基于DSP的分布式聯(lián)動(dòng)油庫(kù)安防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 為提高油庫(kù)的安全保障能力，以DSP為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)平臺(tái)，設(shè)計(jì)研發(fā)了能夠兼容后勤數(shù)字化平臺(tái)的分布式聯(lián)動(dòng)油庫(kù)安防報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分布接入、統(tǒng)一管理的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了總部和多個(gè)支部的油庫(kù)區(qū)和消防部門的集中管理，保證了數(shù)字化規(guī)范作業(yè)安全，實(shí)現(xiàn)了分布式聯(lián)動(dòng)報(bào)警，進(jìn)一步提高了油庫(kù)的安全保障。

關(guān)鍵詞： DSP； 油庫(kù)； 安防； 聯(lián)動(dòng)報(bào)警

中圖分類號(hào)： TN911?34； TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）18?0146?03

Abstract： In order to improve the security protection capability of oil depot， a security alarm system for the distributed linkage oil depots was designed and developed by taking DSP as the basis of the design platform， which can support the logistics digital platform. The distributed system structure of distributed access and unified management is adopted in the system. It can realize the centralized management of oil depot area and fire department of headquarter and branches， ensure the safety of digital standard operation， implement the distributed linkage alarm， and improve the security guarantee of oil depot further.

Keywords： DSP； oil depot； security protection； linkage alarm

0 引 言

油庫(kù)作為一級(jí)要害生產(chǎn)單位，為其建設(shè)完善的安防系統(tǒng)以保證它的安全生產(chǎn)運(yùn)行意義重大。目前我國(guó)油庫(kù)的安全防范系統(tǒng)[1]，僅建立了簡(jiǎn)單的119報(bào)警電話和視頻監(jiān)控安防機(jī)制，其視頻安防機(jī)制僅為視頻監(jiān)控系統(tǒng)或者幾個(gè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單組合，并沒(méi)有形成一個(gè)完整的體系，數(shù)字化保障機(jī)制還不完善，其安全性還存在漏洞，因此，建設(shè)一個(gè)完整的、一體化的油庫(kù)安防系統(tǒng)非常重要。

DSP作為一種功能強(qiáng)大的特種微處理器，已廣泛用于數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻信號(hào)的高速運(yùn)算和實(shí)時(shí)處理[2]?；贒SP的優(yōu)勢(shì)，本文以DSP為基礎(chǔ)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了基于DSP的分布式聯(lián)動(dòng)油庫(kù)安防報(bào)警系統(tǒng) ，該系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)集成技術(shù)，將孤立的子系統(tǒng)結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，從而解決單一監(jiān)控系統(tǒng)信息孤立不能實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)的弊端，充分發(fā)揮了各自系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，形成了一個(gè)完備的安防體系，同時(shí)也提高了安防系統(tǒng)的集成化、自動(dòng)化程度。

1 油庫(kù)安防預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

由于油庫(kù)的特殊性，油庫(kù)安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》及 《安全防范工程技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定[3]。因此，基于DSP的分布式聯(lián)動(dòng)油庫(kù)安防報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和建設(shè)應(yīng)遵從下列原則：

（1） 穩(wěn)定性。作為油庫(kù)安防的重要保障，整個(gè)系統(tǒng)必須具有完全可靠的工作能力和容錯(cuò)能力，同時(shí)要必須具有連續(xù)工作能力和快速恢復(fù)能力，保證實(shí)現(xiàn)24 h的不間斷持續(xù)運(yùn)行。

（2） 開(kāi)放性。保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互連互通，保證不同操作系統(tǒng)的互操作性和數(shù)據(jù)庫(kù)等系統(tǒng)軟件的兼容性和可靠互連性，同時(shí)還要保證應(yīng)用軟件的可移植性和兼容性。

（3） 拓展性。系統(tǒng)能隨應(yīng)用的增加而快速地?cái)U(kuò)充和升級(jí)，包括計(jì)算和存儲(chǔ)兩方面的能力。不僅要考慮機(jī)器內(nèi)部組件的擴(kuò)展，還要考慮多機(jī)并行處理的擴(kuò)展能力，這可以有效地保護(hù)以前的投資。

