石油化工企业视频监控方案设计及新技术应用样本.doc

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石油化工企业视频监控方案设计及新技术应用
一、 项目背景
高清
高清就是监控画面需要有更广阔的视野、 更清晰的细节, 从D1分辨率的40万像素到720P的100万像素, 再到1080P的200万像素、 300万像素、 500万像素……监控画面的高清使得图像携带的信息量更大, 传统的模拟信号传送系统无法承载如此之大的信息量, 这就必然要求采集前端、 承载、 处理、 存储等整个系统都需要数字化。
技术IT化
最初的视频监控就是一套闭路电视系统, 可是随着网络视频监控的不断发展, IT技术越来越多地渗透到视频监控领域中来, 视频采集和呈现环节中的数字编解码技术, 传送环节中的网络接入与承载技术, 视频存储环节中的IP存储、 数据存储技术, 以及管理控制环节中的多媒体通信调度技术等等, 发展至今, 一套完整的数字视频监控系统已经成为一套多媒体通信系统。
不但是视频监控系统的各个技术部件逐渐IT化, 视频监控的业务与应用也越发向IT服务靠拢——安防联动、 智能识别、 智能分析等, 视频监控越发像一种基础IT服务, 除安保部门和安防应用外, 也能提供给不同的部门和应用系统来调用。
随着技术部件的IT化和业务应用的IT化, 随之而来的就是建设模式的IT化。过去, 视频监控仅仅用于安防系统, 基于传统模拟闭路电视系统的视频监控单纯地由安保部门来建设和维护。现在, 随着IT化程度越来越深, 信息部门在其中参与意见, 系统建设和维护管理的程度也越来越深, 整个视频监控系统的建设和维护管理模式逐渐形成IT化趋势。

二、 需求分析
石油化工企业生产包括原材料开采、 生产加工、 物流、 销售等多个环节。石油化工企业就包括油田、 管道罐储、 炼化、 加油加气站点等环节, 分别适用于园区监控解决方案和广域联网监控解决方案。随着高清监控系统的普及, 也给监控系统建设、 维护和使用带来了一系列的挑战与困扰。
· 随着前端清晰度的提升, 前端码流带宽也飞速增加, 在前端点位数量没有增加的情况下, 原有系统平台依然需要扩容, 需要增加大量服务器, 增加系统向高清升级的成本。
· 前端码流提升也带来了存储成本的增加, 原先能够存储30天的存储容量升级高清后可能只能存储15天, 甚至更少。
· 为了提升管理水平, 加强管控力度, 现在很多下级单位的监控画面需要上传到上级单位, 在带宽相对紧张的广域链路上如何更好的传送带宽翻倍的高清视频?
· 高清的引入仅仅是为了满足感官体验的提升么? 如何更好的使用高清画面, 使投入获得更大收益?

三、 方案设计
宇视科技依托在视频编解码、 信令调度控制、 IP存储和网络承载上的深厚技术积累, 在产品研发、 方案组合和实际项目实施中, 较好地应对了高清引入后的一系列挑战, 并协助用户在现有技术条件下最大程度地挖掘了高清图像的使用价值。针对石油化工企业开采环境恶劣、 各环节对安全生产要求高、 网络环境复杂等特点, 宇视科技的石油化工企业视频监控解决方案有如下特点。
( 一) NGN架构有效提升系统容量
所谓的NGN架构是指宇视科技的iVS视频监控系统借鉴通信技术中”下一代网络( NGN、 Next Generation Networks) ”中的核心思想, 即交换与控制分离。从而规避了流媒体转发服务器的瓶颈问题。
传统数字监控系统的转发能力受制于一个核心部件, 即流媒体转发服务器。单台流媒体服务器的转发性能＝该服务器接入的前端数量×单个前端的码流, 而服务器的转发性能是恒定的, 因此即便服务器接入的前端数量不变, 当单个前端的码流提升时, 从CIF到D1、 从D1到720P、 从720P到1080P, 服务器不足以支撑原有数量的接入前端, 从而导致了系统的扩容。
宇视科技的iVS监控系统完全能够不配置流媒体转发服务器, 前端直接出实况流和存储流, 双流都是从前端直接经过IP网络写入显示终端( 客户端/解码器) 和存储设备, 不经过服务器转发, 而iVS系统中的服务器仅仅用作系统调度管理控制, 这就是交换/转发与控制分离。

图1  NGN架构图
这种架构的引入完全规避了流媒体转发服务器转发性能瓶颈的问题, 系统的转发性能仅取决于承载网络的容量, 而与服务器的性能完全无关, 即便是全部部署1080P全高清前端或者未来随着清晰度的进一步提升, 码流增加至16Mb或20Mb, 依然能够保证单台服务器系统5000前端的规模。
由于视频流的转发完全与服务器无关, 这种架构的引入还带来一个额外的好处, 即系统平台服务器宕机不会影响正常进行的实时查看和录像存储, 整个系统可靠性大大增强。

