電廠安防圖像監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)建設

陳利忠

（浙江省能源集團有限公司 西北分公司，烏魯木齊 830000）

近年來，圖像監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)在社會安防領域中發(fā)揮著極為重要的作用，數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術、信息技術的普及與廣泛應用推動著國內(nèi)圖像監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的升級。目前，基于IP 的網(wǎng)絡圖像視頻監(jiān)控技術得到了各個行業(yè)領域的廣泛認可，通過發(fā)揮圖像監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的優(yōu)勢作用，使各個行業(yè)領域的安防水平得到有效提升，因此對圖像監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)建設方面的理論研究具備現(xiàn)實意義。

1 概述

1.1 圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

第一代圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是以VCR 為代表的CCTV 系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要借助專用電纜、模擬監(jiān)視器、盒式錄音帶及模擬錄像設備實現(xiàn)安防作用，但是CCTV 系統(tǒng)無法進行遠程訪問且無法與門禁、周界防護等安防系統(tǒng)集成。雖然CCTV 系統(tǒng)存在較為明顯的缺陷，但是在當IP 及網(wǎng)絡信息技術并未實現(xiàn)全面普及的時代，各個行業(yè)領域均積極地應用CCTV 系統(tǒng)建設安防系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)建設相關標準、要求及規(guī)范Fig.1 Related standards, requirements and specifications for system construction

第二代圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是以DVR、NVR 為代表的網(wǎng)絡系統(tǒng)，該系統(tǒng)在1996 ～2000 年得到了眾多行業(yè)領域的廣泛應用。系統(tǒng)具備網(wǎng)絡信息數(shù)據(jù)共享功能，且NVR系統(tǒng)是DVR 系統(tǒng)升級后的一種圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)，兩種系統(tǒng)均屬于半數(shù)字化圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

第三代圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是以IP 為代表的網(wǎng)絡系統(tǒng)，系統(tǒng)具備數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化、現(xiàn)代化等優(yōu)勢特點?？梢哉f第三代圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)是在信息技術、網(wǎng)絡技術及數(shù)字技術基礎上而設計的一種多功能圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠更好地滿足社會發(fā)展對安防系統(tǒng)所提出的需求。自2005 年至今網(wǎng)絡圖像視頻產(chǎn)品銷售額的增長率從40%增長到現(xiàn)今的80%，且在圖像視頻監(jiān)控市場中，基于IP 的數(shù)字化圖像監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為行業(yè)的佼佼者。

1.2 電廠安防圖像監(jiān)控系統(tǒng)建設原則與依據(jù)

將國家各相關行業(yè)技術標準及網(wǎng)絡系統(tǒng)建設規(guī)范作為依照，在建設電廠安防圖像監(jiān)控系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中秉承先進性、實用性、開放性、繼承性、可拓展性原則。同時還應從安全可靠、經(jīng)濟、管理及維護4 個方面綜合考慮，在建設圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的環(huán)節(jié)中，應側重于可拓展性的考慮，保證建設完成后的系統(tǒng)能夠與電廠現(xiàn)有的安防系統(tǒng)、現(xiàn)有的局域網(wǎng)結合。

保證系統(tǒng)建設滿足相關標準及規(guī)范要求，具體依據(jù)如圖1 所示。

圖2 圖像視頻信號獲取流程Fig.2 Image and video signal acquisition process

1.3 網(wǎng)絡建設基本要求

1.3.1 監(jiān)控中心環(huán)境要求

室內(nèi)溫度：0℃～40℃；室內(nèi)濕度：10%～80%；室內(nèi)電源：180VAC ～245VAC，＞20A；地線電阻：＜4Ω。

1.3.2 監(jiān)控場所環(huán)境要求

室內(nèi)溫度：-20℃～40℃；室內(nèi)濕度：5%～85%；室內(nèi)電源：180VAC ～245VAC，＞10A；地線電阻：＜4Ω。

1.3.3 設備機柜要求

容量：＞15U；標準：ANSI/EIA RS-310-D，DIN41491；PARTI，IEC297-2，DIN41491；PART7，GB/T3047.2-92；尺寸：IEC 19"；承重：＞300kg/150kg；接地保護：＜4Ω；材料：1.2mm 以上優(yōu)質冷軋鋼板。

