徐平

（天津鞍鋼天鐵冷軋薄板有限公司，天津 300301）

鞍鋼天鐵視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

徐平

（天津鞍鋼天鐵冷軋薄板有限公司，天津 300301）

介紹了鞍鋼天鐵數(shù)字化視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成。通過在鞍鋼天鐵調(diào)度中心應(yīng)用視頻集中監(jiān)控技術(shù)，將分散的視頻信號通過二次切換，傳輸?shù)焦菊{(diào)度中心，進(jìn)行集中監(jiān)控和存儲，使調(diào)度更加方便，能夠集中實時掌握現(xiàn)場生產(chǎn)狀況并進(jìn)行故障分析。

視頻 監(jiān)控 數(shù)字硬盤錄像機 多頻拼接控制器 圖像拼接技術(shù)

1 引言

鞍鋼天鐵公司是一家以滿足建筑、輕工、家電及部分汽車板為主，年設(shè)計生產(chǎn)能力為150萬噸冷軋薄板的現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)。在工程建設(shè)時，各機組已建設(shè)了獨立的為機組配套的工業(yè)電視系統(tǒng)，可以供操作室操作人員實時查看機組各生產(chǎn)環(huán)節(jié)和設(shè)備運行情況，保證生產(chǎn)和設(shè)備的安全運行。為了使這些視頻資源得到更加充分有效的利用，便于調(diào)度和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)集中實時掌握現(xiàn)場生產(chǎn)狀況，以及配合現(xiàn)場故障的分析、處理和跟蹤，決定建設(shè)調(diào)度中心工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，對關(guān)鍵視頻進(jìn)行集中的監(jiān)控和存儲。

利用現(xiàn)場的視頻采集設(shè)備，將所有現(xiàn)場工業(yè)電視視頻信號進(jìn)行二次切換，通過光纖匯聚到調(diào)度中心，對視頻進(jìn)行集中處理，并且利用硬盤錄像機進(jìn)行存儲，將部分視頻信號和相關(guān)生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示在調(diào)度中心的電視墻上，同時可通過公司局域網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)取視頻錄像。通過這些構(gòu)筑了鞍鋼天鐵調(diào)度中心數(shù)字化視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)公司需求，數(shù)字化視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)的按照功能主要劃分為操作室監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1 操作室監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 操作室監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

所有前端攝像機信號先進(jìn)入本地控制室，經(jīng)由視頻分配器分出兩路信號。

其中一路通過多畫面處理器合成為多路或單路畫面在本地操作室工業(yè)電視上顯示，供操作工查看；另一路進(jìn)入的視頻光端機（光發(fā)送端機），經(jīng)光纖輸送到公司調(diào)度中心。這些主要由前端視頻信號的采集和傳輸系統(tǒng)兩部分組成。

2.1.1 前端視頻信號的采集

目前主要有安裝在生產(chǎn)區(qū)域和庫區(qū)的146個攝像機組成，分別分布在13個操作主控室，其中酸洗區(qū)域安裝18個，軋機區(qū)域12個，酸再生區(qū)域2個，平整機區(qū)域9個，罩式爐區(qū)域9個，磨輥間區(qū)域10個，熱鍍鋅區(qū)域22個，連退區(qū)域32個，倉庫16個，庫區(qū)大門16個等。

2.1.2傳輸系統(tǒng)部分

主要包括傳輸視頻信號的雙屏蔽同軸電纜和遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓饫|，其中同軸電纜用于攝像機與操作室內(nèi)視頻分配器和監(jiān)視器的連接；13條4芯或8芯單模光纜連接各個機組操作室與調(diào)度中心，把視頻信號傳輸至公司調(diào)度中心。

2.2 調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)

