工業網絡視頻監控系統平臺的搭建

張旭超

（中國航空工業空氣動力研究院，黑龍江 哈爾濱 150001）

隨著計算機信息和數字化網絡技術的飛躍發展，視頻監控系統已經遍及人們工作和生活的各個領域。工業網絡視頻監控系統主要是針對復雜、干擾因素多的工業環境所設計，系統采用IP數字化網絡對工業現場的生產經營過程進行監控，實時監視工業現場的運行狀況，將視頻信號通過大屏幕多畫面分割顯示，既可以本地監控，也可以通過遠程訪問對現場進行控制管理，給工業現場的生產和經營負責人提供多方位的技術支持，完美地解決了客戶的動態管理需求[1]。

1 工業網絡視頻監控系統方案設計

工業網絡視頻監控系統主要完成工業現場的視頻采集和監控管理，需要滿足視頻圖像的采集、圖像數據壓縮、視頻數據傳輸、數據存儲和遠程管理等功能需求，工業網絡視頻監控系統設計拓撲如圖1所示。

圖1 工業網絡視頻監控系統網絡拓撲

工業網絡視頻監控系統采用IP數字化網絡視頻監控，按照裝置的分布位置劃分為監控中心和監控現場。監控中心主要包括生產管理監控中心和安防監控中心兩部分，生產管理監控中心主要負責查看工廠內的生產場所和生產線監控，兼顧生產系統安全防范，滿足安全生產管理部門權限管理的需要；安防監控中心主要負責查看公共通道、倉儲、周界等重要場所的監控信息，便于管理部門進行權限管理。監控現場采用高清網絡進程間通信（Inter Process Communication，IPC）高清網絡攝像機，IPC高清網絡攝像機通過監控系統的以太網絡接入監控管理平臺。所有的視頻信息通過監控系統承載網傳輸至網絡硬盤錄像機（Network Video Recorder，NVR）進行分布式存儲。

工業網絡視頻監控系統的承載網絡為專用的以太網數據傳輸網絡，所有的監控點視頻信息匯集到以太網交換機，借助于專用的千兆以太網鏈路和弱電豎井傳輸到中控室，由中控室的服務器平臺對視頻數據信息進行處理、存儲和顯示等操作。

在監控中心配置監控管理平臺，監控管理平臺包括數據前置管理服務器、視頻管理服務器和跨平臺交換服務器，以及存儲，監控客戶端等。監控平臺采用B/S（瀏覽器/服務器模式）架構，監控網內的被授予權限的電腦均可以通過瀏覽器方式對監控圖像進行查看和控制。工業網絡視頻監控系統除了監控中心能夠監視所有的視頻圖像外，監控網內具有授權許可的工作站均可以通過局域網對監控圖像進行查看和控制。

2 工業網絡視頻監控系統架構設計

工業網絡視頻監控系統采用分布式模塊化的設計架構，在對視頻數據進行集中存儲管理的同時，支持多級的權限性監控。在工業廠區內構建廠內管理信息系統（Management Information System，MIS）數據網，包括廠內前端車間監控點、主監控中心和分控室。工業網絡視頻監控系統架構包括數據采集系統、網絡傳輸系統、管理控制系統和音視頻處理系統四部分。

2.1 數據采集系統

數據采集系統通常包括IP數字化高清網絡半球、IP數字化高清網絡槍機和IP數字化高清網絡球機。數據采集系統能夠支持多種標準編碼格式，并可根據現場實際需求提供不同的分辨率規格以及接入能力，通信格式可以根據用戶要求進行選配。數據采集設備均采用國家標準的電信級制造工藝，能夠針對不同的網絡環境實現網絡監控采集端的編碼、存儲和解碼的需求。

2.2 網絡傳輸系統

網絡傳輸系統充分利用網絡資源對數據采集前端的視頻編碼器傳輸的數據進行接入、匯聚和交換，通過縱向加密認證裝置和防火墻等實現對數據網的安全性的控制，同時還可以通過網絡自身的設備、協議冗余地保障工業監控網絡的穩定性[2]。

