基于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的長輸油氣管道遠(yuǎn)程視頻巡檢的實(shí)現(xiàn)

王文

[摘? ? 要]當(dāng)前我國部分長輸油氣管道開始實(shí)施區(qū)域化管理，以HAZOP分析為基礎(chǔ)結(jié)合站場運(yùn)行實(shí)際進(jìn)行適應(yīng)性改造，重點(diǎn)是通過基于高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭的工業(yè)視頻監(jiān)控改造、新增站場SCADA數(shù)據(jù)傳輸鏈路至區(qū)域分中心實(shí)現(xiàn)區(qū)域分中心對(duì)管道沿線站場閥室實(shí)行“集中監(jiān)視”“集中巡檢。

[關(guān)鍵詞]油氣管道;區(qū)域化管理;網(wǎng)絡(luò)攝像頭;遠(yuǎn)程巡檢

[中圖分類號(hào)]TE973.6 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）04–0–03

Realization of Remote Video Inspection of Long-Distance?oil and Gas Pipelines Based on Network Cameras

Wang Wen

[Abstract]At present， some long-distance oil and gas pipelines in my country have begun to implement regional management， and based on HAZOP analysis， they have carried out adaptive transformation in combination with the actual operation of the station. Link to the regional sub-center to realize the "centralized monitoring" and "centralized inspection" of the valve room of the station along the pipeline by the regional sub-center.

[Keywords]oil and gas pipeline; regional management; webcam; remote inspection

我國長輸油氣管道企業(yè)為了適應(yīng)長輸管道的高度自動(dòng)化，基層推行基于“無人值守站場”的精簡作業(yè)區(qū)管理模式，區(qū)域分中心通過視頻監(jiān)控進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢、通過SCADA終端進(jìn)行工藝運(yùn)行參數(shù)的集中監(jiān)視，達(dá)到有效釋放人力資源，繼續(xù)解放生產(chǎn)力，突破性提升管道運(yùn)行管理水平。文章分析了基于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的長輸油氣管道遠(yuǎn)程巡檢的實(shí)現(xiàn)過程。

1 基于網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)改造思路

結(jié)合GA 1166—2014《石油天然氣管道系統(tǒng)治安風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和安全防范要求》的相關(guān)要求及已建工業(yè)電視系統(tǒng)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，站場及閥室工業(yè)電視系統(tǒng)改造方案如下。

站場內(nèi)原有模擬攝像機(jī)均改成不低于200 W像素網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，模擬攝像機(jī)對(duì)應(yīng)的DVR更換為NVR。另外，本著盡量利用現(xiàn)有設(shè)備減少投資的目的，對(duì)于已經(jīng)新增的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用后期增加算法的方式實(shí)現(xiàn)智能AI功能，不再更換攝像機(jī)。

工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)采用“網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)+NVR（網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)）+本地監(jiān)控終端+遠(yuǎn)程管理平臺(tái)”方式構(gòu)建數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用站內(nèi)本地監(jiān)控、站內(nèi)本地存儲(chǔ)、站內(nèi)本地管理為主，遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程管理為輔。本地監(jiān)控、存儲(chǔ)和管理功能不依賴于遠(yuǎn)程設(shè)備，各站場視工業(yè)電視監(jiān)控圖像上傳至分公司的調(diào)控中心視頻監(jiān)控，并且還能上傳到總公司，如圖1所示。

2 站場改造

結(jié)合站場現(xiàn)場環(huán)境，經(jīng)過攝像機(jī)的合理布點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)視頻資源的利用率，提高視頻監(jiān)控能效。實(shí)現(xiàn)可視化視頻監(jiān)控。對(duì)點(diǎn)位的布置要從以下方面考慮：①攝像機(jī)的安置高度;②監(jiān)控區(qū)域的重合度;③攝像機(jī)的安置位置。

