數字化視頻監(jiān)控的工業(yè)應用

韓 圓

（中國核電工程有限公司，北京 100085）

0 引言

當今智能數字化視頻監(jiān)控全面發(fā)展，隨著物聯網、云技術、大數據、人工智能等領域的高速發(fā)展和新技術的不斷涌現，數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)較傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)可提供更加多元化、更加全面的功能和服務。在某些工程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)設置環(huán)境和監(jiān)控需求具有一定的特殊性，例如，含有輻射劑量的環(huán)境條件，高速運動的視頻監(jiān)視對象，設施具有抗震要求等，對數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了較高要求。目前全數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術發(fā)展狀況，已能夠適應多種工業(yè)環(huán)境。本文選擇某工程中，對監(jiān)視視頻實時性要求不苛刻，容許一定信號延遲的生產設施進行數字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計，以下從視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求條件、系統(tǒng)設計方案，IP終端等設備選型的特殊性及要求，結論三個方面對該工程設施視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行介紹。

1 系統(tǒng)設計

以某工程設施為例，設施主要用于產品接收及水下貯存，根據工藝生產流程、人員生產操作及管理要求需對如下生產環(huán)節(jié)進行實時高清的視頻監(jiān)控：

（1）監(jiān)視汽車吊運間內的吊運情況以協(xié)助起重機完成設備的吊裝；

（2）監(jiān)視安裝檢修廳的吊運情況以協(xié)助起重機完成設備的吊裝、裝料等；

（3）監(jiān)視產品在貯存水池大廳內的吊運過程；

（4）在控制室大屏幕查看和處理實時視頻信號、控制中心集中進行視頻存儲；

（5）各監(jiān)控點要求在不同操作需求下清晰傳送目標圖像信息；

（6）正常情況下保證系統(tǒng)連續(xù)工作，具有不小于30天的視頻存儲能力。

根據上述監(jiān)控需求，設計一套數字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)終端設備有IP定焦攝像機終端、IP云臺變焦攝像機終端；系統(tǒng)主設備由網絡交換機、數字視頻服務器、數字視頻存儲設備、管理工作站、監(jiān)視大屏幕、大屏控制器、操作鍵盤、傳輸設備、供電設備等組成。實現了從前端視頻信號獲取，到后臺集中處理和顯示、存儲的全過程。視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 設施視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖

1.1 終端設置

根據該工程的監(jiān)視需求，系統(tǒng)前端設為IP定焦攝像機和IP云臺變焦攝像機，在有吊運、裝卸操作需求的房間設置IP云臺變焦攝像機，就地無設置移動操作站需求，控制人員能夠在控制中心控制調整攝像機方向等以適應工業(yè)操作過程的視頻監(jiān)視需求。在監(jiān)視車流情況的汽車吊運區(qū)設置IP定焦攝像機，用于汽車吊運環(huán)境整體監(jiān)視，監(jiān)視有無突發(fā)事件或應急情況發(fā)生。室內型IP云臺變焦攝像機配置變焦鏡頭、彩色IP攝像頭、云臺、防護罩一體化內置等，無外露連線；室內型IP定焦攝像機安裝于室內環(huán)境，配置手動變焦鏡頭、彩色IP攝像機、含電源模塊、防護罩及安裝支架等。

攝像機布置及數量需考慮監(jiān)視區(qū)域環(huán)境和攝像機本身設備局限性帶來的影響，不限于以下條件：監(jiān)視區(qū)域吊運設備（門橋吊、起重機等）行走方向、設備運行所需空間；監(jiān)視目標的動作范圍，是否需跟蹤人員操作；被監(jiān)視區(qū)域高度、寬度，攝像機視線范圍能否涵蓋監(jiān)視需求；攝像機終端的鏡頭、焦距下的盲區(qū)范圍，通過設置多臺攝像機補盲；攝像機位置是否存在大口徑風管、橋架等物項遮擋；視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計分級，攝像機及配套物項安裝方式、支架形式；設施是否有抗震要求，攝像機布置區(qū)域有無安全級工藝設備；環(huán)境照度情況，在無光源或者光源較弱的情況下，可選擇照度較低的攝像機，還可以采用代帶輔助光源的攝像機；根據客觀環(huán)境條件、輻射條件等選擇耐相應輻射劑量的攝像機。

1.2 分中心設置

該工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)線路傳輸方案設計有兩種：

一是通用視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計，設施內前端設備視頻信號通過網線或光纜送至后端交換機進行集中數據交換。但由于該工程的建筑設施，具有體量龐大，監(jiān)視點位分散的特點，在優(yōu)先考慮視頻監(jiān)控系統(tǒng)內部供電的需求下，采用方案一的設計，將各終端視頻信號通過前置光電轉換裝置轉換成光信號后統(tǒng)一向設施內視頻監(jiān)控系統(tǒng)主設備用房匯集，且由設施內視頻監(jiān)控系統(tǒng)內部供電系統(tǒng)集中向前端設備供電，存在以下不足：（1）工業(yè)建筑物內設備物項、管道較多，環(huán)境復雜，對各線纜敷設條件及安裝技術要求較高。（2）遠距離傳輸對一個中心集中供電不利，電壓損耗嚴重，經濟性差。

