浅谈网络摄像机在污水处理厂中的应用

刘兴业

（广州市政工程设计研究院）

1 前言

1996年诞生了世界第一台网络摄像机，在网络摄像机出现的早期，它的技术水平与模拟摄像机无法相提并论，甚至不能达到作为视频监控系统设备的要求。经过十几年的发展，网络摄像机取得了长足的发展。在清晰度、画质等方面，网络摄像机的性能甚至已经超过了模拟摄像机；在可扩展性、布线方面，更有着模拟摄像机所不能比拟的优势。随着网络技术不断深入地发展，视频监控技术只有沿着网络化、模块化的方向发展，才能满足视频监控高稳定性、高可靠性和便于安装维护等要求。网络摄像机为解决视频监控技术的网络化起到了关键的作用。因此，在未来视频监控领域，IP网络摄像机有广阔的发展前景[1]。

2 网络摄像机与模拟摄像机的对比

传统的视频监控以模拟信号输出为主，主要由模拟摄像机、同轴电缆、监控电视和录像机构成。一台摄像机要用一根同轴电缆线将信号送给图像采集卡和显示设备，结构庞大[2]。

网络摄像机与普通摄像机相比，它在内部增加了对模拟视频进行数字化处理的芯片，可将数字化的视频信号转换成符合网络传输协议的数据流，送到网上传输，远端的浏览者不需任何专业软体，只要标准的网络浏览器就能监视其影像。

网络摄像机一般由镜头、图像传感器、声音传感器、A/D转换器、图像编码器、声音编码器、控制器、网络服务器、外部报警、控制接口等部分组成。网络摄像机采集的图像、声音信号经过图像、声音传感器转化为电信号，再经模数转换器将电信号转化为数字信号，然后由编码器按一定的编码标准进行编码压缩。在控制器的控制下，由网络服务模块按一定的网络协议传送到网络上，通过网络即可远程监视画面。控制器还可以接受报警信号及向外发送报警信号。

模拟摄像机采用的是隔行扫描技术，图像由两个隔行扫描的场信号构成，这意味着我们看到的每幅图像都是有两个采集时间不同的半幅图像合并而成，当画面中的物体运动速度较快或运动幅度较大时，图像画面会变的模糊不清。由于视觉暂留现象，隔行扫描的闪烁并不会被人眼注意到，但并不意味隔行扫描的闪烁是无害的，事实上这种无法察觉的闪烁仍然会使人眼容易疲劳。网络摄像机采用逐行扫描技术，对一幅完整的画面采用一次性扫描，有效地解决了闪烁问题。逐行扫描每次显示整个扫描帧，如果逐行扫描的帧率和隔行扫描的场率相同，人眼将看到比隔行扫描更平滑的图像，相对于隔行扫描来说闪烁较小。隔行扫描与逐行扫描实际效果对比如图1所示。

由于受到相关制式的制约，模拟摄像机的最高分辨率大约为40万像素，而网络摄像机的最高分辨率可达到百万像素甚至更高，因此能够提供更多的画面细节并覆盖更大的区域。

以太网供电技术是网络设备可以通过一根以太网五类线即可完成设备的控制和供电。支持以太网供电技术的网络摄像机可以在一根网线上完成视频、音频、控制信号的传输以及摄像机的供电。而要达到相同功能，模拟摄像机最少需要4根电缆，这大大的增加了布线的工程成本。此外，网络摄像机还可以继承报警输入和输出端口，实现对警铃、门锁、灯等其他安防系统的联动控制，这是模拟摄像机所难以做到的。

图1 隔行扫描与逐行扫描实际效果对比

由于网络摄像机较为昂贵，用它来替代模拟摄像机使用在污水厂监控系统中，似乎会使得成本难以控制。但由于网络摄像机的后端配套设施及传输系统可以借用自控系统的终端和网络，使得监控系统成本可以仅仅考虑网络摄像机的部分，而模拟摄像机则必须追加与之配套的专用硬件平台。相较之下，采用网络摄像机未必会使成本增加。

3 工程实例

广州某大型污水处理厂，采用模拟摄像机，业主要求污水厂各主要负责人办公室及上级主管部门可以看到污水处理厂实时图像。图2为厂区中控室与1#自控室的监控系统图。

厂区北侧的1#自控室和南部的2#自控室各设置两台监控设备机柜，通过一系列模数、数模转换，将采集到的信号传送到模拟监控终端。为了达到业主远程监控的要求，在终端将模拟信号再一次转化为数字信号，通过工业以太网交换机上传至网络。

视频监控网络和厂区的自控网络有比较大的重叠，两台分区的监控设备均放置在自控室内。如果采用数字监控系统，可以将视频监控系统网络和自控网络合二为一。这样，1#自控室和2#自控室的两台发送数据的监控设备机柜和中控室的接受数据的监控设备机柜都可以取消，用已有的自控网络的工业以太网交换机代替，不必额外用一个网络机架视频服务器将模拟信号转化为数字信号上传至网络。

图2 某污水处理厂监控系统图

由于污水厂自控室一般设置在重要的工艺设备、单体附近，而这些区域也正是污水厂视频监控的重点，使得自控室与监控区域的重叠成为必然，所以网络摄像机就能够很方便的接入自控网络。图3是一个小型的污水厂监控平面图。

图3 某污水厂监控平面图

污水厂的北部综合楼一层设置中控室，南部为主要的设备工艺区，设置自控室。厂区中部为一个140m×80m的人工湿地。从图3可以看出，主要的监控点都在控制室附近。如采用网络摄像机，可就近接入自控室的工业以太网交换机，经由自控网络将信号传输至中控室。而厂区北边的监测点可就近接入中控室以太网交换机；如采用模拟摄像机，将厂区南侧的监控点信号统一送到北区的控制中心，会使布线繁琐，同时因为线路过长而影响信号的质量。

对于小型的污水厂，这种布线方面的优势并不明显，当污水厂规模增大时，优势才凸显出来。由于厂区面积的增大，监控点的增多、分散，采用模拟摄像机将采集到的信号集中传送至控制中心会十分不便，而将网络摄像机就近接入自控系统的交换机则十分便捷。这种安装的便捷性甚至可以抵消网络摄像机本身所带来的高成本，使采用网络摄像机的成本比传统的模拟摄像机更加低廉。

4 结论

网络摄像机具有高清、实用、易扩展等特性，非常适合在污水处理厂、泵站等工程中使用。随着技术的日益成熟，网络摄像机的成本逐步降低，网络摄像机将会成为监控系统的主流产品。在水处理行业大面积的推广网络摄像机，可以使整个广州市的污水处理厂、泵站做到集中监控，统一管理，全盘统筹治水行动，为完成治水十二五规划的任务打下坚实的基础。

[1]刘红彬,周强.IP网络摄像机及其发展前景[J].煤矿现代化,2005(4):44-46.

[2]吴海龙,孙运强.网络摄像机监控系统的应用研究[D],中北大学,2010.