热成像在智能视频监控系统中的应用

丁新方，张智敏，董永忠，朱永宝

(1.华亭华煤清能煤化工有限责任公司，甘肃 华亭 744100；2.兰州飞思网络科技有限公司，甘肃 兰州 730000)

0 引言

现阶段，煤化工企业逐步趋向于一体化、基地化方向发展，生产区广阔，管理人员稀缺，实际生产管理工作难度进一步提升。传统智能视频监控系统已然无法满足当下生产安全管理要求，需要配合使用更为先进的热成像技术手段，优化智能视频监控功能，最大限度挖掘出智能视频监控辅助系统应用潜力，从根本上提升各类生产设备运维效果，切实增强煤化工生产环节的经济效益与安全效益。

1 概述热成像技术

热成像技术需要使用红外探测仪、光学成像物镜，将被测目标的红外辐射能量分布图反映在红外探测器光敏元件上，获得详细的红外热像图，确保热像图与物体表面热分布场相互对应。换言之，在热成像技术应用过程中，可以将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像，热图像上的不同颜色可代表被测物体的不同温度。

2 智能视频监控系统热成像技术的应用必要性

相较于其他生产领域而言，煤化工生产期间的风险因素更高，如果没有加强生产环节温度控制工作，极容易引发损失严重的安全事故[1]。煤化工生产期间涉及到的换热器、反应器、化工流程泵、机械设备等在事故发生前，其温度变化具有特定规律，通过在设备运行期间着重监测温度变化值，判断温度是否按特定规律进行，能够及时告警事故发生风险。

现阶段，煤化工生产期间的智能视频监控系统多数连接了烟雾报警与可见光报警，但部分缺乏热成像装置，导致温度监控效果不佳，生产期间的安全因素无法从根本上规避。

举例而言，某煤化工企业热油泵房的阀门垫片出现失稳问题，致使热油从垫片处喷出，遇到空气后自动燃烧，引发火灾事故。阀门垫片失稳需要一段时间，且阀门失稳期间的垫片温度会呈现出规律上升变化。如果垫片处温度上升情况能够得到实时监控，就可以及时关闭阀门，避免事故发现。又比如某煤化工企业焦化装置中的焦化塔设备顶部发生破裂，导致渣油泄漏，渣油喷溅到附近高温管道上引发火灾。火灾根本发生原因为设备顶部金属腐蚀造成设备壁减薄，在设备壁减薄的情况下势必会在局部出现温度升高情况，因此可以在原有智能视频监控系统的基础上配合热成像设备监视设备周边温度，避免类似事故问题出现。

结合煤化工企业现代安全管理理论，将热成像及智能视频技术融入互联网，与传统监控系统、安全辅助系统共同搭建其可视化安全综合管理系统，可以使安全视频监控、入侵报警、火灾报警、红外热成像、智能管控、出入车辆控制、停车场控制等子系统进行集中控制与管理，分析各自系统智能信息，对现场事故进行提前预警，更加直观地掌握煤化工企业安全生产、治安动态情况，对各紧急事件进行快速处理，进一步提升生产安全综合管理水平。由此可见，通过基于热成像技术建立起智能视频监控系统，可以进一步提高企业安全生产、治安保卫、事故预防、紧急决策以及事故调度管理水平，对保障煤化工生产工作安全可靠开展具有重要的经济效益。

