石化企業產供銷監控系統設計與實現

李君有

摘 要：石油化工生產具有易燃易爆，設備高大、存在有毒有害氣體，現場巡檢難度大、工作量大等特點。因此，朝著數字化、網絡化方向發展的視頻監控系統在石油石化企業安全生產中發揮著越來越重要的作用。基于網絡TCP/IP協議，利用視頻編碼技術和流媒體技術，組建包括接入層、匯聚層、核心層的網絡傳輸結構，利用管理服務器、流媒體服務器和存儲服務器搭建視頻服務平臺，選用分布式網絡視頻監控系統架構，設計出適用于石化企業的產供銷網絡視頻監控系統方案。

關鍵詞：石化企業；產供銷；監控系統；設計；實現

1、前言

視頻監控系統已成為石化企業安全防范系統的重要組成部分，采用數字化、網絡化的視頻監控技術，可以大大提高監控效率和管理水平，滿足石化企業的監控需求。依托當前成熟的計算機、網絡、生產實時數據庫等相關技術，建立健全石化企業產供銷監控系統。管理人員通過該系統完成對物料產出、投入、外購、外銷、儲存五個環節的主動監控，進而有效掌控各個廠區、裝置及設備的運行負荷狀況，對企業日度、月度、季度、年度計劃的貫徹實施起到良好的促進和保障作用。

2、系統采用技術

網絡視頻監控系統基于TCP/IP協議，可以采用ADSL、LAN、WLAN、3G等多種網絡接入方式，利用視頻編碼技術將視頻信號封裝，利用流媒體技術將視頻流傳輸至客戶端，通過電視墻、PC機、手機等多種終端進行視頻瀏覽和控制管理。

1）傳輸協議。TCP/IP協議即傳輸控制協議/因特網互聯協議，定義了電子設備接入因特網互相傳輸數據的標準。接入監控網絡的每臺網絡監控設備均以獨立的網絡身份出現，必須具有唯一的網絡地址即IP地址。網絡視頻監控系統采用TCP/IP協議傳輸視頻數據，借助Internet網絡可以實現跨區域的遠傳組網。

2）編碼技術。H.264是由國際標準化組織制定的音視頻信息壓縮編碼標準，視頻信號經過H.264技術編碼封裝后，具有碼率低、圖像質量高、容錯能力高、網絡適應性強的特點。

3）流媒體技術。流媒體技術是指在網絡中采用流式傳輸的方式傳輸視頻。流媒體技術傳輸視頻信號具有傳輸時間短、節省存儲空間等優點。流媒體技術一點對多點的分發機制可以實現系統平臺并發視頻流到多個客戶端。

3、系統方案設計

網絡視頻監控系統方案設計包括分層次組網、選擇監控設備、構建系統結構等環節。

3.1網絡層次

依據石化企業下屬單位的隸屬關系，系統網絡接入模式采用分層結構，包括接入層、匯聚層和核心層等。監控網絡應當具備上級單位網絡接入能力，預留跨區域遠傳的網絡接口并配備網閘，保證上級單位能夠遠程調取視頻流。

1）接入層用于前端設備的接入和訪問控制，采用固定配置的交換機，具有較高的接口密度，以10/100M端口為主，另外配備1000M的上聯端口。接入層布置在各生產裝置的控制室。

