王文

[摘? ? 要]當前我國部分長輸油氣管道開始實施區(qū)域化管理，以HAZOP分析為基礎(chǔ)結(jié)合站場運行實際進行適應(yīng)性改造，重點是通過基于高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭的工業(yè)視頻監(jiān)控改造、新增站場SCADA數(shù)據(jù)傳輸鏈路至區(qū)域分中心實現(xiàn)區(qū)域分中心對管道沿線站場閥室實行“集中監(jiān)視”“集中巡檢。

[關(guān)鍵詞]油氣管道;區(qū)域化管理;網(wǎng)絡(luò)攝像頭;遠程巡檢

[中圖分類號]TE973.6 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）04–0–03

Realization of Remote Video Inspection of Long-Distance?oil and Gas Pipelines Based on Network Cameras

Wang Wen

[Abstract]At present， some long-distance oil and gas pipelines in my country have begun to implement regional management， and based on HAZOP analysis， they have carried out adaptive transformation in combination with the actual operation of the station. Link to the regional sub-center to realize the "centralized monitoring" and "centralized inspection" of the valve room of the station along the pipeline by the regional sub-center.

[Keywords]oil and gas pipeline; regional management; webcam; remote inspection

我國長輸油氣管道企業(yè)為了適應(yīng)長輸管道的高度自動化，基層推行基于“無人值守站場”的精簡作業(yè)區(qū)管理模式，區(qū)域分中心通過視頻監(jiān)控進行遠程巡檢、通過SCADA終端進行工藝運行參數(shù)的集中監(jiān)視，達到有效釋放人力資源，繼續(xù)解放生產(chǎn)力，突破性提升管道運行管理水平。文章分析了基于網(wǎng)絡(luò)攝像機的長輸油氣管道遠程巡檢的實現(xiàn)過程。

1 基于網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)改造思路

結(jié)合GA 1166—2014《石油天然氣管道系統(tǒng)治安風險等級和安全防范要求》的相關(guān)要求及已建工業(yè)電視系統(tǒng)的相關(guān)經(jīng)驗，站場及閥室工業(yè)電視系統(tǒng)改造方案如下。

站場內(nèi)原有模擬攝像機均改成不低于200 W像素網(wǎng)絡(luò)高清攝像機，模擬攝像機對應(yīng)的DVR更換為NVR。另外，本著盡量利用現(xiàn)有設(shè)備減少投資的目的，對于已經(jīng)新增的網(wǎng)絡(luò)攝像機采用后期增加算法的方式實現(xiàn)智能AI功能，不再更換攝像機。

工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)采用“網(wǎng)絡(luò)攝像機+NVR（網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機）+本地監(jiān)控終端+遠程管理平臺”方式構(gòu)建數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用站內(nèi)本地監(jiān)控、站內(nèi)本地存儲、站內(nèi)本地管理為主，遠程監(jiān)控、遠程管理為輔。本地監(jiān)控、存儲和管理功能不依賴于遠程設(shè)備，各站場視工業(yè)電視監(jiān)控圖像上傳至分公司的調(diào)控中心視頻監(jiān)控，并且還能上傳到總公司，如圖1所示。

2 站場改造

結(jié)合站場現(xiàn)場環(huán)境，經(jīng)過攝像機的合理布點，加強對視頻資源的利用率，提高視頻監(jiān)控能效。實現(xiàn)可視化視頻監(jiān)控。對點位的布置要從以下方面考慮：①攝像機的安置高度;②監(jiān)控區(qū)域的重合度;③攝像機的安置位置。

在工藝站場圍墻四周攝像機網(wǎng)絡(luò)球型攝像機用于與周界聯(lián)動，在工藝區(qū)及工藝區(qū)的計量區(qū)設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)攝像機用于對工藝設(shè)備區(qū)的全面監(jiān)視，室內(nèi)重要的區(qū)域（機柜間、UPS間、站控室等）設(shè)置紅外半球攝像機。工藝站場大門處設(shè)置具備人臉識別、車牌抓拍功能的攝像機。

