数字化网络视频监控系统.docx
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数字化网络视频监控系统
数字化网络视频监控系统的应用
目录
1前言
2视频监视系统方案
2.1方案一(数字高清网络视频监视系统)
2.2方案二(数字化本地视频监视系统)
3方案的比较
3.1高清视频
3.2工作方式
3.3布线
3.4即插即用
3.5录像存储
3.6安全性
3.7管理
3.8综合分析
4数字高清视频监视系统的深度应用
4.1智能高清是深度应用的基础
4.2视频管理智能化是深度应用的关键
4.3智能视频行为分析是深度应用的关键技术
5全厂视频监视系统说明
5.1概述
5.2系统特点
5.3系统功能
6系统规划配置
6.1视频监视系统监视点配置
6.2视频监视系统监视区域设置
6.3视频监视系统显示终端设置
7系统的应用前景
1前言
随着电力系统体制改革的深入,各个发电企业利用科技手段加强企业内部的生产管理和行政管理并达到减员增效的目的势在必行,在全厂范围内实现远程集中视频监视系统便是充分体现上述精神的一种高科技、高效率的管理手段。
视频监视系统是现代化企业生产调度、管理、安全防范体系中一个重要的组成部分,是技术先进、防范能力极强的综合应用系统,具备防盗、防突发事件以及事后追查的功能,直观的现场图像便于管理者及时了解现场情况和企业的运行状况,从管理环节上来为企业提高劳动生产效率并创造效益。
2视频监视系统方案
近二十年内视频监视系统的技术发展大致经历了三个阶段。
第一阶段是以模拟设备为主的闭路电视监视系统(CCTV),称为第一代模拟监视系统。
第二阶段随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展,人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理,利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示,从而大大提高了图像质量,这种基于PC机的多媒体主控台系统(DVR)称为第二代数字化本地视频监视系统。
第三阶段是最近几年随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高,以及各种实用视频处理技术的出现,视频监视步入了全数字化高清的网络时代,称为第三代网络视频监视系统(NVR)。
第三代视频监视系统以网络为依托,以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心,以智能实用的图像分析为特色,引发了视频监视行业的技术革命,受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。
与模拟监视系统相比,数字化监视系统具有如下许多优点:
第一,便于计算机处理。
由于对视频图像进行了数字化,所以可以充分利用计算机的快速处理能力,对其进行压缩、分析、存储和显示。
通过视频分析,可以及时发现异常情况并进行联动报警,从而实现无人值守。
第二,适合远距离传输。
数字信息抗干扰能力强,不易受传输线路信号衰减的影响,而且能够进行加密传输,因而可以在数千公里之外实时监视现场。
特别是在现场环境恶劣或不便于直接深入现场的情况下,数字视频监视能达到亲临现场的效果。
即使现场遭到破坏,也照样能在远处得到现场的真实记录。
第三,便于查找。
在传统的模拟监视系统中,当出现问题时需要花大量时间观看录像带才能找到现场记录;而在数字视频监视系统中,利用计算机建立的索引,在几分钟内就能找到相应的现场记录。
第四,提高了图像的质量与监视效率。
利用计算机可以对不清晰的图像进行去噪、锐化等处理,通过调整图像大小,借助显示器的高分辨率,可以观看到清晰的高质量图像。
