基于DSP的分布式聯(lián)動油庫安防報警系統(tǒng)設(shè)計

摘 要： 為提高油庫的安全保障能力，以DSP為基礎(chǔ)的設(shè)計平臺，設(shè)計研發(fā)了能夠兼容后勤數(shù)字化平臺的分布式聯(lián)動油庫安防報警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分布接入、統(tǒng)一管理的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了總部和多個支部的油庫區(qū)和消防部門的集中管理，保證了數(shù)字化規(guī)范作業(yè)安全，實現(xiàn)了分布式聯(lián)動報警，進(jìn)一步提高了油庫的安全保障。

關(guān)鍵詞： DSP； 油庫； 安防； 聯(lián)動報警

中圖分類號： TN911?34； TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）18?0146?03

Abstract： In order to improve the security protection capability of oil depot， a security alarm system for the distributed linkage oil depots was designed and developed by taking DSP as the basis of the design platform， which can support the logistics digital platform. The distributed system structure of distributed access and unified management is adopted in the system. It can realize the centralized management of oil depot area and fire department of headquarter and branches， ensure the safety of digital standard operation， implement the distributed linkage alarm， and improve the security guarantee of oil depot further.

Keywords： DSP； oil depot； security protection； linkage alarm

0 引 言

油庫作為一級要害生產(chǎn)單位，為其建設(shè)完善的安防系統(tǒng)以保證它的安全生產(chǎn)運行意義重大。目前我國油庫的安全防范系統(tǒng)[1]，僅建立了簡單的119報警電話和視頻監(jiān)控安防機制，其視頻安防機制僅為視頻監(jiān)控系統(tǒng)或者幾個系統(tǒng)的簡單組合，并沒有形成一個完整的體系，數(shù)字化保障機制還不完善，其安全性還存在漏洞，因此，建設(shè)一個完整的、一體化的油庫安防系統(tǒng)非常重要。

DSP作為一種功能強大的特種微處理器，已廣泛用于數(shù)據(jù)、語音、視頻信號的高速運算和實時處理[2]。基于DSP的優(yōu)勢，本文以DSP為基礎(chǔ)平臺，設(shè)計了基于DSP的分布式聯(lián)動油庫安防報警系統(tǒng) ，該系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)集成技術(shù)，將孤立的子系統(tǒng)結(jié)合為一體，實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動，從而解決單一監(jiān)控系統(tǒng)信息孤立不能實現(xiàn)各子系統(tǒng)報警聯(lián)動的弊端，充分發(fā)揮了各自系統(tǒng)的優(yōu)勢，形成了一個完備的安防體系，同時也提高了安防系統(tǒng)的集成化、自動化程度。

1 油庫安防預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計原則

由于油庫的特殊性，油庫安防系統(tǒng)的設(shè)計，必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn) 《視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》及 《安全防范工程技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定[3]。因此，基于DSP的分布式聯(lián)動油庫安防報警系統(tǒng)的整體設(shè)計和建設(shè)應(yīng)遵從下列原則：

（1） 穩(wěn)定性。作為油庫安防的重要保障，整個系統(tǒng)必須具有完全可靠的工作能力和容錯能力，同時要必須具有連續(xù)工作能力和快速恢復(fù)能力，保證實現(xiàn)24 h的不間斷持續(xù)運行。

（2） 開放性。保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互連互通，保證不同操作系統(tǒng)的互操作性和數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)軟件的兼容性和可靠互連性，同時還要保證應(yīng)用軟件的可移植性和兼容性。

（3） 拓展性。系統(tǒng)能隨應(yīng)用的增加而快速地擴充和升級，包括計算和存儲兩方面的能力。不僅要考慮機器內(nèi)部組件的擴展，還要考慮多機并行處理的擴展能力，這可以有效地保護(hù)以前的投資。

（4） 高效性。系統(tǒng)需要實時將預(yù)警信息、報警信息及錄音信息展現(xiàn)給用戶，那么就要求系統(tǒng)能夠在信號處理和事件處理等方面具備高效的實現(xiàn)和處理能力。

（5） 友好性。對于用戶建立友好的交互界面，實時顯示系統(tǒng)中各部門的工作狀態(tài)服務(wù)器的各種信息，并且通過提示和在線幫助機制使用戶使用簡單、操作便利。

（6） 安全性。錄音內(nèi)容的收聽和管理由專人負(fù)責(zé)，所以該系統(tǒng)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋?quán)限管理，不同權(quán)限的用戶對錄音系統(tǒng)的操作權(quán)限不同，并有嚴(yán)格的交接班要求。

