尤立華

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司新疆油田油氣儲(chǔ)運(yùn)分公司，新疆克拉瑪依834002）

在天然氣輸配管網(wǎng)上分布著各類一、二級(jí)的配氣站、簡(jiǎn)配站、調(diào)壓計(jì)量站等小型站點(diǎn)，該類站點(diǎn)地處戈壁或油氣密集區(qū)域，生產(chǎn)功能單一、結(jié)構(gòu)緊湊，多為無(wú)人值守。由于天然氣管網(wǎng)覆蓋面積大，包含的該類站點(diǎn)多，通過(guò)劃分片區(qū)進(jìn)行管理，一個(gè)片區(qū)包含數(shù)個(gè)無(wú)人站點(diǎn)和一個(gè)遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站，值班人員在遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站負(fù)責(zé)對(duì)下屬的無(wú)人站進(jìn)行管理和巡檢，生產(chǎn)調(diào)度人員在總調(diào)度監(jiān)控中心負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)天然氣管網(wǎng)進(jìn)行集中監(jiān)控。

1 無(wú)人站網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 總體說(shuō)明

小型無(wú)人值守站場(chǎng)周邊社會(huì)環(huán)境單一，占地面積小，約十幾平方米，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，工藝裝置多為露天。天然氣管網(wǎng)站場(chǎng)安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置基于油田辦公網(wǎng)絡(luò)及生產(chǎn)自動(dòng)化專網(wǎng)，采用先進(jìn)的視頻管理及視頻分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低碼流下高清晰視頻圖像的采集、存儲(chǔ)、傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)及自動(dòng)報(bào)警功能［1］。值班人員通過(guò)客戶端可清楚地了解轄區(qū)、重點(diǎn)要害部位的情況，實(shí)現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)資源和信息資源的共享，滿足了生產(chǎn)運(yùn)行、應(yīng)急搶修和上級(jí)主管部門(mén)的需求。

1.2 關(guān)鍵點(diǎn)

小型無(wú)人值守站場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

1）視頻傳輸及調(diào)試。由于各個(gè)小型無(wú)人值守站場(chǎng)的分布較為分散，且站間距較大，對(duì)視頻的遠(yuǎn)距離傳輸和集中監(jiān)控帶來(lái)困難；視頻采集、存儲(chǔ)、傳輸?shù)惹岸嗽O(shè)備分布在各個(gè)小型無(wú)人值守站場(chǎng)內(nèi)，安裝調(diào)試成本較高。

2）攝像機(jī)性能。視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)均為室外安裝，全年自然氣候差異性較大，晝夜溫差大，工作環(huán)境較為嚴(yán)苛，對(duì)設(shè)備的性能和質(zhì)量要求較高。

3）訪問(wèn)用戶權(quán)限管理。視頻監(jiān)控系統(tǒng)訪問(wèn)用戶數(shù)量較多，包括遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站值班人員、生產(chǎn)調(diào)度運(yùn)行人員、各級(jí)主管部門(mén)技術(shù)人員以及應(yīng)急搶修指揮人員等，因此需進(jìn)行分級(jí)權(quán)限管理。

4）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。視頻流并發(fā)訪問(wèn)及轉(zhuǎn)發(fā)功能需要有網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)支持。

5）視頻分析技術(shù)。受室外各種環(huán)境因素的影響，對(duì)視頻分析技術(shù)要求較高，對(duì)各類自然氣候條件，如：風(fēng)、霜、雨、雪、霧，攝像機(jī)的抖動(dòng)，夜間燈光照明以及油田伴生氣、蒸汽等干擾因素的識(shí)別，降低誤報(bào)率。

2 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

無(wú)人值守站場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無(wú)人值守站場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意

將無(wú)人值守站、遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站和管網(wǎng)調(diào)控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為一個(gè)整體，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)的接入分為核心層、匯聚層、接入層［2］。最上一層是整個(gè)天然氣管網(wǎng)視頻數(shù)據(jù)的核心層，設(shè)在調(diào)度中心，負(fù)責(zé)調(diào)用、控制和回放各個(gè)站場(chǎng)視頻資源，設(shè)置有中心管理服務(wù)器、工作站、歸檔備份服務(wù)器等設(shè)備。中間層作為視頻應(yīng)用的匯聚層，是視頻存儲(chǔ)與視頻流轉(zhuǎn)發(fā)的核心環(huán)節(jié)，設(shè)在遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站，對(duì)本站或下屬各無(wú)人站的視頻資源進(jìn)行調(diào)用、回放、遙控?cái)z像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或變焦（PTZ控制）等，設(shè)備有網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)（NVR）、客戶端工作站、存儲(chǔ)服務(wù)器、顯示大屏?；A(chǔ)層為各小型無(wú)人站，是前端監(jiān)控設(shè)備的接入層，實(shí)現(xiàn)本地存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)說(shuō)明

