核電站保護區(qū)雙圍欄電視監(jiān)控系統(tǒng)設計與實施

【摘要】根據核電站實物保護系統(tǒng)的具體特點，介紹了電視監(jiān)控系統(tǒng)在保護區(qū)雙圍欄上運用視野覆蓋圖的方法進行攝像機布置設計及工程實施措施，確保在雙圍欄內視頻信號無盲區(qū)且正常運行，為其它類相似工程設計提供借鑒。

【關鍵詞】核電站；實物保護系統(tǒng)；電視監(jiān)控系統(tǒng)；視野覆蓋圖；保護區(qū)雙圍欄；盲區(qū)

1、引言

隨著越來越多的核電站投入使用，核材料的安全愈來愈引起人們的重視。核電站實物保護系統(tǒng)主要是針對核材料以及核電站安全運行服務的。實物保護系統(tǒng)是按照法規(guī)要求針對確定的設計基準威脅設置適當有效的探測、延遲和響應的功能，確保核設施及核材料的安全。

核電站實物保護系統(tǒng)由集成控制及管理系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、周界探測報警系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。

電視監(jiān)控系統(tǒng)作為實物保護系統(tǒng)重要的組成部分，它擔負著監(jiān)控、錄像、報警復核以及應急響應等方面的工作。根據《核設施實物保護 HAD501/02》的要求：不論在白天、黑夜或其他自然環(huán)境不利的條件下都能正常運行；圖像應能覆蓋到整個受保護的區(qū)域，不出現盲區(qū)和死角；圖像質量應清晰到可以對報警部位作出正確評估，可以辨認出入侵者的基本特征；在發(fā)生系統(tǒng)失效、受外界攪擾等事件時，迅速發(fā)出報警信號。

在核電站監(jiān)控區(qū)域中，最容易出現盲區(qū)和死角的部位是保護區(qū)雙圍欄，該區(qū)域形狀不規(guī)則，且圍欄長度較長，攝像機位置設置不合理或鏡頭選擇不合適，都將產生盲區(qū)，或是造成遠處的物體圖像不清晰，不能滿足規(guī)范要求。如果在施工圖設計階段未將盲區(qū)問題考慮周全，在施工檢驗階段發(fā)現問題后，修補極為困難。在長期工程實踐中總結出采用攝像機視野覆蓋圖的方法解決盲區(qū)問題.

雙圍欄攝像機圖像受環(huán)境影響較大，為了確保圖像的穩(wěn)定性還需要從安裝工藝、BNC焊接、線纜敷設以及防雷等各方面進行綜合考慮。

2、保護區(qū)雙圍欄

核電站防護區(qū)區(qū)域分為控制區(qū)、保護區(qū)、要害區(qū)和要害部位。核電站實物保護電視監(jiān)視系統(tǒng)用于監(jiān)視區(qū)域分布為：各區(qū)域出入口、保護區(qū)雙圍欄、要害區(qū)圍欄以及重要部位。

保護區(qū)雙圍欄一般是由間隔6米的實體屏障圍成，圍欄高度為3.5米，圍欄上以及圍欄內設置多種報警探測裝置，該區(qū)域的攝像機用于復核圍欄內報警系統(tǒng)，同時進行24小時的錄像。圍欄內設置照明燈，夜晚地面為20lux的照度，保證攝像機在夜晚工作時圖像要求。

保護區(qū)雙圍欄長度大約1600米，圍欄上設置若干出入口，圍欄呈不規(guī)則狀。

規(guī)范要求攝像機能夠滿足從監(jiān)視器上判斷在觀察區(qū)內任何位置的人的姿勢、人員數量及其運動方向；同時消除相鄰攝像機對重要區(qū)域監(jiān)視的盲區(qū)。保護區(qū)雙圍欄攝像機的布置設計比較其他區(qū)域難度較大，不僅需要考慮技術因素還需考慮環(huán)境因素。