1.3.4 UPS電源要求

單個電池電壓：12VDC；輸出電壓頻率：50Hz±0.5Hz；輸出電壓穩(wěn)壓度：220V±2%；負載功率因數(shù)：≮70%；最大輸出容量：≮1KVA；工作效率：＞70%；噪音：＜60dB；正玄波失真度：＜5%；工作環(huán)境：-10℃～50℃ RH85%Max；外形尺寸：如為機架式，則不得大于4U，19"。

1.4 設備選型

在建設電廠安防圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的過程中，本文選用了浙江大華DSS7000 平臺、長延時機型UPS 電源、DH-NVR 系列網(wǎng)絡硬盤錄像機、TCL-MC21P 監(jiān)視器、黑白彩色畫面分割器、品牌臺式計算機、DH-NVS0204HDC 系列網(wǎng)絡視頻服務器、MSS4460 交換機。

2 圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)方案設計與選擇

2.1 圖像視頻編碼技術

2.1.1 圖像視頻信號處理

多媒體技術是在計算機設備與信息技術基礎上，通過對聲音、文字、圖像數(shù)據(jù)信息進行綜合處理，才能發(fā)揮自身作用。在圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)中，視頻信號的處理關鍵點在于如何將所獲取的數(shù)據(jù)信息“數(shù)字化后”錄入到計算機中。NTSC、PAL、SECAM 是目前國內(nèi)通用電視標準的3 種制式信號處理方式，具體的視頻信號獲取流程如圖2所示。

2.1.2 圖像視頻數(shù)據(jù)壓縮

一般情況下，多媒體采集設備所獲取的圖像視頻數(shù)據(jù)量極為龐大，如果不對這些數(shù)據(jù)進行壓縮處理，那么對于存儲設備而言，則要求存儲設備具有極大的存儲空間。為了便于數(shù)據(jù)信息的存儲與計算機主處理器對數(shù)據(jù)信息的處理，圖像視頻數(shù)據(jù)的壓縮環(huán)節(jié)具備重要意義。目前，應用較為廣泛且得到各個行業(yè)領域廣泛認可的視頻壓縮標準為：H.261、H.263、MPEG-2、MPEG4（SP、ASP）4 種。

2.2 軟件平臺的開發(fā)

軟件平臺的開發(fā)需要依賴特定的網(wǎng)絡系統(tǒng)，較為常用的系統(tǒng)為Macintosh、Unix、Linux 和極為常見的Windows系統(tǒng)[1]。圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)平臺的開發(fā)，在選擇系統(tǒng)的過程中應遵循操作的便捷、系統(tǒng)運行的可靠、用戶界面的友好3 個原則，例如Macintosh 在實際應用時其普及率較低，且得不到大眾的認可，所以該系統(tǒng)就不適用于圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設。本文將Windows 作為圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的基礎，分析該系統(tǒng)具備的優(yōu)勢：第一，網(wǎng)絡支持較好，便于系統(tǒng)與局域網(wǎng)的結合；第二，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，具備較強的適用性；第三，系統(tǒng)能夠滿足多任務、多線程操作，具備較強的可控性，滿足不同規(guī)格電廠安防系統(tǒng)的需求。

2.3 軟件開發(fā)工具

軟件平臺的開發(fā)環(huán)境在一定程度上受限于軟件開發(fā)工具，所以在建設電廠安防圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的過程中應遵循高速、高效、兼容性三點原則，選擇軟件開發(fā)工具。本文選擇Visual Studio 作為軟件開發(fā)工具，以保證平臺開發(fā)的效率和通用性。Visual Studio 是一個基本完整的開發(fā)工具集，它包括了整個軟件生命周期中所需要的大部分工具，如UML 工具、代碼管控工具、集成開發(fā)環(huán)境（IDE）等，能夠在Windows 系統(tǒng)環(huán)境下實現(xiàn)多功能，具備多用途，滿足電廠安防圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設需求。Visual Studio 軟件開發(fā)工具具備以下幾點優(yōu)勢：第一，面向對象的特性；第二，具備強大的內(nèi)存；第三，支持組件對象模型；第四，編譯器和調試器功能良好；第五，能夠為Windows 提供不同的導向支持，具備適用性。

