網絡化安防系統(tǒng)在天津泰達凈水廠的應用

孫彥軍

摘 要：天津泰達凈水廠網絡化安防系統(tǒng)分為脈沖電子圍欄和網絡化監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。脈沖電子圍欄與紅外對射相比具有防范能力強，安全系數(shù)高等諸多優(yōu)勢；網絡化監(jiān)控系統(tǒng)屬于第三代監(jiān)控系統(tǒng)，是針對網絡環(huán)境下使用而設計的，基于TCP/IP協(xié)議，將嵌入式技術、視頻壓縮技術、網絡傳輸技術有機的結合在一起。整個系統(tǒng)操控靈活、無需專人管理，有效的改善了原有安防系統(tǒng)的缺陷，滿足凈水廠安全保衛(wèi)和生產管理需求。該文介紹了網絡化安防系統(tǒng)的組成原理、技術特點及其在天津泰達凈水廠的具體應用情況。

關鍵詞：安防 光纖通訊 RS-485 脈沖 報警聯(lián)動

中圖分類號：TV21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0049-03

天津泰達水業(yè)有限公司凈水廠地處濱海新區(qū)核心功能區(qū)即天津經濟技術開發(fā)區(qū)，是轄區(qū)內唯一一座以自來水生產和供應為主要業(yè)務的凈水廠。全廠占地面積約60萬平方米，周界總長近3 300 m，周邊與森林公園及多條道路接壤，廠區(qū)面積大、不可控因素較多。為了進一步保障水廠安全，2014年對廠區(qū)原有紅外對射、模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行了整體改造。改造后的安防系統(tǒng)包括脈沖電子圍欄和網絡化監(jiān)控系統(tǒng)兩部分，滿足水行業(yè)相關國家規(guī)定和行業(yè)標準。既可實現(xiàn)對凈水廠廠區(qū)周界、辦公樓、一二期工程、三期工程、廠院大門和道路的整體安防管理；又可以掌握各工段人員的工作情況和生產線的運行情況，還可以對凈水廠重大危險源進行全天候視頻監(jiān)控，對凈水廠的日常管理和安全防范有重要的意義。

1 脈沖電子圍欄

1.1 系統(tǒng)組成及工作原理

脈沖電子圍欄主要由圍欄前端、圍欄主機兩部分組成。圍欄前端主要由高強度不銹鋼合金線、終端桿、承力桿、中間桿及其配件組成，脈沖高壓依靠圍欄主機內置電容對電荷的儲存和釋放過程來實現(xiàn)，脈沖電子圍欄共有兩個回路，上電后圍欄主機發(fā)射端每秒分別向兩個回路輸出一次正、負高壓脈沖，在圍欄前端形成回路后，正、負高壓脈沖回到圍欄主機接收端，從而完成布防。同時圍欄主機還會實時檢測兩回路之間電阻值的變化，如前端圍欄發(fā)生斷路或短路時，脈沖主機的接收端接收不到脈沖信號或兩個回路間的電阻太小，圍欄主機將對數(shù)據(jù)變化進行運算處理，并輸出符合破壞程度或類型的報警信息。脈沖電子圍欄輸出高電壓、低電量脈沖，高壓狀態(tài)為5 K-10 kV，低壓狀態(tài)約0.7～1 kV，打擊電量被限制在≤2.5 mC，所以僅在皮膚表面形成有效的高壓打擊，體感疼痛比打火機電子打擊強度大5～7倍左右，不足以對人體造成傷害。

1.2 功能特點

傳統(tǒng)的紅外對射只具備報警功能，不具備阻擋功能，通常入侵者進入防范區(qū)域之后，報警信號才會傳遞到監(jiān)控中心，根本無法實現(xiàn)真正意義上的周界防范。電子圍欄一改紅外對射事后報警的傳統(tǒng)模式，強調了以阻擋為主，報警為輔兼有威懾作用的國際周界安防新概念，同時具備誤報率低、不受天氣、地形和環(huán)境的影響、前期投入成本低，維修維護簡便、有效減少防控人力等優(yōu)點。

2 網絡化監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 組成及主要設備

該系統(tǒng)主要由視頻采集、視頻傳輸、視頻存儲、視頻顯示、視頻管理五大部分組成。主要設備有數(shù)字網絡高清攝像機、硬盤錄像機（NVR）、高清解碼器、拼接屏等。