調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在調(diào)度中心，從現(xiàn)場通過光纜和視頻光端機傳送過來的視頻信號首先進(jìn)入數(shù)字硬盤錄像機進(jìn)行集中存儲，硬盤錄像機與局域網(wǎng)相連，聯(lián)網(wǎng)的視頻監(jiān)控工作站通過視頻共享服務(wù)器實現(xiàn)視頻信號的本地顯示和錄像的調(diào)??；然后，數(shù)字硬盤錄像機輸出信號通過視頻矩陣和大屏幕顯示控制系統(tǒng)處理后顯示在大屏幕電視墻上。調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)主要由圖像集中存儲系統(tǒng)和調(diào)度中心大屏幕顯示控制系統(tǒng)2部分組成。

2.2.1 圖像集中存儲系統(tǒng)

主要由16臺16路嵌入式數(shù)字硬盤錄像機和1臺視頻共享服務(wù)器組成，將重點區(qū)域的圖像進(jìn)行長時間記錄保存，便于聯(lián)網(wǎng)計算機實時查看或調(diào)取錄像。

2.2.2 調(diào)度中心大屏幕顯示控制系統(tǒng)

主要由投影顯示部分、信號處理部分和控制系統(tǒng)3部分組成。

投影顯示部分，即組合顯示屏。在生產(chǎn)調(diào)度中心內(nèi)，設(shè)置一套由10（5×2）塊60 in DLP投影單元組成的大屏幕顯示墻。數(shù)字光處理（digital lighting progress，DLP）技術(shù)是先將影像訊號經(jīng)過數(shù)字處理，然后再把光投影出來。物理上，整套組合顯示屏由模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、一體化的投影箱體疊加組成，每個封閉式投影箱體均包括DLP投影機和專業(yè)背投影屏幕板，投影機和屏幕以背投方式顯示圖像。

信號處理部分主要由視頻矩陣、RGB矩陣和多屏拼接控制器等組成。多屏拼接控制器通過多路網(wǎng)絡(luò)連接多個應(yīng)用系統(tǒng)，傳輸并合成計算機網(wǎng)絡(luò)圖像，以合適的圖像大小、分辨率顯示在大屏幕上，同時具有活動視頻處理功能，可以在計算機圖形上疊加視頻窗口。視頻矩陣切換器配合圖像處理器，可以靈活地切換和顯示實時的計算機圖像和視頻圖像，并且這些圖像和圖形能夠任意拼接縮放，如單屏、跨屏顯示。同時，多屏拼接控制器和RGB矩陣切換器以及視頻矩陣切換器、內(nèi)置圖像處理器互為補充，更重要的是互為備份，提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

控制系統(tǒng)主要是一套專用的控制軟件和智能操作鍵盤組成，負(fù)責(zé)控制DLP投影機的圖像拼接、色彩和顯示效果的調(diào)整，選擇需要顯示的信號和圖像。

3 集中監(jiān)控技術(shù)在鞍鋼天鐵調(diào)度中心的應(yīng)用

3.1 圖像顯示部分

本系統(tǒng)采用10塊60 in DLP大屏幕組成，通過網(wǎng)絡(luò)多屏處理器的傳輸顯示，可以把全墻作為統(tǒng)一的邏輯屏來顯示高分辨率的系統(tǒng)應(yīng)用程序，實現(xiàn)全屏顯示和分辨率的疊加；同時也可作為單屏和組合屏，單屏顯示的分辨率為1 024×768，各系統(tǒng)的組合屏可實現(xiàn)分辨率的疊加。各種信號均可靈活顯示，包括實時視頻信號顯示、RGB信號顯示、網(wǎng)絡(luò)信號的顯示、各類信號混合顯示。

3.2 視頻切換控制部分

調(diào)度中心設(shè)置有視頻矩陣切換器及智能鍵盤，調(diào)度室操作人員通過智能鍵盤對現(xiàn)場所有圖像進(jìn)行監(jiān)視、控制。視頻矩陣控制器采用插卡式結(jié)構(gòu)，配置了128路輸入32路輸出和16路輸入16路輸出兩級視頻矩陣，可以通過操作主控鍵盤實現(xiàn)對上傳信號的統(tǒng)一調(diào)度管理，也可通過控制主機任意切換顯示128路視頻圖像中的任意一路或任意選擇部分重要圖像，再配以畫面分割器，多屏畫面處理器將上傳的信息進(jìn)行處理，最終在DLP大屏幕上顯示。