2 聯(lián)動式油庫安防預(yù)警系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文設(shè)計的聯(lián)動式油庫安防報警系統(tǒng)是跨大區(qū)域，跨部門的聯(lián)動預(yù)警報警系統(tǒng)，主要實現(xiàn)以下幾方面的功能：實現(xiàn)油庫區(qū)控制中心報警電話對各部門報警信息的實時監(jiān)控；實現(xiàn)油庫區(qū)工作狀態(tài)預(yù)警信息的顯示； 實現(xiàn)報警信息及工作狀態(tài)信息在LED屏幕上實時發(fā)布，大功率報警器聯(lián)動實時報警；實現(xiàn)報警電話語音通信的記錄；后勤數(shù)字監(jiān)控平臺的聯(lián)動接入。

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)的核心硬件主要完成話音信號檢測、信號處理以及信號的編解碼。硬件板卡的工作架構(gòu)如圖2所示。

3 聯(lián)動式油庫安防報警系統(tǒng)的模塊設(shè)計

該系統(tǒng)主要通過5個模塊實現(xiàn)分布式聯(lián)動油庫安防報警系統(tǒng)，分別為語音信號處理模塊、分布式同步事件驅(qū)動模塊、分布式預(yù)警報警模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和監(jiān)控平臺聯(lián)動接口模塊。

3.1 語音信號處理模塊

語音信號處理模塊主要實現(xiàn)線路信號檢測、信令控制、語音增強和錄音等功能。其核心功能通過核心硬件板卡實現(xiàn)，語音信號處理過程如圖3所示。

語音增強子模塊是為了增強語音信號，使語音信號得到較好的處理效果，根據(jù)文獻(xiàn)[4]的結(jié)論，本文分別采用三種改進(jìn)的算法進(jìn)行語音信號增強，即通過改進(jìn)的維納濾波法、改進(jìn)的最小均方誤差法、改進(jìn)的信號子空間法進(jìn)行語音增強。錄音監(jiān)聽子模塊負(fù)責(zé)119電話錄音系統(tǒng)的錄音和監(jiān)聽操作。其主要功能包括：通過板卡驅(qū)動程序或通信子模塊獲取通道事件；傳遞通道事件給狀態(tài)機引擎并獲取通道當(dāng)前狀態(tài)；根據(jù)通道配置進(jìn)行通道錄音或監(jiān)聽；通過通信子模塊與電話錄音系統(tǒng)的其他模塊進(jìn)行通信。

3.2 分布式同步事件驅(qū)動模塊

分布式同步事件驅(qū)動模塊主要實現(xiàn)錄音事件、預(yù)警事件、報警事件和監(jiān)控平臺聯(lián)動事件的同步狀態(tài)驅(qū)動功能。該系統(tǒng)中所有消息傳遞均采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，為了保證安全，在發(fā)送消息前先用公開密鑰算法進(jìn)行加密處理，在接收端進(jìn)行解密處理。其消息格式為長度+命令+參數(shù)，其中長度域表示整個消息體的長度；命令域表示的是本消息的操作命令；參數(shù)域表示本次操作中涉及到的所有參數(shù)，其采用的是多個參數(shù)依次疊加的方式，每個參數(shù)采用TLV模式，即參數(shù)類型、參數(shù)長度、參數(shù)值，其中參數(shù)類型為4位長，參數(shù)長度為4位長，參數(shù)值非定長，其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

3.3 分布式預(yù)警報警模塊

分布式預(yù)警報警模塊主要實現(xiàn)預(yù)警信息和報警信息的處理。由于系統(tǒng)采用分布式同步時間驅(qū)動機制，它會根據(jù)事件的優(yōu)先級來驅(qū)動LED大屏顯示預(yù)警信息或報警信息和驅(qū)動大功率報警器。

當(dāng)消防監(jiān)控子系統(tǒng)[5]，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、煙霧、溫感等異常時，它會在第一時間將該事件通過傳輸設(shè)備上傳至指揮監(jiān)控中心，同時驅(qū)動LED在大屏幕上顯示報警信息并驅(qū)動大功率報警器，同時自動連接消防部門并發(fā)送詳細(xì)地址。當(dāng)周界監(jiān)控子系統(tǒng)[6?7]發(fā)現(xiàn)有可疑人員進(jìn)入油庫腹地時，它會在第一時間將該事件上傳至指揮監(jiān)控中心，同時驅(qū)動LED在大屏幕上顯示預(yù)警信息并控制攝像頭對其進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，若其有進(jìn)一步越軌行為，則立即驅(qū)動報警系統(tǒng)。

3.4 數(shù)據(jù)庫模塊

數(shù)據(jù)庫模塊主要實現(xiàn)錄音數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)、事件狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的入庫以及跨區(qū)域分布式查詢。

3.4.1 數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一訪問模塊

異構(gòu)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一訪問模塊支持多種數(shù)據(jù)庫，而對于錄音模塊和客戶端模塊無需了解數(shù)據(jù)庫的細(xì)節(jié)，僅需按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將消息通過Socket多播組傳遞給數(shù)據(jù)庫訪問軟件即可。異構(gòu)數(shù)據(jù)庫訪問數(shù)據(jù)包之后，做相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫操作，并將操作結(jié)果反饋給錄音模塊或客戶端模塊。異構(gòu)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一訪問模塊主要有三個線程：

