聚苯乙烯生產視頻監控系統的開發

文/余應淮

聚苯乙烯生產視頻監控系統的開發

文/余應淮

視頻監控系統作為石油化工企業防范及快速處置安全生產事件的技術基礎，是安全生產的重要組成部分。針對石油化工企業聚苯乙烯生產環境與生產過程的實時監控需求，在深入研究聚苯乙烯生產視頻監控及異常報警關鍵技術問題的基礎上，提出一種聚苯乙烯安全生產視頻監控系統的設計與實現。

聚苯乙烯 生產 視頻監控 圖像處理 系統設計

1 前言

近年來，隨著計算機、網絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發展，視頻監控技術取得了長足的發展，并得到了廣泛的應用。其中，文獻[1]提出了一種煤礦安全生產視頻監控系統的設計與實現，該系統是集視頻采集技術、無線通信技術、圖像與字幕疊加存儲技術、光纖通信技術于一體的工業監控系統，有效降低了企業的成本，提高了煤礦企業的監管力度和安全生產水準。文獻[2]介紹了廣西華錫集團銅坑礦數字化視頻監控信息系統的建設過程，包括監控點布設、設備選擇、系統集成以及使用效果。文獻[3]探討了如何有效地利用網絡技術，.NET編程技術、數據庫技術等在煤礦組建一套高效的基于網絡的數字視頻監控系統。文獻[4]分析了視頻監控系統的發展歷程和基于嵌入式Web服務器的網絡視頻監控系統的特點，通過一個實例介紹了數字網絡視頻監控系統在礦井安全生產中高效、低成本的實現方法。文獻[5]針對當前電力施工企業面臨的實際問題，在分析了CDMA無線視頻監控系統的結構及特點的基礎上，介紹了CDMA無線視頻監控系統的工作原理和系統在公司的實踐應用。文獻[6]從石油化學工業安全生產管理的現狀入手，介紹了綜合視頻監控調度系統的方案特點、系統結構、系統功能以及系統應用。文獻[7]則從設計思想、實現方法、視頻監控系統功能及特點等方面論述了鋁行業生產企業的視頻監控系統的建設。

針對石油化工企業聚苯乙烯生產環境與生產過程的實時監控需求，本文在深入研究聚苯乙烯生產監控中的視頻圖像處理、異常分析、視頻錄制與存儲、異常實時報警等技術性問題的基礎上，提出一個聚苯乙烯安全生產視頻監控系統的功能設計及實現方案。

2 聚苯乙烯生產視頻監控系統的設計目標與技術框架

聚苯乙烯生產視頻監控系統的設計立足于石油化工企業基本乙烯生產環境與生產過程的實時監控需求，運用先進的視頻圖像處理與分析技術，對聚苯乙烯生產模頭的監控視頻圖像信號進行實時采集與同步處理分析，實現聚苯乙烯生產過程掉條的智能識別與自動報警、監控數據的自動記載，解決生產人員了解生產過程和現場處理的滯后問題，也為生產過程的綜合評價提供客觀依據。

系統以視頻圖像處理技術與視頻監控技術相結合為基礎，在硬件上使用工業監控攝像頭對生產過程與生產現場進行監控，通過同軸電纜與視頻采集卡對原始監控視頻信號進行采集；在軟件上采用Microsoft Visual C++ 2008為開發平臺，結合使用QT應用程序開發框架與OpenCV計算機視覺庫完成系統核心算法的實現與系統功能的開發，實現對生產過程和生產環境監控視頻圖像的實時同步處理分析。

3 聚苯乙烯生產視頻監控系統的功能設計

依據石油化工企業聚苯乙烯生產環境與生產過程的視頻監控的業務特點，系統在功能上可以劃分為文件、異常識別與報警、監控、模式切換等模塊，其功能結構如圖1所示，各功能模塊的定義具體如下：

3.1 文件功能模塊

圖1：聚苯乙烯生產視頻監控系統的功能結構

圖2：視頻錄制的流程圖

文件功能模塊包括保存配置信息、系統配置、重啟監控系統、退出監控系統等功能。其中，保存配置信息功能用于實現系統性配置信息的保存；系統配置功能用于實現配置視頻錄制文件的存儲時間上限和報警器的串口參數；重啟監控系統功能用于實現對監控系統的重新啟動，并加載初始化配置信息；退出監控系統功能則用于實現監控系統的關閉操作，以及操作日志的保存。

3.2 異常識別與報警功能模塊

異常識別與報警功能模塊包括異常識別、異常監控配置、查看異常監控記錄等功能項。其中，異常識別功能用于完成聚苯乙烯生產模頭掉條的實時識別、自動報警、同步記錄監控等功能的開啟與關閉操作；異常監控配置功能用于設置聚苯乙烯生產模頭監控通道和監控區域；查看異常監控記錄功能用于查詢和打印聚苯乙烯生產模頭的掉條監控記錄，以及在線播放掉條視頻和導出掉條視頻。