某油田天然氣輸、配管網(wǎng)分四大片區(qū)，其中西北緣片區(qū)分布有5座小型無(wú)人值守二級(jí)配氣站和1座有人值守集中監(jiān)控站，調(diào)控中心負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)輸配氣管網(wǎng)進(jìn)行集中監(jiān)控。為便于管理，將5座無(wú)人站分別編號(hào)為1～5號(hào)，每座站場(chǎng)安裝10臺(tái)網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，監(jiān)控點(diǎn)位部署分周界安防和生產(chǎn)區(qū)域監(jiān)控兩個(gè)功能，周界安防監(jiān)控點(diǎn)位部署在站場(chǎng)四面圍墻邊界處、場(chǎng)院死角、大門(mén)出入口重點(diǎn)部位，通過(guò)本地視頻分析服務(wù)器算法分析，觸發(fā)移動(dòng)目標(biāo)跟蹤和入侵報(bào)警功能，將入侵報(bào)警信息遠(yuǎn)傳至遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站；生產(chǎn)區(qū)域監(jiān)控部署在站內(nèi)計(jì)量間和工藝區(qū)邊界處、露天裝置區(qū)。每個(gè)站均安裝有NVR，對(duì)本站視頻進(jìn)行錄像存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)。

遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站內(nèi)值班人員遠(yuǎn)程監(jiān)控各無(wú)人站，調(diào)控中心集中監(jiān)控管網(wǎng)上所有站的視頻。天然氣輸、配管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 前端設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)作為前端設(shè)備，其主要功能見(jiàn)表1所列。在選型方面主要考慮分辨率、應(yīng)用環(huán)境、照度、寬動(dòng)態(tài)、鏡頭焦距等。由于無(wú)人站分布較為分散且分布廣，因而安裝的前端設(shè)備須具備穩(wěn)定性和遠(yuǎn)程維護(hù)功能，便于遠(yuǎn)程升級(jí)、備份、啟動(dòng)等。

3.3 存 儲(chǔ)

為不占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，各個(gè)無(wú)人站視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)的主要功能是對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)發(fā)送來(lái)的視頻流進(jìn)行存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)至存儲(chǔ)設(shè)備，響應(yīng)視頻工作站實(shí)時(shí)視頻和錄像回放的請(qǐng)求。

圖2 天然氣輸、配管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意

表1 前端攝像機(jī)主要功能

存儲(chǔ)容量的計(jì)算：基于通道數(shù)、碼流、存儲(chǔ)周期，計(jì)算存儲(chǔ)容量。如50路高清圖像，存儲(chǔ)90 d，則存儲(chǔ)容量＝4 Mbit/s（統(tǒng)一按平均碼流速）÷8×3 600×24×90×50÷1 024÷1 024＝185.4（TB）

3.4 無(wú)人站周界視頻分析功能實(shí)現(xiàn)

油氣站場(chǎng)作為易燃易爆場(chǎng)所，對(duì)進(jìn)站人員有嚴(yán)格的限制。為滿足無(wú)人站場(chǎng)周界安防的要求，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)視頻功能基礎(chǔ)上增加了智能分析技術(shù)［3］。采用后端服務(wù)器方式，該方式支持的視頻分析通道數(shù)有限，適合于小型站場(chǎng)的周界應(yīng)用。將網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與分析服務(wù)器設(shè)置為本地局域網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)地址，視頻信號(hào)由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)編碼壓縮后通過(guò)局域網(wǎng)傳輸，分析服務(wù)器抓取碼流后對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行算法分析。該過(guò)程稱為“入侵探測(cè)”，將站場(chǎng)周?chē)x為場(chǎng)景區(qū)域，四面圍墻定義為虛擬防區(qū)，當(dāng)物體接近或進(jìn)入預(yù)先設(shè)置好的虛擬防區(qū)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行探測(cè)并跟蹤軌跡，如果完全符合預(yù)設(shè)規(guī)則，則分析服務(wù)器發(fā)出報(bào)警信息。

3.5 遠(yuǎn)端集中監(jiān)控設(shè)備

遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站作為整個(gè)管網(wǎng)安防監(jiān)控系統(tǒng)的“應(yīng)用核心節(jié)點(diǎn)”，是視頻存儲(chǔ)和視頻流轉(zhuǎn)發(fā)的核心環(huán)節(jié)，具有對(duì)該片區(qū)視頻資源瀏覽、調(diào)閱、回放和攝像機(jī)控制等功能。遠(yuǎn)端集中監(jiān)控設(shè)備主要功能見(jiàn)表2所列。