各站視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)由前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備供電系統(tǒng)、視頻圖像存儲、站控室顯示系統(tǒng)組成。

前端系統(tǒng)：防爆一體化攝像機、室外球型網(wǎng)絡(luò)攝像機、室內(nèi)球型攝像機、室內(nèi)定點槍式攝像機、防爆接線箱、不銹鋼防水配電箱、空開、熔接盒、尾纖、撓性管（防爆）、電源防雷器、信號防雷器、光電收發(fā)器、防雷接地系統(tǒng)。

傳輸網(wǎng)絡(luò)：站內(nèi)攝像頭傳輸采用前端至站控室鋪設(shè)光纜的方式進行傳輸，各站至分公司網(wǎng)絡(luò)傳輸并入至已建的傳輸系統(tǒng)中。

改造后的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足，站場本地工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)支持前端及后端I/O干接點觸發(fā)聯(lián)動功能，第三方系統(tǒng)的開關(guān)量接入前端攝像機或后端設(shè)備的I/O口，按照配置策略觸發(fā)攝像機響應(yīng)，在視頻終端呈現(xiàn)提示或顯示圖像，進行實時監(jiān)控和錄像。站場本地監(jiān)控系統(tǒng)與周界入侵報警系統(tǒng)、火災(zāi)報警等系統(tǒng)進行聯(lián)動時，從接收到報警到觸發(fā)成功時間間隔不得超過2 s。站場本地監(jiān)控系統(tǒng)支持后臺聯(lián)動功能，后臺聯(lián)動時，應(yīng)為第三方系統(tǒng)提供符合GB/T 28181規(guī)定的接口，第三方系統(tǒng)觸發(fā)報警，按照配置策略觸發(fā)攝像機響應(yīng)，并在視頻終端呈現(xiàn)提示或顯示圖像，進行實時監(jiān)控和錄像。

3 RTU閥室改造

采用多個高清攝像頭實現(xiàn)閥室室內(nèi)100 %視頻全覆蓋，另外閥室圍墻處攝像機應(yīng)具備基于攝像機的周界防范功能，便于增強閥室安防系統(tǒng)提升。

RTU閥室視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)由前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、視頻圖像存儲、設(shè)備供電系統(tǒng)、千兆網(wǎng)絡(luò)交換機、站控室顯示系統(tǒng)組成，如圖2所示。

（1）前端系統(tǒng)：室外球型網(wǎng)絡(luò)攝像機（帶語音喊話功能）、室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)球形攝像機、不銹鋼防水配電箱、空開、熔接盒、尾纖、撓性管、電源防雷器、信號防雷器、光電收發(fā)器、防雷接地系統(tǒng)。3A2866B9-11F9-4C27-9AAC-E7BCF61826B9

（2）傳輸網(wǎng)絡(luò)：RTU閥室采取并入伴隨管道光纜的通信模式傳至就近站場NVR，通過站場網(wǎng)絡(luò)傳輸至分公司。

（3）視頻圖像存儲：通過管道光纜傳至就近站場NVR進行存儲。

（4）設(shè)備供電系統(tǒng)：鋪設(shè)電纜，通過外電供電系統(tǒng)進行設(shè)備供電。

4 關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要求

4.1 攝像機基本功能要求

（1）攝像機分辨率可分擋配置，至少支持1080 P;

（2）支持多碼流不同碼率輸出，主碼流不小于30幀/s（分辨率1920×1080）;

（3）選擇限定帶寬和可變帶寬功能，可變帶寬模式下可設(shè)置畫質(zhì)優(yōu)先或幀率優(yōu)先;

（4）支持H.264/H.265/MPEG4/ SVAC視頻編碼算法;

（5）200萬像素至少滿足1 000 TVL;

（6）支持語音采集接口;

（7）支持日夜模式自動轉(zhuǎn)換功能;

（8）支持自動增益控制、自動白平衡調(diào)整、背光補償、自動電子快門、自動光圈功能;