2）匯聚層負責鏈路匯聚和流量收斂，采用固定配置交換機或者機箱式模塊化交換機，具有較高接入能力和充足帶寬，配備光端口和高速電口。匯聚層布置在各分廠的監控機房。

3）核心層用于高速數據交換，采用機箱式模塊化交換機，配備管理模塊、光端口和高速電口，機箱具備較高的插板容量。核心層位于石化企業的總監控中心。

3.2設備選用

系統設備包括視頻采集設備、視頻服務平臺、用戶客戶端以及視頻顯示設備等。采集設備連接到接入層交換機，包括內嵌編碼器的網絡攝像機、云臺、拾音器、報警傳感器等，用于采集前端音視頻信號和輸出報警信號。安裝在易燃易爆環境中的攝像機、云臺等應具備符合行業標準的防爆等級，防止設備工作過程中產生的電火花引爆危險氣體造成生產事故。將槍式攝像機安裝在防爆護罩內或者向球機內部不斷注入惰性氣體能夠達到隔爆要求。采集到的信號經過編碼封裝后傳輸至視頻服務平臺進行處理。管理服務器、流媒體服務器、存儲服務器在匯聚層或核心層組網，安裝控制軟件后組建成視頻服務平臺。視頻服務平臺應該與企業內車輛超速管理系統、紅外照射防盜系統等安防系統共架兼容，實現統一管理的目的。視頻服務平臺對前端設備采集到的視頻流進行管理和存儲，并發送到各個客戶端。客戶端設備可以采用硬件解碼和軟件解碼等形式對視頻流解碼。硬件解碼是通過電視墻服務器將視頻流解碼后在電視墻上顯示。軟件解碼功能集成在客戶端軟件內，用戶通過客戶端PC機可以采用B/S模式（瀏覽器/服務器模式）或C/S模式（客戶端/服務器模式）向視頻服務平臺發出請求并接收視頻流，然后將視頻流解碼顯示。此外還可以向前端采集設備發出控制指令，實現攝像機參數調整和云臺動作控制。

3.3系統架構

網絡視頻監控系統結構分為集中式和分布式等形式。集中式系統架構是在核心層將管理服務器、流媒體服務器、存儲服務器等安裝控制軟件后構成唯一的中心視頻服務平臺。管理服務器控制攝像機和客戶端分別連接到流媒體服務器，攝像機通過流媒體服務器向客戶端傳輸視頻流。

集中式系統架構能夠滿足小型企業的網絡視頻監控需求，但數據處理分發能力有限。一路1080P的視頻流需要6M以上的傳輸帶寬，如果多個客戶端同時向管理服務器提出申請，流媒體服務器需要同時向多個客戶端發送視頻流，對流媒體服務器的流量并發能力和交換機的帶寬提出非常高的要求，容易造成服務器宕機和網絡擁堵。此外由于集中分發，流媒體服務器一旦宕機所有客戶端都無法獲取視頻流。在大型石化企業內部搭建網絡視頻監控系統的時候，應該選擇采用分布式的系統結構。

相比集中式結構，分布式網絡視頻監控系統架構主要是在匯聚層增加了代理點，以管理服務器、流媒體服務器和存儲服務器構建代理點視頻服務平臺，核心層只安裝中心管理服務器。將中心視頻服務平臺功能分配到不同代理點，每個代理點平臺具備和原中心平臺相同功能。根據就近原則，將某區域范圍內的前端設備和客戶端接入本區域的代理點平臺，中心管理服務器只負責攝像機和客戶端的注冊等業務功能，一個代理點平臺的流媒體服務器宕機不會影響其他代理點的客戶端使用，降低了服務器宕機的損失。分布式結構既實現了業務統一管理的功能，又減輕了中心平臺設備運行壓力，降低了中心平臺帶寬要求，提高了系統的穩定運行能力。

分布式架構的系統客戶端獲取視頻的流程如下。

1）客戶端到中心管理服務器注冊。

2）攝像機到中心管理服務器注冊。

3）客戶端由中心管理服務器控制，重新連接到代理點管理服務器。

4）攝像機由中心管理服務器控制，重新連接到代理點管理服務器。

5）客戶端由代理點管理服務器控制，重新連接到代理點流媒體服務器。

6）攝像機由代理點管理服務器控制，重新連接到代理點流媒體服務器。

7）攝像機向代理點流媒體服務器發送實時視頻流。

8）代理點流媒體服務器轉發實時視頻流到客戶端。

9）客戶端從代理點存儲服務器獲得回放視頻流。

4、結語

通過石化企業產供銷監控系統的建設，實現對物料的產出、投入、外購、外銷、儲存各環節的主動集中式監控管理；一旦發現脫銷、滯銷、生產滯后等緊急情況后，可以及時調整進度、增加或減少產量與銷量，從而實現石化企業核心價值鏈的穩定運行，為實現企業效益最大化提供最有力的信息技術支撐。

參考文獻：

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