2.4 軟件系統(tǒng)結構的選擇

集中式結構、C/S、B/S 是計算機軟件應用結構的3 個演變歷程，本文選擇B/S 和C/S 混合作為軟件系統(tǒng)結構，該結構的應用優(yōu)勢如下：第一，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠性高，便于服務端和客戶端的增加；第二，系統(tǒng)支持程序的移植，開放的服務端與客戶端對硬件及操作系統(tǒng)平臺不存在依賴性；第三，訪問數(shù)據(jù)便捷，數(shù)據(jù)信息完整性高。

2.5 通訊協(xié)議的選擇

通信協(xié)議是Internet 傳輸數(shù)據(jù)視頻信息的基礎，在選擇通訊協(xié)議的過程中，首先對TCP 和UDP 兩種通訊協(xié)議的優(yōu)缺點進行分析，而后結合電廠安防圖像監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設需求酌情選擇。TCP 和UDP 兩種通訊協(xié)議對比如圖3所示。

圖3 TCP與UDP兩種通訊協(xié)議對比Fig.3 Comparison of TCP and UDP two communication protocols

由圖3 所示，相較于TCP 而言，雖然UDP 不能夠保證數(shù)據(jù)的完整性，但是對多媒體數(shù)據(jù)信息傳輸進一步展開分析，發(fā)現(xiàn)一般情況下數(shù)據(jù)包的偶爾丟失并不影響整個系統(tǒng)運行的可靠性，所以本文選擇UDP 作為通訊協(xié)議。

2.6 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇

目前，國內(nèi)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸方式主要為單播、廣播和多播3 種方式，本系統(tǒng)選擇多播傳輸方式，它可以降低電廠安防網(wǎng)絡通信的負擔，在保證網(wǎng)絡資源合理應用的基礎上，使網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息的傳輸速度得到提升。

3 圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的實際應用分析

3.1 圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)和安防系統(tǒng)的結合

將電廠無人管理作為目標，將圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)與電廠安防系統(tǒng)相結合，保證相應的工作人員第一時間發(fā)現(xiàn)電廠廠區(qū)范圍內(nèi)所出現(xiàn)的供電異常或安防異常。在警情探測方面，電廠安防工作的開展可以通過以下幾種方式：第一，借助各類智能報警探頭，如雙鑒報警器、玻璃破碎報警器、煙感報警器等；第二，將圖像監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)作為基礎，通過對比系統(tǒng)中所呈現(xiàn)的監(jiān)控畫面、監(jiān)控視頻，分析電廠廠區(qū)是否存在供電異常或安防異常，發(fā)揮圖像監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的智能警戒功能，將相鄰兩幀畫面作為對比原則[2]。

3.2 圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)和電廠局域網(wǎng)的結合

圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)與電廠局域網(wǎng)的高度結合，是實現(xiàn)電廠內(nèi)部數(shù)據(jù)信息共享的關鍵舉措，在設計建設方案的過程中留出了設備、接口連接的冗余，在圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)調試完成后，可依照電廠的網(wǎng)絡條件直接接入圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)。一方面，電廠內(nèi)部工作人員能夠實現(xiàn)對系統(tǒng)平臺的遠程控制；另一方面，電廠的管理階層工作人員可以隨時調看監(jiān)控錄像，進而強化電廠安防管理水平，維護電廠供電運行的穩(wěn)定性。

4 結束語

從社會發(fā)展層面上看，圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的全面建設能夠在一定程度上保證社會的穩(wěn)定發(fā)展；從個體發(fā)展層面上看，圖像監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的應用，有助于維護個體的財產(chǎn)安全；而從電廠安防層面上看，圖像視頻監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)建設是提高電廠安防水平，滿足了電廠持續(xù)發(fā)展的需求，是保證電廠供電穩(wěn)定的關鍵舉措。