聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

文/余應(yīng)淮

聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

文/余應(yīng)淮

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為石油化工企業(yè)防范及快速處置安全生產(chǎn)事件的技術(shù)基礎(chǔ)，是安全生產(chǎn)的重要組成部分。針對石油化工企業(yè)聚苯乙烯生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控需求，在深入研究聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控及異常報警關(guān)鍵技術(shù)問題的基礎(chǔ)上，提出一種聚苯乙烯安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

聚苯乙烯 生產(chǎn) 視頻監(jiān)控 圖像處理 系統(tǒng)設(shè)計

1 前言

近年來，隨著計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)取得了長足的發(fā)展，并得到了廣泛的應(yīng)用。其中，文獻(xiàn)[1]提出了一種煤礦安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，該系統(tǒng)是集視頻采集技術(shù)、無線通信技術(shù)、圖像與字幕疊加存儲技術(shù)、光纖通信技術(shù)于一體的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，有效降低了企業(yè)的成本，提高了煤礦企業(yè)的監(jiān)管力度和安全生產(chǎn)水準(zhǔn)。文獻(xiàn)[2]介紹了廣西華錫集團(tuán)銅坑礦數(shù)字化視頻監(jiān)控信息系統(tǒng)的建設(shè)過程，包括監(jiān)控點布設(shè)、設(shè)備選擇、系統(tǒng)集成以及使用效果。文獻(xiàn)[3]探討了如何有效地利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，.NET編程技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等在煤礦組建一套高效的基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。文獻(xiàn)[4]分析了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程和基于嵌入式Web服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點，通過一個實例介紹了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在礦井安全生產(chǎn)中高效、低成本的實現(xiàn)方法。文獻(xiàn)[5]針對當(dāng)前電力施工企業(yè)面臨的實際問題，在分析了CDMA無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點的基礎(chǔ)上，介紹了CDMA無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)在公司的實踐應(yīng)用。文獻(xiàn)[6]從石油化學(xué)工業(yè)安全生產(chǎn)管理的現(xiàn)狀入手，介紹了綜合視頻監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的方案特點、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能以及系統(tǒng)應(yīng)用。文獻(xiàn)[7]則從設(shè)計思想、實現(xiàn)方法、視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能及特點等方面論述了鋁行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。

針對石油化工企業(yè)聚苯乙烯生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控需求，本文在深入研究聚苯乙烯生產(chǎn)監(jiān)控中的視頻圖像處理、異常分析、視頻錄制與存儲、異常實時報警等技術(shù)性問題的基礎(chǔ)上，提出一個聚苯乙烯安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計及實現(xiàn)方案。

2 聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)與技術(shù)框架

聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計立足于石油化工企業(yè)基本乙烯生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控需求，運(yùn)用先進(jìn)的視頻圖像處理與分析技術(shù)，對聚苯乙烯生產(chǎn)模頭的監(jiān)控視頻圖像信號進(jìn)行實時采集與同步處理分析，實現(xiàn)聚苯乙烯生產(chǎn)過程掉條的智能識別與自動報警、監(jiān)控數(shù)據(jù)的自動記載，解決生產(chǎn)人員了解生產(chǎn)過程和現(xiàn)場處理的滯后問題，也為生產(chǎn)過程的綜合評價提供客觀依據(jù)。

系統(tǒng)以視頻圖像處理技術(shù)與視頻監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合為基礎(chǔ)，在硬件上使用工業(yè)監(jiān)控攝像頭對生產(chǎn)過程與生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，通過同軸電纜與視頻采集卡對原始監(jiān)控視頻信號進(jìn)行采集；在軟件上采用Microsoft Visual C++ 2008為開發(fā)平臺，結(jié)合使用QT應(yīng)用程序開發(fā)框架與OpenCV計算機(jī)視覺庫完成系統(tǒng)核心算法的實現(xiàn)與系統(tǒng)功能的開發(fā)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程和生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控視頻圖像的實時同步處理分析。

3 聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計

依據(jù)石油化工企業(yè)聚苯乙烯生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)過程的視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)特點，系統(tǒng)在功能上可以劃分為文件、異常識別與報警、監(jiān)控、模式切換等模塊，其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示，各功能模塊的定義具體如下：

3.1 文件功能模塊

圖1：聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

圖2：視頻錄制的流程圖

文件功能模塊包括保存配置信息、系統(tǒng)配置、重啟監(jiān)控系統(tǒng)、退出監(jiān)控系統(tǒng)等功能。其中，保存配置信息功能用于實現(xiàn)系統(tǒng)性配置信息的保存；系統(tǒng)配置功能用于實現(xiàn)配置視頻錄制文件的存儲時間上限和報警器的串口參數(shù)；重啟監(jiān)控系統(tǒng)功能用于實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的重新啟動，并加載初始化配置信息；退出監(jiān)控系統(tǒng)功能則用于實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)閉操作，以及操作日志的保存。

3.2 異常識別與報警功能模塊

異常識別與報警功能模塊包括異常識別、異常監(jiān)控配置、查看異常監(jiān)控記錄等功能項。其中，異常識別功能用于完成聚苯乙烯生產(chǎn)模頭掉條的實時識別、自動報警、同步記錄監(jiān)控等功能的開啟與關(guān)閉操作；異常監(jiān)控配置功能用于設(shè)置聚苯乙烯生產(chǎn)模頭監(jiān)控通道和監(jiān)控區(qū)域；查看異常監(jiān)控記錄功能用于查詢和打印聚苯乙烯生產(chǎn)模頭的掉條監(jiān)控記錄，以及在線播放掉條視頻和導(dǎo)出掉條視頻。