此外,可以在一台显示器上同时观看16路甚至32路视频图像。
第五,系统易于管理和维护。
数字视频监视系统主要由电子设备组成,集成度高,视频传输可利用有线或无线信道。
这样,整个系统是模块化结构,体积小,易于安装、使用和维护。
基于以上5点对比优势,在神华江西国华九江煤炭储备(中转)发电一体化工程全厂视频监视系统规划方案中不考虑第一代模拟监视系统。
2.1方案一(数字高清网络视频监视系统)
所谓数字高清网络视频监视系统方案,即“数字高清网络摄像机+网络视频录像机(NVR)+网络交换机+数字矩阵+监视墙+客户端”结构,系统通过NVR直接采集和管理前端网络摄像机的数字信号、并对数字信号进行存储、传输及显示,系统主要由数字高清网络摄像机、1000M以太局域网、网络视频录像机(NVR)、数字矩阵、监视墙及监视终端组成。
远距离的区域联网及摄像机通讯均采用光纤数字传输,近距离则采用非屏蔽双绞电缆传输,通讯协议采用TCP/IP。
监视点前端设备(主要是数字网络摄像机)与NVR之间可以通过任意IP网络互联,因此,监视点可以位于网络的任意位置,不会受到地域的限制,所有系统监视点能清晰地监视和回放所有的监视图像,还可对所有摄像机进行远程控制,所显示的画面均是实时的。
系统具有很强的扩展能力,可根据实际需要增加视频监视子系统及监视前端的数量。
系统能方便地与生产MIS相连,MIS的授权用户可点播全厂任意监视点图像。
2.2方案二(数字化本地视频监视系统)
所谓数字化本地视频监视系统方案介于数字和模拟方案之间,可以看成“模拟+数字”方案,即“模拟摄像机+数字硬盘录像机(DVR)+网络交换机+流媒体服务器+数字矩阵+监视墙+客户端”,系统通过DVR将前端的模拟视频进行数字视频压缩、存储、传输及显示,系统主要由模拟摄像机、数字硬盘录像机(DVR)、1000M/100M以太局域网、流媒体服务器、数字矩阵、监视墙以及监视终端等设备组成。
远距离的区域联网通讯采用光纤传输,近距离则采用非屏蔽双绞电缆传输,通讯协议采用TCP/IP,模拟摄像机则采用同轴电缆或光纤加光端机连接。
系统监视点能监视各个子系统监视点所监视的区域,通过软件设置,主监视点和子系统监视点才能监视和回放其它监视点的视频监视图像,并对摄像机进行远程控制,所显示的画面基本均是实时的。
系统具有较强的扩展能力,可根据实际需要增加视频监视子系统及监视前端的数量。
但是传统嵌入式DVR系统为模拟前端,监视点与中心DVR之间采用模拟方式互联,因受到传输距离以及模拟信号损失的影响,监视点的位置也存在很大的局限性,无法实现远程部署。
系统能方便地与生产MIS相连,MIS的授权用户能浏览全厂各监视点图像。
3方案的比较
从以上方案一与方案二的描述当中可以看出,二者之间的主要区别在于方案一以NVR为系统核心设备,方案二以DVR为核心设备;以下方案比较将围绕NVR与DVR设备之间进行比较。
3.1高清视频
当前摄像机高清视频传感器以CMOS为主,CMOS传感器直接输出数字化的视频信号;在摄像机中通过DSP或ASIC对数字高清视频信号直接进行压缩编码,然后以网络方式传输,要比摄像机通过外部编码器对图像处理输出高清信号来得经济。
基于上述原因,在市场上用于监控的高清摄像机基本上都是网络摄像机,能够直接接收网络摄像机发来的视音频码流,并能进行本地存储和浏览的设备就是NVR;因此,对于需要高清晰图像质量的视频监视系统来说,采用NVR方案会更加经济。
3.2工作方式
传统嵌入式DVR的系统前端为模拟摄像机,监控点与中心DVR之间采用模拟方式互联,因受到传输距离以及模拟信号损失的影响,监控点的位置也存在很大的局限性,无法实现远程部署。
而以NVR作为全网络化架构的核心,监控点设备与NVR之间可以通过任意IP网络互联,因此,监控点可以位于网络的任意位置,不会受到地域的限制。
3.3布线
