工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺的搭建

張旭超

（中國航空工業(yè)空氣動力研究院，黑龍江 哈爾濱 150001）

隨著計算機信息和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛躍發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)遍及人們工作和生活的各個領(lǐng)域。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是針對復雜、干擾因素多的工業(yè)環(huán)境所設(shè)計，系統(tǒng)采用IP數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)對工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)經(jīng)營過程進行監(jiān)控，實時監(jiān)視工業(yè)現(xiàn)場的運行狀況，將視頻信號通過大屏幕多畫面分割顯示，既可以本地監(jiān)控，也可以通過遠程訪問對現(xiàn)場進行控制管理，給工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)和經(jīng)營負責人提供多方位的技術(shù)支持，完美地解決了客戶的動態(tài)管理需求[1]。

1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要完成工業(yè)現(xiàn)場的視頻采集和監(jiān)控管理，需要滿足視頻圖像的采集、圖像數(shù)據(jù)壓縮、視頻數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲和遠程管理等功能需求，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計拓撲如圖1所示。

圖1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用IP數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，按照裝置的分布位置劃分為監(jiān)控中心和監(jiān)控現(xiàn)場。監(jiān)控中心主要包括生產(chǎn)管理監(jiān)控中心和安防監(jiān)控中心兩部分，生產(chǎn)管理監(jiān)控中心主要負責查看工廠內(nèi)的生產(chǎn)場所和生產(chǎn)線監(jiān)控，兼顧生產(chǎn)系統(tǒng)安全防范，滿足安全生產(chǎn)管理部門權(quán)限管理的需要；安防監(jiān)控中心主要負責查看公共通道、倉儲、周界等重要場所的監(jiān)控信息，便于管理部門進行權(quán)限管理。監(jiān)控現(xiàn)場采用高清網(wǎng)絡(luò)進程間通信（Inter Process Communication，IPC）高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，IPC高清網(wǎng)絡(luò)攝像機通過監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控管理平臺。所有的視頻信息通過監(jiān)控系統(tǒng)承載網(wǎng)傳輸至網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機（Network Video Recorder，NVR）進行分布式存儲。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的承載網(wǎng)絡(luò)為專用的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，所有的監(jiān)控點視頻信息匯集到以太網(wǎng)交換機，借助于專用的千兆以太網(wǎng)鏈路和弱電豎井傳輸?shù)街锌厥遥芍锌厥业姆掌髌脚_對視頻數(shù)據(jù)信息進行處理、存儲和顯示等操作。

在監(jiān)控中心配置監(jiān)控管理平臺，監(jiān)控管理平臺包括數(shù)據(jù)前置管理服務器、視頻管理服務器和跨平臺交換服務器，以及存儲，監(jiān)控客戶端等。監(jiān)控平臺采用B/S（瀏覽器/服務器模式）架構(gòu)，監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)的被授予權(quán)限的電腦均可以通過瀏覽器方式對監(jiān)控圖像進行查看和控制。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了監(jiān)控中心能夠監(jiān)視所有的視頻圖像外，監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)具有授權(quán)許可的工作站均可以通過局域網(wǎng)對監(jiān)控圖像進行查看和控制。

2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式模塊化的設(shè)計架構(gòu)，在對視頻數(shù)據(jù)進行集中存儲管理的同時，支持多級的權(quán)限性監(jiān)控。在工業(yè)廠區(qū)內(nèi)構(gòu)建廠內(nèi)管理信息系統(tǒng)（Management Information System，MIS）數(shù)據(jù)網(wǎng)，包括廠內(nèi)前端車間監(jiān)控點、主監(jiān)控中心和分控室。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、管理控制系統(tǒng)和音視頻處理系統(tǒng)四部分。

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常包括IP數(shù)字化高清網(wǎng)絡(luò)半球、IP數(shù)字化高清網(wǎng)絡(luò)槍機和IP數(shù)字化高清網(wǎng)絡(luò)球機。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠支持多種標準編碼格式，并可根據(jù)現(xiàn)場實際需求提供不同的分辨率規(guī)格以及接入能力，通信格式可以根據(jù)用戶要求進行選配。數(shù)據(jù)采集設(shè)備均采用國家標準的電信級制造工藝，能夠針對不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控采集端的編碼、存儲和解碼的需求。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源對數(shù)據(jù)采集前端的視頻編碼器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行接入、匯聚和交換，通過縱向加密認證裝置和防火墻等實現(xiàn)對數(shù)據(jù)網(wǎng)的安全性的控制，同時還可以通過網(wǎng)絡(luò)自身的設(shè)備、協(xié)議冗余地保障工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性[2]。

2.3 管理控制系統(tǒng)

