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)已經建成較完善的獨立系統(tǒng),沒有建設的礦區(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)建設的礦區(qū)，可以實現(xiàn)各礦調度對各自礦區(qū)實施全方位監(jiān)控。

　　該煤礦公司總調度中心已經建成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調度指揮中心。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，集團領導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，對關鍵生產部位進行監(jiān)控。

　　系統(tǒng)建成后，除在該集團調度室查看各監(jiān)控點圖像外;領導也可以在集團內部網(wǎng)絡通達的地方查看各監(jiān)控點圖像;可以與報警設備連接，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)絡系統(tǒng)化監(jiān)控管理平臺。

　　設計原則

　　該系統(tǒng)平臺建設遵循標準化、穩(wěn)定性、安全性、可擴展性、易用性、先進性、經濟性、兼容性等原則。

　　系統(tǒng)架構

　　該煤礦集團公司工業(yè)電視網(wǎng)絡系統(tǒng)以安全生產指揮調度中心為主控中心，可以任意調看區(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指揮調度中心配置一臺對前方各礦場信息進行綜合處理、調度、存儲的中心服務器，網(wǎng)絡譯碼器和相關信號轉換、選擇控制設備，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。可以調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{度中心后，將圖像傳輸至H.264編碼器進行數(shù)字化編碼，并存儲到調度中心存儲服務器中?？紤]目前應用，應該增加視頻矩陣，并增加視頻分配器、VGA分配器和信號轉換器。

　　本次項目建設中A窯礦、C礦、E窯、D煤礦各配置服務器各1臺，通過控制線纜與矩陣相連，可以通過服務器控制矩陣圖像的切換。并各配置網(wǎng)絡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器和相應的H.264網(wǎng)絡編碼器，配置服務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，直接接入到相關的等離子電視或DLP顯示墻上。服務器可以管理和調度任何一路圖像、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。

　　整個設計體現(xiàn)了“集中管理、分布式控制”的原則。網(wǎng)絡結構采用星型網(wǎng)絡結構，將視頻和控制數(shù)據(jù)通過數(shù)字化網(wǎng)絡傳輸，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

　　與生產指揮調度室顯示設備的無縫結合

　　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視頻矩陣和信號轉換器，通過AV矩陣將信號輸出到DLP大屏，信號轉換器將AV信號轉換為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計后即可進行控制。

　　網(wǎng)絡實現(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)絡結構，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。在集團公司生產指揮調度中心設一臺千兆交換機，將各監(jiān)視區(qū)域的信息傳遞到網(wǎng)絡譯碼器上; 將有關數(shù)據(jù)通過數(shù)字化網(wǎng)絡傳輸，實現(xiàn)終端對所有區(qū)域監(jiān)視點的監(jiān)視。網(wǎng)絡連接設備選用千兆以太網(wǎng)交換機，確保整個傳輸系統(tǒng)的實時性和可靠性，網(wǎng)絡結構示意如(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。方案中設計采集68路圖像進行上傳, 該集團公司調度室采用2×2DLP大屏和顯示器共同顯示圖像，設計要求同時接收68路圖像。將調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>

　　前端設備

　　前端設備主要由攝像機、鏡頭、防護罩、云臺、譯碼器、紅外燈、矩陣等組成。分別架設在各礦區(qū)重要部位。每個前端設備可以監(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備，故在此方案中不考慮前端設備的選型。

　　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外主流的前端編碼設備(DVS/DVR/IPC)、網(wǎng)絡連接設備以及集中存儲設備;

　　· 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。

　　· 預案管理：設置監(jiān)控預案，如設置攝像頭的虛擬巡邏等預案，確保生產安全及可掌控。

　　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，在供電中斷或關機后，對所有程序設計和時間信息均可保存;

　　· 系統(tǒng)聯(lián)動響應時間小于2秒;

　　· 客戶端向存儲服務器請求查看實時視頻的響應時間小于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、調用錄像;

　　· 具備預裝立體調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;

　　· 支持用戶權限和訪問級別控制，可以分區(qū)域授權;

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

　　結語

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