因DVR采用模拟前端,中心到每个监控点都需要布设视频线、音频线、报警线、控制线等诸多线路,稍不留神,哪条线出了问题还需一条一条进行人工排查,因此布线的工作量相当繁琐,并且,工程规模越大则工作量越大,布线成本也越高。
NVR采用网线传输信号,而DVR采用同轴电缆,近几年铜价飞涨,网线的成本远远低于同轴电缆的成本;NVRS基于IP汇聚码流,一个网口可以同时接入所有前端监控信号,而且一根网线可以同时传输所有视频、音频、报警以及控制信号,不仅可进一步降低布线成本,而且简化了系统的安装与维护工作。
3.4即插即用
长久以来,包括NVR在内的网络产品,因罩着网络这层神秘面纱——要设IP地址,要操作复杂的管理后台等等,一直让大部分工程商“敬而远之”,但现在,使用NVR已经不必这样了,只需接上网线、打开电源,系统会自动搜索IP前端、自动分配IP地址、自动显示多画面,很多NVR网络产品在安装设置的便捷方面与DVR已经是旗鼓相当了。
3.5录像存储
DVR受到用户欢迎的一个重要因素就是它拥有强大的录像、存储功能,但是这一性能的发挥仍旧受制于其模拟前端,即DVR无法实现前端存储,一旦中心设备或线路出现故障,录像资料就无从获取了;而目前,市面上的NVR支持中心存储、前端存储以及客户端存储三种存储方式,并能实现中心与前端互为备份,一旦因故导致中心不能录像时,系统会自动转由前端录像并存储;在存储的容量上,NVR也装置了大容量硬盘,并设硬盘接口、网络接口、USB接口,可满足海量的存储需求。
3.6安全性
目前,NVR产品及系统已经通过使用AES码流加密、用户认证和授权等这些手段来确保视频监视信息的安全;而相比之下,DVR模拟前端传输的音视频信号,没有任何加密机制,很容易被非法截获,而一旦被截获则很轻易就被显示出来。
3.7管理
NVR基于IP网管,可以端到端管理网络上每一个前端,包括实时监测运行状态、进行在线故障诊断、远程配置设备参数等等,大大提升了系统的可管理性、可维护性,而DVR系统采用模拟链接,每一个前端都是独立的单元,无法在中心统一管理和监测,前端或线路有故障时,要查实具体原因非常不便。
3.8综合分析
综合以上方案的对比分析,尽管以NVR为代表的设备的开放性、高清IP摄像机种类、高清监控的部署成本、原有标清系统的整合、网络适应性,都还是NVR、高清监控在普及过程中被一部分用户拒绝的理由,但是随着以H.264和HDTV为高清视频处理主要标准的IP高清监控标准化的逐步完善以及NVR应用开发接口的日益丰富,NVR的开放性正在取得突破性进展;随着提供高清IP摄像机的厂商越来越多,高清IP摄像机的种类也越来越丰富,有室内/室外、低照度、感红外、宽动态、全景、激光等各种形态,能够满足绝大部分监视场景的应用和部署需求,更重要的是,由于开放性越来越好,不同厂商的IP摄像机和NVR之间能够自由互通,从而实现不同厂商不同产品之间的合作互补,形成良好的NVR与高清IP摄像机共生的生态环境;随着H.264HighProfile技术获得普及应用,将可以大幅降低高清监控的网络传输带宽和存储空间,从而降低高清监控部署成本、推动高清监控的快速普及,进而推动NVR的普及;随着开放性、高清IP摄像机种类、高清监控的部署成本这些障碍的逐渐消除,高清时代NVR将成为新建高端视频监视系统的必然选择。
神华江西国华九江煤炭储备(中转)发电一体化工程的全厂视频监视系统我们推荐采用NVR为核心设备的数字高清网络视频监视系统(方案一)。
4数字高清视频监视系统的深度应用
4.1智能高清是深度应用的基础
从目前视频监视的技术水平来看,智能数字高清视频监视系统是实现其“深度应用”的基础,通过“看的清”“看的远”以及与其他应用系统的联动(服务协同),从而实现视频监视系统的主动防范功能,从另一个角度来看,可以有效实现视频监视系统由安全防范功能向可视化管理功能的平滑过渡。
双码流技术已经逐渐成为高清产品的基本配置,其关键是解决整体录像满足局部应用,即通过对整幅视频的高清抓取,对局部关键位置进行放大处理,从而达到“看的清”的目的。