所用的攝像機均為數(shù)字網絡高清攝像機，內置高清超低照度逐行掃描CMOS傳感器，支持5D降噪技術、HH.264編碼方式、智能紅外技術及多種標準協(xié)議。NVR采用嵌入式Linux系統(tǒng)，錄像存儲的品質不低于720P/130萬像素3M碼流或1080P像素4 M碼流，幀速不低于25FPS，不能對錄像數(shù)據(jù)進行篡改，有效保證用戶錄像數(shù)據(jù)的高度安全；錄像時間自動校準，視頻圖像可實現(xiàn)所見即所存。高清解碼器最多可支持16路1080P/32路720P/64路DI分辨率視頻碼流的全實時解碼；支持單畫面/四畫面/九畫面/十六畫面等多種監(jiān)控模式。拼接屏采用標準的IU機架式結構，單路高清解碼器加單塊液晶屏組成一個顯示單元，以顯示單元疊加的方式組成拼接屏。

2.2 功能特點

用數(shù)字網絡高清攝像機代替了傳統(tǒng)的模擬攝像機，直接輸出數(shù)字高清視頻信號，并可通過網絡傳送到凈水廠所能延伸到的每個角落。NVR直接存儲攝像機視頻信號，省去所有中間環(huán)節(jié)，將故障點降到最低。在布線方面，摒棄了大量的視頻線纜，將多路高清數(shù)字信號匯集在一條網絡線纜中進行傳輸，直接進入監(jiān)控中心，極大的簡化了施工難度。所有軟硬件產品全部為同一廠商產品，可實現(xiàn)無縫兼容。整個系統(tǒng)采用標準化、模塊化設計，同時支持標準的壓縮、傳輸、控制、轉碼協(xié)議，通過預留的系統(tǒng)接口可實現(xiàn)應用擴展。除此之外，網絡化監(jiān)控系統(tǒng)還具備以下特色功能。

（1）ANR斷點續(xù)存：攝像機支持內置大容量SD卡存儲，攝像機、NVR全部支持斷點續(xù)存功能。當網絡中斷或存儲設備故障時，錄像存至攝像機SD卡，可保證一天內的視頻不丟失、不覆蓋。待網絡或存儲設備恢復后，自動按照時間順序將SD卡錄像上傳至NVR，保證錄像的連續(xù)性和完整性。

（2）三碼流自動分流：數(shù)字網絡高清攝像機支持三碼流并發(fā)，即一個主碼流和兩個子碼流，解碼器會自動選擇合適的分辨率和碼流進行瀏覽，液晶屏單畫面時自動選擇主碼流預覽，多畫面時自動選擇子碼流預覽。既可滿足多方視頻調閱需求，又保證了產品性能的合理分配和最小的帶寬資源占用。最大限度的保證在多方訪問情況下，完全消除由多路并發(fā)引起的攝像機性能衰減、死機、中斷、卡頓等問題。

（3）切片引擎檢索：NVR支持切片引擎檢索技術，可實現(xiàn)視頻錄像至少九段分割，檢索大容量的視頻錄像時，將錄像進行多次分段，每段錄像有一張?zhí)崾緢D片，根據(jù)圖片的差異就可以找到事件發(fā)生的時間段，直接點擊圖片錄像就開始播放，提高錄像回放的速度和準確性。

（4）虛擬集控：多臺高清解碼器可通過一個鼠標實現(xiàn)漫游操作，完全不需要通過管理平臺和客戶端進行操作。無須安裝任何設備和軟件，直接通過安防系統(tǒng)中任意一臺硬件設備即可實現(xiàn)所有設備的集中管理與控制，可以脫離平臺或獨立組網管控。不僅節(jié)約成本，而且貼近用戶使用習慣，更加經濟性人性化。

3 具體應用

網絡化安防系統(tǒng)整體理念為“一個中心，兩點布控”，即水廠中控室為主控和存儲中心，門衛(wèi)室與武警值班室為兩個分控站。其中脈沖電子圍欄可實現(xiàn)中控室、門衛(wèi)室與武警值班室三地布控；網絡化監(jiān)控系統(tǒng)分為生產部分和安防部分，按不同管理需求分別進行管理。系統(tǒng)具有靈活的分級控制功能，對不同級別、不同層次的用戶合理分配使用權限，避免人為越權使用監(jiān)控系統(tǒng)。