（4） 高效性。系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)將預(yù)警信息、報(bào)警信息及錄音信息展現(xiàn)給用戶，那么就要求系統(tǒng)能夠在信號(hào)處理和事件處理等方面具備高效的實(shí)現(xiàn)和處理能力。

（5） 友好性。對(duì)于用戶建立友好的交互界面，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)中各部門的工作狀態(tài)服務(wù)器的各種信息，并且通過(guò)提示和在線幫助機(jī)制使用戶使用簡(jiǎn)單、操作便利。

（6） 安全性。錄音內(nèi)容的收聽(tīng)和管理由專人負(fù)責(zé)，所以該系統(tǒng)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋?quán)限管理，不同權(quán)限的用戶對(duì)錄音系統(tǒng)的操作權(quán)限不同，并有嚴(yán)格的交接班要求。

2 聯(lián)動(dòng)式油庫(kù)安防預(yù)警系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的聯(lián)動(dòng)式油庫(kù)安防報(bào)警系統(tǒng)是跨大區(qū)域，跨部門的聯(lián)動(dòng)預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)以下幾方面的功能：實(shí)現(xiàn)油庫(kù)區(qū)控制中心報(bào)警電話對(duì)各部門報(bào)警信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)油庫(kù)區(qū)工作狀態(tài)預(yù)警信息的顯示； 實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息及工作狀態(tài)信息在LED屏幕上實(shí)時(shí)發(fā)布，大功率報(bào)警器聯(lián)動(dòng)實(shí)時(shí)報(bào)警；實(shí)現(xiàn)報(bào)警電話語(yǔ)音通信的記錄；后勤數(shù)字監(jiān)控平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)接入。

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)的核心硬件主要完成話音信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理以及信號(hào)的編解碼。硬件板卡的工作架構(gòu)如圖2所示。

3 聯(lián)動(dòng)式油庫(kù)安防報(bào)警系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要通過(guò)5個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)分布式聯(lián)動(dòng)油庫(kù)安防報(bào)警系統(tǒng)，分別為語(yǔ)音信號(hào)處理模塊、分布式同步事件驅(qū)動(dòng)模塊、分布式預(yù)警報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和監(jiān)控平臺(tái)聯(lián)動(dòng)接口模塊。

3.1 語(yǔ)音信號(hào)處理模塊

語(yǔ)音信號(hào)處理模塊主要實(shí)現(xiàn)線路信號(hào)檢測(cè)、信令控制、語(yǔ)音增強(qiáng)和錄音等功能。其核心功能通過(guò)核心硬件板卡實(shí)現(xiàn)，語(yǔ)音信號(hào)處理過(guò)程如圖3所示。

語(yǔ)音增強(qiáng)子模塊是為了增強(qiáng)語(yǔ)音信號(hào)，使語(yǔ)音信號(hào)得到較好的處理效果，根據(jù)文獻(xiàn)[4]的結(jié)論，本文分別采用三種改進(jìn)的算法進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)增強(qiáng)，即通過(guò)改進(jìn)的維納濾波法、改進(jìn)的最小均方誤差法、改進(jìn)的信號(hào)子空間法進(jìn)行語(yǔ)音增強(qiáng)。錄音監(jiān)聽(tīng)子模塊負(fù)責(zé)119電話錄音系統(tǒng)的錄音和監(jiān)聽(tīng)操作。其主要功能包括：通過(guò)板卡驅(qū)動(dòng)程序或通信子模塊獲取通道事件；傳遞通道事件給狀態(tài)機(jī)引擎并獲取通道當(dāng)前狀態(tài)；根據(jù)通道配置進(jìn)行通道錄音或監(jiān)聽(tīng)；通過(guò)通信子模塊與電話錄音系統(tǒng)的其他模塊進(jìn)行通信。