因此,高清存在的意义在于,不需要整幅图像看的清,但是关键位置(局部)一定要看的清。
目前基于火电厂的高清视频应用可以做到安全防范、无人值守、视频巡检、远程抄表及事故追查等高端应用,未来还可以与智能设备管理系统协同,实现可视化的设备管理、状态检修及寿命管理等深度应用。
实现局部画面以及整幅画面双显示,需要高清的支持,如果采用传统的D1或者CIF,显然在局部画面无法达到足够的清晰度,也就无法实现关键点的确认。
在局部画面中应用相应的识别技术,如:
设备编码,仪表参数自动识别算法甚至可以集成在高清网络摄像机中,识别结果由高清网络摄像机直接输出,使得前端建设尽量简单、施工维护更加便捷,也就是将图形化的内容转换为数字性的内容,并通过后台程序将数据自动的传输到相关协同系统中。
无论是双码流以及未来的多码流技术或者数字识别技术等智能技术,都是在高清的基础上实现的,如果无法实现局部清晰,智能技术也不能准确识别图像信息并转换成相应的数字信息,从而无法实现智能化,依然需要传统的人工监视;反过来如果没有智能分析的元素,纯粹的高清监视无法将图形化的内容转换为数字性的内容,也就无法实现深度应用,因此,在智能数字高清视频监视系统中,智能、高清是实现其“深度应用”的基础,二者相辅相成、缺一不可。
4.2视频管理智能化是深度应用的关键
视频管理分为两部分:
前端视频管理以及后端视频管理。
前端视频管理就是通常所说的智能前置以及其他系统的联动,包括报警、门禁、RFID、视频分析等信号联动,从目前来看,前端的联动主要以视频分析为主,其他系统的联动还有更大的发展空间;后端管理主要是通过平台管理软件实现,包括权限控制、视频摘要、视频检索等技术。
视频管理也具备行业应用特性,不同的行业对视频的关注点不同,视频管理方法也不同。
例如:
在应急指挥系统中,视频管理关注点是区域以及跨区域视频管理以及与应急中相关部门的信息协同;在高速公路管理中,视频管理关注的是收费、以及天气状况、拥堵疏导等;在工业生产中,关注的是工业生产的过程、重要场所、重要设备以及设备的重点部位的监视图像等等,不同的应用需求决定了视频管理的不同功能特点。
视频管理的终极目的是:
当需要“看”的时候主动让管理者“看”,不需要“看”的时候系统正常运行。
也就是通过系统自身的智能管理,实现“无人看守”,甚至可以通过环境分析、视频信号的局部图像对比分析等,实现预警,从而可以实现防御突发事件的发生,减少主观意识对系统的影响。
4.3智能视频行为分析是深度应用的关键技术
智能视频行为分析是在智能视频监视系统中最为核心的关键技术,其研究目标是利用计算机视觉技术、图像视频处理技术和人工智能技术对监视视频的内容对象进行描述、分析和理解,并根据理解的结果对视频监视系统进行控制,从而使视频监视系统达到具有较高层次的智能化水平。
智能视频行为分析的研究内容涉及到视频监视对象的多种不同行为,如目标检测和分类、目标动态跟踪、目标识别和理解、统计计数,另外还包括非法入侵、物质泄漏等异常行为。
还有重要的一点是,智能视频行为分析中,还包括对视频监视系统自身状态的监控技术,如对视频图像出现的雪花、滚屏、模糊、偏色、画面冻结、增益失衡和云台失控等常见摄像头故障做出准确判断并发出报警信息,对视频监视系统的网络状况、系统备份情况等各种信息进行监测。
5全厂视频监视系统说明
5.1概述
神华江西国华九江煤炭储备(中转)发电一体化工程规划建设规模为6×1000MW等级超超临界燃煤发电机组,煤炭储备(中转)400万吨/年。
本期工程新建2×1000MW等级超超临界燃煤发电机组,同步安装建设烟气脱硫脱硝装置;煤炭储备(中转)200万吨/年,经水路运出。
考虑到本工程机组容量及参数高,建设规模大,建设的技术标准及自动化程度要求高,所以推荐本工程的全厂视频监视系统采用目前技术最先进的数字高清网络视频监视系统(即方案一)。
