数字化视频监控的工业应用

韩 圆

（中国核电工程有限公司，北京 100085）

0 引言

当今智能数字化视频监控全面发展，随着物联网、云技术、大数据、人工智能等领域的高速发展和新技术的不断涌现，数字视频监控系统较传统模拟视频监控系统可提供更加多元化、更加全面的功能和服务。在某些工程中，视频监控系统设置环境和监控需求具有一定的特殊性，例如，含有辐射剂量的环境条件，高速运动的视频监视对象，设施具有抗震要求等，对数字视频监控系统提出了较高要求。目前全数字视频监控系统技术发展状况，已能够适应多种工业环境。本文选择某工程中，对监视视频实时性要求不苛刻，容许一定信号延迟的生产设施进行数字化视频监控系统设计，以下从视频监控系统需求条件、系统设计方案，IP终端等设备选型的特殊性及要求，结论三个方面对该工程设施视频监控系统进行介绍。

1 系统设计

以某工程设施为例，设施主要用于产品接收及水下贮存，根据工艺生产流程、人员生产操作及管理要求需对如下生产环节进行实时高清的视频监控：

（1）监视汽车吊运间内的吊运情况以协助起重机完成设备的吊装；

（2）监视安装检修厅的吊运情况以协助起重机完成设备的吊装、装料等；

（3）监视产品在贮存水池大厅内的吊运过程；

（4）在控制室大屏幕查看和处理实时视频信号、控制中心集中进行视频存储；

（5）各监控点要求在不同操作需求下清晰传送目标图像信息；

（6）正常情况下保证系统连续工作，具有不小于30天的视频存储能力。

根据上述监控需求，设计一套数字化视频监控系统，系统终端设备有IP定焦摄像机终端、IP云台变焦摄像机终端；系统主设备由网络交换机、数字视频服务器、数字视频存储设备、管理工作站、监视大屏幕、大屏控制器、操作键盘、传输设备、供电设备等组成。实现了从前端视频信号获取，到后台集中处理和显示、存储的全过程。视频监控系统图如图1所示。

图1 设施视频监控系统图

1.1 终端设置

根据该工程的监视需求，系统前端设为IP定焦摄像机和IP云台变焦摄像机，在有吊运、装卸操作需求的房间设置IP云台变焦摄像机，就地无设置移动操作站需求，控制人员能够在控制中心控制调整摄像机方向等以适应工业操作过程的视频监视需求。在监视车流情况的汽车吊运区设置IP定焦摄像机，用于汽车吊运环境整体监视，监视有无突发事件或应急情况发生。室内型IP云台变焦摄像机配置变焦镜头、彩色IP摄像头、云台、防护罩一体化内置等，无外露连线；室内型IP定焦摄像机安装于室内环境，配置手动变焦镜头、彩色IP摄像机、含电源模块、防护罩及安装支架等。

摄像机布置及数量需考虑监视区域环境和摄像机本身设备局限性带来的影响，不限于以下条件：监视区域吊运设备（门桥吊、起重机等）行走方向、设备运行所需空间；监视目标的动作范围，是否需跟踪人员操作；被监视区域高度、宽度，摄像机视线范围能否涵盖监视需求；摄像机终端的镜头、焦距下的盲区范围，通过设置多台摄像机补盲；摄像机位置是否存在大口径风管、桥架等物项遮挡；视频监控系统设计分级，摄像机及配套物项安装方式、支架形式；设施是否有抗震要求，摄像机布置区域有无安全级工艺设备；环境照度情况，在无光源或者光源较弱的情况下，可选择照度较低的摄像机，还可以采用代带辅助光源的摄像机；根据客观环境条件、辐射条件等选择耐相应辐射剂量的摄像机。

1.2 分中心设置

该工程视频监控系统线路传输方案设计有两种：

一是通用视频监控系统设计，设施内前端设备视频信号通过网线或光缆送至后端交换机进行集中数据交换。但由于该工程的建筑设施，具有体量庞大，监视点位分散的特点，在优先考虑视频监控系统内部供电的需求下，采用方案一的设计，将各终端视频信号通过前置光电转换装置转换成光信号后统一向设施内视频监控系统主设备用房汇集，且由设施内视频监控系统内部供电系统集中向前端设备供电，存在以下不足：（1）工业建筑物内设备物项、管道较多，环境复杂，对各线缆敷设条件及安装技术要求较高。（2）远距离传输对一个中心集中供电不利，电压损耗严重，经济性差。

