煤氣站構(gòu)建智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案

        一、項目概述

        在天然氣行業(yè)中，集配氣站、處理(凈化)廠等野外場所是天然氣生產(chǎn)的主戰(zhàn)場，其生產(chǎn)過程具有高壓、易燃、易爆、安全要求高等特點(diǎn)。尤其近年來全面推行氣田優(yōu)化簡化管理后，部分天然氣生產(chǎn)氣井實(shí)現(xiàn)了無人駐站值守。為了能夠使管理者及時掌握生產(chǎn)現(xiàn)場動態(tài)，減少生產(chǎn)管理難度;降低管理成本，提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)安全、平穩(wěn)進(jìn)行，建立一套全方位的遠(yuǎn)程實(shí)時圖像信息監(jiān)控系統(tǒng)是非常有必要的。

        那么如何才能有效掌握這些氣井的生產(chǎn)安全狀態(tài)呢，這就需要借助于一套完整的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它是綜合計算機(jī)IP視頻技術(shù)、視頻和音頻數(shù)據(jù)壓縮及解壓縮處理技術(shù)、互連網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、嵌入式WEB服務(wù)器技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)。通過本套系統(tǒng)便可以將各個氣井的實(shí)時圖像及數(shù)據(jù)傳回到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心，在中心便可以了解到各個前段的實(shí)時狀況，并配備有報警系統(tǒng)，可以做到及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，保證各個氣井穩(wěn)定運(yùn)行，安全生產(chǎn)。

        本項目是一個氣井的智能監(jiān)控系統(tǒng)，共有100個獨(dú)立的氣井，每個氣井需要安裝一套報警系統(tǒng)(可以設(shè)置短信功能，JY-RTU4100)和一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，具體包括2對紅外對射，用于周界報警，一臺智能中速球，用戶現(xiàn)場圖像的實(shí)時采集，報警系統(tǒng)不但要有本地報警功能，還需要隨視頻信號通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行?，在中心便可以及時接收到個點(diǎn)的警情，便于及時采取措施進(jìn)行處理。

        二、設(shè)計思路

        由于各個氣井地處偏遠(yuǎn)地帶，不能架設(shè)線纜，只能通過無線方式進(jìn)行傳輸，這就需要視頻和報警信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸;另外有兩個防區(qū)，一臺中速球，為了實(shí)現(xiàn)更好的聯(lián)動效果，需要中速球具有預(yù)置位功能，各防區(qū)和中速球的預(yù)置位進(jìn)行聯(lián)動，當(dāng)發(fā)生警情時，可以通過中速球的預(yù)置位功能，及時捕捉到有價值的實(shí)時圖像。

        所有的視頻圖像傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心后，進(jìn)行24小時實(shí)時存儲，便于日后資料查詢，另外當(dāng)有報警發(fā)生的時候，除了氣井本地有警號報警外，在中心還需要有實(shí)時的監(jiān)控畫面彈出，可以更直觀的看到現(xiàn)場畫面;具有語音報警提示，同時在電子地圖上準(zhǔn)確的顯示出報警所在的位置。

        三、設(shè)計方案

        為了盡快建立一套集防、控、管于一體的現(xiàn)代化氣井智能監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)相關(guān)部門管理和決策的科學(xué)性，提高工作效率，保證各個氣井安全運(yùn)營，為管理人員對臨時突發(fā)事件提供科學(xué)的決策依據(jù)，特針對此項目需求，作出一套完整的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理方案。

        本套方案是基于凱威的網(wǎng)絡(luò)視頻綜合管理平臺，利用無線網(wǎng)橋而設(shè)計的一套網(wǎng)絡(luò)視頻管理系統(tǒng)，它主要分為視頻采集、編碼傳輸、網(wǎng)絡(luò)視頻集中管理和報警聯(lián)動四個部分。