该系统是将图像信号处理技术、网络传输技术、计算机多媒体技术、智能图像分析技术相结合的高清智能系统,具有实时图像清晰、应用面广、图像传输及储存容易等优点。
数字视频网络系统扩容简单方便,这是传统的模拟闭路电视监视系统所无法比拟的。
正是由于这种可扩展性的特点,因此该系统可以根据投资的状况、业主的要求分期分批建设,随着对生产管理水平要求的不断提高,除了要求对生产过程关键场所需要进行视频监视外,还可对全厂其它非生产场所进行视频监视,如保安等需要监视的区域,从而构成全厂的视频监视系统,运行人员,生产管理人员和部门领导在自己的计算机终端上就可以全方位直观地了解最真实的生产过程信息,同时进行实时管理和实时控制。
还可以利用计算机强大的计算能力以及相关智能分析等协同软件的分析能力,将采集到计算机的高清视频信号方便地进行深处理,并开适应火力发电厂生产过程所需的各种深度应用。
结合计算机广域网和局域网,生成的高清图像、声音、数据等信号流可以进行多业务多系统的网络服务,可满足车间、机组、全厂的逐级综合需要,从而达到提高全厂的生产效率,保证全厂的安全生产,使全厂的管理水平达到一个新的高度。
5.2系统特点
该系统的主要构成为:
“数字高清网络摄像机+网络视频录像机(NVR)+网络交换机+数字矩阵+监视墙+客户端”。
该系统通过网络视频录像机(NVR)采集、存储前端IP高清摄像机的数字高清视频信号,然后通过数字网络传输,与网络相连的任何客户端主机通过授权均可调用数字网络范围内的任何图像。
该系统的特点是:
系统采用先进的H.264HighProfile高清视频编码技术,图像质量清晰,H.264比H.263和MPEG-4节约了50%的码率,可实现长时间的录像。
H.264具有强大的网络功能,对网络传输具有更好的支持功能,它引入了面向IP包的编码机制,有利于网络中的分组传输,支持网络中视频的流媒体传输;在任何客户端均可无扰地浏览前端任何区域的情况,从而极大的减少值班人员,提高了工作效率,同时可方便地与电厂MIS系统连接。
系统采用完全的模块化设计,每个模块均独立工作。
如果增加或减少模块,并不影响系统的正常稳定工作,可以实现稳定平滑的扩展和升级。
系统NVR采用分区存储及前端存储相结合的存储方式,可以有效减轻系统集中存储的带宽压力及网络风险,并能实现分区存储与前端存储短时间内的互为备份。
系统具有智能分析技术,可实现动态侦测功能,可防止恶意入侵;并可以与第三方智能识别软件结合,实现视频监视系统的深度应用。
系统布线少,施工简单,维护方便。
监视和管理软件功能丰富,便于操作。
5.3系统功能
5.3.1用户权限管理
系统采用集中的管理模式。
由集中管理终端对所有网络视频录像机和客户端进行管理,对客户端账号权限的设置、视频图像的开放和对象进行认证等。
系统提供多级用户管理并具备相应的权限:
系统管理员:
可进行全部操作,并可对其他用户进行管理。
系统操作员:
除系统设置和用户管理权限外,其他与系统管理员相同。
一般用户:
只具有图像查看和画面切换的权限。
5.3.2显示功能
可实时显示高质量的视频图像;
支持画面小、中、满屏显示;
支持单画面、多画面及大小组合画面显示方式;
支持单画面、多画面轮巡显示(其轮巡组合可手动配置);
图像亮度、色度、对比度及灰度可调;
可实时显示摄像机名称和状态。
5.3.3录像功能
支持多种录像方式:
定时、手动、报警联动、视频移动侦测等。
支持定制定时录像计划;
录像质量多极可调;
支持录像文件按时间分割;
支持多硬盘、线性录像和循环录像方式,满盘报警;
保安监视全天24小时监视录像,画面效果清晰,晚间设防具有同步自动报警,自动启动电源,自动录像、网络传输联动等功能。
5.3.4检索回放功能
提供多种录像文件检索和组合检索方式;
支持录像回放;
支持录像回放抓拍。
5.3.5报警功能
具有故障报警功能;