3 热成像在智能视频监控系统中的应用功能

当前热成像在智能视频监控系统中的应用较为成熟，借助先进监控设备，衍生出了红外热成像防火图像监控系统、嵌入式智能视觉分析安保系统、防感应雷系统多种类型。

通过将热成像技术应用在智能视频监控系统的优化改造环节，系统中可具备更加完善的热成像防火监测、防盗入侵监测、非法停车监测功能模块，可以切实满足生产现场各类监控管理要求[2]。不仅如此，现阶段智能视频监控系统，还具备自学习自适应能力，能够在极为恶劣的环境及照明条件下保持99.9%的检测效率。具体来说，将热成像应用在智能视频监控系统中的功能主要体现在以下几个方面：第一，防火功能。通过建立起热成像防火图像监控系统，工作人员可以在监控中心对监控点周围半径1～5 km甚至更大区域内进行全天候不间断实时动态监控，第一时间探寻到地表火情或烟雾，及时触发联动报警系统，帮助管理人员及时发现火灾或各类险情，为安全事故发生后的现场指导提供重要依据。第二，防盗检测功能。通过使用嵌入式智能视觉分析监控跟踪技术，具备入侵监测与自动跟踪功能模块，能够满足无人值守、自动监测、触发录像以及短信自动外发报警功能。第三，车辆监控系统。支持车容车貌监测、厂区路线、远程实时web监控，监控录像、视频存储、回放查询等功能，对车辆运输进行实时监管。第四，防雷系统。为确保室外环境下生产设备能够实现高质高效运行目标，避免强电压与大电流串入到系统中，导致系统无法正常运行。在智能视频监测环节，可以借助视频信号、网络信号、电源等多方面进行防雷保护，确保系统具有较强的抗干扰性。

4 热成像在智能视频监控系统中的应用要求及结构

4.1 热成像在智能视频监控系统中的应用要求

通过将热成像技术应用在智能视频监控系统中，可以在安全事故发生前，检测关键生产设备温度变化情况，判断设备温度是否依照特定规律变化，从而发出及时告警，保障生产期间的安全性，为后续制定安全风险预防对策提供充足的数据支持。在应用热成像技术过程中，还可以使用非接触式热点扫描方式，对化工设备关键部位的内部温度进行实时监测，将火灾等风险控制在源头。

4.2 热成像在智能视频监控系统中的结构

现阶段热成像技术下的智能视频监控系统内部包括多个红外热像终端、信号传输模块、红外热相控制客户端、报警装置。将红外热像终端设置在生产关键设备附近，每个热像终端可以通过信号传输模块连接到红外热像监控客户端中，并由红外热像监控客户端连接报警装置。热成像终端由红外热成像模块、温度分析模块、可见光辅助摄像机组成。红外热成像模块的红外像头应当根据实际现场情况灵活选择，着重控制相头分辨率、视场角、小焦距、热敏感度、工作波长等参数[3]；温度分析模块运行期间需要采用焦平面整列、非制冷氧化钒微测辐射热计等方式，基于煤化工生产特征，灵活设置测温范围、温度、测温功能，实现点线面全面实施测温目标。

为确保热成像技术能够与智能视频监控终端有效联合在一起，还需要在设置红外热成像模块、可见光辅助摄像机基础上增加防护罩。防护罩下方连接语音平台设施，便于灵活调整红外热象终端监测范围。防护罩的另一侧还应设置红外窗口，通过配备的红外热成像模块、温度分析模块、可见光辅助摄像机等设施，保障温度测量结果的精准度，确保系统能够被更好地应用在复杂多变的生产环境中。

热成像智能视频监控系统监控客户端还需要采用以太网连接远程终端服务器，将测到的温度数据传输到温度服务装置内。在软件设计过程中，远程服务终端还需配备后台分析管理模块，将接收到的数据进行进一步分析与管理。红外热像监控客户端需要携带丰富分析工具，具备点分析、区域分析、多边形分析、趋势分析等全面功能，自动生成excel或word格式的报表。红外热成像监控终端的运行需要由检测软件PC机负责。

热成像智能视频监控系统中的终端以及成像模块、可见光辅助摄像机、可见光视频信号传输需要在同一屏幕上显示，显示模式包括可见光、全红外显示、可见光融合显示模式，使监测人员能够更加直观地观察到生产现场各设备运行期间的温度情况，及时发现存在于生产期间的风险问题，制定出专项可行的风险预防对策。

结合煤化工设备安全生产要求，可以选择关键设备以及允许温度的变化范围，确定关键设备故障隐患温度变化规律，并将事故隐患温度变化规律作为报警条件。操作人员可以针对报警器提供的信息，明确事故隐患、温度变化规律或温度超出允许范围的设备，落实解决问题方法。

