基于网络摄像机的长输油气管道远程视频巡检的实现

王文

[摘    要]当前我国部分长输油气管道开始实施区域化管理，以HAZOP分析为基础结合站场运行实际进行适应性改造，重点是通过基于高清网络摄像头的工业视频监控改造、新增站场SCADA数据传输链路至区域分中心实现区域分中心对管道沿线站场阀室实行“集中监视”“集中巡检。

[关键词]油气管道;区域化管理;网络摄像头;远程巡检

[中图分类号]TE973.6 [文献标志码]A [文章编号]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

我国长输油气管道企业为了适应长输管道的高度自动化，基层推行基于“无人值守站场”的精简作业区管理模式，区域分中心通过视频监控进行远程巡检、通过SCADA终端进行工艺运行参数的集中监视，达到有效释放人力资源，继续解放生产力，突破性提升管道运行管理水平。文章分析了基于网络摄像机的长输油气管道远程巡检的实现过程。

1 基于网络高清摄像头的工业监控系统改造思路

结合GA 1166—2014《石油天然气管道系统治安风险等级和安全防范要求》的相关要求及已建工业电视系统的相关经验，站场及阀室工业电视系统改造方案如下。

站场内原有模拟摄像机均改成不低于200 W像素网络高清摄像机，模拟摄像机对应的DVR更换为NVR。另外，本着尽量利用现有设备减少投资的目的，对于已经新增的网络摄像机采用后期增加算法的方式实现智能AI功能，不再更换摄像机。

工业电视监控系统采用“网络摄像机+NVR（网络硬盘录像机）+本地监控终端+远程管理平台”方式构建数字化、网络化的视频监控系统。系统采用站内本地监控、站内本地存储、站内本地管理为主，远程监控、远程管理为辅。本地监控、存储和管理功能不依赖于远程设备，各站场视工业电视监控图像上传至分公司的调控中心视频监控，并且还能上传到总公司，如图1所示。

2 站场改造

结合站场现场环境，经过摄像机的合理布点，加强对视频资源的利用率，提高视频监控能效。实现可视化视频监控。对点位的布置要从以下方面考虑：①摄像机的安置高度;②监控区域的重合度;③摄像机的安置位置。

在工艺站场围墙四周摄像机网络球型摄像机用于与周界联动，在工艺区及工艺区的计量区设置的网络摄像机用于对工艺设备区的全面监视，室内重要的区域（机柜间、UPS间、站控室等）设置红外半球摄像机。工艺站场大门处设置具备人脸识别、车牌抓拍功能的摄像机。

各站视频集中监控系统由前端系统、传输网络、设备供电系统、视频图像存储、站控室显示系统组成。

前端系统：防爆一体化摄像机、室外球型网络摄像机、室内球型摄像机、室内定点枪式摄像机、防爆接线箱、不锈钢防水配电箱、空开、熔接盒、尾纤、挠性管（防爆）、电源防雷器、信号防雷器、光电收发器、防雷接地系统。

传输网络：站内摄像头传输采用前端至站控室铺设光缆的方式进行传输，各站至分公司网络传输并入至已建的传输系统中。

改造后的工业电视监控系统应满足，站场本地工业电视监控系统支持前端及后端I/O干接点触发联动功能，第三方系统的开关量接入前端摄像机或后端设备的I/O口，按照配置策略触发摄像机响应，在视频终端呈现提示或显示图像，进行实时监控和录像。站场本地监控系统与周界入侵报警系统、火灾报警等系统进行联动时，从接收到报警到触发成功时间间隔不得超过2 s。站场本地监控系统支持后台联动功能，后台联动时，应为第三方系统提供符合GB/T 28181规定的接口，第三方系统触发报警，按照配置策略触发摄像机响应，并在视频终端呈现提示或显示图像，进行实时监控和录像。

3 RTU阀室改造

采用多个高清摄像头实现阀室室内100 %视频全覆盖，另外阀室围墙处摄像机应具备基于摄像机的周界防范功能，便于增强阀室安防系统提升。

RTU阀室视频集中监控系统由前端系统、传输网络、视频图像存储、设备供电系统、千兆网络交换机、站控室显示系统组成，如图2所示。

（1）前端系统：室外球型网络摄像机（带语音喊话功能）、室内网络球形摄像机、不锈钢防水配电箱、空开、熔接盒、尾纤、挠性管、电源防雷器、信号防雷器、光电收发器、防雷接地系統。3A2866B9-11F9-4C27-9AAC-E7BCF61826B9

（2）傳输网络：RTU阀室采取并入伴随管道光缆的通信模式传至就近站场NVR，通过站场网络传输至分公司。

（3）视频图像存储：通过管道光缆传至就近站场NVR进行存储。

（4）设备供电系统：铺设电缆，通过外电供电系统进行设备供电。

4 关键设备技术要求

4.1 摄像机基本功能要求

（1）摄像机分辨率可分挡配置，至少支持1080 P;

（2）支持多码流不同码率输出，主码流不小于30帧/s（分辨率1920×1080）;

（3）选择限定带宽和可变带宽功能，可变带宽模式下可设置画质优先或帧率优先;

（4）支持H.264/H.265/MPEG4/ SVAC视频编码算法;

（5）200万像素至少满足1 000 TVL;

（6）支持语音采集接口;

（7）支持日夜模式自动转换功能;

（8）支持自动增益控制、自动白平衡调整、背光补偿、自动电子快门、自动光圈功能;

（9）支持遮挡告警、视频丢失告警功能;

（10）支持10/100M Base-T以太网接口或光纤接口、RS485、音频输入/输出接口;

（11）支持Micro SD卡插槽，支持Micro SD/Micro SDHC，支持SD卡热插拔，存储容量不小于 128 G;