3.3 集中錄像系統(tǒng)

在調(diào)度中心設(shè)置數(shù)字硬盤錄像機，將重點區(qū)域的圖像進(jìn)行長時間記錄保存，數(shù)字硬盤錄像機采用當(dāng)前最先進(jìn)的H.264數(shù)字壓縮算法，錄像內(nèi)容占用硬盤容量相對較小，且圖像回放清晰度高。數(shù)字硬盤錄像機能夠多工工作，即監(jiān)視、錄像、回放、網(wǎng)絡(luò)傳輸、備份可同時進(jìn)行；每路信道可以單獨設(shè)定錄像模式、錄像速度、動態(tài)感知級別、感知區(qū)域；時間表，亮度、對比度、飽和度都是連續(xù)可調(diào)的，并帶有報警、動態(tài)探測、云臺鏡頭控制等功能。數(shù)字硬盤錄像機備有RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，與公司局域網(wǎng)實現(xiàn)無縫連接，經(jīng)過視頻共享服務(wù)器轉(zhuǎn)換后，在網(wǎng)絡(luò)中的授權(quán)用戶（公司領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)業(yè)務(wù)管理部門領(lǐng)導(dǎo)）通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)圖像的共享瀏覽及控制。

4 本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及特點

4.1 關(guān)鍵技術(shù)——圖像拼接技術(shù)

圖像拼接是通過圖像拼接處理器和配套的管理軟件來完成的。圖像拼接處理器的工作原理是將一個完整的圖像信號劃分成N塊后分配給N個視頻顯示單元（如背投單元），完成用多個普通視頻單元組成一個超大屏幕動態(tài)圖像顯示屏,可以支持多種視頻設(shè)備的同時接入。圖像拼接處理器可以實現(xiàn)多個物理輸出組合成一個分辨率疊加后的超高分辨率顯示輸出，使屏幕墻構(gòu)成一個超高分辨率、超高亮度、超大顯示尺寸的邏輯顯示屏，完成多個信號源（網(wǎng)絡(luò)信號RGB信號和視頻信號）在屏幕墻上的開窗、移動、縮放等各種方式的顯示功能。

4.2 系統(tǒng)主要特點——擴展冗余性

鞍鋼天鐵調(diào)度中心數(shù)字化視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定、功能全面、操作簡單，具有很高的可擴展冗余性。具體體現(xiàn)在硬件、軟件以及合理的系統(tǒng)設(shè)計3個方面。

4.2.1 硬件方面

4.2.1.1 投影單元

投影單元為LANBODMD-60，配置了內(nèi)置圖像處理模塊，支持RGB信號、視頻信號的單元直接輸入，與通過網(wǎng)絡(luò)多屏處理器輸入顯示方式互為備份；投影單元物理分辨率為1 024×768，工作分辨率可達(dá)640× 480～1 600×1 200。

4.2.1.2 網(wǎng)絡(luò)多屏處理器LANBO2000

高性能的LANBO2000網(wǎng)絡(luò)多屏處理器能夠操作多個顯示投影單元。配置4路視頻輸入接口，為系統(tǒng)將來的擴容做好充足準(zhǔn)備，只需替換矩陣，就可輕易成倍增加系統(tǒng)的信號輸入能力。

4.2.2 軟件方面

本系統(tǒng)LANBO2000網(wǎng)絡(luò)多屏處理器配備了LANBO3000多屏拼接控制軟件，二者的結(jié)合使得拼接控制系統(tǒng)具有強大的大屏幕拼接控制能力和很高的靈活性。對于整個大屏幕系統(tǒng)所要顯示劃分具有相當(dāng)大的靈活性，通過拼接控制系統(tǒng)可以方便地進(jìn)行設(shè)置、調(diào)整，又不影響整個系統(tǒng)的運行，這為在不增加硬件配置的情況下實現(xiàn)系統(tǒng)擴容奠定了基礎(chǔ)。