在工藝站場圍墻四周攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)球型攝像機(jī)用于與周界聯(lián)動(dòng)，在工藝區(qū)及工藝區(qū)的計(jì)量區(qū)設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)用于對(duì)工藝設(shè)備區(qū)的全面監(jiān)視，室內(nèi)重要的區(qū)域（機(jī)柜間、UPS間、站控室等）設(shè)置紅外半球攝像機(jī)。工藝站場大門處設(shè)置具備人臉識(shí)別、車牌抓拍功能的攝像機(jī)。

各站視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)由前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備供電系統(tǒng)、視頻圖像存儲(chǔ)、站控室顯示系統(tǒng)組成。

前端系統(tǒng)：防爆一體化攝像機(jī)、室外球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、室內(nèi)球型攝像機(jī)、室內(nèi)定點(diǎn)槍式攝像機(jī)、防爆接線箱、不銹鋼防水配電箱、空開、熔接盒、尾纖、撓性管（防爆）、電源防雷器、信號(hào)防雷器、光電收發(fā)器、防雷接地系統(tǒng)。

傳輸網(wǎng)絡(luò)：站內(nèi)攝像頭傳輸采用前端至站控室鋪設(shè)光纜的方式進(jìn)行傳輸，各站至分公司網(wǎng)絡(luò)傳輸并入至已建的傳輸系統(tǒng)中。

改造后的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足，站場本地工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)支持前端及后端I/O干接點(diǎn)觸發(fā)聯(lián)動(dòng)功能，第三方系統(tǒng)的開關(guān)量接入前端攝像機(jī)或后端設(shè)備的I/O口，按照配置策略觸發(fā)攝像機(jī)響應(yīng)，在視頻終端呈現(xiàn)提示或顯示圖像，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和錄像。站場本地監(jiān)控系統(tǒng)與周界入侵報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警等系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)時(shí)，從接收到報(bào)警到觸發(fā)成功時(shí)間間隔不得超過2 s。站場本地監(jiān)控系統(tǒng)支持后臺(tái)聯(lián)動(dòng)功能，后臺(tái)聯(lián)動(dòng)時(shí)，應(yīng)為第三方系統(tǒng)提供符合GB/T 28181規(guī)定的接口，第三方系統(tǒng)觸發(fā)報(bào)警，按照配置策略觸發(fā)攝像機(jī)響應(yīng)，并在視頻終端呈現(xiàn)提示或顯示圖像，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和錄像。

3 RTU閥室改造

采用多個(gè)高清攝像頭實(shí)現(xiàn)閥室室內(nèi)100 %視頻全覆蓋，另外閥室圍墻處攝像機(jī)應(yīng)具備基于攝像機(jī)的周界防范功能，便于增強(qiáng)閥室安防系統(tǒng)提升。

RTU閥室視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)由前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、視頻圖像存儲(chǔ)、設(shè)備供電系統(tǒng)、千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、站控室顯示系統(tǒng)組成，如圖2所示。

（1）前端系統(tǒng)：室外球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（帶語音喊話功能）、室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)球形攝像機(jī)、不銹鋼防水配電箱、空開、熔接盒、尾纖、撓性管、電源防雷器、信號(hào)防雷器、光電收發(fā)器、防雷接地系統(tǒng)。3A2866B9-11F9-4C27-9AAC-E7BCF61826B9

（2）傳輸網(wǎng)絡(luò)：RTU閥室采取并入伴隨管道光纜的通信模式傳至就近站場NVR，通過站場網(wǎng)絡(luò)傳輸至分公司。

（3）視頻圖像存儲(chǔ)：通過管道光纜傳至就近站場NVR進(jìn)行存儲(chǔ)。

（4）設(shè)備供電系統(tǒng)：鋪設(shè)電纜，通過外電供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備供電。

4 關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要求

4.1 攝像機(jī)基本功能要求

（1）攝像機(jī)分辨率可分擋配置，至少支持1080 P;

（2）支持多碼流不同碼率輸出，主碼流不小于30幀/s（分辨率1920×1080）;

（3）選擇限定帶寬和可變帶寬功能，可變帶寬模式下可設(shè)置畫質(zhì)優(yōu)先或幀率優(yōu)先;

