孫彥軍

摘 要：天津泰達(dá)凈水廠網(wǎng)絡(luò)化安防系統(tǒng)分為脈沖電子圍欄和網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。脈沖電子圍欄與紅外對(duì)射相比具有防范能力強(qiáng)，安全系數(shù)高等諸多優(yōu)勢(shì)；網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)屬于第三代監(jiān)控系統(tǒng)，是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的，基于TCP/IP協(xié)議，將嵌入式技術(shù)、視頻壓縮技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起。整個(gè)系統(tǒng)操控靈活、無(wú)需專人管理，有效的改善了原有安防系統(tǒng)的缺陷，滿足凈水廠安全保衛(wèi)和生產(chǎn)管理需求。該文介紹了網(wǎng)絡(luò)化安防系統(tǒng)的組成原理、技術(shù)特點(diǎn)及其在天津泰達(dá)凈水廠的具體應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：安防 光纖通訊 RS-485 脈沖 報(bào)警聯(lián)動(dòng)

中圖分類號(hào)：TV21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（a）-0049-03

天津泰達(dá)水業(yè)有限公司凈水廠地處濱海新區(qū)核心功能區(qū)即天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，是轄區(qū)內(nèi)唯一一座以自來(lái)水生產(chǎn)和供應(yīng)為主要業(yè)務(wù)的凈水廠。全廠占地面積約60萬(wàn)平方米，周界總長(zhǎng)近3 300 m，周邊與森林公園及多條道路接壤，廠區(qū)面積大、不可控因素較多。為了進(jìn)一步保障水廠安全，2014年對(duì)廠區(qū)原有紅外對(duì)射、模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了整體改造。改造后的安防系統(tǒng)包括脈沖電子圍欄和網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)兩部分，滿足水行業(yè)相關(guān)國(guó)家規(guī)定和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。既可實(shí)現(xiàn)對(duì)凈水廠廠區(qū)周界、辦公樓、一二期工程、三期工程、廠院大門和道路的整體安防管理；又可以掌握各工段人員的工作情況和生產(chǎn)線的運(yùn)行情況，還可以對(duì)凈水廠重大危險(xiǎn)源進(jìn)行全天候視頻監(jiān)控，對(duì)凈水廠的日常管理和安全防范有重要的意義。

1 脈沖電子圍欄

1.1 系統(tǒng)組成及工作原理

脈沖電子圍欄主要由圍欄前端、圍欄主機(jī)兩部分組成。圍欄前端主要由高強(qiáng)度不銹鋼合金線、終端桿、承力桿、中間桿及其配件組成，脈沖高壓依靠圍欄主機(jī)內(nèi)置電容對(duì)電荷的儲(chǔ)存和釋放過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，脈沖電子圍欄共有兩個(gè)回路，上電后圍欄主機(jī)發(fā)射端每秒分別向兩個(gè)回路輸出一次正、負(fù)高壓脈沖，在圍欄前端形成回路后，正、負(fù)高壓脈沖回到圍欄主機(jī)接收端，從而完成布防。同時(shí)圍欄主機(jī)還會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)兩回路之間電阻值的變化，如前端圍欄發(fā)生斷路或短路時(shí)，脈沖主機(jī)的接收端接收不到脈沖信號(hào)或兩個(gè)回路間的電阻太小，圍欄主機(jī)將對(duì)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行運(yùn)算處理，并輸出符合破壞程度或類型的報(bào)警信息。脈沖電子圍欄輸出高電壓、低電量脈沖，高壓狀態(tài)為5 K-10 kV，低壓狀態(tài)約0.7～1 kV，打擊電量被限制在≤2.5 mC，所以僅在皮膚表面形成有效的高壓打擊，體感疼痛比打火機(jī)電子打擊強(qiáng)度大5～7倍左右，不足以對(duì)人體造成傷害。

1.2 功能特點(diǎn)