圖3：視頻監(jiān)控的流程圖

3.3 監(jiān)控功能模塊

監(jiān)控功能模塊包括監(jiān)控錄制、監(jiān)控參數(shù)配置、查看錄制記錄、顯示模式配置等功能。其中，監(jiān)控錄制功能實現(xiàn)對所指定通道的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的錄制；監(jiān)控參數(shù)配置功能實現(xiàn)對監(jiān)控的通道進(jìn)行參數(shù)配置，并完成對監(jiān)控開關(guān)的控制；查看錄制記錄功能實現(xiàn)對監(jiān)控視頻錄制記錄的查詢、刪除、在線播放和導(dǎo)出；顯示模式配置功能用于設(shè)置各種顯示模式下的監(jiān)控通道，包括1×1、2×2、3×3、4×4等4種顯示模式，分別實現(xiàn)對1個監(jiān)控通道、4個監(jiān)控通道、9個監(jiān)控通道、16個監(jiān)控通道的設(shè)置。

3.4 模式切換功能模塊

模式切換功能模塊可進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控畫面1×1、2×2、3×3、4×4等4種顯示模式的切換，如圖1所示。

4 聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)需解決的關(guān)鍵技術(shù)包括監(jiān)控視頻圖像的處理以及聚苯乙烯生產(chǎn)模頭掉條的異常檢測分析，其解決過程具體如下：

（1）通過DS4016HC 視頻采集卡對監(jiān)控視頻信號進(jìn)行采集，并對所采集的信號YUV420 圖像進(jìn)行顏色空間變換，得到便于處理的灰度級圖像。

（2）采用背景差分法對生產(chǎn)模頭掉條監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行目標(biāo)檢測；同時，通過形態(tài)學(xué)圖像處理與分析方法對檢測目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行腐蝕膨脹運(yùn)算，并計算其運(yùn)算結(jié)果與參考幀圖像之間的相似度，以此確定檢測區(qū)域是否可能發(fā)生掉條。

（3）對于可能發(fā)生掉條的區(qū)域則通過動態(tài)參考幀選取技術(shù)計算其累計差分圖像加以確認(rèn)并及時發(fā)出掉條警報直至掉條結(jié)束；同時，自動同步記錄模頭掉條的監(jiān)控視頻與掉條數(shù)量、持續(xù)時間。

4.2 系統(tǒng)的總體實現(xiàn)

聚苯乙烯生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體實現(xiàn)步驟歸納如下：

（1）應(yīng)用程序啟動，讀取系統(tǒng)配置信息。

（2）初始化采集卡通道信息：① 設(shè)置采集卡制式；② 初始化板卡芯片；③ 配置通道參數(shù)；④ 注冊監(jiān)控流回調(diào)函數(shù)。

（3）為監(jiān)控通道創(chuàng)建線程，并初始化線程信息，啟動線程。

（4）初始化監(jiān)控通道，并開始捕獲圖像流。

（5）當(dāng)捕獲到視頻圖像時，自動調(diào)用回調(diào)函數(shù)，并在回調(diào)函數(shù)中獲取到對應(yīng)的通道和線程信息。

（6）喚醒通道對應(yīng)的處理線程：① 進(jìn)行圖像顏色空間轉(zhuǎn)換，將視頻圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖；② 如果開啟了畫面顯示，則向顯示主界面發(fā)送信號，通過主界面線程顯示監(jiān)控視頻圖像；③ 如果當(dāng)前監(jiān)控通道開啟了視頻錄制，則通過視頻錄制線程記錄并存儲當(dāng)前監(jiān)控通道的視頻，其實現(xiàn)流程如圖2所示；④ 如果當(dāng)前監(jiān)控通道開啟了視頻監(jiān)控，則通過視頻監(jiān)控線程獲取生產(chǎn)模頭的視頻圖像，并進(jìn)行掉條的實時識別與自動報警，其實現(xiàn)流程如圖3所示。

5 結(jié)束語

針對石油化工企業(yè)聚苯乙烯生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控需求，深入研究聚苯乙烯生產(chǎn)監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)，提出一個聚苯乙烯安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計及實現(xiàn)方案。該系統(tǒng)在不需要增加額外硬件投入的前提下，使用現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備，通過對監(jiān)控視頻圖像的實時處理與分析，實現(xiàn)聚苯乙烯生產(chǎn)模頭掉條的智能識別、實時報警及視頻自動錄制，具有良好的應(yīng)用價值。

[1]鄭為貴,劉敬彪,蔡文郁.基于視頻采集的煤礦安全生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J].計算機(jī)測量與控制(自然科學(xué)版),2008,16(11)：1608-1611.

[2]任志遠(yuǎn),靳洋,王東平等.數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)在銅坑礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2009,9(05)：37-39+154.

[3]申江慶.在煤礦安全生產(chǎn)中應(yīng)用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的探討[J].煤,2008,17(02)：66-67+83.

[4]張勇.網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在礦井安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].煤炭工程,2003(07)：74-77.

[5]陳兆驊.CDMA無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)及在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].才智,2009(08)：123.

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作者單位 廣東海洋大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機(jī)學(xué)院 廣東省湛江市 524088