需求分析

　　西部某煤礦集團(tuán)所屬部分礦區(qū)的井上/井下工業(yè)電視系統(tǒng)已經(jīng)建成較完善的獨(dú)立系統(tǒng),沒有建設(shè)的礦區(qū)也擬建成完整的工業(yè)電視系統(tǒng)。目前已完成本地工業(yè)電視系統(tǒng)建設(shè)的礦區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)各礦調(diào)度對(duì)各自礦區(qū)實(shí)施全方位監(jiān)控。

　　該煤礦公司總調(diào)度中心已經(jīng)建成2X2 DLP大屏幕電視墻和6臺(tái)工業(yè)監(jiān)視器,其它AV系統(tǒng)也基本完善,但對(duì)下屬六個(gè)礦區(qū)的監(jiān)看和控制工作尚未完成。隨著集團(tuán)逐漸加大對(duì)各礦場(chǎng)的監(jiān)管力度，同時(shí)也為了更方便的管理和安全生產(chǎn)的需要，需要將各個(gè)礦的工業(yè)電視系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，將礦場(chǎng)的圖像上傳到集團(tuán)安全生產(chǎn)調(diào)度指揮中心。通過中心會(huì)議室的DLP大屏幕、顯示器顯示礦場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像。這樣，集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)坐在會(huì)議室就可以對(duì)下屬礦場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控管理，實(shí)時(shí)獲得各礦區(qū)高清晰圖像，對(duì)關(guān)鍵生產(chǎn)部位進(jìn)行監(jiān)控。

　　系統(tǒng)建成后，除在該集團(tuán)調(diào)度室查看各監(jiān)控點(diǎn)圖像外;領(lǐng)導(dǎo)也可以在集團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通達(dá)的地方查看各監(jiān)控點(diǎn)圖像;可以與報(bào)警設(shè)備連接，自動(dòng)報(bào)警;系統(tǒng)可以異地實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。根據(jù)以上要求，我們需要組建一個(gè)多級(jí)多中心的工業(yè)電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)化監(jiān)控管理平臺(tái)。

　　設(shè)計(jì)原則

　　該系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)遵循標(biāo)準(zhǔn)化、穩(wěn)定性、安全性、可擴(kuò)展性、易用性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、兼容性等原則。

　　系統(tǒng)架構(gòu)

　　該煤礦集團(tuán)公司工業(yè)電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以安全生產(chǎn)指揮調(diào)度中心為主控中心，可以任意調(diào)看區(qū)域監(jiān)控中心包括A窯礦14路、B礦1路、C煤礦14路、D礦12路、E礦25路、F礦2路的圖像。井上/井下監(jiān)控點(diǎn)分別有主井口、附井口、主井絞車、1#絞車、2#絞車、一水平手選、二水平手選、給煤皮帶、強(qiáng)力皮帶、巖石皮帶、罐籠、儲(chǔ)煤場(chǎng)、裝車線、運(yùn)輸線、泵房、變電所、大門等等。

　　在該煤礦集團(tuán)公司安全生產(chǎn)指揮調(diào)度中心配置一臺(tái)對(duì)前方各礦場(chǎng)信息進(jìn)行綜合處理、調(diào)度、存儲(chǔ)的中心服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)譯碼器和相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換、選擇控制設(shè)備，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中管理。用一臺(tái)PC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理，用原有電視墻顯示各礦場(chǎng)圖像?？梢哉{(diào)用任意分中心的任何一路圖像、對(duì)前端的任何一路攝像機(jī)進(jìn)行控制，檢索存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)等。可以任意顯示在顯示器和DLP大屏幕上。方案不僅要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)看及控制，還要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖像存儲(chǔ)。如果采用H.264編碼格式進(jìn)行存儲(chǔ)，視頻圖像文件占用硬盤空間和線路資源太大，所以我們?cè)谡{(diào)度中心配置小碼流高清晰H.264編碼器專門進(jìn)行圖像存儲(chǔ)編碼。遠(yuǎn)程圖像傳輸?shù)秸{(diào)度中心后，將圖像傳輸至H.264編碼器進(jìn)行數(shù)字化編碼，并存儲(chǔ)到調(diào)度中心存儲(chǔ)服務(wù)器中?？紤]目前應(yīng)用，應(yīng)該增加視頻矩陣，并增加視頻分配器、VGA分配器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器。