傳統(tǒng)的紅外對(duì)射只具備報(bào)警功能，不具備阻擋功能，通常入侵者進(jìn)入防范區(qū)域之后，報(bào)警信號(hào)才會(huì)傳遞到監(jiān)控中心，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的周界防范。電子圍欄一改紅外對(duì)射事后報(bào)警的傳統(tǒng)模式，強(qiáng)調(diào)了以阻擋為主，報(bào)警為輔兼有威懾作用的國(guó)際周界安防新概念，同時(shí)具備誤報(bào)率低、不受天氣、地形和環(huán)境的影響、前期投入成本低，維修維護(hù)簡(jiǎn)便、有效減少防控人力等優(yōu)點(diǎn)。

2 網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 組成及主要設(shè)備

該系統(tǒng)主要由視頻采集、視頻傳輸、視頻存儲(chǔ)、視頻顯示、視頻管理五大部分組成。主要設(shè)備有數(shù)字網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)（NVR）、高清解碼器、拼接屏等。

所用的攝像機(jī)均為數(shù)字網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，內(nèi)置高清超低照度逐行掃描CMOS傳感器，支持5D降噪技術(shù)、HH.264編碼方式、智能紅外技術(shù)及多種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。NVR采用嵌入式Linux系統(tǒng)，錄像存儲(chǔ)的品質(zhì)不低于720P/130萬(wàn)像素3M碼流或1080P像素4 M碼流，幀速不低于25FPS，不能對(duì)錄像數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改，有效保證用戶錄像數(shù)據(jù)的高度安全；錄像時(shí)間自動(dòng)校準(zhǔn)，視頻圖像可實(shí)現(xiàn)所見(jiàn)即所存。高清解碼器最多可支持16路1080P/32路720P/64路DI分辨率視頻碼流的全實(shí)時(shí)解碼；支持單畫面/四畫面/九畫面/十六畫面等多種監(jiān)控模式。拼接屏采用標(biāo)準(zhǔn)的IU機(jī)架式結(jié)構(gòu)，單路高清解碼器加單塊液晶屏組成一個(gè)顯示單元，以顯示單元疊加的方式組成拼接屏。

2.2 功能特點(diǎn)

用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)代替了傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)，直接輸出數(shù)字高清視頻信號(hào)，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到凈水廠所能延伸到的每個(gè)角落。NVR直接存儲(chǔ)攝像機(jī)視頻信號(hào)，省去所有中間環(huán)節(jié)，將故障點(diǎn)降到最低。在布線方面，摒棄了大量的視頻線纜，將多路高清數(shù)字信號(hào)匯集在一條網(wǎng)絡(luò)線纜中進(jìn)行傳輸，直接進(jìn)入監(jiān)控中心，極大的簡(jiǎn)化了施工難度。所有軟硬件產(chǎn)品全部為同一廠商產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫兼容。整個(gè)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)支持標(biāo)準(zhǔn)的壓縮、傳輸、控制、轉(zhuǎn)碼協(xié)議，通過(guò)預(yù)留的系統(tǒng)接口可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用擴(kuò)展。除此之外，網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)還具備以下特色功能。

（1）ANR斷點(diǎn)續(xù)存：攝像機(jī)支持內(nèi)置大容量SD卡存儲(chǔ)，攝像機(jī)、NVR全部支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)存功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷或存儲(chǔ)設(shè)備故障時(shí)，錄像存至攝像機(jī)SD卡，可保證一天內(nèi)的視頻不丟失、不覆蓋。待網(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)設(shè)備恢復(fù)后，自動(dòng)按照時(shí)間順序?qū)D卡錄像上傳至NVR，保證錄像的連續(xù)性和完整性。

（2）三碼流自動(dòng)分流：數(shù)字網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)支持三碼流并發(fā)，即一個(gè)主碼流和兩個(gè)子碼流，解碼器會(huì)自動(dòng)選擇合適的分辨率和碼流進(jìn)行瀏覽，液晶屏單畫面時(shí)自動(dòng)選擇主碼流預(yù)覽，多畫面時(shí)自動(dòng)選擇子碼流預(yù)覽。既可滿足多方視頻調(diào)閱需求，又保證了產(chǎn)品性能的合理分配和最小的帶寬資源占用。最大限度的保證在多方訪問(wèn)情況下，完全消除由多路并發(fā)引起的攝像機(jī)性能衰減、死機(jī)、中斷、卡頓等問(wèn)題。

