試論油氣長輸管道巡檢中的智能視頻監(jiān)控技術(shù)

姜麗

【摘 要】由于油氣長輸管道安全運(yùn)營監(jiān)管力度不斷加大，管道運(yùn)輸企業(yè)迫切需要引入新的技術(shù)來加強(qiáng)管道巡檢。為此，本文主要就油氣長輸管道巡檢中的智能視頻監(jiān)控技術(shù)提出幾點(diǎn)看法。

【關(guān)鍵詞】長輸管道；智能；視頻監(jiān)控；視頻巡檢；管線巡檢

一、智能視頻監(jiān)控技術(shù)原理

智能視頻監(jiān)控的核心是監(jiān)控視頻的智能分析，目前中國對智能視頻分析尚無統(tǒng)一概念。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對監(jiān)控場景的視頻圖像內(nèi)容進(jìn)行分析，提取場景中的關(guān)鍵信息，并形成相應(yīng)事件和報(bào)警。智能視頻監(jiān)控技術(shù)借助于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，對視頻畫面中的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高速分析，過濾掉與用戶無關(guān)的信息，僅提供有用的關(guān)鍵信息。相較于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控，智能視頻監(jiān)控同時(shí)能對多個(gè)監(jiān)控場景的視頻圖像內(nèi)容進(jìn)行分析，自動(dòng)篩選報(bào)警信息。智能視頻監(jiān)控將被動(dòng)監(jiān)視變?yōu)橹鲃?dòng)監(jiān)視，將監(jiān)控系統(tǒng)的事后分析變成事中分析和事前預(yù)警，將操作人員從繁重的監(jiān)控工作中解脫出來，提高操作人員辨別視頻的效率。

二、油氣長輸管道巡檢中的智能視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

（一）應(yīng)用現(xiàn)狀

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一套將視頻采集、圖像分析及報(bào)警管理高度集成到一個(gè)控制平臺(tái)上的安防管理系統(tǒng)，借助聲光報(bào)警、圖像信號(hào)、電子地圖，自動(dòng)跟蹤鎖定并生成事件報(bào)告記錄，提示值班人員及時(shí)處理。

油氣管道智能視頻巡檢監(jiān)控系統(tǒng)通過分析采集的影像數(shù)據(jù)，將場景中的背景和目標(biāo)進(jìn)行分離，智能化識(shí)別并判斷被監(jiān)視目標(biāo)是否存在安全威脅，對已出現(xiàn)或?qū)⒁霈F(xiàn)的威脅進(jìn)行主動(dòng)預(yù)警，及時(shí)向管理人員發(fā)出警報(bào)。視頻圖像經(jīng)過3D數(shù)字降噪、圖像透霧、寬動(dòng)態(tài)、圖像防抖動(dòng)預(yù)處理，再進(jìn)行壓縮、檢索、復(fù)原、拼接等視頻后處理，借助強(qiáng)大的視頻分析功能進(jìn)行人和車輛識(shí)別、行為分析、目標(biāo)跟蹤、視頻診斷等。

智能視頻巡檢監(jiān)控系統(tǒng)可分為前端集成式、后端集中式及前后端混合模式。（1）前端集成式：所有目標(biāo)識(shí)別、跟蹤、行為判斷、報(bào)警觸發(fā)等由安裝于前端集成式系統(tǒng)的智能分析設(shè)備完成，系統(tǒng)對前端智能分析模塊的數(shù)據(jù)庫要求相對較高，前端系統(tǒng)與監(jiān)控中心之間的通信帶寬要求較小。（2）后端集成式：前端攝像機(jī)只需完成基本的視頻采集，由后端集中式系統(tǒng)監(jiān)控中心進(jìn)行視頻智能處理，監(jiān)控中心可以分析、處理大量的前端攝像機(jī)采集的視頻，前端系統(tǒng)與監(jiān)控中心之間的通信帶寬要求相對較高，后端集中式系統(tǒng)可建立相對完善的、復(fù)雜的分析數(shù)據(jù)庫。（3）前后端混合模式：則是在實(shí)際應(yīng)用場景中，前端集成式和后端集中式并存的復(fù)雜系統(tǒng)。智能視頻分析技術(shù)近幾年已經(jīng)在電力、煤炭、公安、交通等領(lǐng)域得到應(yīng)用，油田井場、油氣長輸管道也有多個(gè)應(yīng)用案例，但仍存在一些問題：①環(huán)境復(fù)雜度的增加會(huì)使得誤報(bào)率上升，難以達(dá)到預(yù)期的分析目的和應(yīng)用效果；②針對實(shí)際應(yīng)用中監(jiān)視目標(biāo)多的情況，當(dāng)前智能分析系統(tǒng)無法完全消除誤報(bào)的影響；③行為判斷能力弱，畫面難以達(dá)到特征識(shí)別技術(shù)要求；④海量的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對CPU和網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了極高的要求。