管理控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)前置管理服務器、視頻管理服務器和客戶端。

數(shù)據(jù)前置管理服務器主要是對視頻數(shù)據(jù)以及存儲資源進行管理，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的檢索和回放功能，支持存儲資源的遠程監(jiān)控和管理。

視頻管理服務器是管理控制系統(tǒng)的重中之重，能夠?qū)崿F(xiàn)注冊、控制、配置和報警等功能，是管理控制系統(tǒng)的專用信令服務器。除了上述功能外，還能夠?qū)崿F(xiàn)視頻編解碼設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理功能。

客戶端能夠提供簡易便捷的人機界面功能，其中包括云臺控制、查詢和監(jiān)控點的監(jiān)視處理。

2.4 音視頻處理系統(tǒng)

音視頻處理系統(tǒng)匯集了先進的存儲技術(shù)和數(shù)據(jù)管理資源，根據(jù)需求分布式部署存儲資源并且進行統(tǒng)一的資源管理和調(diào)度，音視頻處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在線部署和動態(tài)資源管理，支持視頻圖像的網(wǎng)絡(luò)附屬存儲（Network Attached Storage，NAS）備份功能。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的搭建

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的選型與系統(tǒng)運行的效果密切相關(guān)，根據(jù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中安防監(jiān)控和生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控的不同要求，靈活配置室內(nèi)、室外IP數(shù)字化高清網(wǎng)絡(luò)攝像機。

3.1 集中辦公區(qū)域

在人員最多的出入口和樓梯口需要安裝1 080 P高清網(wǎng)絡(luò)槍機或者半球機；在走廊可以安裝支持走廊模式的IP高清網(wǎng)絡(luò)槍機或半球機；在電梯安裝廣角半球型攝像機，并通過視頻編碼器進行編碼接入。

在主要廠區(qū)入口，安裝簡易卡口攝像機，車輛進出時，進行記錄和分析。

3.2 生產(chǎn)區(qū)域

生產(chǎn)區(qū)域重要出入口需要安裝1 080 P高清網(wǎng)絡(luò)攝像機；生產(chǎn)過程監(jiān)控需要安裝IP高清網(wǎng)絡(luò)槍機。

3.3 工業(yè)廠區(qū)

堆場/貨場空間跨度廣，全覆蓋監(jiān)控難度大，采用多個1 080 P高清槍式攝像機的畫面拼接處一副180°的高清全景畫面，再配合使用一臺1 080 P高清快速球機能夠提供更清晰的畫面，最佳的全景監(jiān)控效果。大樓周邊外圍空間較大，光線充足，監(jiān)視范圍廣，要求攝像機有較大的視野，建議安裝IP高清紅外網(wǎng)絡(luò)攝像機。

4 監(jiān)控管理平臺的搭建

前端視頻采集設(shè)備為IP攝像機等，設(shè)備自身即可完成信號的壓縮編碼，輸出信號為數(shù)字信號。前端數(shù)字信號通過IP網(wǎng)絡(luò)首先匯集到中控室的視頻存儲服務器上，然后再集中到控制中心?？刂浦行牡姆掌靼〝?shù)據(jù)前置管理服務器、視頻管理服務器和客戶端等，完成信號的統(tǒng)一管理、轉(zhuǎn)發(fā)、存儲和解碼顯示。

監(jiān)控管理平臺采用“服務器+客戶端”架構(gòu)，具有平臺級軟件的強大功能，既可以單臺工作也可以多臺聯(lián)網(wǎng)運行，而且不用設(shè)置復雜的數(shù)據(jù)庫，具有很強的優(yōu)越性。在本系統(tǒng)中，可以配備多臺客戶端，客戶端通過超文本傳輸協(xié)議（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）對Web服務器進行訪問，通過Web服務器對數(shù)據(jù)前置管理服務器發(fā)出請求命令，數(shù)據(jù)前置管理服務器對請求命令進行解析后做出判斷，針對不同的請求提取視頻數(shù)據(jù)信息發(fā)送給流媒體服務器或者將前端采集系統(tǒng)采集到的視頻數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)給流媒體服務器[3]。視頻數(shù)據(jù)文件經(jīng)過流媒體服務器進行形式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)發(fā)到客戶端頁面，提供給生產(chǎn)管理者訪問。

5 結(jié)語

在現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展進程中，除了建立一套健全的生產(chǎn)管理制度和激勵機制外，建立一套完善的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)極為必要[3]。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不可或缺的重要分支，所以在對系統(tǒng)進行規(guī)劃設(shè)計時一方面要考慮工廠的應用需求和實現(xiàn)手段，另一方面要綜合系統(tǒng)運行環(huán)境、管理投資、近期與遠期建設(shè)等諸多因素，搭建一套技術(shù)先進，經(jīng)濟適用的視頻監(jiān)控平臺，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益。

[參考文獻]

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