（3）切片引擎檢索：NVR支持切片引擎檢索技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)視頻錄像至少九段分割，檢索大容量的視頻錄像時(shí)，將錄像進(jìn)行多次分段，每段錄像有一張?zhí)崾緢D片，根據(jù)圖片的差異就可以找到事件發(fā)生的時(shí)間段，直接點(diǎn)擊圖片錄像就開始播放，提高錄像回放的速度和準(zhǔn)確性。

（4）虛擬集控：多臺(tái)高清解碼器可通過(guò)一個(gè)鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)漫游操作，完全不需要通過(guò)管理平臺(tái)和客戶端進(jìn)行操作。無(wú)須安裝任何設(shè)備和軟件，直接通過(guò)安防系統(tǒng)中任意一臺(tái)硬件設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的集中管理與控制，可以脫離平臺(tái)或獨(dú)立組網(wǎng)管控。不僅節(jié)約成本，而且貼近用戶使用習(xí)慣，更加經(jīng)濟(jì)性人性化。

3 具體應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)化安防系統(tǒng)整體理念為“一個(gè)中心，兩點(diǎn)布控”，即水廠中控室為主控和存儲(chǔ)中心，門衛(wèi)室與武警值班室為兩個(gè)分控站。其中脈沖電子圍欄可實(shí)現(xiàn)中控室、門衛(wèi)室與武警值班室三地布控；網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)分為生產(chǎn)部分和安防部分，按不同管理需求分別進(jìn)行管理。系統(tǒng)具有靈活的分級(jí)控制功能，對(duì)不同級(jí)別、不同層次的用戶合理分配使用權(quán)限，避免人為越權(quán)使用監(jiān)控系統(tǒng)。

3.1 脈沖電子圍欄

電子圍欄系統(tǒng)是凈水廠安防系統(tǒng)的第一道防線，也是最重要的一道防線。采用ALEAN品牌全套產(chǎn)品，共分為33個(gè)防區(qū)，每100 m左右設(shè)置一個(gè)防區(qū)。廠區(qū)墻體為實(shí)體圍墻和鐵柵欄，地形基本規(guī)則。在圍欄始端、末端、大門及轉(zhuǎn)角或直線每100 m安裝一根終端桿；每16～20 m安裝一根承力桿，每4～5 m安裝一根中間桿，每10 m安裝一個(gè)警示牌，前端使用高強(qiáng)度不銹鋼合金線，采用4線制垂直安裝，現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)防區(qū)配備高分貝蜂鳴器一臺(tái)。脈沖電子圍欄共配置EN-EFKB控制鍵盤6臺(tái)，電子圍欄軟件PC機(jī)一臺(tái)。電子圍欄以“基站”為單位進(jìn)行遠(yuǎn)程集中管理，每個(gè)基站使用一條RVVP 2×1.0 RS-485通信電纜將各個(gè)防區(qū)串接起來(lái)，網(wǎng)絡(luò)采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于單個(gè)“基站”可管理和控制≤32個(gè)防區(qū)，每臺(tái)控制鍵盤對(duì)應(yīng)一個(gè)基站，電子圍欄軟件PC機(jī)可控制多個(gè)基站，因此將33個(gè)防區(qū)拆分為9防區(qū)基站和24防區(qū)基站。通過(guò)進(jìn)行RS-485與光纖通訊、TCP/IP的多重協(xié)議轉(zhuǎn)換后，可實(shí)現(xiàn)兩組基站多方式、多點(diǎn)控制方式，如圖1所示。即中控室通過(guò)兩臺(tái)控制鍵盤和電子圍欄軟件PC機(jī)進(jìn)行管理；門衛(wèi)室和武警值班室分別通過(guò)兩臺(tái)控制鍵盤進(jìn)行管理，從而實(shí)現(xiàn)脈沖電子圍欄三地布控。通過(guò)控制鍵盤和電子圍欄軟件PC機(jī)可進(jìn)行統(tǒng)一布、撤防，單獨(dú)防區(qū)布、撤防，報(bào)警復(fù)位等相關(guān)操作；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)布防、撤防和高壓、低壓轉(zhuǎn)換；可實(shí)時(shí)顯示防區(qū)編號(hào)、防區(qū)狀態(tài)、防區(qū)總數(shù)、已布防數(shù)、未布防數(shù)。可以自動(dòng)記錄128條報(bào)警信息，支持歷史報(bào)警打印功能及報(bào)警自動(dòng)打印功能，便于日后存檔查詢。