4.2.3 合理的系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)在具備了軟、硬件的冗余性能之后，使得整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行得到了保證?，F(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)多屏處理器故障為例說明系統(tǒng)的冗余備份性。

系統(tǒng)在正常運行時，由于網(wǎng)絡(luò)多屏處理器存在故障，所有通過網(wǎng)絡(luò)多屏處理器輸入的視頻信號、RGB信號、網(wǎng)絡(luò)無法在拼接大屏幕上顯示。此時，若系統(tǒng)的冗余備份性能不夠完善，則整個拼接大屏幕系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)，只有維修人員排除故障后方可投入正常運行。但是，本方案中多屏拼接系統(tǒng)由于配置了內(nèi)置圖像處理模塊，并進(jìn)行了合理的系統(tǒng)設(shè)備連接，此時可迅速通過控制主機實現(xiàn)切換到備份顯示模式：

視頻信號的顯示：通過調(diào)整視頻矩陣，將輸出信號切換輸出到投影單元內(nèi)置圖像處理模塊，此時所有視頻信號便可按用戶需要通過內(nèi)置圖像處理模塊顯示在拼接大屏幕上。

RGB信號的顯示：通過調(diào)整RGB矩陣矩陣，將輸出信號切換輸出到內(nèi)置圖像處理模塊，此時所有RGB信號仍可按用戶需要通過內(nèi)置圖像處理模塊顯示在拼接大屏幕上。

網(wǎng)絡(luò)信號的顯示：網(wǎng)絡(luò)信號通過連接在RGB矩陣上的操作臺計算機上的網(wǎng)絡(luò)抓屏軟件獲取網(wǎng)絡(luò)信號，通過內(nèi)置模塊投影在拼接大屏幕上。該計算機桌面（包含了網(wǎng)絡(luò)計算機信號）通過RGB矩陣切換器直接切換輸出到投影單元的內(nèi)置圖像處理模塊，進(jìn)行直通、倍數(shù)放大顯示。

網(wǎng)絡(luò)多屏處理器在故障狀態(tài)下，所有信號（包括RGB信號、視頻信號和網(wǎng)絡(luò)計算機信號）均通過該方式顯示在拼接大屏幕上，使整個多屏拼接系統(tǒng)仍保持正常運轉(zhuǎn)，且切換時間極短，完全不會影響用戶的使用。

5 結(jié)束語

鞍鋼天鐵公司的監(jiān)控調(diào)度中心于2008年投入使用以來，一直處于可靠的運行狀態(tài)。實時視頻使調(diào)度指揮人員足不出戶就能全面監(jiān)視關(guān)鍵區(qū)域和各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)運行情況；錄像視頻為公司的設(shè)備故障和安全事件的事前、事中和事后分析提供了依據(jù)；遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控站為公司領(lǐng)導(dǎo)生產(chǎn)指揮和決策提供了高度安全、方便快捷、高效的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，為企業(yè)提供了最大利益的回報。

[1]羅世偉，左濤，鄒開耀.視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理及維護(hù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[2]李金伴，李捷輝.工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)培訓(xùn)教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

ApplicationofVideoCentralMonitoringtoAngang Tiantie Production Scheduling

Xu Ping
(Tianjin Angang Tiantie Cold Rolling Sheet Company Limited,Tianjin 300301,China)

The paper introduces the constitution of Angang Tiantie digital video central monitoring system,by means of which the distributed video signals after secondary switching are transmitted to the scheduling center to be monitored and stored centrally.Scheduling is more convenient as production situation can be controlled and failure analyzed on a real-time base.

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徐平，1995年畢業(yè)于武漢測繪科技大學(xué)（現(xiàn)武漢大學(xué)）計算機科學(xué)與工程系，現(xiàn)主要從事計算機信息化、通訊、計量等方面的工作，主要參與完成了天鐵集團(tuán)CIMS建設(shè)、天津鞍鋼天鐵冷軋工程（側(cè)重公司計算機信息化、通訊和計量）建設(shè)等項目。

（收稿 2012－03－27 編輯 潘娜）