　　本次項(xiàng)目建設(shè)中A窯礦、C礦、E窯、D煤礦各配置服務(wù)器各1臺(tái)，通過控制線纜與矩陣相連，可以通過服務(wù)器控制矩陣圖像的切換。并各配置網(wǎng)絡(luò)編碼器進(jìn)行圖像的上傳。在其他區(qū)域監(jiān)控中心有選擇的配置服務(wù)器和相應(yīng)的H.264網(wǎng)絡(luò)編碼器，配置服務(wù)器的礦可以對(duì)矩陣和前端監(jiān)視點(diǎn)的圖像進(jìn)行統(tǒng)一管理。本地顯示仍利用矩陣對(duì)前端多路監(jiān)視點(diǎn)的圖像進(jìn)行采集和匯總，直接接入到相關(guān)的等離子電視或DLP顯示墻上。服務(wù)器可以管理和調(diào)度任何一路圖像、對(duì)前端的任何一路攝像機(jī)進(jìn)行控制，檢索存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)等。

　　整個(gè)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了“集中管理、分布式控制”的原則。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將視頻和控制數(shù)據(jù)通過數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)終端對(duì)所有區(qū)域監(jiān)視點(diǎn)的控制。[nextpage]

　　系統(tǒng)實(shí)施方案

　　與生產(chǎn)指揮調(diào)度室顯示設(shè)備的無縫結(jié)合

　　在會(huì)議室機(jī)柜用譯碼器將數(shù)字信號(hào)譯碼為視頻信號(hào)，每路信號(hào)均通過AV分配器分到AV視頻矩陣和信號(hào)轉(zhuǎn)換器，通過AV矩陣將信號(hào)輸出到DLP大屏，信號(hào)轉(zhuǎn)換器將AV信號(hào)轉(zhuǎn)換為VGA信號(hào)，進(jìn)入VGA分配器，分別輸出至顯示器和VGA矩陣，PC信號(hào)也進(jìn)入VGA分配器，同樣可以將信號(hào)輸出至顯示器和VGA矩陣，通過VGA矩陣可以將PC信號(hào)輸出至DLP大屏。將中央控制系統(tǒng)的控制軟件擴(kuò)展程序設(shè)計(jì)后即可進(jìn)行控制。

　　網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方法和圖像傳輸速度

　　工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，視頻數(shù)據(jù)通過編碼后，以H.264格式通過本系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化傳輸。在集團(tuán)公司生產(chǎn)指揮調(diào)度中心設(shè)一臺(tái)千兆交換機(jī)，將各監(jiān)視區(qū)域的信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)譯碼器上; 將有關(guān)數(shù)據(jù)通過數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)終端對(duì)所有區(qū)域監(jiān)視點(diǎn)的監(jiān)視。網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備選用千兆以太網(wǎng)交換機(jī)，確保整個(gè)傳輸系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如(圖2)所示。

　　圖像傳輸速度上，主要的影響在于傳輸線路的延遲。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及典型端口延遲為32微秒，線路傳輸延遲(以4km計(jì)算，光速300000km/s)大約為13微秒，兩者相加，傳輸延遲小于50微秒，完全能夠保證25-30幀/秒的圖像傳輸要求，不會(huì)造成圖像的傳輸延遲。

　　網(wǎng)絡(luò)流量的計(jì)算

　　該煤礦集團(tuán)采用VPN專網(wǎng)與各礦連接，組成了以該集團(tuán)公司為中心的星型網(wǎng)絡(luò)。方案中設(shè)計(jì)采集68路圖像進(jìn)行上傳, 該集團(tuán)公司調(diào)度室采用2×2DLP大屏和顯示器共同顯示圖像，設(shè)計(jì)要求同時(shí)接收68路圖像。將調(diào)度室交換機(jī)更換為千兆，以滿足大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男枰?/p>

