气候环境实验室视频监控系统设计

杜文辉

（中国飞机强度研究所，陕西 西安 710065）

气候环境实验室是我国目前建设体量最大、综合能力最强、能够模拟全球地表极端气候的大型基础实验设施，可为各类飞机及武器装备环境适应性研究[1-2]提供模拟环境，室内可模拟多种自然环境，如低温、高温、降雪、冻雨等[3-4]。气候环境试验不同于其他试验，具有其典型特点及难点：一是试验周期长、试验工况复杂，试验过程中各系统交叉耦合，各项试验均由多套设备配合运作完成，设备参数及试验参数种类多；二是试验现场设备需要耐受高低温等特殊环境条件；三是在实验室模拟高温、湿热、低温等极端气候过程中，试验人员无法长时间停留在试验现场观察试验状况。针对环境试验特点及难点，将当前主流的基于B/S构架的视频监控技术[5-6]通过网络构架融合应用，设计气候环境实验室视频监控系统，实现试验过程中实时监控。

随着网络通信技术发展，基于B/S构架的视频监控技术广泛应用于航空航天、交通、军事、公安、煤炭、石油化工等各个行业，为其信息获取及指挥调度发挥了至关重要的作用。

1  系统构成

视频监控系统包含视频监控工作站、视频监控设备、显示屏、固定式摄像头、便携式摄像设备、综合视频平台、存储服务器、交换机、数据采集保温箱等。视频监控系统与实验室其他系统通过网络总线连通，实现信息互通，系统网络构架如图1所示。

2  系统工作原理

视频监控系统基于B/S模式的网络构架，主要用于对实验室、试验件及工艺设备的实时监控，便于试验人员监视试验现场情况。视频监控工作站运行视频监控管理软件，实现系统控制；综合视频平台采用Linux系统，集成设备管理功能，可对网络信号进行解码，视频信号进行切换，输出视频信号进行显示、拼接、分割，并且把接入综合视频平台的各类信号投影至外部显示设备上；存储服务器对视频监控信号进行存储；显示屏用于显示环境试验视频监控画面及各控制工作站数据画面，为试验人员进行试验指挥、掌握试验进度、应对试验突发情况、开展关键技术研讨等提供信息支持。

图1 网络构架

视频监控系统工作原理：通过室内摄像机将视频画面记录并转换为网络信号接入交换机，传输至存储服务器（硬盘录像机）进行存储，视频监控工作站通过视频监控软件向综合视频平台发送控制指令，通过软件云台控制摄像头的旋转、对焦等；同时，测控间各工作站通过HDMI接入综合视频平台，通过视频监控软件控制显示屏的显示，视频监控系统总体架构图（信号流）如图2所示。

图2 视频监控系统信号流图

3  硬件配置

3.1  摄像头

实验室摄像头采用可耐受环境要求较高的设备，能够适应环境室各种复杂环境；固定式摄像头海康DS-2DF6223-CX防爆式摄像头，200万1/1.8英寸CMOS图像传感器，可实现23倍变焦；便携式摄像设备采用大华专用摄像机，200万1/2.7英寸CMOS图像传感器，适用不同监控环境，支持多种异常检测，网络断开、IP冲突、非法访问支持报警音频等；并进行温度-60～80℃，湿度0%～100%RH多循环高低温测试，如图3所示。

图3 摄像头环境测试

3.2  视频综合平台

采用DH-M70平台，以M70为核心组建的网络，配置4块DVI的输入板卡，可支持DVI信号的输入；配置2块DVI的输出板卡，可支持6块液晶屏的信号源输出；同时支持摄像机的网络解码及视频信号的灵活切换，支持多种信号源输入模式，包括视频信号（摄像头、便携式音视频设备的信号）、工作站显示器信号（VGA或DVI信号），可以任意切换和组合；集解码器、矩阵功能于一身，具有接入网络信号进行解码、接入视频信号进行切换、输出视频信号进行显示功能。

3.3  数据存储系统

采用大华存储磁盘阵列，具有36个硬盘槽位，可安装36块4TG监控硬盘，最大存储容量达到144TG；采用模块化、抽拉式，保障了系统易维护性；支持SRAID功能，保证磁盘数据的安全性，确保数据的完整；支持RAID误操作回复功能，防止磁盘被误操作导致数据丢失，增加数据安全性；支持对磁盘进行使用前预检和使用中巡检，提前预防，及时报警；自动识别磁盘的剩余空间容量，根据用户的数据存储需求，可划分多个容量不同的数据存储空间；支持SAS多级级联，保障了系统存储容量的易扩展性；基于WEB的配置管理功能；支持Onvif、GB28181等标准协议，保障了对前端设备的兼容性。

3.4  显示屏

显示屏分为试验控制间拼装显示屏和试验指挥会议室ED显示屏：

（1）试验控制间显示屏采用6块工业级55寸LCD显示屏组成，显示屏比例为16∶9，分辨率为1920×1080；

（2）试验指挥会议室采用LED显示屏，型号TVH1.923，厂家利亚德，像素间距1.923mm，单元规格400mm×300mm/208×156pixel，总分辨率（W）2912×（H）1092pixel，整屏尺寸（W）5.6×（H）2.1m=11.76m2。

4  系统应用

实验室视频监控系统在实验室调试及验证试验过程得到了充分的应用。实验室调试过程中，通过配置视频监控子系统中控主机显示参数，使拼接墙中央的显示器成3×2显示，画面显示室内摄像机的视频信号，同时将视频画面、试验数据曲线显示在会议大屏，如图4所示。在试验过程中，工作人员通过云台控制摄像头的角度及焦距，利用视频画面与实时曲线同步分析试验过程中的问题。

图4 视频监控系统应用

5  结论

气候环境实验室视频监控系统将试验过程中现场视频离散监控画面通过网络通信进行整合、综合管理，使试验人员更加便捷地获取试验信息，使试验人员在试验控制间同步观看试验现场实时状况，进而解决传统试验过程中试验现场与试验控制间相分离的状况，从而更好地控制及指挥试验。在试验过程中最大程度共享试验信息，提高信息交互效率。