在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)懸掛高壓警示牌給入侵者以威懾感。電子圍欄的高度是0.8 m，相當(dāng)于在墻頂上增設(shè)一道電子屏障，增加了圍墻高度；同時(shí)電子圍欄的柔性中間桿和專用合金線，不支持人體的重量，可阻擋翻越行為。若入侵者強(qiáng)行通過(guò)周界圍墻時(shí)，系統(tǒng)可輸出脈沖高壓進(jìn)行打擊。若入侵者意圖以破壞的方式（如拉拽、剪斷合金線，破壞脈沖圍欄主機(jī)，破壞通訊線路等）實(shí)施入侵時(shí)，圍欄主機(jī)會(huì)識(shí)別相關(guān)短路、斷線，防拆、通訊失敗等報(bào)警信息，并及時(shí)進(jìn)行反饋。圍欄主機(jī)內(nèi)置4Ah 12V蓄電池，可在停電狀態(tài)下，不間斷工作12小時(shí)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)

泰達(dá)凈水廠網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)為專網(wǎng)專用，通過(guò)邏輯和物理隔離保證了系統(tǒng)的安全。監(jiān)控系統(tǒng)核心器件選用星網(wǎng)銳捷產(chǎn)品。攝像機(jī)共計(jì)82臺(tái)，安防部分?jǐn)z像機(jī)34臺(tái)，生產(chǎn)部分48臺(tái)。其中SN1821-CI20高清網(wǎng)絡(luò)紅外球機(jī)42臺(tái)，1728-CI高清網(wǎng)絡(luò)紅外一體機(jī)34臺(tái)，SN1618-CIW高清網(wǎng)絡(luò)紅外半球6臺(tái)。中控室采用6臺(tái)SN8616-28-M NVR進(jìn)行組網(wǎng)，主干網(wǎng)采用光纖通訊，由于僅傳輸視頻信號(hào)，傳輸距離遠(yuǎn)并且穩(wěn)定性要求高，因此主干線路采用48芯單模光纖?，F(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)接入采用SN7108百兆交換機(jī)，通過(guò)千兆光纖主干專網(wǎng)至SN7116-F 匯聚交換機(jī)。每70路高清視頻進(jìn)行一次匯聚，選擇一臺(tái)千兆交換機(jī)。千兆光纖上聯(lián)至RG-S5750-24GT核心交換機(jī)，通過(guò)核心交換機(jī)進(jìn)行視頻的匯聚、集中轉(zhuǎn)發(fā)及存儲(chǔ)。12路SN9234-H-1高清解碼器對(duì)接收到的視頻信號(hào)進(jìn)行解碼，根據(jù)使用需要由矩陣分配器為12塊拼接屏分配相應(yīng)視頻信號(hào)。拼接屏控制軟件基于RS232協(xié)議，在拼接屏上可顯示實(shí)時(shí)畫面和錄像回放，可根據(jù)需要進(jìn)行多場(chǎng)景設(shè)置、多畫面分割顯示，也可在多塊屏上拼接顯示單路高清畫面。門衛(wèi)室與武警值班室均設(shè)置兩塊拼接屏，主控中心視頻信號(hào)通過(guò)光纖傳至武警和門衛(wèi)相應(yīng)的高清解碼器，在液晶屏上通過(guò)輪巡的方式進(jìn)行顯示。6臺(tái) SN8616-28-M硬盤錄像機(jī)支持所有視頻錄像按時(shí)間、地址、事件查詢，支持五分鐘內(nèi)錄像即時(shí)回放功能，存儲(chǔ)時(shí)間不少于30 d，錄像時(shí)間自動(dòng)校準(zhǔn)，保證錄像和事件發(fā)生時(shí)間的統(tǒng)一性。錄像可實(shí)現(xiàn)拼接屏多路回放、支持切片引擎快速檢索技術(shù)，對(duì)事后的錄像取證有關(guān)鍵的指示作用。支持重要錄像資料鎖定和解鎖功能，保障重要錄錄資料不被循環(huán)錄像覆蓋。