( 二) 数据生命周期管理降低存储所需空间
由于码流的提升, 同等时间长度下高清视频存储空间大约会是标清视频存储空间的3～8倍, 极大增加了高清系统部署的成本。同时由于录像视频数据的价值是随着时间的增长线性降低的, 因此随着时间的延伸, 录像数据中的无效数据就越多。基于这种认知, 宇视科技在安防监控领域引入了在IT领域已经非常成熟的”数据生命周期管理( ILM, Information Lifecycle Management) ”的理念, 经过正常满帧存储、 I帧抽帧存储、 关键数据备份等手段, 大大降低了高清视频数据的存储空间, 仅经过抽帧存储就能够使录像存储空间下降到正常满帧存储所需空间的30%左右。

图2  数据的生命周期管理
另外, 宇视科技的iVS监控系统还能够经过事件触发存储的方式来降低高清监控系统的存储需求空间。例如只有活动画面才进行存储, 静止画面不存储; 只有报警触发后视频才进行录像存储, 无报警的视频画面不予录像等。
( 三) 三码流前端助力高清广域联网
随着石油化工行业信息化不断的发展, 安防水平不断的提升, 省公司需要查看调阅下辖单位的实时或历史监控图像, 视频监控系统的广域联网、 远程图像调阅也就逐步提上议事日程。但随着高清系统的部署, 高码流带宽的高清图像在远低于局域网带宽水平的广域网链路传送就成了大问题。由于广域链路带宽相对紧张, 高清图像在远程查看很容易出现卡顿、 马赛克等现象, 其图像质量甚至低于标清图像。
为支持高清图像的远程调阅, 宇视科技的高清视频前端( 高清IPC和高清编码器) 可支持高清满帧、 高清抽帧、 标清满帧三种码流的同时发送。其中高清满帧码流可用于本地硬解大屏上墙, 体现高品质画质; 高清抽帧码流用于本地存储, 节约存储空间; 标清满帧码流用于广域远程查看, 为上级单位提供流畅清晰的远程画面。
( 四) 创新拼接全景监控
在石油化工园区、 厂区跨度广, 全覆盖监控难度大。若部署多个枪机来进行多角度监控, 则空旷场地布点施工量大, 立杆、 布线、 取电, 大大增加了工程成本, 而且多个枪机的多个画面, 会造成整体场景的割裂, 对于监控人员掌握整体状况产生困扰, 容易使部分重要信息被漏掉。若部署高速球型摄像机, 则可对场景内每一个细节都查看到, 但球机固有的监控盲点问题导致除了当前查看的场景外, 画面外的场景都成了死角、 被忽略或遗漏, 于录像存储特别不利。
对于这种大空间监控, 宇视科技采用多个高清枪式摄像机的画面拼接出一幅180°的高清全景画面。由于是通用枪机, 能够选配合适的中焦高清镜头, 既保证了没有广角镜头的鱼眼变形, 又可保证相当的景深, 实现大角度、 大景深的真正的全景监控。

图3中间全景画面就是由图4三副1080P的图像拼接而成。由于是三幅1080P@30fps的图像拼接, 则全景的实际分辨率能够达到5760×1080@30fps, 即620万像素, 远高于大部分全景摄像机的300万像素, 画面流畅度能够保证全画幅30fps的全帧活动画面, 而不是某些全景摄像机的2048×1536@20fps或者4096×1536@8fps。在电子变焦实现局部放大ePTZ的时候, 能够获取更接近D1@25fps的效果, 图3拼接大图的上下两排即为ePTZ的效果。
配合使用一台高清快速球机, 使球机的云镜控制和全景画面联动配合, 即全景画面上点击哪里, 球机就快速聚焦定位的哪里, 实现光学变焦机械PTZ和电子变焦ePTZ的有机结合, 能够提供更清晰的画面和最佳的全景监控效果。
( 五) 立足安防, 助力石油化工企业信息化建设
视频监控系统在石油化工企业不但是安防系统的重要组成部分, 也是石油化工企业销售管理系统的重要组成部分, 如生产中的生产流程、 工艺的实时监控调度管理等。
宇视科技的iVS视频监控系统, 能够结合灵活的用户管理, 将一个监控系统划分给不同部门及不同目的地应用使用。该系统能够多种应用、 统一管理维护、 最大限度的利用资源 、 有效降低成本, 因此无需为了安防和生产管理多种目的建设多套监控系统。

图5  园区IP监控网
iVS监控系统能够根据不同的用户角色权限划分和权限冲突处理机制, 基于一套iVS系统为企业部署不同的监控中心, 其中安防监控中心负责安防相关的摄像机实时图像和相关录像查看、 调用和处理, 而生产监控中心则负责非安防相关权限内的实时图像和相关录像查看、 调用和处理。两个监控中心互相独立, 共用一套基础监控系统。

四、 结语
对于石油化工企业的视频监控来说, 高清不但仅代表一个高清摄像机, 而是一个系统解决方案。 真正的高清监控需要从整个监控系统考虑。由于视频信息量的倍增, 必将对视频编码、 传输、 存储系统带来更大的冲击, 高清会带来整个产业链中对计算、 传输、 交换、 存储的需求增长和技术变革, 同时也将给石油化工行业的视频监控带来巨大的变化。