基于CCTV 视频监控系统整合技术研究与设计

齐赋宁

(中国石油集团海洋工程有限公司，天津 300280)

0 引言

随着海洋钻井设备的自动化技术的发展，CCTV 视频监控系统在钻井生产过程中的重要性逐渐凸显。以目前主流钻井JU2000E 型平台为例，该型号平台配有两套HERNIS 品牌的CCTV 视频监控系统。目前该类型海洋钻井平台级CCTV 系统多为根据平台设备情况独立设计，实现多系统之间融合技术上需要服务商授权和硬件支持且升级费用昂贵。平台级也无统一的与上级部门的对接端口，缺乏有效实现集中远传监控的条件。

对于海洋钻井平台，如何实现平台级多个CCTV 系统之间融合监控，实现对生产中各个环节区域的集中监控显得更加重要。对于海洋平台上级管理单位，如何高效实现对多个海洋平台视频监控实现远传和集中整合，在推进海洋钻井信息化的今天更显重要[1-2]。

1 海洋平台CCTV 系统控制组件与对比分析

1.1 两套CCTV 系统结构及组件功能

图1、图2 为两套系统的网络拓扑图。生活楼无线电间CCTV 监控系统主要是由基于TPC/IP 协议的HERNIS System Server(系统服务器)、HERNIS 500 NVR(视频存储设备)、MVD(视频转换输出设备)、2UPC(Web 访问服务器)、HSS05 Multicom(云台控制及I/O 接口模块)、Antenna(通信单元)和Ethernet Switch(网络交换机)等组成。

图1 生活楼CCTV 控制系统网络拓扑图

图2 钻台CCTV 控制系统网络拓扑图

钻台CCTV 系统主要是由基于TPC/IP 协议的HERNIS System Server(系统服务器)、HERNIS 500NVR(视频存储设备)、Video Distribution Amplifier(VDA，视频信号有源分配转换模块)、HSS05 Multicom(云台控制及I/O 接口模块)、AXIS Q7401 Video Encoder(信号处理单元)、HMI(视频显示及控制交互终端)和Ethernet Switch(网络交换机)等组成。

钻台CCTV 系统除了有生活楼CCTV 系统具有的HERNIS System Server 和HERNIS 500NVR 之 外，还有以下组件：Video Distribution Amplifier、AXIS Q7401 Video Encoder 及HMI，两套系统机规内部结构如图3 所示。

图3 两套系统机柜内部图

1.2 两套CCTV 系统功能、配置及监控实现过程的异同

两套CCTV 系统虽然同为HERNIS 品牌的500 系列的产品，都能实现集中监控对应区域和设备的目的，但硬件配置有所差异，监控实现过程有差别，功能上也各有特点。

(1)从使用上来讲，生活楼CCTV 系统设置主要用于区域的动态监测，与火灾探测系统通信，当对应区域出现火灾报警，该CCTV 系统能自动移动到对应区域，便于及时监测区域火情。钻井CCTV 系统主要用于钻井生产过程及设备的监测，便于远程及时地掌握生产过程及钻井设备的现场情况，对自动化程度较高的钻井生产及设备起到了重要的作用。

(2)从硬件配置上来看，生活楼CCTV 系统配有MVD 和2UPC，能将采集来的10 路视频信号整合成单路模拟信号，再通过2UPC 实现远程Web的客户端访问。钻井CCTV 系统配有VDA 有源分频模块和AXIS Q7401 Video Encoder 模块，能将摄像头采集来的多路视频信号进行1 转4 分频，一路视频信号进入NVR 模块；另一路连接到HSS05的视频处理模块，经过AXIS Q7401 Video Encoder模块直接传输到司钻房HMI 屏幕上，实现实时远程传输。

(3)从监控实现过程来看，生活楼CCTV 系统摄像头视频信号进入只有一个通道，单向进入NVR 模块，生活楼CCTV 系统若NVR 模块不工作，将会导致无视频信号输出，CCTV 无法正常使用。钻井CCTV 系统由于配有VDA 和AXIS Q7401 Video Encoder，实现了信号双路输出，NVR 只作为视频记录仪，即使NVR 故障，仍有一路信号经过HSS05 和AXIS Q7401 Video Encoder 处理后传输到HMI，实现实时监控。