        3.1、視頻采集部分：

        視頻采集部分就是指安裝在前端的凱威高清攝像機(jī)，他們安裝在各個氣井的適當(dāng)位置，用于監(jiān)控氣站的整體情況，在此我們選用凱威150米7寸陣列紅外中速球攝像機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，便于快速跟蹤;內(nèi)置650線高清低照度一體攝像機(jī)，22倍變焦，彩色轉(zhuǎn)黑白;自帶150米陣列紅外燈，晚上或光線暗的時候，自動開啟，同時攝像機(jī)自動切換到黑白狀態(tài);全金屬外殼，防塵、防水，可直接用于室外安裝，做到24小時全天候監(jiān)控。

        另外設(shè)備還具有128個預(yù)置位功能，可以預(yù)設(shè)多個預(yù)置位對應(yīng)多個防區(qū)，可以手動或自動調(diào)用預(yù)置位，便于各個防區(qū)間快速切換。

        所有的攝像機(jī)輸出的均為模擬信號，需接入網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻遠(yuǎn)程傳輸。

        3.2、編碼傳輸部分：

        編碼傳輸部分也就是視頻信號由模擬轉(zhuǎn)為數(shù)字，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心的部分，在此項目中，由于各個氣井地處偏遠(yuǎn)，不宜架設(shè)線纜，因此，在模擬攝像機(jī)旁邊放置一臺凱威的單路網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器，其自帶四路報警信號輸入，兩路報警信號輸出?？梢詫z像機(jī)輸出的模擬視頻信號以及兩個防區(qū)的報警信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過無線網(wǎng)橋?qū)⒏鳉饩囊曨l信號和報警信號傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心。

        網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器本身具有字符疊加功能，在攝像機(jī)將實(shí)時圖像接入到網(wǎng)絡(luò)編碼器的時候，編碼器便可以針對此路視頻的信息進(jìn)行手動標(biāo)注，并以字符疊加的方式，將帶有字符的畫面通過網(wǎng)絡(luò)傳回到網(wǎng)絡(luò)視頻綜合管理平臺，這樣在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心所顯示的圖像，可同時顯示相應(yīng)的必要信息，如各氣井名稱，攝像機(jī)編號、通道名稱、日期及時間等字符，并可用簡體漢字顯示。

        3.3、網(wǎng)絡(luò)視頻集中管理部分：

        網(wǎng)絡(luò)視頻集中管理軟件是整個系統(tǒng)的“心臟”和“大腦”，是實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的指揮中心。所有的網(wǎng)絡(luò)視頻信號機(jī)報警信號通過網(wǎng)絡(luò)接入到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心，通過凱威的網(wǎng)絡(luò)視頻集中管理軟件納入到網(wǎng)絡(luò)管理平臺中，本套系統(tǒng)平臺主要包括以下幾個部分：

        1)、認(rèn)證服務(wù)器：

        認(rèn)證服務(wù)器也就是資源管理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，它是整個視頻管理平臺的核心，主要包括其他各個服務(wù)器的登錄認(rèn)證，各前端設(shè)備和用戶的接入認(rèn)證等，有專門的一個配置管理中心程序進(jìn)行配置管理，可以在同一臺機(jī)器上，也可以在其他機(jī)器上進(jìn)行遠(yuǎn)程配置管理。有了認(rèn)證服務(wù)器，其優(yōu)勢如下：

        (1)、網(wǎng)絡(luò)安全性提高

        外界通過平臺訪問設(shè)備，首先訪問的是認(rèn)證服務(wù)器，只有通過認(rèn)證服務(wù)器認(rèn)為是合法用戶后，才能根據(jù)其相應(yīng)權(quán)限轉(zhuǎn)到相應(yīng)的流媒體服務(wù)器或設(shè)備。

        (2)、設(shè)備便于管理

        如果需要添加刪除前端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的話，只需要通過配置管理中心在認(rèn)證服務(wù)器中添加或刪除就可以了，其他都不需要改動，各個用戶根據(jù)自己的權(quán)限，自然就可以看到或看不到新增加的設(shè)備。

        (3)、用戶便于管理

        如果想增加一個用戶，刪除一個用戶或者更改一個用戶的權(quán)限或密碼，只需要通過配置管理中心在認(rèn)證服務(wù)器中直接更改就可以了，不會涉及到其他操作，即使原有用戶離職，本套系統(tǒng)還是非常安全。

