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工业电视接入安防监控系统的解决方案分析

发布时间:2020-08-27 01:25

  石油、石化企业在国家经济和其所在的地方经济中承担着重要角色,保障石油开采、油气运输、生产炼化、石油化工等各个环节相关设备的正常运转成为石化企业的重要工作之一。中国石化已实现对所属炼化企业的工业监控系统的平台化改造,建成了目前国内规模最大、区域最广的联网监控系统之一,成功实现炼化、销售、管道、油田各个板块视频监控系统的整合。

  石油石化视频监控应用分为两个部分,一是工业电视系统,主要应用在生产环节;二是综合安防系统,主要用于园区安保监控。过去不仅工业电视系统和安防监控系统相互独立,就连用于各厂区的生产监控系统也互不相连,可以说“封闭”和“独占”是这些系统的特点。而随着企业对生产、生活等各方面综合管理程度的不断提高,尤其是生产调度和应急系统建设需求的出现,使得将原有工业电视和安防监控系统进行技改整合和联网共享变得越来越迫切。

  中国石化所属27 家炼油企业、27家化工企业,此外还有多家油田、销售等板块企业共有400 多套工业电视系统,主要分为矩阵(包括部分含有网络硬盘录像机的矩阵系统)、硬盘录像机(包括部分网络硬盘录像机)、磁带录像机、视频服务器、简单的模拟系统(含画面分割器等传统系统)等不同类型。各下属企业虽已架设完善的局域网,但目前企业工业电视以传统模拟系统为主,并具有以下特征:

   各企业监控信息点多、系统复杂、设备种类多、结构不统一;

   工业电视在石化企业的应用时间长,各企业的系统基本为传统系统与先进的数字系统共存;

   部分企业使用的设备供应商已经改制或其产品转型,目前已无法提供相关完善的服务;

   部分企业已新增数字化网络视频监控系统,但由于种类繁多,缺乏行业标准,互连情况较差,且产品质量良莠不齐;

   各企业与总部网络平台的出口带宽仅2Mbps,并且在此平台上运行有大量的信息系统及应用系统,无法满足大量的视频信息传送。

  系统架构的改建主要集中在接入改造上,综合炼化企业工业电视系统现状,既有主流的DVR系统,也有较陈旧的PC-DVR系统,同时还有部分模拟矩阵系统。综合分析提供两种接入改造方案:一种是纯硬件的接入改造,二是纯软件的接入改造。两种技术方式各有特点,结合各企业炼油调度指挥系统工业电视子系统特色,最终选择综合方案,结合27家企业的现状选择针对性的接入方式,确保数据安全、扩建可行、系统先进。

  硬件接入改造是一种技术难度最低的改造方式,它是在所有原系统保留的基础上,对前端所有视频资源按照1:1无收敛的方式完全编码传输。由于这种方式并不对原有系统做任何改动和对接,而且编码、传输、管理完全是同一系统来完成,所以技术风险低,图像效果有保障,实施周期短。

  软件接入改造则是一种技术难度较高的改造方式,它是在所有原有系统保留的基础上,采用SDK开发的方式用新的管理平台对接原系统中的数字化设备,如DVR数字硬盘录像机设备。此种接入方式充分利用炼化企业已经建设的资源,对于主流嵌入式DVR系统的联网监控可以快速部署。

  2.对于尚不兼容的DVR设备或者大量采用数字化监控系统的企业,通过平台做SDK接口开发或更新DVR系统软件后实现数字对接;

  根据笔者所在公司在IP领域的积累,在多品牌、多结构、复杂部署的系统面前,实现看、查、控、报警、对讲等具体功能的高度统一,达到良好的兼容效果,系统具体改造方案如(图1)架构所示,各炼化企业涉及不同的工业电视系统,通过详细调研分类统计出四种改造和接入方式,涵盖了此次炼油调度指挥系统工业电视子系统的改造方式。

  方式一:对于前端是主流嵌入式DVR(部分特殊的PC-DVR和大量第三方数字监控系统)的炼化企业,系统将部署DVR接入服务器,实现对本企业全部DVR设备的信令和媒体处理和转发。

  方式二:对于前端是PC-DVR,且无法提供SDK和DVR厂商的SDK技术支持,则采用更换该PC-DVR的方式,采用硬盘录像机,通过企业的接口服务器接入平台。

  方式三:对于前端是非主流嵌入式DVR的炼化企业,由于无法提供SDK和DVR厂商的SDK技术支持,则采用更换该非主流DVR的方式,采用硬盘录像机,通过企业的接口服务器0接入平台。

  方式四:对于前端为纯模拟矩阵的工业电视系统,只能通过视频编码器对模拟系统(包括无法开发的V-S系统和纯模拟矩阵系统)进行二次编码改造,如果模拟前端的数量较少,则采用1:1全编码方式实现;如果模拟矩阵前端的数量较多,则采用4路编码器的控制接口并接矩阵的控制线,利用平台的切换功能控制矩阵的输出通道和前端摄像机的云台,减少编码器的数量和投资。