2 现场平台CCTV 多系统整合方案的设计思路和实现

2.1 软件方向的整合思路及分析

两套CCTV 系统均为同品牌同系列的产品(HERNIS 500)，软件系统有所不同，软件设计的原则是向下兼容，两套系统要实现联通融合，兼容性不存在问题；另外生活楼CCTV 系统具有远程访问硬件及软件，设备MVD和2UPC 可用来实现对视频信号的整合和远程访问流码处理程序软件，所以以生活楼CCTV 系统作为对外联通的基站通过布置的光纤实现与钻台CCTV 系统的整合联通的条件是具备的。

HERNIS 系统为了安全传输，采用了加密狗设计，无论是本地客户端访问还是远程Web 访问均需要厂商对其进行授权才能访问视频数据，目前钻台CCTV 系统除了司钻房HMI 用于钻井生产的监测外，未开通其他客户端授权；生活楼CCTV 系统除报务室的客户端监测授权外，还有一个供本地客户端的授权，远程Web 授权未开通。并且对联入系统的客户端的数量是有要求的，目前情况下要想实现两套CCTV 系统的联通和远程Web访问，厂家开通授权需要收取较高的费用，通过软件实现方式成本太高，且与其他平台间相互融合的条件不具备。

若绕过厂家正常授权模式，从软件层直接截取数据的方式来看：两套CCTV 系统采用加密狗设计思路，通过在HERNIS WatchDog Control 加密狗控制程序加载运行Fault and Diagnostic Module、Http Module、CCTV Module、Message Gateway Module、Data Module、Client Proxy Module、Remote Module、Log Module、Server Info Module、External Syetem Controller、AutomaticUpdate、Network Node Gateway Module 与NVR Decoder Module、DVR Module，一起监测CCTV 系统运行的各个环节，若想在软件层实现联通，避开加密狗监测实现起来难度很大[3-5]。

2.2 硬件方向整合思路及分析

既然软件层面实现困难较大、成本较高，可以从硬件层面来分析实现的可能性。通过对两套CCTV 系统的结构、功能和实现过程分析，将视频信号的输入处理作为切入口来研究实现的可能性。

(1)从CCTV 系统摄像信号处理过程分析：在CCTV系统中与摄像头监控相关数据信号有两类，云台控制信号和视频信号。云台控制信号需要有与摄像头芯片相对应的解码组件来完成，视频信号由于两套CCTV 系统摄像头均为模拟信号输入，采集起来较为容易，不存在技术难点，但在摄像头芯片云台控制解码方面需要的硬件费用较高，且对于现有系统整合后实现云台控制，对现场生产使用会产生影响。因此，从最优方案来看，视频云台控制暂不作为CCTV 整合考虑范围之内，只考虑两套系统视频信号的融合和传输方案。

(2)从现有CCTV 系统视频信号的输入和传输方式分析：两套系统在监控实现路径上有一个不同的关键组件VDA(Video Distribution Amplifier)，如图4 所示。它是CCTV 监控系统的视频信号的有源分频转换模块，该组件将视频监控系统多路视频信号进行1 分4 的模拟视频信号进行输出[6-7]。

图4 两套系统信号输入转接模块

生活楼CCTV 系统直接将摄像头采集的视频信号转接输出到NVR 组件，而钻台CCTV 系统在采集完视频信号后通过VDA 模块，将视频信号分成两路，一路输出到NVR 组件设备，另一路视频信号通过AXIS Q7401 video encoder 传输到HMI 设备。两路信号互不影响，对信号输出到的设备的独立运行提供了硬件基础。以此分析，若能在生活楼CCTV 系统中升级改造视频连接方式，将直接转接改为VDA 分频转接，就可以为两套CCTV 系统实现视频信号的整合提供硬件基础，并且由于不整合云台控制，只是视频信号，不会对两套系统的现有运行和控制产生影响，在保证两套CCTV 系统现有监控功能的情况下，增加了视频信号整合的功能实现的可行性。

2.3 多平台CCTV 系统整合方案设计与分析

通过研究两套系统软硬件联通的情况综合来看，在生活楼CCTV 系统增加VDA 分频模块的情况下，对两套CCTV 系统实现视频信号的整合提供了硬件基础，如图5所示，在不会对两套系统的现有运行和控制产生影响的前提下，通过对两套CCTV 系统实施视频信号联通整合方案是比较经济和实用的。