（9）支持遮擋告警、視頻丟失告警功能;

（10）支持10/100M Base-T以太網(wǎng)接口或光纖接口、RS485、音頻輸入/輸出接口;

（11）支持Micro SD卡插槽，支持Micro SD/Micro SDHC，支持SD卡熱插拔，存儲容量不小于 128 G;

（12）支持HTTPS、SSH等安全認證;

（13）支持GB/T 28181、ONVIF、SNMP相關(guān)協(xié)議;

（14）支持軟件集成開放式API。

4.2 能實現(xiàn)的前段行為分析功能

穿跨越警戒面：目標穿越用戶設(shè)置警戒面時，系統(tǒng)自動產(chǎn)生報警，可按照穿越警戒面的方向，分為單向報警和雙向報警;

區(qū)域入侵：目標在用戶設(shè)置檢測區(qū)域范圍內(nèi)停留（包括靜止和移動）超過限定時間時，系統(tǒng)自動產(chǎn)生報警;

進入?yún)^(qū)域：目標在用戶設(shè)置的檢測區(qū)域外進入檢測區(qū)域時，系統(tǒng)自動產(chǎn)生報警;

離開區(qū)域：目標在用戶設(shè)置的檢測區(qū)域內(nèi)離開檢測區(qū)域時，系統(tǒng)自動產(chǎn)生報警。

徘徊檢測：當監(jiān)控范圍內(nèi)的目標在感興趣區(qū)域內(nèi)逗留超過預設(shè)的時間時就觸發(fā)徘徊檢測告警，同時使用告警框進行標識。

支持斷網(wǎng)續(xù)傳、智能后檢索。

支持設(shè)備異常檢測：網(wǎng)線斷、IP地址沖突、存儲器滿、存儲器錯、非法訪問。

另外槍型攝像機主用用于車牌及人臉識別，除支持前端行為分析的基礎(chǔ)功能外，還應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：①應(yīng)支持人臉檢測，支持檢出戴安全帽、耳機、眼鏡等遮擋的人臉，抓拍行人圖像其人像頭部圖像水平分辨率不低于50個像素，被抓拍圖像應(yīng)能人眼看清人臉輪廓;②應(yīng)支持人臉抓拍，人臉抓拍捕獲率≥99%;③應(yīng)支持對經(jīng)過主要出入口的機動車輛、非機動車進行正向/或逆向行駛捕獲和抓拍，抓拍車輛圖像其車輛圖像水平分辨率不低于100個像素，被抓拍圖像應(yīng)能人眼看清車輛類型、號牌、顏色和輪廓。

4.3 網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機

網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機采用MPEG4/H.264/H.265圖像壓縮標準;支持GB/T28181、ONVIF、RTSP協(xié)議，可接駁第三方主流廠商的網(wǎng)絡(luò)攝像機;圖像格式支持720 P、1080 P可任選;系統(tǒng)應(yīng)能自動判斷存儲介質(zhì)性能，單個存儲介質(zhì)損壞不應(yīng)影響系統(tǒng)存儲性能;系統(tǒng)支持存儲空間擴展，存儲空間的擴展不應(yīng)改變現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);雙向數(shù)據(jù)通道（RS-485/422），配有不少于視頻輸入路數(shù)的報警輸入和至少1路報警輸出，支持雙網(wǎng)卡。通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)將視頻傳送到監(jiān)控終端上。支持高清視頻輸入，支持HDMI及VGA視頻輸出，輸出分辨率不低于1920×1080。

5 分公司監(jiān)控終端平臺建設(shè)

利用分公司前期建設(shè)的監(jiān)控中心數(shù)據(jù)路由，現(xiàn)場設(shè)備均選用與初期建設(shè)設(shè)備能夠兼容運行的方式運行。分公司更新一臺PC終端，增加一臺流媒體服務(wù)器、一套監(jiān)控軟件，直接訪問流媒體，以解決分公司監(jiān)控終端單獨訪問各站NVR所需大流量高清畫面?zhèn)鬏斔璧膸捀咝枨蟆?/p>