（二）應(yīng)用難點(diǎn)

（1）油氣長輸管道沿線環(huán)境復(fù)雜多樣，光照變化幅度大、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜、遮擋、目標(biāo)與背景顏色相似、雜亂背景等都會(huì)增加目標(biāo)檢測與跟蹤算法設(shè)計(jì)的難度，圖像變化率大，給運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的分割與特征提取帶來困難。（2）視頻中序列圖像包含大量信息，要保證目標(biāo)跟蹤的實(shí)時(shí)性，必須選擇計(jì)算量小的算法。而要使算法對復(fù)雜背景、光照變化及遮擋等情況有較強(qiáng)的適應(yīng)性，又要以復(fù)雜的運(yùn)算為代價(jià)。（3）當(dāng)前智能監(jiān)控技術(shù)并未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和明確的概念，對智能監(jiān)控產(chǎn)品的認(rèn)知與實(shí)際的功能存在偏差。（4）序列圖像中包含大量可用于目標(biāo)跟蹤的特征信息，如目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)、顏色、邊緣以及紋理等，但目標(biāo)特征信息難以取舍，需要不斷累積經(jīng)驗(yàn)。（5）目標(biāo)部分不可見或完全遮擋會(huì)造成目標(biāo)信息缺失，影響跟蹤的穩(wěn)定性。采用統(tǒng)計(jì)方法來預(yù)測目標(biāo)的位置、尺寸，也不能完全解決嚴(yán)重的遮擋問題，因此必須正確處理遮擋時(shí)特征與目標(biāo)間的對應(yīng)關(guān)系。

針對以上難點(diǎn)，需要在以下幾個(gè)方面深入研究：（1）研究高清視頻監(jiān)控技術(shù)在油氣管道沿線監(jiān)控的可行性。高清視頻對網(wǎng)絡(luò)傳輸提出了較高的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要權(quán)衡攝像頭像素、攝像頭數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)帶寬等參數(shù)，綜合考慮應(yīng)用系統(tǒng)選型。（2）研究光纖超遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸技術(shù)，在保障信號(hào)傳輸安全性、穩(wěn)定性前提下實(shí)現(xiàn)光纖鏈路上各節(jié)點(diǎn)桿塔的組網(wǎng)以及光纖超遠(yuǎn)距離傳輸。（3）研究智能圖像識(shí)別分析技術(shù)，提高管道沿線視頻圖像巡檢效率，使系統(tǒng)在第一時(shí)間自動(dòng)識(shí)別各種危險(xiǎn)，并能自動(dòng)預(yù)警、報(bào)警，降低人力疲勞和響應(yīng)不及時(shí)的隱患。（4）由于人為破壞、偷盜天然氣等行為在夜間高發(fā)，監(jiān)控系統(tǒng)可采用遠(yuǎn)距離熱成像技術(shù)。（5）在保障管道沿線安全的同時(shí)，也需要保障桿塔、基站、攝像機(jī)等硬件設(shè)備的安全。采用探測器探測各種安全隱患行為，如強(qiáng)震、煙、水、人員接近等情況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測、自動(dòng)報(bào)警、現(xiàn)場對講喊話等集成聯(lián)動(dòng)。

（三）展望

油氣管道智能視頻巡檢監(jiān)控系統(tǒng)將向著集中式、云端化發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）基于物聯(lián)網(wǎng)的油氣長輸管道智能視頻巡檢系統(tǒng)將發(fā)展成新的視覺物聯(lián)。伴隨著相關(guān)技術(shù)的成熟，未來將在更多的油氣長輸管道安裝固定高清視頻巡檢監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)也將集成生產(chǎn)單位本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)，擴(kuò)大覆蓋范圍。（2）綜合考慮視頻巡檢監(jiān)控硬件、網(wǎng)絡(luò)及視頻分析技術(shù)，選擇合適的系統(tǒng)監(jiān)控方案。對于大型、復(fù)雜的油氣管網(wǎng)，前后端混合應(yīng)用模式將是智能視頻巡檢監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的方向。（3）隨著云技術(shù)與大數(shù)據(jù)的發(fā)展，智能監(jiān)控系統(tǒng)將由傳統(tǒng)的集中式向網(wǎng)絡(luò)協(xié)作式發(fā)展，利用云平臺(tái)強(qiáng)大的計(jì)算能力，對環(huán)境變化做出快速響應(yīng)，通過設(shè)計(jì)合理的調(diào)度方法和算法，實(shí)現(xiàn)多個(gè)攝像頭的組網(wǎng)、協(xié)同、接力式跟蹤。同時(shí)，有必要建設(shè)針對視頻巡檢監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心或企業(yè)視頻巡檢監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心。

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