（12）支持HTTPS、SSH等安全认证;

（13）支持GB/T 28181、ONVIF、SNMP相关协议;

（14）支持软件集成开放式API。

4.2 能实现的前段行为分析功能

穿跨越警戒面：目标穿越用户设置警戒面时，系统自动产生报警，可按照穿越警戒面的方向，分为单向报警和双向报警;

区域入侵：目标在用户设置检测区域范围内停留（包括静止和移动）超过限定时间时，系统自动产生报警;

进入区域：目标在用户设置的检测区域外进入检测区域时，系统自动产生报警;

离开区域：目标在用户设置的检测区域内离开检测区域时，系统自动产生报警。

徘徊检测：当监控范围内的目标在感兴趣区域内逗留超过预设的时间时就触发徘徊检测告警，同时使用告警框进行标识。

支持断网续传、智能后检索。

支持设备异常检测：网线断、IP地址冲突、存储器满、存储器错、非法访问。

另外枪型摄像机主用用于车牌及人脸识别，除支持前端行为分析的基础功能外，还应满足以下技术要求：①应支持人脸检测，支持检出戴安全帽、耳机、眼镜等遮挡的人脸，抓拍行人图像其人像头部图像水平分辨率不低于50个像素，被抓拍图像应能人眼看清人脸轮廓;②应支持人脸抓拍，人脸抓拍捕获率≥99%;③应支持对经过主要出入口的机动车辆、非机动车进行正向/或逆向行驶捕获和抓拍，抓拍车辆图像其车辆图像水平分辨率不低于100个像素，被抓拍图像应能人眼看清车辆类型、号牌、颜色和轮廓。

4.3 网络硬盘录像机

网络硬盘录像机采用MPEG4/H.264/H.265图像压缩标准;支持GB/T28181、ONVIF、RTSP协议，可接驳第三方主流厂商的网络摄像机;图像格式支持720 P、1080 P可任选;系统应能自动判断存储介质性能，单个存储介质损坏不应影响系统存储性能;系统支持存储空间扩展，存储空间的扩展不应改变现有的系统架构和网络架构;双向数据通道（RS-485/422），配有不少于视频输入路数的报警输入和至少1路报警输出，支持双网卡。通过TCP/IP网络将视频传送到监控终端上。支持高清视频输入，支持HDMI及VGA视频输出，输出分辨率不低于1920×1080。

5 分公司监控终端平台建设

利用分公司前期建设的监控中心数据路由，现场设备均选用与初期建设设备能够兼容运行的方式运行。分公司更新一台PC终端，增加一台流媒体服务器、一套监控软件，直接访问流媒体，以解决分公司监控终端单独访问各站NVR所需大流量高清画面传输所需的带宽高需求。

本次工业监控项目改造完成后，分公司摄像头数量增加，为增加显示效果，在分公司调度中心新增大屏幕系统一套。增加一套话筒音响系统，用于与现场远程通话。

6 存储容量设计

本工程网络摄像机图像在站内进行本地存储和管理。综合考虑项目的建设成本，在保障视频图像清晰度的前提下，降低传输带宽及现场的存储容量，各站场的实时监控画面传输、存储及上传均采用1080 P@30 fps格式，图像采用H.265技术编码码流约为2 Mbps/路，可存储不低于90 d计算图像存储容量：每路视频全动态存储速率为2 Mbps÷8=256 kbps;每路视频全动态存储1 d的容量为256 kbps×3600 s×24=21.1 GB;90 d每路全动态存储容量为21.1 GB×90=1899 GB=1.86 T;各站场存储设备的配置容量应≥1.86 T×数字视频存储路数，RAID级别按5设置，网络硬盘录像机支持16盘位，两组RAID、一块热备硬盘满配时可以支持35路2 Mbps码流存储90 d的要求。

7 传输带宽设计

监控摄像机现在正常使用的两个协议标准，一个是H.264，另一个是H.265。监控摄像机的码率的含义简单地讲就是，每秒有多少数据传输经过。单位默认kbps，可以换算成Mbps，就是除以进率1024，得出的每秒有多少Mb的数据经过。网络摄像机的码率计算，通常是把主码流数值和子码流数值想加。主码流是高清画面，是用来支持保存录像和单画面显示的;子码流是普清画面，用来支持网络传输和多画面显示的。H.264协议标准下的码率：100万像素/130万像素的码率约2.5 Mb;200万像素码率约4.5 Mb;300万像素码率约6.5 Mb。

如果摄像机用的H.265技术标准，首先要知道H.265技术是让码流减半，所以差不多是H.264标准摄像机数量的2倍。H.265技术不但能让宽带压力减半，还可以让存储容量减半。

一个前端200 W像素H.265编码的摄像头，那么它的带宽就是2 M，总共有100个摄像头，那带宽就是200 M，对应的解码器的资源也需要200 M的带宽。

8 结束语

改造后，分公司监控中心可通过监控终端快速远程对各站场、RTU阀室进行远程视频轮巡、监控。在实施过程中要重点做好网络摄像机的选型、摄像头安装位置的确定、通信链路的规划、储存容量的设计、网络传输带宽的规划、监控平台的选择。

参考文献

[1] 薛坚，郑文斌，章振海，等.基于图像监控的变电所智能巡检系统研发[J].中天科技，2014，12（7）：105-108.

[2] 冯黎明，伍淑辉，卓勇.油气管道安全防护智能视频监控系统设计[J].石油工业技术监督，2020，36（8）：48-51.

[3] 钱勇.油气输送管道高后果区远程视频监控预警技术方案[J].长江信息通信，2020（1）：152-154.3A2866B9-11F9-4C27-9AAC-E7BCF61826B9