（1） RecvMsgThread：用于接收來自于其他模塊的消息，解析分類消息后將消息傳遞給DealwithMsgThread線程處理。

（2） DealwithMsgThread：根據(jù)消息內(nèi)容做數(shù)據(jù)庫操作，將操作結(jié)果傳遞給ReturnMsgThread線程。

（3） RetumMsgThread：將數(shù)據(jù)庫操作結(jié)果反饋給消息來源模塊。

3.4.2 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

在系統(tǒng)中語音文件記錄需要保存，此外還要對一些通道參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)日志等信息進(jìn)行保存，因此設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫表極為重要。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要涉及三個方面：用戶及權(quán)限、錄音模塊信息和客戶操作信息。

異構(gòu)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一訪問模塊支持多種數(shù)據(jù)庫，其具體設(shè)計為：

（l） 用戶及權(quán)限：此部分共有5張表主要用來記錄油庫安防報警系統(tǒng)的用戶信息，包括用戶所在部門、用戶擁有權(quán)限等信息。

（2） 錄音模塊信息：此部分共有5張表主要用來記錄錄音模塊相關(guān)信息，包括主備錄音服務(wù)器信息、錄音通道相關(guān)配置信息、錄音文件備份/刪除配置信息等。

（3） 客戶操作信息：此部分共有2張表主要用來記錄用戶操作信息、用戶操作日志等。

3.5 監(jiān)控平臺聯(lián)動接口模塊

監(jiān)控平臺聯(lián)動接口主要為實現(xiàn)目前已有的后勤數(shù)字化監(jiān)控平臺和油庫安防監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動而設(shè)計，后勤數(shù)字化監(jiān)控平臺通過多播組將消息傳遞給相應(yīng)的錄音模塊，錄音模塊處理消息后將操作結(jié)果反饋給監(jiān)控平臺接口。如果是遠(yuǎn)程監(jiān)聽，錄音模塊會利用Socket套接字建立到監(jiān)控平臺接口的TCP連接，發(fā)送語音數(shù)據(jù)包，報警信息和預(yù)警信息。通信協(xié)議中信令控制開始錄音操作，結(jié)果參數(shù)表如表1所示。

表1 信令控制開始錄音操作結(jié)果參數(shù)表

4 結(jié) 語

本文根據(jù)油庫的實際線路環(huán)境，在核心板卡DSP中采用了三種改進(jìn)的語音增強算法，改進(jìn)監(jiān)聽報警錄音質(zhì)量。整個系統(tǒng)采用分布式同步事件驅(qū)動機制，根據(jù)事件優(yōu)先級對油庫安防系統(tǒng)進(jìn)行報警預(yù)警處理提高了系統(tǒng)魯棒性。系統(tǒng)采用了異構(gòu)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一訪問模塊使其可以訪問多種數(shù)據(jù)庫，而對于錄音模塊和客戶端模塊無需了解數(shù)據(jù)庫的細(xì)節(jié)，僅需按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)將消息通過Socket多播組傳遞給數(shù)據(jù)庫訪問軟件即可。為了實現(xiàn)目前已有的后勤數(shù)字化監(jiān)控平臺和油庫安防監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動而設(shè)計了監(jiān)控平臺接口，使后勤數(shù)字化監(jiān)控平臺與各子模塊之間可以迅速傳遞消息，實現(xiàn)了后勤數(shù)字管理的一體化，提高了自動化水平，具有一定的實際應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 任麗婷.現(xiàn)代安防技術(shù)在油庫安全管理中的應(yīng)用[J].企業(yè)導(dǎo)報，2012，18（14）：86.

[2] 蔣永生，張雄偉，曾宏輝.一種基于 DSP 的語音處理系統(tǒng)軟硬件設(shè)計[J].電力系統(tǒng)通信，2007，28（11）：56?58.

[3] 翟偉，李杰鋒.東勝油庫工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及問題分析[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2012（18）：195?196.

[4] 孟靜.語音增強算法性能的評價研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2010.

[5] 盛佳濤，劉宇恒，俞洪明，等.倉儲油庫自動化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的研究[J].石油化工自動化，2013，49（4）：5?10.

[6] 梁鴿.石化行業(yè)周界防范視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展[J].中國公共安全（學(xué)術(shù)版），2014（19）：78?84.

[7] 何俊杰.淺談油庫周界安全防范監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計[J].石化技術(shù)，2015（7）：229.

[8] 黃坤，宋歡歡，劉蘇，等.數(shù)字化油庫建設(shè)探討[J].天然氣與石油，2012，30（1）：1?4.