        2)、流媒體服務(wù)器

        流媒體服務(wù)器具有轉(zhuǎn)發(fā)和存儲功能，它主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)前端合法的設(shè)備給合法的網(wǎng)絡(luò)用戶，它還具有組播功能，就是把前端的同一路圖像分成幾份，轉(zhuǎn)發(fā)給多個用戶，不會增加前端設(shè)備到中心的帶寬。如果需要的話，還可以實(shí)時存儲。

        3)、報警服務(wù)器

        報警服務(wù)器是用于接收、管理、轉(zhuǎn)發(fā)前端設(shè)備發(fā)送過來的開關(guān)量報警或移動偵測報警信號的，通過報警服務(wù)器的設(shè)置，可以分配各個用戶接收、處理報警信息的權(quán)限，設(shè)置接收到報警信息之后的聯(lián)動功能，例如：當(dāng)接收到一個報警信號后，可以將相應(yīng)的現(xiàn)場畫面彈出到指定的一個或多個用戶的客戶端窗口，同時可以啟動報警聲音，啟動備份錄像，打開現(xiàn)場燈光等操作;值班人員雙擊報警信息，便可以顯示出預(yù)先設(shè)置好的防區(qū)信息，包括報警等級、緊急預(yù)案、相關(guān)負(fù)責(zé)人的聯(lián)系電話等，方便值班人員迅速作出反應(yīng)。

        4)、客戶端軟件：

        管理平臺客戶端軟件分為三個模塊：一個是用戶瀏覽前端圖像，同時也可以遠(yuǎn)程監(jiān)聽、遠(yuǎn)程監(jiān)看、遠(yuǎn)程錄像、遠(yuǎn)程回放、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程配置管理、接收或上報報警信息、打開電子地圖等功能比較全的客戶端軟件，最多可以同時顯示100個畫面;還有一個是專門用于接收報警的客戶端軟件，平時不瀏覽前端圖像，只是前端有報警的時候，彈出報警畫面，啟動報警聲音等;另外一個就是電子地圖客戶端，用于報警的時候，彈出電子地圖，顯示監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)際位置。此三個客戶端模塊功能各不相同，可以根據(jù)用戶的時間需求，選擇啟動相應(yīng)的客戶端模塊。

        5)、WEB服務(wù)器：

        有的用戶覺得走到別處，安裝客戶端軟件不方便，那么啟動WEB服務(wù)器，便可以隨時通過IE登錄認(rèn)證服務(wù)器就可以了，權(quán)限和客戶端是一樣的，可以瀏覽、回放任意通道畫面。還具有電子地圖功能，看到各個監(jiān)控點(diǎn)位的具體位置。

        6)、數(shù)字矩陣服務(wù)器

        數(shù)字矩陣服務(wù)器就是將前端的任意畫面可以自由切換到電視墻上放大顯示，可是實(shí)現(xiàn)手動或自動切換，方便值班人員更直觀的了解到現(xiàn)場的情況。

        3.4、報警聯(lián)動部分：

        由于各個氣井的安全性比較重要，包括設(shè)備的運(yùn)行安全和非法入侵者的人身安全，這就需要在變電站安裝一套入侵報警系統(tǒng)，當(dāng)有人非法闖入時，除了本地發(fā)生報警信號外，還可以及時向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心發(fā)出報警信號。

        針對此項目，設(shè)計安裝2對對射，防止有人非法闖入。將兩個防區(qū)的報警信號直接接入凱威的單路視頻編碼器，并通過視頻編碼器可以設(shè)置和中速球的預(yù)置位聯(lián)動，即當(dāng)防區(qū)觸發(fā)報警后，中速球可以自動移動到預(yù)置位，及時捕捉警情圖像，通過編碼器的報警輸出可以觸發(fā)本地的聲光警號，用戶警示入侵者，保證設(shè)備及人身安全。

        編碼器在觸發(fā)本地報警的同時，還通過無線網(wǎng)絡(luò)將報警信號傳送到監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)彈出報警畫面、啟動聲音報警輸出、準(zhǔn)確的在電子地圖中顯示出具體報警位置等一系列報警信息，用于提示值班人員及時注意，采取相應(yīng)措施。