表2 遠(yuǎn)端集中監(jiān)控設(shè)備主要功能

3.6 管網(wǎng)調(diào)控中心監(jiān)控部分

調(diào)控中心作為整個(gè)油氣管網(wǎng)安防管理的監(jiān)控中心，可全面監(jiān)控和管理下屬的所有站庫(kù)，查看實(shí)時(shí)圖像和調(diào)用錄像資料。遠(yuǎn)端監(jiān)控站已將各個(gè)小型無(wú)人站攝像機(jī)視頻碼流進(jìn)行存儲(chǔ)與管理，即使調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)不運(yùn)行也不影響各個(gè)集中監(jiān)控站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在調(diào)控中心設(shè)置由32個(gè)大屏拼接的電視墻，調(diào)控中心要從各集中監(jiān)控站調(diào)取視頻資料，按照單屏單路計(jì)算，每路高清碼流4 Mbit/s，則32路速率可達(dá)128 Mbit/s，匯聚層與核心層之間的千兆鏈路能滿足該速率。在調(diào)控中心監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)還配置備用網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備，當(dāng)某一個(gè)遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站的網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)宕機(jī)失效時(shí)，可及時(shí)接管，將集中監(jiān)控站視頻碼流切換至調(diào)控中心系統(tǒng)，匯聚層與核心層之間的鏈路發(fā)揮著重要作用。

3.7 網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸由綜合布線和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成，5座小型無(wú)人站交換機(jī)為接入層、遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站交換機(jī)為匯聚層、調(diào)控中心交換機(jī)為核心層，系統(tǒng)速率滿足百兆接入，千兆匯聚、千兆核心。其中，遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站匯聚層流量示意如圖3所示，各層級(jí)網(wǎng)絡(luò)及交換機(jī)主要功能見(jiàn)表3所列。

圖3 遠(yuǎn)端集中監(jiān)控站匯聚層流量示意

表3 各層級(jí)網(wǎng)絡(luò)及交換機(jī)主要功能

從匯聚層連到核心層的鏈路需千兆。在該系統(tǒng)架構(gòu)中，NVR在匯聚層，核心交換機(jī)沒(méi)有視頻流存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)的較大壓力，只有實(shí)時(shí)視頻解碼顯示及錄像調(diào)用回放的流量壓力。核心層交換機(jī)的選型主要考慮交換容量以及與匯聚層之間鏈路帶寬。

匯聚交換機(jī)上口連接核心交換機(jī)，進(jìn)行部分實(shí)時(shí)視頻瀏覽及錄像回放請(qǐng)求，帶寬需求不高。下口連接接入交換機(jī)，5座小型無(wú)人站網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)碼流都將在集中監(jiān)控站匯聚交換機(jī)同時(shí)處理。按照每座站10臺(tái)攝像機(jī)，5座站共50臺(tái)，碼流4 Mbit/s，則50×4＝200 Mbit/s。匯聚層交換機(jī)需要支持百兆以上的交換容量，此外還需要考慮額外實(shí)時(shí)視頻轉(zhuǎn)發(fā)帶寬需求。

接入交換機(jī)下口連接網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，需要考慮與匯聚層之間鏈路帶寬，鏈路容量大于下連攝像機(jī)的總碼流，保證所有網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與NVR之間帶寬暢通。若交換機(jī)接入10路高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，則總碼流為40 Mbit/s，此外還需考慮控制、音頻等數(shù)據(jù)占用帶寬。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的幾個(gè)關(guān)鍵要素，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于高質(zhì)量、多細(xì)節(jié)、大場(chǎng)景；NVR作為系統(tǒng)的中間設(shè)備，具有視頻錄像、存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)功能，大容量、開(kāi)放化、標(biāo)準(zhǔn)化、支持冗余是產(chǎn)品性能的技術(shù)指標(biāo)；智能分析技術(shù)在“事前報(bào)警”、“事后視頻快速索引”方面特點(diǎn)突出。小型無(wú)人站網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是在有限的成本投資下，依靠現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件，選擇合適的產(chǎn)品及架構(gòu)，充分發(fā)揮其效能。系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行為今后長(zhǎng)輸管道及運(yùn)行管網(wǎng)視頻監(jiān)控綜合管理平臺(tái)的搭建提供基礎(chǔ)性的參考案例。