具有与保安监视系统联动的功能,做到图像监视和报警监视的一体化;
支持多种数据接入和联动控制;
提供声光报警提示。
5.3.6控制功能及系统供电
网络电缆实现PTZ控制,无需另外的控制电缆;
可控制各类云台、球机和摄像机;
支持交换机POE端口集中供电,节省电缆投资及辅设工作。
6系统规划配置
全厂视频监视系统将按照电厂的工艺系统划分为主厂房监视区、水系统监视区(含脱硝氨区)、除灰系统监视区、输煤系统监视区(含煤炭储备及中转场地)、脱硫系统监视区、生产办公楼及安防部分等相对集中的监视区域,相应的网络交换设备及网络视频录像机也将根据以上系统相对集中配置和管理,视频监视数据则按分区分别存储在相应的网络视频录像的存储设备上,并通过网络系统将视频监视数据以计算机流媒体格式传输到指定的监视终端上显示。
视频监视系统可以根据需要设置若干个监视终端放在生产办公楼、集中控制室、保安室等处,满足管理人员、运行人员和辅助生产人员对全厂生产、管理的不同需要。
全厂视频监视系统的子系统及监视区规划配置详见“信息系统及安全防护计算机网络图(AF2012002-II-01-F10-03)。
6.1视频监视系统监视点配置
6.1.1监视点配置
全厂视频监视系统监视点规划如下:
表6-1辅助车间视频监视点(不包括输煤系统及煤炭储备和中转场地)
序号
监测点
数量
1
水处理各系统
18
2
除灰、除渣系统
12
3
燃油泵房
3
4
空压机室
6
5
循环水泵房
10
6
脱硫系统
14
7
脱销系统
14
8
通信机房
1
合计
78
表6-2单元机组视频监视点
序号
监测点
#1机组
#2机组
1
烟囱排烟
1
0
2
锅炉总貌
1
1
3
空气预热器区域
2
2
4
引风机区域
2
2
5
送风机区域
2
2
6
一次风机区域
2
2
7
给煤机区域
3
3
8
磨煤机区域
3
3
9
锅炉燃烧器
8
8
10
炉前油区域
3
3
11
汽轮发电机平台
2
2
12
汽轮发电机平台机头
1
1
13
汽轮发电机平台发电机侧
1
1
14
汽轮机中间层平台
2
2
15
汽机润滑油区域
1
1
16
发电机密封油区域
1
1
17
电动给水泵
1
1
18
汽动给水泵
2
2
19
真空泵
1
1
20
凝结水泵
1
1
21
凝结水精处理
2
1
22
除氧器平台
1
1
23
高压加热器
3
3
24
低压加热器
3
3
25
低压配电室
2
2
26
高压配电间
1
1
27
直流配电室
1
1
28
蓄电池室
1
1
29
柴油机室
1
1
30
主变压器
1
1
31
高压厂变
1
1
32
启备变压器
1
0
33
各电子设备间及底部桥架
4
4
34
集中控制室
1
0
合计
表6-3全厂电视监视点汇总列表
序号
项目
监视点数目
1
1号机组主厂房区
63
2
2号机组主厂房区
59
3
全厂辅助系统(不包括输煤系统)
78
合计
00
除了以上监视点外,电厂的保安监视系统(具体监视点数与电厂协商)也将纳入到全厂视频监视系统中。
6.1.2摄像机的选择
根据不同的被监视对象,监视点可采用不同的摄像机:
6.1.2.1用于监视区域较广且需要全方位360°监视的监视点,如厂区内保安系统监视点,建议使用监视智能一体化球机。
6.1.2.2用于监视一组或一套设备,需要经常调整焦距的监视点,建议使用一体化变焦摄像机。
6.1.2.3用于监视单一的设备和区域,不需要变更焦距的监视点,建议使用定焦广角固定摄像机。
6.1.2.4根据用于室内、室外选用相应的摄像机防护罩。
6.2视频监视系统监视区域设置
根据以上的监视点,针对本工程辅助系统的集中控制方案,本工程全厂视频监视系统分为主厂房监视区、水系统监视区(含脱硝氨区)、除灰系统监视区、输煤系统监视区(含煤炭储备及中转场地)、脱硫
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