  中石化各分公司或炼化企业园区自身建设有大规模监控系统,故监控联网的设计必将采用分级分域的策略,即各分公司或炼化企业作为二级平台(基层域),实现本公司或炼化企业内部监控系统的接入,同时实现对所有设备和资源的管理;石化总部作为一级平台(上级域)实现与各分公司或炼化企业监控平台的对接,进而实现对全网视频资源的调用。

  该项目的建设原则是“最大限度的保护企业原有系统投资”、“尽量不改变企业工业电视现状”,所以采用了“以软件集成为主、硬件集成为辅”的设计策略。由于其数据网带宽较低无法满足所有图像向石化总部集中存储的需要,故部署了带存储编码器,实现监控图像本地存储;还有部分企业由于建设时间较短、设备较新,需要对原有监控系统进行利旧保护,根据企业设备的具体品牌、型号进行了深化设计,提供了不同的接入方案。对于主流式DVR设备,通过在分公司(炼化企业)部署代理服务器实现软对接;对于非主流嵌入式DVR品牌和PC-DVR品牌,通过在部署视频分配器和带存储编码器的方式,由VM视频管理服务器统一管理。

  提供了含括监控系统中编解码器、网络存储设备、网络系统和管理平台四大基础组件,可供中石化用户在未来提供更全面的系统服务。

  通过四大组件特性的相互融合,优化了系统架构,提高系统整体效能、可靠性和性价比,同时可以有效满足用户的定制需求。

  对于原有的主流系统,可实现开发接入,软件集成,此时图像现实的清晰度主要取决于前端设备的图像质量。

  高清实时图像质量:完全符合MPEG2//H.264等国际标准,FULL D1编码带宽最高可达4-8M(/H.264)~8-16M(MPEG2),业界最高的码流支持提供更多的图像细节和高清图像质量。

  高清回放图像质量:基于TCP、iSCSI的独立存储码流,保证可靠性同时保证了高回放图像质量。

  高实时性:通过交换机,具备低于300毫秒的实时性能,满足专业客户的苛刻需求。

  中石化应急指挥监控联网系统是一个为中石化用户提供视频服务的平台,它最大的安全风险在管理软件平台。软件平台主要包含各个业务管理子系统,其中涉及到非常重要客户信息和平台管理信息,平台管理子系统还涉及到设备配置信息、路由信息、网络管理信息。因此,必须采取措施保证其安全性。

  此软件平台可以实现基本的防攻击、防非法侵入、防病毒等要求,还可以保证只有合法用户可以访问和使用网络视频监控系统提供的服务,保证用户只能点看接受许可的前端设备,查看有权限使用的监控点的视频监控图像;保证用户保存在系统中的视频文件的安全,不会被其它用户甚至是系统管理员私自查看。

  该软件平台主要工作是完成与实时点看、历史图像回放的业务的信令处理,因此系统资源占用较小,负荷小,电投咪牌故障率大大降低,可靠性大大提升。即便服务器宕机,在3-5分钟内视频图像仍然可以恢复。

  除技术难点以外,中石化分公司遍布全国各地:西至新疆、南至海南、东至镇海,北则覆盖华北大部,如何保障多个实施团队同时进行现场勘查、安装调试是对供应商的最大挑战,以往此类项目经常遇到原厂难以保证足够的资源投入导致项目实施周期严重超期或者全网联调效率低下等问题。

  在此项目中全国同步投入资源保障,满足了多个实施团队的同步进行,在项目规划的周期内圆满完成了实施和联调,确保中石化生产运营系统工业电视子系统如期投入使用。

  中国石化炼油生产调度指挥系统工业电视子系统采用数字视频监控技术,充分利用中国石化及各下属企业现有工业电视系统资源及网络资源,实现对所属27 家炼油企业、27家化工企业和多家油田、销售企业的工业监控系统进行平台化改造,通过软件开发和硬件集成的混合方式,以中国石化专用网络平台为依托,实现石化总部级工业电视平台与各企业原有工业电视系统新平台的集成整合,成功建设了这一目前国内规模最大、区域最广的联网监控系统。

  位于中国石化集团总部21层的生产指挥调度大厅经常迎接党和国家领导人、各省、市地方代表、各中央直属企业代表的参观和考察。在中国石化生产指挥调度中心,可以随时调阅中石化原油开采、运输、生产、销售等各个环节的信息和数据,也能够调用下属各地二级单位炼油装置的工业电视图像,未来还将在现有的炼油板块之外,陆续扩容化工、销售、油田等其它板块的工业电视资源,实现石化生产工业电视的统一联网整合。调度中心已成为集数据采集分析、GIS地理地图、GPS全球定位、工业视频联网等多业务于一体的交互式应用平台。

  此外,中国石化总部还能通过该系统对重大事故的现场进行远程指挥,并对重大事件的历史图像进行远程调阅和备份。2010年某日下午,某炼化分公司出现生产事故。操作工发现后立即报警,分公司即刻启动A级应急预案。集团总部通过调度系统工业电视子系统远程调阅最近的摄像头以查看现场图像进行远程指挥,全程参与事故处置。 30分钟后,事故得到控制,未造成人员伤亡,同时其他生产装置未受影响,生产正常。

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