主控中心12塊拼接屏根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)隨意組合和調(diào)用，從而對(duì)生產(chǎn)部分和安防部分全部監(jiān)控場(chǎng)景進(jìn)行統(tǒng)籌管理。分控站主要負(fù)責(zé)安防部分的日常管理工作，拼接屏通過(guò)輪巡的方式進(jìn)行顯示。主控中心和兩個(gè)分控站均可實(shí)現(xiàn)錄像調(diào)閱?？赏ㄟ^(guò)多種方式進(jìn)行圖像瀏覽，包括拼接屏、網(wǎng)頁(yè)、客戶端等，輸入攝像機(jī)IP地址就可以看到監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻。數(shù)字網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)、高清解碼器、NVR支持在PC端通過(guò)Web頁(yè)面進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)，將PC機(jī)IP與上述設(shè)備的IP地址設(shè)置到同一網(wǎng)段即可。網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)具備一鍵組網(wǎng)功能，無(wú)需在存儲(chǔ)設(shè)備中設(shè)置IP地址、端口號(hào)等參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)添加和列表顯示。

3.3 報(bào)警聯(lián)動(dòng)

監(jiān)控系統(tǒng)安防部分的18 臺(tái)高清網(wǎng)絡(luò)紅外球機(jī)與脈沖電子圍欄實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)，其中有的一個(gè)防區(qū)對(duì)應(yīng)一臺(tái)紅外球機(jī)，有的兩個(gè)防區(qū)對(duì)應(yīng)一臺(tái)紅外球機(jī)。共使用5個(gè)ALEAN EN-ZLQ總線聯(lián)動(dòng)模塊，每個(gè)總線聯(lián)動(dòng)模塊可以帶8個(gè)防區(qū)的開關(guān)量輸出信號(hào)，每個(gè)開關(guān)量輸出信號(hào)與各防區(qū)圍欄主機(jī)一一對(duì)應(yīng)。每臺(tái)NVR內(nèi)置16路開關(guān)量報(bào)警信號(hào)，支持多種云臺(tái)控制協(xié)議，可對(duì)相關(guān)參數(shù)（預(yù)置點(diǎn)、巡航、軌跡等）進(jìn)行設(shè)置。在正常布防狀態(tài)下，報(bào)警一旦發(fā)生，前端對(duì)應(yīng)防區(qū)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，以震懾入侵者。通過(guò)RS-485總線信號(hào)使鍵盤和電子圍欄軟件PC機(jī)及時(shí)獲取到防區(qū)編號(hào)、報(bào)警類型等相關(guān)信息。中控室、門衛(wèi)室與武警值班室均蜂鳴器響起，警燈閃爍，提醒相關(guān)人員注意；同時(shí)總線聯(lián)動(dòng)模塊將對(duì)應(yīng)防區(qū)圍欄主機(jī)的報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號(hào)以此聯(lián)動(dòng)硬盤錄像機(jī)，通過(guò)球機(jī)方向和鏡頭拉伸定位報(bào)警對(duì)象、電子圍欄軟件PC機(jī)內(nèi)置電子地圖自動(dòng)彈出報(bào)警區(qū)域位置，可快速定位事發(fā)地點(diǎn)，便于相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行盡快現(xiàn)場(chǎng)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

天津泰達(dá)凈水廠網(wǎng)絡(luò)化安防系統(tǒng)在功能上符合網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化的發(fā)展需求。所有核心器件采用電信級(jí)的工業(yè)制造工藝，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，可以保證無(wú)故障率達(dá)7年以上。系統(tǒng)建設(shè)簡(jiǎn)單快捷，便于安裝使用和維護(hù)。不僅提升了泰達(dá)凈水廠的廠區(qū)安全等級(jí)，而且能及時(shí)全面地掌握企業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)，降低管理人員的工作強(qiáng)度，使安全防范和管理控制更加多樣化、靈活化、立體化。近期門禁系統(tǒng)和道閘系統(tǒng)分別進(jìn)行了改造，通過(guò)安防系統(tǒng)預(yù)留接口，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的應(yīng)用擴(kuò)展。

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