2.3 管理控制系統

管理控制系統包括數據前置管理服務器、視頻管理服務器和客戶端。

數據前置管理服務器主要是對視頻數據以及存儲資源進行管理，能夠實現視頻數據的檢索和回放功能，支持存儲資源的遠程監控和管理。

視頻管理服務器是管理控制系統的重中之重，能夠實現注冊、控制、配置和報警等功能，是管理控制系統的專用信令服務器。除了上述功能外，還能夠實現視頻編解碼設備的網絡管理功能。

客戶端能夠提供簡易便捷的人機界面功能，其中包括云臺控制、查詢和監控點的監視處理。

2.4 音視頻處理系統

音視頻處理系統匯集了先進的存儲技術和數據管理資源，根據需求分布式部署存儲資源并且進行統一的資源管理和調度，音視頻處理系統能夠實現在線部署和動態資源管理，支持視頻圖像的網絡附屬存儲（Network Attached Storage，NAS）備份功能。

3 數據采集系統的搭建

數據采集系統的選型與系統運行的效果密切相關，根據工業網絡視頻監控中安防監控和生產調度監控的不同要求，靈活配置室內、室外IP數字化高清網絡攝像機。

3.1 集中辦公區域

在人員最多的出入口和樓梯口需要安裝1 080 P高清網絡槍機或者半球機；在走廊可以安裝支持走廊模式的IP高清網絡槍機或半球機；在電梯安裝廣角半球型攝像機，并通過視頻編碼器進行編碼接入。

在主要廠區入口，安裝簡易卡口攝像機，車輛進出時，進行記錄和分析。

3.2 生產區域

生產區域重要出入口需要安裝1 080 P高清網絡攝像機；生產過程監控需要安裝IP高清網絡槍機。

3.3 工業廠區

堆場/貨場空間跨度廣，全覆蓋監控難度大，采用多個1 080 P高清槍式攝像機的畫面拼接處一副180°的高清全景畫面，再配合使用一臺1 080 P高清快速球機能夠提供更清晰的畫面，最佳的全景監控效果。大樓周邊外圍空間較大，光線充足，監視范圍廣，要求攝像機有較大的視野，建議安裝IP高清紅外網絡攝像機。

4 監控管理平臺的搭建

前端視頻采集設備為IP攝像機等，設備自身即可完成信號的壓縮編碼，輸出信號為數字信號。前端數字信號通過IP網絡首先匯集到中控室的視頻存儲服務器上，然后再集中到控制中心。控制中心的服務器包括數據前置管理服務器、視頻管理服務器和客戶端等，完成信號的統一管理、轉發、存儲和解碼顯示。

監控管理平臺采用“服務器+客戶端”架構，具有平臺級軟件的強大功能，既可以單臺工作也可以多臺聯網運行，而且不用設置復雜的數據庫，具有很強的優越性。在本系統中，可以配備多臺客戶端，客戶端通過超文本傳輸協議（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）對Web服務器進行訪問，通過Web服務器對數據前置管理服務器發出請求命令，數據前置管理服務器對請求命令進行解析后做出判斷，針對不同的請求提取視頻數據信息發送給流媒體服務器或者將前端采集系統采集到的視頻數據流轉發給流媒體服務器[3]。視頻數據文件經過流媒體服務器進行形式轉換，轉發到客戶端頁面，提供給生產管理者訪問。

5 結語

在現代化工業的發展進程中，除了建立一套健全的生產管理制度和激勵機制外，建立一套完善的工業網絡視頻監控系統極為必要[3]。工業網絡視頻監控逐漸成為現代工業物聯網系統不可或缺的重要分支，所以在對系統進行規劃設計時一方面要考慮工廠的應用需求和實現手段，另一方面要綜合系統運行環境、管理投資、近期與遠期建設等諸多因素，搭建一套技術先進，經濟適用的視頻監控平臺，為企業帶來更多的經濟效益。

[參考文獻]

[1]鈕剛剛.工業視頻監控系統網絡設計分析[J].山東煤炭科技，2017（12）：182-183.

[2]朱玉彬，陳堅林.基于語料庫的計算機輔助翻譯教學平臺的理論構想與工程實踐[J].外語電化教學，2015（4）：52-57.

[3]宋艷玲.一種工業視頻監控系統的實現[J].工礦自動化，2010（9）：123-125.