3.2 分布式同步事件驅(qū)動(dòng)模塊

分布式同步事件驅(qū)動(dòng)模塊主要實(shí)現(xiàn)錄音事件、預(yù)警事件、報(bào)警事件和監(jiān)控平臺(tái)聯(lián)動(dòng)事件的同步狀態(tài)驅(qū)動(dòng)功能。該系統(tǒng)中所有消息傳遞均采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，為了保證安全，在發(fā)送消息前先用公開(kāi)密鑰算法進(jìn)行加密處理，在接收端進(jìn)行解密處理。其消息格式為長(zhǎng)度+命令+參數(shù)，其中長(zhǎng)度域表示整個(gè)消息體的長(zhǎng)度；命令域表示的是本消息的操作命令；參數(shù)域表示本次操作中涉及到的所有參數(shù)，其采用的是多個(gè)參數(shù)依次疊加的方式，每個(gè)參數(shù)采用TLV模式，即參數(shù)類型、參數(shù)長(zhǎng)度、參數(shù)值，其中參數(shù)類型為4位長(zhǎng)，參數(shù)長(zhǎng)度為4位長(zhǎng)，參數(shù)值非定長(zhǎng)，其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

3.3 分布式預(yù)警報(bào)警模塊

分布式預(yù)警報(bào)警模塊主要實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息和報(bào)警信息的處理。由于系統(tǒng)采用分布式同步時(shí)間驅(qū)動(dòng)機(jī)制，它會(huì)根據(jù)事件的優(yōu)先級(jí)來(lái)驅(qū)動(dòng)LED大屏顯示預(yù)警信息或報(bào)警信息和驅(qū)動(dòng)大功率報(bào)警器。

當(dāng)消防監(jiān)控子系統(tǒng)[5]，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、煙霧、溫感等異常時(shí)，它會(huì)在第一時(shí)間將該事件通過(guò)傳輸設(shè)備上傳至指揮監(jiān)控中心，同時(shí)驅(qū)動(dòng)LED在大屏幕上顯示報(bào)警信息并驅(qū)動(dòng)大功率報(bào)警器，同時(shí)自動(dòng)連接消防部門并發(fā)送詳細(xì)地址。當(dāng)周界監(jiān)控子系統(tǒng)[6?7]發(fā)現(xiàn)有可疑人員進(jìn)入油庫(kù)腹地時(shí)，它會(huì)在第一時(shí)間將該事件上傳至指揮監(jiān)控中心，同時(shí)驅(qū)動(dòng)LED在大屏幕上顯示預(yù)警信息并控制攝像頭對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，若其有進(jìn)一步越軌行為，則立即驅(qū)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊主要實(shí)現(xiàn)錄音數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)、事件狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的入庫(kù)以及跨區(qū)域分布式查詢。

3.4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一訪問(wèn)模塊

異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一訪問(wèn)模塊支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)，而對(duì)于錄音模塊和客戶端模塊無(wú)需了解數(shù)據(jù)庫(kù)的細(xì)節(jié)，僅需按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將消息通過(guò)Socket多播組傳遞給數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)軟件即可。異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)包之后，做相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，并將操作結(jié)果反饋給錄音模塊或客戶端模塊。異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一訪問(wèn)模塊主要有三個(gè)線程：

（1） RecvMsgThread：用于接收來(lái)自于其他模塊的消息，解析分類消息后將消息傳遞給DealwithMsgThread線程處理。

（2） DealwithMsgThread：根據(jù)消息內(nèi)容做數(shù)據(jù)庫(kù)操作，將操作結(jié)果傳遞給ReturnMsgThread線程。

（3） RetumMsgThread：將數(shù)據(jù)庫(kù)操作結(jié)果反饋給消息來(lái)源模塊。

3.4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中語(yǔ)音文件記錄需要保存，此外還要對(duì)一些通道參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)日志等信息進(jìn)行保存，因此設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)庫(kù)表極為重要。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)主要涉及三個(gè)方面：用戶及權(quán)限、錄音模塊信息和客戶操作信息。

異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一訪問(wèn)模塊支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)，其具體設(shè)計(jì)為：

