一個(gè)位于建筑物一層的貯存水池，負(fù)責(zé)貯存水池區(qū)域和汽車吊運(yùn)間信號(hào)匯集和集中供電；另一個(gè)位于建筑物二層的通信設(shè)備間，負(fù)責(zé)安裝檢修廳視頻信號(hào)匯集和供電。分中心與設(shè)施視頻監(jiān)控系統(tǒng)主設(shè)備交換機(jī)采用6芯單模鎧裝光纜連接。

該工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻顯示及操作處理在廠區(qū)的中央控制中心，控制人員可在控制中心通過顯示大屏集中查看、處理前端實(shí)時(shí)視頻圖像信息。設(shè)施內(nèi)各視頻接入交換機(jī)的輸出信號(hào)通過光纜配線設(shè)備進(jìn)行融合，再上行接入廠區(qū)中央控制中心。中央控制中心設(shè)有視頻管理服務(wù)器、磁盤陣列、視頻管理工作站、解碼器、多屏控制器、大屏顯示單元、光纖配線設(shè)備。存儲(chǔ)形式為中心存儲(chǔ)模式，數(shù)字視頻服務(wù)器由主備用服務(wù)器構(gòu)成，具有安全冗余性，主、備視頻管理服務(wù)器之間時(shí)間能夠自動(dòng)同步。視頻管理服務(wù)器具有自愈能力，當(dāng)意外掉電、網(wǎng)絡(luò)故障等問題修復(fù)后，服務(wù)器自動(dòng)恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)繼續(xù)進(jìn)行。在更換故障模塊或設(shè)備的時(shí)候，系統(tǒng)能自動(dòng)安裝恢復(fù)。

2 終端設(shè)備選型特殊性及要求

在部分工業(yè)設(shè)施中，工藝生產(chǎn)環(huán)境具有一定特殊性，比如高粉塵、高溫、強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)輻射、防爆等，這些環(huán)境特殊要求對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備選型、施工安裝等提出了更高要求。

輻射環(huán)境對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備選型的影響：本文示例工程的部分設(shè)施房間具有一定輻射劑量，綠區(qū)環(huán)境為工作人員可常規(guī)進(jìn)入?yún)^(qū)域，每年工作時(shí)間需少于2 000 h，場(chǎng)所劑量率≤5uSv/h；橙區(qū)環(huán)境為只有在放射性設(shè)備檢修等工作時(shí)才需要有限制的進(jìn)入，該區(qū)存在輻射照射和放射性污染的危害，每年工作時(shí)間需少于400 h。場(chǎng)所劑量率≤25uSv/h。在終端設(shè)備選型時(shí)需選擇能夠適應(yīng)相應(yīng)輻射劑量的視頻前端設(shè)備，包括攝像機(jī)、電源模塊等。

設(shè)施抗震條件對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)施工安裝的影響：該設(shè)施為抗震I類設(shè)施，視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備需確保地震發(fā)生時(shí)，設(shè)備不發(fā)生跌落損壞設(shè)施內(nèi)安全級(jí)設(shè)備，攝像機(jī)支架及組件設(shè)備需進(jìn)行抗震試驗(yàn)，攝像機(jī)位置選擇時(shí)需考慮附近有無重要工藝設(shè)備等。

對(duì)于類似有抗震要求的設(shè)施的視頻監(jiān)視設(shè)備、緊固件、安裝支架等需滿足相應(yīng)的穩(wěn)定性要求，設(shè)施進(jìn)行土建施工時(shí)，需在前端IP終端、設(shè)備箱所在位置預(yù)留埋件以便固定支架，線纜敷設(shè)時(shí)若考慮通過橋架敷設(shè)，需依據(jù)建筑物樓層反應(yīng)譜進(jìn)行橋架支架力學(xué)計(jì)算。圖2為該工程應(yīng)用于抗震I類設(shè)施的攝像機(jī)非標(biāo)定制安裝支架效果圖，支架為304不銹鋼材質(zhì)，支架固定螺栓規(guī)格M12，引自設(shè)備供應(yīng)商提供的抗震試驗(yàn)報(bào)告。

圖2 某工程攝像機(jī)安裝支架效果圖

3 結(jié)語

當(dāng)今智能數(shù)字化視頻監(jiān)控應(yīng)用廣泛，系統(tǒng)架構(gòu)較成熟，對(duì)于部分具有特殊生產(chǎn)環(huán)境的工業(yè)設(shè)施，對(duì)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了適應(yīng)性要求。本文示例了某個(gè)具有輻射劑量、抗震要求等環(huán)境條件的工程數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，依據(jù)該工程設(shè)施視頻監(jiān)控系統(tǒng)用戶需求，設(shè)施規(guī)模，前端視頻監(jiān)視初步點(diǎn)位的分布等情況，設(shè)計(jì)了數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用多分中心式的系統(tǒng)后端信號(hào)傳輸結(jié)構(gòu)，并列出了工程設(shè)備選型的特殊性及相關(guān)要求。該工程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為智能數(shù)字化視頻監(jiān)控的工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)提供了切實(shí)可行的案例。