圖3：視頻監控的流程圖

3.3 監控功能模塊

監控功能模塊包括監控錄制、監控參數配置、查看錄制記錄、顯示模式配置等功能。其中，監控錄制功能實現對所指定通道的監控視頻數據的錄制；監控參數配置功能實現對監控的通道進行參數配置，并完成對監控開關的控制；查看錄制記錄功能實現對監控視頻錄制記錄的查詢、刪除、在線播放和導出；顯示模式配置功能用于設置各種顯示模式下的監控通道，包括1×1、2×2、3×3、4×4等4種顯示模式，分別實現對1個監控通道、4個監控通道、9個監控通道、16個監控通道的設置。

3.4 模式切換功能模塊

模式切換功能模塊可進行系統監控畫面1×1、2×2、3×3、4×4等4種顯示模式的切換，如圖1所示。

4 聚苯乙烯生產視頻監控系統的實現

4.1 系統實現的關鍵技術

聚苯乙烯生產視頻監控系統的實現需解決的關鍵技術包括監控視頻圖像的處理以及聚苯乙烯生產模頭掉條的異常檢測分析，其解決過程具體如下：

（1）通過DS4016HC 視頻采集卡對監控視頻信號進行采集，并對所采集的信號YUV420 圖像進行顏色空間變換，得到便于處理的灰度級圖像。

（2）采用背景差分法對生產模頭掉條監控區域進行目標檢測；同時，通過形態學圖像處理與分析方法對檢測目標區域進行腐蝕膨脹運算，并計算其運算結果與參考幀圖像之間的相似度，以此確定檢測區域是否可能發生掉條。

（3）對于可能發生掉條的區域則通過動態參考幀選取技術計算其累計差分圖像加以確認并及時發出掉條警報直至掉條結束；同時，自動同步記錄模頭掉條的監控視頻與掉條數量、持續時間。

4.2 系統的總體實現

聚苯乙烯生產視頻監控系統的總體實現步驟歸納如下：

（1）應用程序啟動，讀取系統配置信息。

（2）初始化采集卡通道信息：① 設置采集卡制式；② 初始化板卡芯片；③ 配置通道參數；④ 注冊監控流回調函數。

（3）為監控通道創建線程，并初始化線程信息，啟動線程。

（4）初始化監控通道，并開始捕獲圖像流。

（5）當捕獲到視頻圖像時，自動調用回調函數，并在回調函數中獲取到對應的通道和線程信息。

（6）喚醒通道對應的處理線程：① 進行圖像顏色空間轉換，將視頻圖像轉換為灰度圖；② 如果開啟了畫面顯示，則向顯示主界面發送信號，通過主界面線程顯示監控視頻圖像；③ 如果當前監控通道開啟了視頻錄制，則通過視頻錄制線程記錄并存儲當前監控通道的視頻，其實現流程如圖2所示；④ 如果當前監控通道開啟了視頻監控，則通過視頻監控線程獲取生產模頭的視頻圖像，并進行掉條的實時識別與自動報警，其實現流程如圖3所示。

5 結束語

針對石油化工企業聚苯乙烯生產環境與生產過程的實時監控需求，深入研究聚苯乙烯生產監控的關鍵技術，提出一個聚苯乙烯安全生產視頻監控系統的功能設計及實現方案。該系統在不需要增加額外硬件投入的前提下，使用現有的監控設備，通過對監控視頻圖像的實時處理與分析，實現聚苯乙烯生產模頭掉條的智能識別、實時報警及視頻自動錄制，具有良好的應用價值。

[1]鄭為貴,劉敬彪,蔡文郁.基于視頻采集的煤礦安全生產視頻監控系統的研制[J].計算機測量與控制(自然科學版),2008,16(11)：1608-1611.

[2]任志遠,靳洋,王東平等.數字化視頻監控系統在銅坑礦安全生產中的應用[J].采礦技術,2009,9(05)：37-39+154.

[3]申江慶.在煤礦安全生產中應用數字視頻監控系統的探討[J].煤,2008,17(02)：66-67+83.

[4]張勇.網絡數字視頻監控系統在礦井安全生產中的應用[J].煤炭工程,2003(07)：74-77.

[5]陳兆驊.CDMA無線視頻監控系統及在電力生產中的應用[J].才智,2009(08)：123.

[6]張浩,曾青.綜合視頻監控調度系統在石化行業安全生產管理中的應用[J].數字石油和化工,2007(5)：12-15.

[7]王曉東.生產企業視頻監控系統的有效實現[J].視點,2008(08)：59-60.

作者單位 廣東海洋大學數學與計算機學院 廣東省湛江市 524088