（l） 用戶及權(quán)限：此部分共有5張表主要用來(lái)記錄油庫(kù)安防報(bào)警系統(tǒng)的用戶信息，包括用戶所在部門、用戶擁有權(quán)限等信息。

（2） 錄音模塊信息：此部分共有5張表主要用來(lái)記錄錄音模塊相關(guān)信息，包括主備錄音服務(wù)器信息、錄音通道相關(guān)配置信息、錄音文件備份/刪除配置信息等。

（3） 客戶操作信息：此部分共有2張表主要用來(lái)記錄用戶操作信息、用戶操作日志等。

3.5 監(jiān)控平臺(tái)聯(lián)動(dòng)接口模塊

監(jiān)控平臺(tái)聯(lián)動(dòng)接口主要為實(shí)現(xiàn)目前已有的后勤數(shù)字化監(jiān)控平臺(tái)和油庫(kù)安防監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)而設(shè)計(jì)，后勤數(shù)字化監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)多播組將消息傳遞給相應(yīng)的錄音模塊，錄音模塊處理消息后將操作結(jié)果反饋給監(jiān)控平臺(tái)接口。如果是遠(yuǎn)程監(jiān)聽(tīng)，錄音模塊會(huì)利用Socket套接字建立到監(jiān)控平臺(tái)接口的TCP連接，發(fā)送語(yǔ)音數(shù)據(jù)包，報(bào)警信息和預(yù)警信息。通信協(xié)議中信令控制開(kāi)始錄音操作，結(jié)果參數(shù)表如表1所示。

表1 信令控制開(kāi)始錄音操作結(jié)果參數(shù)表

4 結(jié) 語(yǔ)

本文根據(jù)油庫(kù)的實(shí)際線路環(huán)境，在核心板卡DSP中采用了三種改進(jìn)的語(yǔ)音增強(qiáng)算法，改進(jìn)監(jiān)聽(tīng)報(bào)警錄音質(zhì)量。整個(gè)系統(tǒng)采用分布式同步事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，根據(jù)事件優(yōu)先級(jí)對(duì)油庫(kù)安防系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警預(yù)警處理提高了系統(tǒng)魯棒性。系統(tǒng)采用了異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一訪問(wèn)模塊使其可以訪問(wèn)多種數(shù)據(jù)庫(kù)，而對(duì)于錄音模塊和客戶端模塊無(wú)需了解數(shù)據(jù)庫(kù)的細(xì)節(jié)，僅需按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將消息通過(guò)Socket多播組傳遞給數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)軟件即可。為了實(shí)現(xiàn)目前已有的后勤數(shù)字化監(jiān)控平臺(tái)和油庫(kù)安防監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)而設(shè)計(jì)了監(jiān)控平臺(tái)接口，使后勤數(shù)字化監(jiān)控平臺(tái)與各子模塊之間可以迅速傳遞消息，實(shí)現(xiàn)了后勤數(shù)字管理的一體化，提高了自動(dòng)化水平，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 任麗婷.現(xiàn)代安防技術(shù)在油庫(kù)安全管理中的應(yīng)用[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2012，18（14）：86.

[2] 蔣永生，張雄偉，曾宏輝.一種基于 DSP 的語(yǔ)音處理系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)通信，2007，28（11）：56?58.

[3] 翟偉，李杰鋒.東勝油庫(kù)工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及問(wèn)題分析[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012（18）：195?196.

[4] 孟靜.語(yǔ)音增強(qiáng)算法性能的評(píng)價(jià)研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2010.

[5] 盛佳濤，劉宇恒，俞洪明，等.倉(cāng)儲(chǔ)油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的研究[J].石油化工自動(dòng)化，2013，49（4）：5?10.

[6] 梁鴿.石化行業(yè)周界防范視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展[J].中國(guó)公共安全（學(xué)術(shù)版），2014（19）：78?84.

[7] 何俊杰.淺談?dòng)蛶?kù)周界安全防范監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].石化技術(shù)，2015（7）：229.

[8] 黃坤，宋歡歡，劉蘇，等.數(shù)字化油庫(kù)建設(shè)探討[J].天然氣與石油，2012，30（1）：1?4.