基于上述原因，優(yōu)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)設施內的信號傳輸方式，應用監(jiān)視區(qū)域位置就近設置分中心的主設備結構方式。根據設施內各類監(jiān)視需求，酌情設置多個線路傳輸分中心。不僅可整體縮短前端設備線纜敷設距離，還能夠預留一定的區(qū)域內視頻終端擴展能力，增設前端攝像機時無須改變分中心上游鏈路。傳輸分中心主設備為交換機及電源模塊，用于實現本區(qū)域集中供電和本區(qū)域內視頻終端視頻信號的匯集和傳輸。

分中心的劃分可結合視頻監(jiān)控點位分布情況，視頻信號、供電電纜傳輸距離以及監(jiān)視區(qū)域的輻射強度進行規(guī)劃、整合。在圖1設施視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖中，該設施設有兩個分中心，其中一個位于建筑物一層的貯存水池，負責貯存水池區(qū)域和汽車吊運間信號匯集和集中供電；另一個位于建筑物二層的通信設備間，負責安裝檢修廳視頻信號匯集和供電。分中心與設施視頻監(jiān)控系統(tǒng)主設備交換機采用6芯單模鎧裝光纜連接。

該工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻顯示及操作處理在廠區(qū)的中央控制中心，控制人員可在控制中心通過顯示大屏集中查看、處理前端實時視頻圖像信息。設施內各視頻接入交換機的輸出信號通過光纜配線設備進行融合，再上行接入廠區(qū)中央控制中心。中央控制中心設有視頻管理服務器、磁盤陣列、視頻管理工作站、解碼器、多屏控制器、大屏顯示單元、光纖配線設備。存儲形式為中心存儲模式，數字視頻服務器由主備用服務器構成，具有安全冗余性，主、備視頻管理服務器之間時間能夠自動同步。視頻管理服務器具有自愈能力，當意外掉電、網絡故障等問題修復后，服務器自動恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)繼續(xù)進行。在更換故障模塊或設備的時候，系統(tǒng)能自動安裝恢復。

2 終端設備選型特殊性及要求

在部分工業(yè)設施中，工藝生產環(huán)境具有一定特殊性，比如高粉塵、高溫、強腐蝕性、強輻射、防爆等，這些環(huán)境特殊要求對視頻監(jiān)控系統(tǒng)設備選型、施工安裝等提出了更高要求。

輻射環(huán)境對視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端設備選型的影響：本文示例工程的部分設施房間具有一定輻射劑量，綠區(qū)環(huán)境為工作人員可常規(guī)進入區(qū)域，每年工作時間需少于2 000 h，場所劑量率≤5uSv/h；橙區(qū)環(huán)境為只有在放射性設備檢修等工作時才需要有限制的進入，該區(qū)存在輻射照射和放射性污染的危害，每年工作時間需少于400 h。場所劑量率≤25uSv/h。在終端設備選型時需選擇能夠適應相應輻射劑量的視頻前端設備，包括攝像機、電源模塊等。

設施抗震條件對視頻監(jiān)控系統(tǒng)施工安裝的影響：該設施為抗震I類設施，視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端設備需確保地震發(fā)生時，設備不發(fā)生跌落損壞設施內安全級設備，攝像機支架及組件設備需進行抗震試驗，攝像機位置選擇時需考慮附近有無重要工藝設備等。

對于類似有抗震要求的設施的視頻監(jiān)視設備、緊固件、安裝支架等需滿足相應的穩(wěn)定性要求，設施進行土建施工時，需在前端IP終端、設備箱所在位置預留埋件以便固定支架，線纜敷設時若考慮通過橋架敷設，需依據建筑物樓層反應譜進行橋架支架力學計算。圖2為該工程應用于抗震I類設施的攝像機非標定制安裝支架效果圖，支架為304不銹鋼材質，支架固定螺栓規(guī)格M12，引自設備供應商提供的抗震試驗報告。

圖2 某工程攝像機安裝支架效果圖

3 結語

當今智能數字化視頻監(jiān)控應用廣泛，系統(tǒng)架構較成熟，對于部分具有特殊生產環(huán)境的工業(yè)設施，對數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了適應性要求。本文示例了某個具有輻射劑量、抗震要求等環(huán)境條件的工程數字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計方案，依據該工程設施視頻監(jiān)控系統(tǒng)用戶需求，設施規(guī)模，前端視頻監(jiān)視初步點位的分布等情況，設計了數字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，應用多分中心式的系統(tǒng)后端信號傳輸結構，并列出了工程設備選型的特殊性及相關要求。該工程數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計為智能數字化視頻監(jiān)控的工業(yè)應用設計提供了切實可行的案例。