3、保護區(qū)雙圍欄攝像機布置原則

保護區(qū)雙圍欄攝像機布置應遵循以下原則：保護區(qū)雙圍欄攝像機監(jiān)控距離小于100米；區(qū)段寬度最大15米（區(qū)段長度100米時）。沿柵欄等距離或均勻布置。內層和外層柵欄均在視場中。保護區(qū)雙圍專門為電視監(jiān)控系統(tǒng)配置了照明系統(tǒng)，照明燈桿應高于攝像機高度，否則會在攝像機圖像上留下光斑，影響圖像的清晰度。一般雙圍欄燈桿高度為10米，攝像機桿高度為4.5米-6米。

4、攝像機的布置設計

一般攝像機在靠近鏡頭附近有一定的盲區(qū)，根據每個攝像機的安裝方式不同，也會造成一定范圍的盲區(qū)。因為保護區(qū)雙圍欄形狀不規(guī)則，并且是封閉雙道圍欄，所以需要考慮盲區(qū)覆蓋問題。

盲區(qū)的大小與周界安裝在高度、鏡頭的型號以及成像要求有關。

4.1確定攝像機安裝高度

由于雙圍欄的高度為大約3.5米，攝像機安裝高度需大于圍欄高度，所以攝像機的安裝高度需要大于3.5米，理論上攝像機安裝高度越高，視角范圍越好，但是盲區(qū)也越大，同時給日后設備檢修造成一定的困難，所以一般安裝在4.5米～5米的位置上。

4.2確定成像要求

目前核設施成像要求是根據IEEE標準692規(guī)定，0.3米的被觀察的物體在監(jiān)視器里的顯像水平不少于屏幕的1%寬，也就是30米寬度的物體需要占滿監(jiān)視器的屏幕。在各個核電站及核設施攝像機的成像要求均高于此項標準，有些核電站的要求是1.2%～1.6%。確定成像要求才能確定鏡頭參數。

4.3選擇鏡頭類型

鏡頭的種類根據CCD靶面規(guī)格分為1/3〃、1/2〃、2/3〃和1〃等，由于其靶面尺寸不同，鏡頭的垂直視角角度和水平視角均不同，造成不同型號鏡頭的攝像機在相同安裝條件下盲區(qū)大小不一致。以下是各種鏡頭的CCD靶面規(guī)格尺寸圖。設計需要根據監(jiān)控區(qū)域、目標尺寸，結合各鏡頭的靶面尺寸，選擇所需要的鏡頭。如果監(jiān)視的物體距離攝像機很近，且物體較長或較寬，就需要選擇靶面大的攝像機。

核電站保護區(qū)雙圍欄寬度6米，每段監(jiān)視區(qū)域不超過100米，所以目前核電站常用鏡頭為1/3〃。

為了便于現場施工，目前工程均采用自動光圈手動變焦鏡頭，調試時可以根據現場實際情況調整到所需的焦距上。

4.4鏡頭焦距計算

依據鏡頭焦距計算公式：F=wD/W

其中：F為鏡頭焦距，w為圖像寬度（被攝物體在CCD靶面上成像寬度），D為被攝物體至鏡頭的距離，W為被攝物體的寬度。

如果采用0.3米的被觀察的物體在監(jiān)視器里的顯像水平不少于屏幕的1.2%寬的標準，那么25米寬的物體需要占滿整個屏幕。根據焦距計算公式，在周界地帶若選用的1/3〃CCD攝像機，觀察100米遠距離，則：

4.5盲區(qū)計算

圖二為盲區(qū)計算示意圖。如圖所示，β角為攝像機的垂直視角，β= 2arc tg（h/2f），β為垂直視場角，f 為鏡頭的焦距，w為攝像機靶面的水平寬度，h為攝像機靶面的垂直高度。

