視頻圖像自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)在流程控制系統(tǒng)的應(yīng)用

杜 潔，吳 振，陳國仁，張 帆，王 釗，王 挺

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

工業(yè)電視監(jiān)控一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)，它以直觀、簡捷、信息豐富而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。隨著微電子科學(xué)與通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)也隨之向信息多元化的方向發(fā)展。 目前大、中型監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目中越來越多的集成了工業(yè)電視視頻監(jiān)視系統(tǒng)，自控中心承擔(dān)的汽車生產(chǎn)線、水處理、水利船閘等行業(yè)的多個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目中都集成了工業(yè)電視系統(tǒng)。

1 視頻圖像自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的背景

傳統(tǒng)的大型工業(yè)電視系統(tǒng)是由前端攝像機(jī)和中控室監(jiān)視器、視頻矩陣切換器、硬盤錄像機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。其工作原理是運(yùn)用前端攝像機(jī)錄制現(xiàn)場(chǎng)影像并傳輸?shù)街锌厥?，通過中控室矩陣切換器控制切換監(jiān)視器上顯示的攝像機(jī)圖像，或由矩陣切換器控制定時(shí)切換顯示各攝像機(jī)圖像。由于大型監(jiān)控系統(tǒng)中前端攝像機(jī)的數(shù)量很多（數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中控室監(jiān)視器的數(shù)量），因此采用傳統(tǒng)視頻圖像自動(dòng)監(jiān)控具有以下缺點(diǎn)：由人工操作調(diào)出想要監(jiān)視的圖像就比較繁瑣；監(jiān)視器墻上各監(jiān)視器顯示的圖像經(jīng)人工多次切換后預(yù)置次序被打亂；監(jiān)視圖像不能實(shí)時(shí)反映控制過程的當(dāng)前進(jìn)程，當(dāng)有報(bào)警等緊急情況發(fā)生時(shí)還會(huì)漏掉一些重要的圖像信息，不能滿足監(jiān)控系統(tǒng)操作方便、快捷、準(zhǔn)確的要求。這樣我們不難看出常規(guī)的傳統(tǒng)視頻圖像技術(shù)已經(jīng)無法滿足自動(dòng)化程度很高的監(jiān)控系統(tǒng)的需要，而基于自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像自動(dòng)跟蹤技術(shù)才是今后視頻圖像技術(shù)的主方向。在這個(gè)大背景下，我們?cè)诒姸啻l、大壩以及長距離輸送系統(tǒng)中采用視頻圖像自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)，并取得了成功。

2 需求分析

之所以在船閘、大壩以及長距離輸送系統(tǒng)采用視頻圖像自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)是因?yàn)榇祟惖湫土鞒炭刂葡到y(tǒng)需要中控室操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝進(jìn)程或輸送線上某一固定貨物的流向進(jìn)行連續(xù)跟蹤監(jiān)視。采用視頻圖像自動(dòng)跟蹤技術(shù)能極大的方便操作人員了解現(xiàn)場(chǎng)情況；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有報(bào)警發(fā)生，能立即在預(yù)定的監(jiān)視器上顯示報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像，并幫助操作人員采取相應(yīng)的處理措施。

所以，在典型流程控制項(xiàng)目的工業(yè)電視系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中引入視頻圖像跟蹤功能，會(huì)大大提高視頻監(jiān)視的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，減輕操作人員的工作負(fù)擔(dān)，提升監(jiān)控系統(tǒng)的性能，并大大提高用戶對(duì)于報(bào)警等緊急情況的處理能力，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。

3 系統(tǒng)方案

下面我們以百龍灘船閘視頻圖像自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)為例對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行詳盡介紹。

3.1 網(wǎng)絡(luò)組成

本系統(tǒng)根據(jù)船閘監(jiān)控特點(diǎn)，分為兩級(jí)監(jiān)控體系：SCADA監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

SCADA監(jiān)控系統(tǒng)組成：3個(gè)昆騰PLC（140 CPU－43412A）分站與中控室iFix工作站組成ModbusPlus＋網(wǎng)；

視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成：10路視頻（云臺(tái)及解碼器）＋數(shù)據(jù)光端機(jī)和中控室視頻矩陣主機(jī)＋視頻工作站＋監(jiān)視器墻。

3.2 視頻圖像自動(dòng)跟蹤技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

基于上述軟硬件平臺(tái)，本系統(tǒng)采用比較常用的協(xié)議(EE)實(shí)現(xiàn)SCADA監(jiān)控計(jì)算機(jī)與矩陣切換器之間的通訊，從而實(shí)現(xiàn)視頻圖像的自動(dòng)跟蹤。具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

1）物理連接及設(shè)置

SCADA監(jiān)控計(jì)算機(jī)串口和矩陣鍵盤通過兩個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，分別以EE和Pelco－D的協(xié)議方式轉(zhuǎn)換為兩路RS485信號(hào)接至矩陣主機(jī)。其中，兩個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換器的輸出協(xié)議方式應(yīng)由其跳線決定。

2）SCADA監(jiān)控計(jì)算機(jī)與矩陣切換器之間的通訊

通過VisualBasic編程，使用Mscomm控件配置如下：

1） 波特率：9600

2）數(shù)據(jù)位格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)位，1位停止位

4 結(jié)束語

綜上所述，在工業(yè)電視系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中引入視頻圖像跟蹤技術(shù)會(huì)大大提高視頻監(jiān)視的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，減輕操作人員的工作負(fù)擔(dān)，提升監(jiān)控系統(tǒng)的性能，并大大提高用戶對(duì)于報(bào)警等緊急情況的處理能力，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。近幾年承接的大化船閘、百龍灘船閘、皂河船閘、那吉船閘、泗陽船閘以及向家壩長距離輸送系統(tǒng)等眾多項(xiàng)目中都成功采用了視頻圖像跟蹤技術(shù)，并受到專家和用戶的好評(píng)。

[1] 工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范.GBJ115-87.

[2] CCD彩色單板應(yīng)用電視攝像機(jī)總技術(shù)條件.SJ/T 10202-91.