淺談網絡攝像機在污水處理廠中的應用

劉興業

（廣州市政工程設計研究院）

1 前言

1996年誕生了世界第一臺網絡攝像機，在網絡攝像機出現的早期，它的技術水平與模擬攝像機無法相提并論，甚至不能達到作為視頻監控系統設備的要求。經過十幾年的發展，網絡攝像機取得了長足的發展。在清晰度、畫質等方面，網絡攝像機的性能甚至已經超過了模擬攝像機；在可擴展性、布線方面，更有著模擬攝像機所不能比擬的優勢。隨著網絡技術不斷深入地發展，視頻監控技術只有沿著網絡化、模塊化的方向發展，才能滿足視頻監控高穩定性、高可靠性和便于安裝維護等要求。網絡攝像機為解決視頻監控技術的網絡化起到了關鍵的作用。因此，在未來視頻監控領域，IP網絡攝像機有廣闊的發展前景[1]。

2 網絡攝像機與模擬攝像機的對比

傳統的視頻監控以模擬信號輸出為主，主要由模擬攝像機、同軸電纜、監控電視和錄像機構成。一臺攝像機要用一根同軸電纜線將信號送給圖像采集卡和顯示設備，結構龐大[2]。

網絡攝像機與普通攝像機相比，它在內部增加了對模擬視頻進行數字化處理的芯片，可將數字化的視頻信號轉換成符合網絡傳輸協議的數據流，送到網上傳輸，遠端的瀏覽者不需任何專業軟體，只要標準的網絡瀏覽器就能監視其影像。

網絡攝像機一般由鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、A/D轉換器、圖像編碼器、聲音編碼器、控制器、網絡服務器、外部報警、控制接口等部分組成。網絡攝像機采集的圖像、聲音信號經過圖像、聲音傳感器轉化為電信號，再經模數轉換器將電信號轉化為數字信號，然后由編碼器按一定的編碼標準進行編碼壓縮。在控制器的控制下，由網絡服務模塊按一定的網絡協議傳送到網絡上，通過網絡即可遠程監視畫面。控制器還可以接受報警信號及向外發送報警信號。

模擬攝像機采用的是隔行掃描技術，圖像由兩個隔行掃描的場信號構成，這意味著我們看到的每幅圖像都是有兩個采集時間不同的半幅圖像合并而成，當畫面中的物體運動速度較快或運動幅度較大時，圖像畫面會變的模糊不清。由于視覺暫留現象，隔行掃描的閃爍并不會被人眼注意到，但并不意味隔行掃描的閃爍是無害的，事實上這種無法察覺的閃爍仍然會使人眼容易疲勞。網絡攝像機采用逐行掃描技術，對一幅完整的畫面采用一次性掃描，有效地解決了閃爍問題。逐行掃描每次顯示整個掃描幀，如果逐行掃描的幀率和隔行掃描的場率相同，人眼將看到比隔行掃描更平滑的圖像，相對于隔行掃描來說閃爍較小。隔行掃描與逐行掃描實際效果對比如圖1所示。

由于受到相關制式的制約，模擬攝像機的最高分辨率大約為40萬像素，而網絡攝像機的最高分辨率可達到百萬像素甚至更高，因此能夠提供更多的畫面細節并覆蓋更大的區域。

以太網供電技術是網絡設備可以通過一根以太網五類線即可完成設備的控制和供電。支持以太網供電技術的網絡攝像機可以在一根網線上完成視頻、音頻、控制信號的傳輸以及攝像機的供電。而要達到相同功能，模擬攝像機最少需要4根電纜，這大大的增加了布線的工程成本。此外，網絡攝像機還可以繼承報警輸入和輸出端口，實現對警鈴、門鎖、燈等其他安防系統的聯動控制，這是模擬攝像機所難以做到的。

圖1 隔行掃描與逐行掃描實際效果對比

由于網絡攝像機較為昂貴，用它來替代模擬攝像機使用在污水廠監控系統中，似乎會使得成本難以控制。但由于網絡攝像機的后端配套設施及傳輸系統可以借用自控系統的終端和網絡，使得監控系統成本可以僅僅考慮網絡攝像機的部分，而模擬攝像機則必須追加與之配套的專用硬件平臺。相較之下，采用網絡攝像機未必會使成本增加。

3 工程實例

廣州某大型污水處理廠，采用模擬攝像機，業主要求污水廠各主要負責人辦公室及上級主管部門可以看到污水處理廠實時圖像。圖2為廠區中控室與1#自控室的監控系統圖。

廠區北側的1#自控室和南部的2#自控室各設置兩臺監控設備機柜，通過一系列模數、數模轉換，將采集到的信號傳送到模擬監控終端。為了達到業主遠程監控的要求，在終端將模擬信號再一次轉化為數字信號，通過工業以太網交換機上傳至網絡。

視頻監控網絡和廠區的自控網絡有比較大的重疊，兩臺分區的監控設備均放置在自控室內。如果采用數字監控系統，可以將視頻監控系統網絡和自控網絡合二為一。這樣，1#自控室和2#自控室的兩臺發送數據的監控設備機柜和中控室的接受數據的監控設備機柜都可以取消，用已有的自控網絡的工業以太網交換機代替，不必額外用一個網絡機架視頻服務器將模擬信號轉化為數字信號上傳至網絡。

圖2 某污水處理廠監控系統圖

由于污水廠自控室一般設置在重要的工藝設備、單體附近，而這些區域也正是污水廠視頻監控的重點，使得自控室與監控區域的重疊成為必然，所以網絡攝像機就能夠很方便的接入自控網絡。圖3是一個小型的污水廠監控平面圖。

圖3 某污水廠監控平面圖

污水廠的北部綜合樓一層設置中控室，南部為主要的設備工藝區，設置自控室。廠區中部為一個140m×80m的人工濕地。從圖3可以看出，主要的監控點都在控制室附近。如采用網絡攝像機，可就近接入自控室的工業以太網交換機，經由自控網絡將信號傳輸至中控室。而廠區北邊的監測點可就近接入中控室以太網交換機；如采用模擬攝像機，將廠區南側的監控點信號統一送到北區的控制中心，會使布線繁瑣，同時因為線路過長而影響信號的質量。

對于小型的污水廠，這種布線方面的優勢并不明顯，當污水廠規模增大時，優勢才凸顯出來。由于廠區面積的增大，監控點的增多、分散，采用模擬攝像機將采集到的信號集中傳送至控制中心會十分不便，而將網絡攝像機就近接入自控系統的交換機則十分便捷。這種安裝的便捷性甚至可以抵消網絡攝像機本身所帶來的高成本，使采用網絡攝像機的成本比傳統的模擬攝像機更加低廉。

4 結論

網絡攝像機具有高清、實用、易擴展等特性，非常適合在污水處理廠、泵站等工程中使用。隨著技術的日益成熟，網絡攝像機的成本逐步降低，網絡攝像機將會成為監控系統的主流產品。在水處理行業大面積的推廣網絡攝像機，可以使整個廣州市的污水處理廠、泵站做到集中監控，統一管理，全盤統籌治水行動，為完成治水十二五規劃的任務打下堅實的基礎。

[1]劉紅彬,周強.IP網絡攝像機及其發展前景[J].煤礦現代化,2005(4):44-46.

[2]吳海龍,孫運強.網絡攝像機監控系統的應用研究[D],中北大學,2010.