3.1 脈沖電子圍欄

電子圍欄系統(tǒng)是凈水廠安防系統(tǒng)的第一道防線，也是最重要的一道防線。采用ALEAN品牌全套產品，共分為33個防區(qū)，每100 m左右設置一個防區(qū)。廠區(qū)墻體為實體圍墻和鐵柵欄，地形基本規(guī)則。在圍欄始端、末端、大門及轉角或直線每100 m安裝一根終端桿；每16～20 m安裝一根承力桿，每4～5 m安裝一根中間桿，每10 m安裝一個警示牌，前端使用高強度不銹鋼合金線，采用4線制垂直安裝，現(xiàn)場每個防區(qū)配備高分貝蜂鳴器一臺。脈沖電子圍欄共配置EN-EFKB控制鍵盤6臺，電子圍欄軟件PC機一臺。電子圍欄以“基站”為單位進行遠程集中管理，每個基站使用一條RVVP 2×1.0 RS-485通信電纜將各個防區(qū)串接起來，網絡采用總線型拓撲結構。由于單個“基站”可管理和控制≤32個防區(qū)，每臺控制鍵盤對應一個基站，電子圍欄軟件PC機可控制多個基站，因此將33個防區(qū)拆分為9防區(qū)基站和24防區(qū)基站。通過進行RS-485與光纖通訊、TCP/IP的多重協(xié)議轉換后，可實現(xiàn)兩組基站多方式、多點控制方式，如圖1所示。即中控室通過兩臺控制鍵盤和電子圍欄軟件PC機進行管理；門衛(wèi)室和武警值班室分別通過兩臺控制鍵盤進行管理，從而實現(xiàn)脈沖電子圍欄三地布控。通過控制鍵盤和電子圍欄軟件PC機可進行統(tǒng)一布、撤防，單獨防區(qū)布、撤防，報警復位等相關操作；可實現(xiàn)自動布防、撤防和高壓、低壓轉換；可實時顯示防區(qū)編號、防區(qū)狀態(tài)、防區(qū)總數(shù)、已布防數(shù)、未布防數(shù)。可以自動記錄128條報警信息，支持歷史報警打印功能及報警自動打印功能，便于日后存檔查詢。

在實際應用中，通過懸掛高壓警示牌給入侵者以威懾感。電子圍欄的高度是0.8 m，相當于在墻頂上增設一道電子屏障，增加了圍墻高度；同時電子圍欄的柔性中間桿和專用合金線，不支持人體的重量，可阻擋翻越行為。若入侵者強行通過周界圍墻時，系統(tǒng)可輸出脈沖高壓進行打擊。若入侵者意圖以破壞的方式（如拉拽、剪斷合金線，破壞脈沖圍欄主機，破壞通訊線路等）實施入侵時，圍欄主機會識別相關短路、斷線，防拆、通訊失敗等報警信息，并及時進行反饋。圍欄主機內置4Ah 12V蓄電池，可在停電狀態(tài)下，不間斷工作12小時。

3.2 網絡化監(jiān)控系統(tǒng)

泰達凈水廠網絡化監(jiān)控系統(tǒng)為專網專用，通過邏輯和物理隔離保證了系統(tǒng)的安全。監(jiān)控系統(tǒng)核心器件選用星網銳捷產品。攝像機共計82臺，安防部分攝像機34臺，生產部分48臺。其中SN1821-CI20高清網絡紅外球機42臺，1728-CI高清網絡紅外一體機34臺，SN1618-CIW高清網絡紅外半球6臺。中控室采用6臺SN8616-28-M NVR進行組網，主干網采用光纖通訊，由于僅傳輸視頻信號，傳輸距離遠并且穩(wěn)定性要求高，因此主干線路采用48芯單模光纖。現(xiàn)場視頻信號接入采用SN7108百兆交換機，通過千兆光纖主干專網至SN7116-F 匯聚交換機。每70路高清視頻進行一次匯聚，選擇一臺千兆交換機。千兆光纖上聯(lián)至RG-S5750-24GT核心交換機，通過核心交換機進行視頻的匯聚、集中轉發(fā)及存儲。12路SN9234-H-1高清解碼器對接收到的視頻信號進行解碼，根據(jù)使用需要由矩陣分配器為12塊拼接屏分配相應視頻信號。拼接屏控制軟件基于RS232協(xié)議，在拼接屏上可顯示實時畫面和錄像回放，可根據(jù)需要進行多場景設置、多畫面分割顯示，也可在多塊屏上拼接顯示單路高清畫面。門衛(wèi)室與武警值班室均設置兩塊拼接屏，主控中心視頻信號通過光纖傳至武警和門衛(wèi)相應的高清解碼器，在液晶屏上通過輪巡的方式進行顯示。6臺 SN8616-28-M硬盤錄像機支持所有視頻錄像按時間、地址、事件查詢，支持五分鐘內錄像即時回放功能，存儲時間不少于30 d，錄像時間自動校準，保證錄像和事件發(fā)生時間的統(tǒng)一性。錄像可實現(xiàn)拼接屏多路回放、支持切片引擎快速檢索技術，對事后的錄像取證有關鍵的指示作用。支持重要錄像資料鎖定和解鎖功能，保障重要錄錄資料不被循環(huán)錄像覆蓋。