基于上述原因，优化视频监控系统设施内的信号传输方式，应用监视区域位置就近设置分中心的主设备结构方式。根据设施内各类监视需求，酌情设置多个线路传输分中心。不仅可整体缩短前端设备线缆敷设距离，还能够预留一定的区域内视频终端扩展能力，增设前端摄像机时无须改变分中心上游链路。传输分中心主设备为交换机及电源模块，用于实现本区域集中供电和本区域内视频终端视频信号的汇集和传输。

分中心的划分可结合视频监控点位分布情况，视频信号、供电电缆传输距离以及监视区域的辐射强度进行规划、整合。在图1设施视频监控系统图中，该设施设有两个分中心，其中一个位于建筑物一层的贮存水池，负责贮存水池区域和汽车吊运间信号汇集和集中供电；另一个位于建筑物二层的通信设备间，负责安装检修厅视频信号汇集和供电。分中心与设施视频监控系统主设备交换机采用6芯单模铠装光缆连接。

该工程视频监控系统的视频显示及操作处理在厂区的中央控制中心，控制人员可在控制中心通过显示大屏集中查看、处理前端实时视频图像信息。设施内各视频接入交换机的输出信号通过光缆配线设备进行融合，再上行接入厂区中央控制中心。中央控制中心设有视频管理服务器、磁盘阵列、视频管理工作站、解码器、多屏控制器、大屏显示单元、光纤配线设备。存储形式为中心存储模式，数字视频服务器由主备用服务器构成，具有安全冗余性，主、备视频管理服务器之间时间能够自动同步。视频管理服务器具有自愈能力，当意外掉电、网络故障等问题修复后，服务器自动恢复到故障发生前的状态继续进行。在更换故障模块或设备的时候，系统能自动安装恢复。

2 终端设备选型特殊性及要求

在部分工业设施中，工艺生产环境具有一定特殊性，比如高粉尘、高温、强腐蚀性、强辐射、防爆等，这些环境特殊要求对视频监控系统设备选型、施工安装等提出了更高要求。

辐射环境对视频监控系统终端设备选型的影响：本文示例工程的部分设施房间具有一定辐射剂量，绿区环境为工作人员可常规进入区域，每年工作时间需少于2 000 h，场所剂量率≤5uSv/h；橙区环境为只有在放射性设备检修等工作时才需要有限制的进入，该区存在辐射照射和放射性污染的危害，每年工作时间需少于400 h。场所剂量率≤25uSv/h。在终端设备选型时需选择能够适应相应辐射剂量的视频前端设备，包括摄像机、电源模块等。

设施抗震条件对视频监控系统施工安装的影响：该设施为抗震I类设施，视频监控系统终端设备需确保地震发生时，设备不发生跌落损坏设施内安全级设备，摄像机支架及组件设备需进行抗震试验，摄像机位置选择时需考虑附近有无重要工艺设备等。

对于类似有抗震要求的设施的视频监视设备、紧固件、安装支架等需满足相应的稳定性要求，设施进行土建施工时，需在前端IP终端、设备箱所在位置预留埋件以便固定支架，线缆敷设时若考虑通过桥架敷设，需依据建筑物楼层反应谱进行桥架支架力学计算。图2为该工程应用于抗震I类设施的摄像机非标定制安装支架效果图，支架为304不锈钢材质，支架固定螺栓规格M12，引自设备供应商提供的抗震试验报告。

图2 某工程摄像机安装支架效果图

3 结语

当今智能数字化视频监控应用广泛，系统架构较成熟，对于部分具有特殊生产环境的工业设施，对数字视频监控系统提出了适应性要求。本文示例了某个具有辐射剂量、抗震要求等环境条件的工程数字化视频监控系统设计方案，依据该工程设施视频监控系统用户需求，设施规模，前端视频监视初步点位的分布等情况，设计了数字化视频监控系统，应用多分中心式的系统后端信号传输结构，并列出了工程设备选型的特殊性及相关要求。该工程数字视频监控系统设计为智能数字化视频监控的工业应用设计提供了切实可行的案例。