（4）支持H.264/H.265/MPEG4/ SVAC視頻編碼算法;

（5）200萬像素至少滿足1 000 TVL;

（6）支持語音采集接口;

（7）支持日夜模式自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能;

（8）支持自動(dòng)增益控制、自動(dòng)白平衡調(diào)整、背光補(bǔ)償、自動(dòng)電子快門、自動(dòng)光圈功能;

（9）支持遮擋告警、視頻丟失告警功能;

（10）支持10/100M Base-T以太網(wǎng)接口或光纖接口、RS485、音頻輸入/輸出接口;

（11）支持Micro SD卡插槽，支持Micro SD/Micro SDHC，支持SD卡熱插拔，存儲(chǔ)容量不小于 128 G;

（12）支持HTTPS、SSH等安全認(rèn)證;

（13）支持GB/T 28181、ONVIF、SNMP相關(guān)協(xié)議;

（14）支持軟件集成開放式API。

4.2 能實(shí)現(xiàn)的前段行為分析功能

穿跨越警戒面：目標(biāo)穿越用戶設(shè)置警戒面時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警，可按照穿越警戒面的方向，分為單向報(bào)警和雙向報(bào)警;

區(qū)域入侵：目標(biāo)在用戶設(shè)置檢測區(qū)域范圍內(nèi)停留（包括靜止和移動(dòng)）超過限定時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警;

進(jìn)入?yún)^(qū)域：目標(biāo)在用戶設(shè)置的檢測區(qū)域外進(jìn)入檢測區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警;

離開區(qū)域：目標(biāo)在用戶設(shè)置的檢測區(qū)域內(nèi)離開檢測區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警。

徘徊檢測：當(dāng)監(jiān)控范圍內(nèi)的目標(biāo)在感興趣區(qū)域內(nèi)逗留超過預(yù)設(shè)的時(shí)間時(shí)就觸發(fā)徘徊檢測告警，同時(shí)使用告警框進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

支持?jǐn)嗑W(wǎng)續(xù)傳、智能后檢索。

支持設(shè)備異常檢測：網(wǎng)線斷、IP地址沖突、存儲(chǔ)器滿、存儲(chǔ)器錯(cuò)、非法訪問。

另外槍型攝像機(jī)主用用于車牌及人臉識(shí)別，除支持前端行為分析的基礎(chǔ)功能外，還應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：①應(yīng)支持人臉檢測，支持檢出戴安全帽、耳機(jī)、眼鏡等遮擋的人臉，抓拍行人圖像其人像頭部圖像水平分辨率不低于50個(gè)像素，被抓拍圖像應(yīng)能人眼看清人臉輪廓;②應(yīng)支持人臉抓拍，人臉抓拍捕獲率≥99%;③應(yīng)支持對(duì)經(jīng)過主要出入口的機(jī)動(dòng)車輛、非機(jī)動(dòng)車進(jìn)行正向/或逆向行駛捕獲和抓拍，抓拍車輛圖像其車輛圖像水平分辨率不低于100個(gè)像素，被抓拍圖像應(yīng)能人眼看清車輛類型、號(hào)牌、顏色和輪廓。

4.3 網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)

網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)采用MPEG4/H.264/H.265圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn);支持GB/T28181、ONVIF、RTSP協(xié)議，可接駁第三方主流廠商的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī);圖像格式支持720 P、1080 P可任選;系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)判斷存儲(chǔ)介質(zhì)性能，單個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)損壞不應(yīng)影響系統(tǒng)存儲(chǔ)性能;系統(tǒng)支持存儲(chǔ)空間擴(kuò)展，存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展不應(yīng)改變現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);雙向數(shù)據(jù)通道（RS-485/422），配有不少于視頻輸入路數(shù)的報(bào)警輸入和至少1路報(bào)警輸出，支持雙網(wǎng)卡。通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)將視頻傳送到監(jiān)控終端上。支持高清視頻輸入，支持HDMI及VGA視頻輸出，輸出分辨率不低于1920×1080。

5 分公司監(jiān)控終端平臺(tái)建設(shè)