        所有的報警系統(tǒng)采用常閉信號傳輸，具有防拆、防破壞功能。

        四、系統(tǒng)功能特點(diǎn)

        (1)監(jiān)控界面采用中文WINDOWS的通用操作界面，提供了在線中文幫助。能對系統(tǒng)各監(jiān)控對象命名和編號，并能通過對象名稱對對象進(jìn)行操作。

        (2)運(yùn)行維護(hù)人員可對任一路攝像機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對攝像機(jī)視角、方位、焦距、光圈、景深的調(diào)整;對于球形攝像機(jī)或帶預(yù)置位的云臺，操作人員可對預(yù)置位進(jìn)行操作，預(yù)置位可定義。

        (3)能夠通過計算機(jī)鼠標(biāo)遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)鏡頭、云臺、雨刮器動作，以及燈光照明設(shè)備開和關(guān)。

        (4)一機(jī)同屏顯示多路畫面?？梢詫?shí)現(xiàn)1路、4路、9路、16路，最高可到100路的一機(jī)同屏顯示。

        (5)可以實(shí)現(xiàn)按站輪巡、按站內(nèi)攝像機(jī)輪巡、按預(yù)置位輪巡等多種輪巡方式，用戶可自定義輪巡方案，輪巡時間可設(shè)定。能夠自動巡查各站端，及時發(fā)現(xiàn)站端故障。

        (6)幀速率、碼流、圖像分辯率可通過軟件操作界面手工設(shè)定其參數(shù)，也可按預(yù)先設(shè)定的方案自動調(diào)整幀、分辯率等參數(shù)以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的變化。

        (7)可以選取任意變電站進(jìn)行通話和監(jiān)聽，可實(shí)現(xiàn)與站端的語音對講(全雙工)，無需占用額外帶寬，無需另外布線。

        (8)通過軟件方式實(shí)現(xiàn)視頻通道的字符疊加，疊加字符可靈活設(shè)定。

        (9)具有多種錄像方式，錄像方式可自定義。錄像時將告警點(diǎn)信息與圖像后進(jìn)行存放，回放時將顯示上述信息;進(jìn)行圖像歷史查詢時，可根據(jù)告警點(diǎn)信息檢索與之相關(guān)的圖像。

        (10)在并發(fā)告警時，系統(tǒng)能夠全部接收，依次報警，不會丟失報警信息。

        (11)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前告警查詢、告警歷史查詢、錄像歷史查詢、操作歷史查詢等。

        (12)可遠(yuǎn)程設(shè)定布防、撤防策略，并按預(yù)先設(shè)定的策略自動進(jìn)行布防或撤防。

        (13)在電子地圖上可直觀地顯示攝像機(jī)、球機(jī)、防盜報警等設(shè)備的位置及有效范圍及報警狀態(tài)。

        (14)提供了時間同步功能，系統(tǒng)各部分時間以服務(wù)器時間為準(zhǔn)，實(shí)時校對，保持了時鐘的同步，精確度為毫秒級。

        (15)能夠預(yù)先設(shè)定或保存各站端信息于監(jiān)控中心的服務(wù)器上，方便施工和維護(hù)。

        (16)支持軟件遠(yuǎn)程升級。

        (17)監(jiān)控系統(tǒng)具有基于權(quán)限概念的分級監(jiān)控功能，高優(yōu)先級權(quán)限的操作員能搶占低優(yōu)先級權(quán)限的控制權(quán)，但不影響后者的瀏覽權(quán)。操作控制具有唯一性，同一時刻只允許一個操作人員控制同一控制對象。

        (18)具有嚴(yán)格的密碼驗(yàn)證機(jī)制以及用戶權(quán)限管理功能，根據(jù)工作性質(zhì)可對每個用戶賦予不同的權(quán)限等級，權(quán)限可設(shè)定。

        (19)系統(tǒng)能對用戶登錄、操作控制等所有重要的操作進(jìn)行記錄，可對操作記錄進(jìn)行查詢和統(tǒng)計，所有操作記錄具有不可刪除和不可更改性。