在将热成像应用在智能视频监控系统中，需要根据设备检测分析报警原理，确定可选择关键设备、可选择关键设备容器温度变化范围、安全事故发生前的温度变化规律，实现风险预控目标，主要应用在监测分析设备可燃气体燃烧引发的周围气温度变化，可燃液体火灾熄灭引发的周边温度变化，设备内部化学反应引发的周边温度变化情况。由于热成像技术使用了非接触式热点扫描方式，能够对生产设备的关键部位温度值进行实施有效监测与预测，对切实保障生产期间的安全性具有重要意义。

5 热成像在智能视频监控系统中的应用场景

煤化工生产工作大部分需要在高温高压环境下进行，为保障生产安全高效开展，延长设备使用寿命，需要对生产全过程进行严格的温度在线监测。热成像系统内部包括防爆红外热成仪云台、数据变速箱、现场主控柜以及集控室上位机监测平台，可满足24 h实施监控预警目标。热成像在智能视频监控系统中的应用场景主要体现在以下几方面：第一，在化工品存储环节的应用。在化工产品大型存储仓库中配备数量足够的热成像设施，能够对设备运行温度进行实时监管，实现早期火灾预报目标。第二，关键设备状态监测环节，可以了解设备表面温度分布情况，评估设备运行状态，立即报警设备异常温度，避免设备温度过高而引发安全隐患。重点监测反应釜外表面温度场，分析温度变化趋势，判断设备耐火材料厚度与结构情况，帮助运维人员制定适宜的生产与维护计划。第三，在周界安全检测中的应用，可以通过设置电子围栏以及振动电缆、红外对射方式变形周界防护，满足黑夜或恶劣天气下的周界安全防护要求。

6 热成像在智能视频监控安全综合管理系统中的设计

为实现煤化工行业智能化、高效化、安全化发展目标，应当构建起一个以热成像为原理、以智能视频及物联网技术为支撑的安全综合管理平台，真正意义上满足网络互联互通要求，实现资源共享目标，对各生产作业现场以及经营活动的安全情况进行全方位管理。热成像在智能视频监控综合管理系统中的应用需要满足高内聚、松耦合要求，建立起SOA框架，为安全管理提供统一化服务。

6.1 安全综合管理系统特征

在设计以热成像功能为主的智能视频监控安全管理综合系统中，需要以技防系统深度融合为目标，要求系统中具备编解码设备管理、储存管理、网络管理、报警管理等基础功能。对各子系统进行统一监测与控制，兼容视频监控、火灾预警、出入口管理、智能控制等辅助业务。

借助身份认证及权限管理方式，确定用户身份后才可进入系统，进入系统后需要严格执行访问及管理权限。权限设置需要采用多层次、高加密技术手段，确保系统中的各元件能够实现安全运行目标，避免热成像以及视频数据丢失问题出现。

要求安全综合管理平台还应当具备完善的运维管理机制，对视频设备、热成像设备、报警设备、环境设备及数据库等设备进行全面监管。平台可以帮助各运维部门快速定位故障，恢复监控系统运行状态，通过规范流程化运维管理工作，为生产运行环境构建起更为统一、主动的流程化运维、集中化管理机制。

6.2 安全综合管理系统架构

热成像下智能视频监控系统安全综合管理平台内部包括综合管理平台、总控中心、分控中心、传输网络、移动监控网络前端、热成像系统组成。其中，综合管理平台涉及电子地图、全文检索、应用程序、红外热成像、人员及车辆轨迹控制等模块，通过网络交换机以及光传输设备，将生产现场中音频、温度等环境报警信息上传给总控制中心，借助总控网络安全隔离装置认证身份后，由管理人员及时判别生产现场具体情况，明确生产期间安全管理重难点。

7 结语

总而言之，通过积极应用热成像技术手段，优化现有智能视频监控系统功能，能够切实提升煤化工企业生产期间的安全性，控制安全监管人员劳动强度，切实保障监控质量与准确度。利用热成像技术以及智能视频监控设计出可视化安全综合管理平台，还能够更为直观的展现出生产作业现场安全情况，及时发现故障隐患问题以及违规操作行为，确保煤化工生产工作始终处于安全可靠实施状态，为实现企业可持续发展目标奠定坚实技术基础。