主控中心12塊拼接屏根據(jù)需要可實現(xiàn)視頻信號隨意組合和調用，從而對生產部分和安防部分全部監(jiān)控場景進行統(tǒng)籌管理。分控站主要負責安防部分的日常管理工作，拼接屏通過輪巡的方式進行顯示。主控中心和兩個分控站均可實現(xiàn)錄像調閱?？赏ㄟ^多種方式進行圖像瀏覽，包括拼接屏、網頁、客戶端等，輸入攝像機IP地址就可以看到監(jiān)控現(xiàn)場的實時視頻。數(shù)字網絡高清攝像機、高清解碼器、NVR支持在PC端通過Web頁面進行遠程訪問，將PC機IP與上述設備的IP地址設置到同一網段即可。網絡化監(jiān)控系統(tǒng)具備一鍵組網功能，無需在存儲設備中設置IP地址、端口號等參數(shù)，即可實現(xiàn)設備自動添加和列表顯示。

3.3 報警聯(lián)動

監(jiān)控系統(tǒng)安防部分的18 臺高清網絡紅外球機與脈沖電子圍欄實現(xiàn)報警聯(lián)動，其中有的一個防區(qū)對應一臺紅外球機，有的兩個防區(qū)對應一臺紅外球機。共使用5個ALEAN EN-ZLQ總線聯(lián)動模塊，每個總線聯(lián)動模塊可以帶8個防區(qū)的開關量輸出信號，每個開關量輸出信號與各防區(qū)圍欄主機一一對應。每臺NVR內置16路開關量報警信號，支持多種云臺控制協(xié)議，可對相關參數(shù)（預置點、巡航、軌跡等）進行設置。在正常布防狀態(tài)下，報警一旦發(fā)生，前端對應防區(qū)蜂鳴器發(fā)出報警，以震懾入侵者。通過RS-485總線信號使鍵盤和電子圍欄軟件PC機及時獲取到防區(qū)編號、報警類型等相關信息。中控室、門衛(wèi)室與武警值班室均蜂鳴器響起，警燈閃爍，提醒相關人員注意；同時總線聯(lián)動模塊將對應防區(qū)圍欄主機的報警信號轉換為開關量信號以此聯(lián)動硬盤錄像機，通過球機方向和鏡頭拉伸定位報警對象、電子圍欄軟件PC機內置電子地圖自動彈出報警區(qū)域位置，可快速定位事發(fā)地點，便于相關負責人進行盡快現(xiàn)場處理。

4 結語

天津泰達凈水廠網絡化安防系統(tǒng)在功能上符合網絡化、高清化、智能化的發(fā)展需求。所有核心器件采用電信級的工業(yè)制造工藝，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，可以保證無故障率達7年以上。系統(tǒng)建設簡單快捷，便于安裝使用和維護。不僅提升了泰達凈水廠的廠區(qū)安全等級，而且能及時全面地掌握企業(yè)生產的現(xiàn)場動態(tài)，降低管理人員的工作強度，使安全防范和管理控制更加多樣化、靈活化、立體化。近期門禁系統(tǒng)和道閘系統(tǒng)分別進行了改造，通過安防系統(tǒng)預留接口，進而實現(xiàn)了系統(tǒng)的應用擴展。

參考文獻

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