需求分析

　　西部某煤礦集團所屬部分礦區(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)，可以實現(xiàn)各礦調(diào)度對各自礦區(qū)實施全方位監(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臺工業(yè)監(jiān)視器,其它AV系統(tǒng)也基本完善,但對下屬六個礦區(qū)的監(jiān)看和控制工作尚未完成。隨著集團逐漸加大對各礦場的監(jiān)管力度，同時也為了更方便的管理和安全生產(chǎn)的需要，需要將各個礦的工業(yè)電視系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)，將礦場的圖像上傳到集團安全生產(chǎn)調(diào)度指揮中心。通過中心會議室的DLP大屏幕、顯示器顯示礦場實時圖像。這樣，集團領(lǐng)導(dǎo)坐在會議室就可以對下屬礦場進行監(jiān)控管理，實時獲得各礦區(qū)高清晰圖像，對關(guān)鍵生產(chǎn)部位進行監(jiān)控。

　　系統(tǒng)建成后，除在該集團調(diào)度室查看各監(jiān)控點圖像外;領(lǐng)導(dǎo)也可以在集團內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通達的地方查看各監(jiān)控點圖像;可以與報警設(shè)備連接，自動報警;系統(tǒng)可以異地實時存儲。根據(jù)以上要求，我們需要組建一個多級多中心的工業(yè)電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)化監(jiān)控管理平臺。

　　設(shè)計原則

　　該系統(tǒng)平臺建設(shè)遵循標(biāo)準(zhǔn)化、穩(wěn)定性、安全性、可擴展性、易用性、先進性、經(jīng)濟性、兼容性等原則。

　　系統(tǒng)架構(gòu)

　　該煤礦集團公司工業(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、強力皮帶、巖石皮帶、罐籠、儲煤場、裝車線、運輸線、泵房、變電所、大門等等。

　　在該煤礦集團公司安全生產(chǎn)指揮調(diào)度中心配置一臺對前方各礦場信息進行綜合處理、調(diào)度、存儲的中心服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)譯碼器和相關(guān)信號轉(zhuǎn)換、選擇控制設(shè)備，對整個系統(tǒng)實現(xiàn)遠程集中管理。用一臺PC對整個系統(tǒng)進行管理，用原有電視墻顯示各礦場圖像?？梢哉{(diào)用任意分中心的任何一路圖像、對前端的任何一路攝像機進行控制，檢索存儲的數(shù)據(jù)等?？梢匀我怙@示在顯示器和DLP大屏幕上。方案不僅要實現(xiàn)遠程調(diào)看及控制，還要實現(xiàn)遠程圖像存儲。如果采用H.264編碼格式進行存儲，視頻圖像文件占用硬盤空間和線路資源太大，所以我們在調(diào)度中心配置小碼流高清晰H.264編碼器專門進行圖像存儲編碼。遠程圖像傳輸?shù)秸{(diào)度中心后，將圖像傳輸至H.264編碼器進行數(shù)字化編碼，并存儲到調(diào)度中心存儲服務(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分配器和信號轉(zhuǎn)換器。

　　本次項目建設(shè)中A窯礦、C礦、E窯、D煤礦各配置服務(wù)器各1臺，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)器的礦可以對矩陣和前端監(jiān)視點的圖像進行統(tǒng)一管理。本地顯示仍利用矩陣對前端多路監(jiān)視點的圖像進行采集和匯總，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、對前端的任何一路攝像機進行控制，檢索存儲的數(shù)據(jù)等。

　　整個設(shè)計體現(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，實現(xiàn)終端對所有區(qū)域監(jiān)視點的控制。[nextpage]

　　系統(tǒng)實施方案

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

　　在會議室機柜用譯碼器將數(shù)字信號譯碼為視頻信號，每路信號均通過AV分配器分到AV視頻矩陣和信號轉(zhuǎn)換器，通過AV矩陣將信號輸出到DLP大屏，信號轉(zhuǎn)換器將AV信號轉(zhuǎn)換為VGA信號，進入VGA分配器，分別輸出至顯示器和VGA矩陣，PC信號也進入VGA分配器，同樣可以將信號輸出至顯示器和VGA矩陣，通過VGA矩陣可以將PC信號輸出至DLP大屏。將中央控制系統(tǒng)的控制軟件擴展程序設(shè)計后即可進行控制。

　　網(wǎng)絡(luò)實現(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)進行數(shù)字化傳輸。在集團公司生產(chǎn)指揮調(diào)度中心設(shè)一臺千兆交換機，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，實現(xiàn)終端對所有區(qū)域監(jiān)視點的監(jiān)視。網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備選用千兆以太網(wǎng)交換機，確保整個傳輸系統(tǒng)的實時性和可靠性，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)交換機以及典型端口延遲為32微秒，線路傳輸延遲(以4km計算，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，不會造成圖像的傳輸延遲。

　　網(wǎng)絡(luò)流量的計算

　　該煤礦集團采用VPN專網(wǎng)與各礦連接，組成了以該集團公司為中心的星型網(wǎng)絡(luò)。方案中設(shè)計采集68路圖像進行上傳, 該集團公司調(diào)度室采用2×2DLP大屏和顯示器共同顯示圖像，設(shè)計要求同時接收68路圖像。將調(diào)度室交換機更換為千兆，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、鏡頭、防護罩、云臺、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。每個前端設(shè)備可以監(jiān)視一定角度，彼此間形成互補，以達到區(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

　　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)集成及視頻存儲系統(tǒng)構(gòu)成。主要有以下四個方面的特點。

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

　　· 多級管理中心：每個管理中心既可以獨立工作，也能多級級聯(lián)部署;

　　· 快速布控：發(fā)生警情時，能快速調(diào)用煤礦現(xiàn)場及周邊監(jiān)控攝像頭信息，對煤礦井上/井下安全進行實時監(jiān)控和錄像，利于對現(xiàn)場情況掌握和控制。

　　· 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)能手動及自動操作，對攝像機、云臺、鏡頭、防護罩等的各種功能進行遙控，控制效果平穩(wěn)、可靠;

　　· 系統(tǒng)能手動切換，并能實現(xiàn)程序設(shè)計自動切換，對視頻輸入信號在指定的監(jiān)視器上進行固定或時序顯示;

　　· 系統(tǒng)具有系統(tǒng)信息存儲功能，在供電中斷或關(guān)機后，對所有程序設(shè)計和時間信息均可保存;

　　· 系統(tǒng)聯(lián)動響應(yīng)時間小于2秒;

　　· 客戶端向存儲服務(wù)器請求查看實時視頻的響應(yīng)時間小于500ms;譯碼顯示的實時視頻延時為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)場全過程圖像信息，預(yù)定地點發(fā)生報警時的圖像信息以及其他所有現(xiàn)場動態(tài)圖像信息;

　　· 系統(tǒng)記錄的圖像信息包括圖像編號/地址、記錄時間;

　　· 圖像記錄可按照不同區(qū)域設(shè)定存儲格式和存儲時間;

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

　　· 存儲的圖像數(shù)據(jù)可以按照時間、通道等方式進行檢索，允許多使用者同時檢索、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，實現(xiàn)全局和定點視頻監(jiān)控和定位;

　　· 支持用戶權(quán)限和訪問級別控制，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，可在線增加或更新系統(tǒng)功能模塊。

　　結(jié)語

　　通過對系統(tǒng)平臺的改造建設(shè)，本項目實現(xiàn)了調(diào)度室監(jiān)控中心查看所有監(jiān)控點的圖像的需求，并能夠?qū)崿F(xiàn)報警聯(lián)動，應(yīng)急指揮功能，獲得用戶好評。