图5 生活楼CCTV 系统增加VDA 分频模块后系统拓扑图

(1)双系统整合所需通信介质分析：根据平台目前两套CCTV 系统分布位置和线路情况来看，钻台CCTV 系统位于钻台区LER 房，生活楼CCTV 位于上建无线电间，两者相距较远，涉及钻台拖链、悬臂梁拖链和多处桥架情况，如果直接布同轴视频线缆，布线较长，涉及信号衰减和与动力电缆的电磁干扰问题较多，不是最佳选择。根据平台备用光纤的布置情况来看，有一根从钻台区域到上建区域的通信光纤可用，但要使用光纤来进行视频信号的传输，则需要专用转化设备——模拟视频信号光端收发机，两个为一组，一个作为视频信号的收集转换成光信号发射端，另一个作为光信号接收端将光信号还原成传输过来的多路模拟视频信号，实现远距离不受干扰的视频信号传输，传输过程如图6 所示，此方案比较起来更具实用性[8-10]。

图6 模拟视频信号光端收发机信号传输过程

(2)两套CCTV 系统视频信号集中处理所需核心硬件：在两套系统都具有了VDA 分频模块的前提下，需要将两套系统的视频信号进行传输及和集中处理，目前主流且性价比较高的是采用DVR 视频监控硬盘录像一体机，利用光端机将两套CCTV 系统的视频信号传输到DVR 一体机，通过DVR 一体机实现信号的集中处理；提供多终端登录和后台管理，实现对视频的流码转换；具有联网远传功能，为上级管理部门多平台集中传输监控提供硬件基础。考虑到现场平台后期增加摄像头便利性，可考虑采用模拟数字混合型DVR 一体机。采用网络防爆摄像头，只需一根网线即可，避免了外接电源的麻烦，也更符合现场防爆的要求[11-13]。

(3)现场平台级CCTV 系统整合远程登录系统实现过程：经过以上对两套CCTV 系统的研究和整合方案所需要的硬件的分析，现场平台级实现CCTV 多系统的整合需要在对原系统改动和正常功能使用不影响的情况下进行，采用对生活楼CCTV 增加VDA 视频信号的分频模块的方案对系统的改动最小，不影响原有功能使用，同时避免了高昂的授权费用。在双系统都具有视频信号分频模块的情况下，采用光端收发机，通过平台已铺设的光纤实现将钻台CCTV 系统的视频信号传输到生活楼CCTV 机柜，为两系统的视频信号的集中处理打下基础，整合实现过程如图7 所示；采用目前主流的视频监控一体机(DVR)实现对视频信号的集中处理、转码，实现多终端远程登录，如图8 所示，为上级管理部门多平台视频集中监控打下基础。

图7 平台级CCTV 系统整合硬件实现关系图

图8 两套CCTV 系统视频信号整合后监控图

(4)上级主管部门多平台视频集中监控实现过程:以上是以一个现场平台为例实现的多系统整合的方案，通过分频模块、传输光端模块和DVR 一体机，在不改动原有CCTV 系统的功能前提下实现了平台级的系统视频信号的整合和多终端远程登录监控。若多个现场平台通过同类型的DVR 一体机进行平台级视频监控的整合，通过卫星网络接入DVR 一体机进行远传，在上级主管部门建立流媒体服务器，就可以通过统一的接口类型实现多平台级的视频集中监控，流媒体服务器可以提供多种端接入服务，通过大屏视频监控终端，可以集中进行多个现场平台视频监控，也可以提供手机App 及Web的移动设备终端监控服务，形成更全面视频监控网络，进一步提升公司整体钻井信息化水平[14-16]。上级主管部门多平台视频集中监控实现网络图如图9 所示。

图9 上级主管部门多平台视频集中监控实现网络图

3 结论

针对无法有效对海洋平台多个独立配置的CCTV 系统进行集中监测与管理的难题，本文从现场平台实际情况出发，通过对两套CCTV 系统的结构及功能的分析，从两套系统的异同着手，从软件及硬件角度对两套系统进行整合的可能性和经济性进行分析与设计。在不改变两套CCTV 系统原有的功能的前提下，通过增加VDA视频分频模块、光端传输模块及DVR 一体机等设备，设计了平台级多个CCTV 系统整合方案，较低成本地实现了生产中各个环节区域的集中监控，在实际应用中性能稳定，成本较低，取得较好效果；同时，由于统一了对接平台，较好地实现了上级管理单位实现对多个海洋平台视频监控实现远传和集中整合。

需要指出的是，该多系统整合方案是基于平台现场在用的多个CCTV 系统基础上实现的，出于现场作业中对在用监控系统云台控制的安全性和整合方案的经济性考虑，远程集中控制云台功能并未做整合实现，需要后期增加相应硬件配置来进行实现。