　　前端設(shè)備

　　前端設(shè)備主要由攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、云臺(tái)、譯碼器、紅外燈、矩陣等組成。分別架設(shè)在各礦區(qū)重要部位。每個(gè)前端設(shè)備可以監(jiān)視一定角度，彼此間形成互補(bǔ)，以達(dá)到區(qū)域無死角、全方位監(jiān)控的目的。由于利用原有前端設(shè)備，故在此方案中不考慮前端設(shè)備的選型。

　　視頻監(jiān)控管理平臺(tái)

　　視頻監(jiān)控管理子系統(tǒng)主要由前端視頻采集系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng),中心管理系統(tǒng),視頻上墻系統(tǒng),智能視頻分析系統(tǒng),第三方系統(tǒng)集成及視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)成。主要有以下四個(gè)方面的特點(diǎn)。

　　· 開放式視頻管理平臺(tái)：能夠接入并管理目前國(guó)內(nèi)外主流的前端編碼設(shè)備(DVS/DVR/IPC)、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備以及集中存儲(chǔ)設(shè)備;

　　· 多級(jí)管理中心：每個(gè)管理中心既可以獨(dú)立工作，也能多級(jí)級(jí)聯(lián)部署;

　　· 快速布控：發(fā)生警情時(shí)，能快速調(diào)用煤礦現(xiàn)場(chǎng)及周邊監(jiān)控?cái)z像頭信息，對(duì)煤礦井上/井下安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和錄像，利于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況掌握和控制。

　　· 預(yù)案管理：設(shè)置監(jiān)控預(yù)案，如設(shè)置攝像頭的虛擬巡邏等預(yù)案，確保生產(chǎn)安全及可掌控。

　　軟件功能

　　· 系統(tǒng)能手動(dòng)及自動(dòng)操作，對(duì)攝像機(jī)、云臺(tái)、鏡頭、防護(hù)罩等的各種功能進(jìn)行遙控，控制效果平穩(wěn)、可靠;

　　· 系統(tǒng)能手動(dòng)切換，并能實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)自動(dòng)切換，對(duì)視頻輸入信號(hào)在指定的監(jiān)視器上進(jìn)行固定或時(shí)序顯示;

　　· 系統(tǒng)具有系統(tǒng)信息存儲(chǔ)功能，在供電中斷或關(guān)機(jī)后，對(duì)所有程序設(shè)計(jì)和時(shí)間信息均可保存;

　　· 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)響應(yīng)時(shí)間小于2秒;

　　· 客戶端向存儲(chǔ)服務(wù)器請(qǐng)求查看實(shí)時(shí)視頻的響應(yīng)時(shí)間小于500ms;譯碼顯示的實(shí)時(shí)視頻延時(shí)為171ms;

　　· 系統(tǒng)記錄圖像的回放效果滿足數(shù)據(jù)的原始完整性;

　　· 系統(tǒng)記錄的圖像信息包括發(fā)生事件的現(xiàn)場(chǎng)全過程圖像信息，預(yù)定地點(diǎn)發(fā)生報(bào)警時(shí)的圖像信息以及其他所有現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像信息;

　　· 系統(tǒng)記錄的圖像信息包括圖像編號(hào)/地址、記錄時(shí)間;

　　· 圖像記錄可按照不同區(qū)域設(shè)定存儲(chǔ)格式和存儲(chǔ)時(shí)間;

　　· 系統(tǒng)回放畫面清晰、穩(wěn)定。顯示畫面上有圖像編號(hào)/地址、時(shí)間、日期等;

　　· 存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)可以按照時(shí)間、通道等方式進(jìn)行檢索，允許多使用者同時(shí)檢索、調(diào)用錄像;

　　· 具備預(yù)裝立體調(diào)用三維電子地圖功能，支持電子地圖顯示和鏈接接口，實(shí)現(xiàn)全局和定點(diǎn)視頻監(jiān)控和定位;

　　· 支持用戶權(quán)限和訪問級(jí)別控制，可以分區(qū)域授權(quán);

　　· 系統(tǒng)可以在線增加新的前端IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可在線增加或更新系統(tǒng)功能模塊。

　　結(jié)語(yǔ)

　　通過對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)的改造建設(shè)，本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了調(diào)度室監(jiān)控中心查看所有監(jiān)控點(diǎn)的圖像的需求，并能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)，應(yīng)急指揮功能，獲得用戶好評(píng)。