利用分公司前期建設(shè)的監(jiān)控中心數(shù)據(jù)路由，現(xiàn)場設(shè)備均選用與初期建設(shè)設(shè)備能夠兼容運(yùn)行的方式運(yùn)行。分公司更新一臺(tái)PC終端，增加一臺(tái)流媒體服務(wù)器、一套監(jiān)控軟件，直接訪問流媒體，以解決分公司監(jiān)控終端單獨(dú)訪問各站NVR所需大流量高清畫面?zhèn)鬏斔璧膸捀咝枨蟆?/p>

本次工業(yè)監(jiān)控項(xiàng)目改造完成后，分公司攝像頭數(shù)量增加，為增加顯示效果，在分公司調(diào)度中心新增大屏幕系統(tǒng)一套。增加一套話筒音響系統(tǒng)，用于與現(xiàn)場遠(yuǎn)程通話。

6 存儲(chǔ)容量設(shè)計(jì)

本工程網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)圖像在站內(nèi)進(jìn)行本地存儲(chǔ)和管理。綜合考慮項(xiàng)目的建設(shè)成本，在保障視頻圖像清晰度的前提下，降低傳輸帶寬及現(xiàn)場的存儲(chǔ)容量，各站場的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面?zhèn)鬏?、存?chǔ)及上傳均采用1080 P@30 fps格式，圖像采用H.265技術(shù)編碼碼流約為2 Mbps/路，可存儲(chǔ)不低于90 d計(jì)算圖像存儲(chǔ)容量：每路視頻全動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)速率為2 Mbps÷8=256 kbps;每路視頻全動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)1 d的容量為256 kbps×3600 s×24=21.1 GB;90 d每路全動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)容量為21.1 GB×90=1899 GB=1.86 T;各站場存儲(chǔ)設(shè)備的配置容量應(yīng)≥1.86 T×數(shù)字視頻存儲(chǔ)路數(shù)，RAID級(jí)別按5設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)支持16盤位，兩組RAID、一塊熱備硬盤滿配時(shí)可以支持35路2 Mbps碼流存儲(chǔ)90 d的要求。

7 傳輸帶寬設(shè)計(jì)

監(jiān)控?cái)z像機(jī)現(xiàn)在正常使用的兩個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是H.264，另一個(gè)是H.265。監(jiān)控?cái)z像機(jī)的碼率的含義簡單地講就是，每秒有多少數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過。單位默認(rèn)kbps，可以換算成Mbps，就是除以進(jìn)率1024，得出的每秒有多少M(fèi)b的數(shù)據(jù)經(jīng)過。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的碼率計(jì)算，通常是把主碼流數(shù)值和子碼流數(shù)值想加。主碼流是高清畫面，是用來支持保存錄像和單畫面顯示的;子碼流是普清畫面，用來支持網(wǎng)絡(luò)傳輸和多畫面顯示的。H.264協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)下的碼率：100萬像素/130萬像素的碼率約2.5 Mb;200萬像素碼率約4.5 Mb;300萬像素碼率約6.5 Mb。

如果攝像機(jī)用的H.265技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，首先要知道H.265技術(shù)是讓碼流減半，所以差不多是H.264標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)數(shù)量的2倍。H.265技術(shù)不但能讓寬帶壓力減半，還可以讓存儲(chǔ)容量減半。

一個(gè)前端200 W像素H.265編碼的攝像頭，那么它的帶寬就是2 M，總共有100個(gè)攝像頭，那帶寬就是200 M，對(duì)應(yīng)的解碼器的資源也需要200 M的帶寬。

8 結(jié)束語

改造后，分公司監(jiān)控中心可通過監(jiān)控終端快速遠(yuǎn)程對(duì)各站場、RTU閥室進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻輪巡、監(jiān)控。在實(shí)施過程中要重點(diǎn)做好網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的選型、攝像頭安裝位置的確定、通信鏈路的規(guī)劃、儲(chǔ)存容量的設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的規(guī)劃、監(jiān)控平臺(tái)的選擇。

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