盲區(qū)q=攝像機安裝高度/tg（β）

例如，1/3〃焦距為20mm的攝像機，式中α為水平視場角

垂直視場角為：β= 2arc tg（h/2f）=2arctg（3.6/40）=10.290

水平視場角為：α= 2arctg（w/2f）=2arctg（4.8/40）=13.70

當攝像機安裝高度為4.5米時，盲區(qū)q=4.5/tg（10.29O）=30.3米

4.6繪制攝像機視野圖

根據以上計算出數據，繪制出攝像機視野圖，以20mm攝像機為例，如圖所示：視野長度為100米，水平視場為13.700，盲區(qū)為30米。

在AUTOCAD上以實際的監(jiān)視區(qū)域長度、水平視場角度和盲區(qū)長度，繪制出鏡頭視野圖。

4.7繪制保護區(qū)雙圍欄視野覆蓋圖

在雙圍欄建筑圖上，確定好部點起始地點、布點順序；因攝像機靶面長時間受到強光的照射，會降級攝像機的清晰度，所以布點時需要考慮到攝像機朝向，南北方向上，攝像機盡量朝北；東西方向上，攝像機盡量朝西。

從圍欄起點開始，將20mm鏡頭的視野圖布置在圖上，后面的攝像機將前面的盲區(qū)進行覆蓋，在最后的一個攝像機或轉角處前加一個攝像機，對轉角一個攝像機進行盲區(qū)覆蓋，要求每個攝像機的盲區(qū)都能被下一個攝像機覆蓋。

在布點過程中會發(fā)現監(jiān)視區(qū)域只有幾十米的區(qū)域，需要根據以上步驟計算出鏡頭的焦距、盲區(qū)和水平視角，繪制這種型號的鏡頭得視野圖。在雙圍欄圖紙上進行布置。

繪制圍欄視野覆蓋圖時，需要注意拐角處攝像機的盲區(qū)，這些拐角處都需要加盲區(qū)覆蓋攝像機。

當雙圍欄為不規(guī)則形狀時，把圍欄分成不同的段，每個段加一對攝像機進行盲區(qū)覆蓋，攝像機的參數根據每段的長度進行計算，進行視野覆蓋時，轉動攝像機視野圖角度，檢查是否能將所監(jiān)控的區(qū)域覆蓋。

當雙圍欄視野覆蓋圖完成后，逐個檢查每個監(jiān)視區(qū)域，確定每個區(qū)域均被監(jiān)控，每個攝像機盲區(qū)均被覆蓋。這樣所有的攝像機布點位置即可確定。運用視野覆蓋圖可以在部點過程中考慮到盲區(qū)的消除問題，并能確定每個攝像機監(jiān)視范圍，為攝像機調試工作打下基礎。圖四為雙圍欄視野覆蓋圖布點示意圖。

5、攝像機的防雷設計

室外攝像機防雷一般需要對直擊雷和感應雷進行防護。在保護區(qū)雙圍均安裝了照明燈桿，燈桿高度一般為10米，攝像機位于照明燈桿下面，所以在雙圍欄攝像機設計中無須考慮直擊雷。只需要對感應雷進行防護。

雙圍欄上攝像機信號通過銅軸電纜引到位于雙圍欄的光端機箱，通過光端機將視頻信號傳到保安控制中心。所以需要分別在光端機箱體和攝像機桿（防護罩內）安裝銅軸+電源二合一防雷模塊，防雷模塊距離設備的距離不能超過1.5米。

結束語

通過以上采用攝像機視野覆該法對核電站雙圍欄電視監(jiān)控系統(tǒng)進行設計有效地消除了盲區(qū)，同時按照現場實際情況進行實施，取得良好的效果，希望能夠給其他設計者以借鑒。

參考文獻

[1]《核動力廠實物保護導則》.HAD501/02

作者簡介

侯莉茜.女（1968--）陜西藍田縣人.學歷：本科，專業(yè)：計算機及應用，研究方向：智能建筑、系統(tǒng)集成、實物保護及安全防范系統(tǒng)設計等.