本次工業(yè)監(jiān)控項目改造完成后，分公司攝像頭數(shù)量增加，為增加顯示效果，在分公司調(diào)度中心新增大屏幕系統(tǒng)一套。增加一套話筒音響系統(tǒng)，用于與現(xiàn)場遠程通話。

6 存儲容量設(shè)計

本工程網(wǎng)絡(luò)攝像機圖像在站內(nèi)進行本地存儲和管理。綜合考慮項目的建設(shè)成本，在保障視頻圖像清晰度的前提下，降低傳輸帶寬及現(xiàn)場的存儲容量，各站場的實時監(jiān)控畫面?zhèn)鬏?、存儲及上傳均采?080 P@30 fps格式，圖像采用H.265技術(shù)編碼碼流約為2 Mbps/路，可存儲不低于90 d計算圖像存儲容量：每路視頻全動態(tài)存儲速率為2 Mbps÷8=256 kbps;每路視頻全動態(tài)存儲1 d的容量為256 kbps×3600 s×24=21.1 GB;90 d每路全動態(tài)存儲容量為21.1 GB×90=1899 GB=1.86 T;各站場存儲設(shè)備的配置容量應(yīng)≥1.86 T×數(shù)字視頻存儲路數(shù)，RAID級別按5設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機支持16盤位，兩組RAID、一塊熱備硬盤滿配時可以支持35路2 Mbps碼流存儲90 d的要求。

7 傳輸帶寬設(shè)計

監(jiān)控攝像機現(xiàn)在正常使用的兩個協(xié)議標準，一個是H.264，另一個是H.265。監(jiān)控攝像機的碼率的含義簡單地講就是，每秒有多少數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過。單位默認kbps，可以換算成Mbps，就是除以進率1024，得出的每秒有多少Mb的數(shù)據(jù)經(jīng)過。網(wǎng)絡(luò)攝像機的碼率計算，通常是把主碼流數(shù)值和子碼流數(shù)值想加。主碼流是高清畫面，是用來支持保存錄像和單畫面顯示的;子碼流是普清畫面，用來支持網(wǎng)絡(luò)傳輸和多畫面顯示的。H.264協(xié)議標準下的碼率：100萬像素/130萬像素的碼率約2.5 Mb;200萬像素碼率約4.5 Mb;300萬像素碼率約6.5 Mb。

如果攝像機用的H.265技術(shù)標準，首先要知道H.265技術(shù)是讓碼流減半，所以差不多是H.264標準攝像機數(shù)量的2倍。H.265技術(shù)不但能讓寬帶壓力減半，還可以讓存儲容量減半。

一個前端200 W像素H.265編碼的攝像頭，那么它的帶寬就是2 M，總共有100個攝像頭，那帶寬就是200 M，對應(yīng)的解碼器的資源也需要200 M的帶寬。

8 結(jié)束語

改造后，分公司監(jiān)控中心可通過監(jiān)控終端快速遠程對各站場、RTU閥室進行遠程視頻輪巡、監(jiān)控。在實施過程中要重點做好網(wǎng)絡(luò)攝像機的選型、攝像頭安裝位置的確定、通信鏈路的規(guī)劃、儲存容量的設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的規(guī)劃、監(jiān)控平臺的選擇。

參考文獻

[1] 薛堅，鄭文斌，章振海，等.基于圖像監(jiān)控的變電所智能巡檢系統(tǒng)研發(fā)[J].中天科技，2014，12（7）：105-108.

[2] 馮黎明，伍淑輝，卓勇.油氣管道安全防護智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2020，36（8）：48-51.

[3] 錢勇.油氣輸送管道高后果區(qū)遠程視頻監(jiān)控預警技術(shù)方案[J].長江信息通信，2020（1）：152-154.3A2866B9-11F9-4C27-9AAC-E7BCF61826B9