海上石油平臺視頻監控系統與火災探測系統聯動設計及應用

劉玉豪

（中海油能源發展裝備技術有限公司設計研發中心 天津 300452）

0 引言

近年來，隨著工業生產自動化程度和信息技術的發展，人工智能、圖像處理、無線傳輸等新技術也給視頻監控系統的智能化應用衍生出更為先進的功能，視頻監控系統通過與其他系統相互結合，通過智能管理系統可以實現遠程監控和報警功能，大大加強了安全生產管理，提高了生產現場的管理有效性[1]。本文以海上石油平臺研究為基礎，遵循“充分保護投資，確保全面擴展”的指導思想，最大化充分利用現有條件下對視頻監控系統與火氣探測系統進行聯動設計來構造一個實用、高效、安全、可靠的安防聯動自動化系統，并進行應用。該設計方案不僅優化了日常管理工作，也全面提高了中海油平臺的安全性。該設計方案符合未來5 年發展規劃，隨著安防聯動報警行業逐步發展和我國監控報警工程建設的發展，此設計方案具有很高的前瞻性。

1 海上石油平臺火氣探測系統技術和視頻監控系統技術

1.1 海上石油平臺火氣探測系統技術

火災和可燃氣探測報警系統（Fire Alarm and Gas Detector System），又叫火氣探測系統（FGS）[2]。火氣探測系統包含火氣控制系統和布置在海上石油平臺生產區域及生活區域的不同種類的探測設備，還包括與廣播報警系統（PA/GA 系統）、緊急關斷系統（ESD 系統）、安全消防系統以及供熱通風與空氣調節系統（HVAC 系統）的接口。

海上石油平臺的設備設施長時間處在一個相對復雜的高腐蝕、高鹽霧的海洋環境下。另外，受生產環境等一些因素的限制，海上平臺還具有總體設備布置相對緊湊，生活樓（生活區域）與生產區域距離比較近，救逃生空間及設施受限等特點。當火災發生時，會產生煙霧并伴隨高溫和火光的出現，當設置在海上石油平臺現場的火氣探測裝置探測到火焰、可燃氣或者有毒氣體時，位于海上石油平臺中央控制室（CCR）的火氣系統會連續監控相關的現場探頭，并將檢測到的這些火氣信號進行采集，轉變為報警信號進行報警或啟動自動滅火系統，第一時間使現場火災得到有效控制。

火氣探測系統從功能上分主要由可燃氣控制器、火控制器（一般為基于微處理器的控制器和基于固態電路的控制器）、邏輯控制（其輸入信號為各控制器的輸出信號和其他開關信號）、人機界面（包括盤面聲光報警和狀態指示、手動按鈕）、旁路（通常包括硬件旁路開關和軟件旁路開關）、通信接口（如以太網接口、串口）、電源（UPS 供電）與現場的接線端子及其他附件組成。如圖1 所示，火氣探測系統由現場設施、火災盤及其他相關系統的接口組成。火氣探測系統的硬件配置組成情況依據不同平臺情況存在不同差別，包括可燃氣探測系統、火災探測系統、硫化氫探測系統等。火焰探測器依據可燃物燃燒的不同時期、不同屬性及對火災的探測基本原理的不同又可分為煙探測器、熱探測器和火焰探測器。氣體探測器可以分為可燃氣體探測器、有毒氣體探測器（如硫化氫氣體等）。

整個火氣探測系統應兼顧以下列特點：（1）系統結構的模塊化。系統可以對配置進行靈活布置，確定監控回路數量，如果單機結構地址容量不足，能夠將系統配置成網絡結構的模式。（2）系統電路設計簡潔、能夠做到設計簡單和節省電纜、方便工程施工和檢維修。（3）系統可靠性原則。系統應實現系統自我診斷和智能報警功能。即當火災發生時，智能報警系統可根據探測到的火災模擬量參數，作出綜合判定后進行報警和控制。（4）系統中的探測器應兼具火災模擬試驗功能，可對系統邏輯程序進行便利調試。

1.2 海上石油平臺視頻監控系統（CCTV）技術

為了及時準確地發現重點設備、重點部位及各種油氣處理設施出現的問題，避免和減少安全事故的發生，海上石油平臺上通常配置安全監控系統，即在海上石油平臺上布設閉路電視監視系統（Closed Circuit Television System）。如圖2 所示：該系統能每天24 h，向安全/監視中心提供清晰的監視圖像，必要時還可在現場設置紅外線防盜功能[3]。視頻的圖像質量（包括圖像大小、幀率、清晰度）可以由操作者在圖像采集地或圖像監視中心選擇調節。不同位置攝像機的圖像可以由操作者根據觀察需要在圖像監視中心進行切換。

海上石油平臺的視頻監控系統包含視頻采集系統和數據傳輸系統。其中，視頻采集系統又包括前端設備和視頻服務器，前端設備通常選用防爆型攝像機，必要時特殊位置可選用具有紅外功能的攝像機。根據具體需求可采用帶有AI 功能的攝像機。視頻服務器端應達到支持H.264，MPEG4等視頻的標準，并支持遠程控制和管理工作。數據傳輸系統中視頻信號可通過陸地與海上平臺之間的海底光纖或者陸地與海上平臺之間數字微波設備傳回陸地監控中心。

2 視頻監控系統與火氣探測系統聯動設計

2.1 聯動設計原則

2.1.1 可靠性原則

根據海上石油平臺的要求，結合工程建設中的經驗和技術要求，應滿足系統整體匹配，穩定性能高，日后不會產生因多家產品造成的未來不可預見的技術銜接不匹配和軟件升級等問題，也不會產生一系列諸如系統兼容性、穩定性、質量和售后服務糾紛等問題。

2.1.2 系統兼容性原則

聯動系統應符合優良的兼容性和可擴充性。替換方便快捷，裝拆擴容簡單，使用壽命長，易于日常維護，維修時間較短等原則。

2.1.3 系統安全性原則

依據國家規定的相關標準及其有關的人身安全、消防法規來制定，除滿足功能所需的指標外，其使用電壓、電源箱或盒的安裝、選線、穿管、接地系統也均應符合人身安全法規[4]。本系統的電源和設備安裝也符合相關的消防條例[4]。

2.2 聯動系統架構

2.2.1 火氣盤與視頻系統硬盤刻錄機連接

在火氣盤與CCTV 系統盤柜設置聯動模塊；聯動模塊成對存在，火氣盤輸出開關量信號接入聯動模塊A，中間通過485 信號連接在CCTV 盤柜的聯動模塊B，聯動模塊B 輸出開關量信號，接對應的攝像頭。圖3 為聯動系統架構圖。

將火氣盤火區報警輸出的開關量信號點連接至報警主機故障點輸入，通過內部的485 協議轉換，變回開關量信號進入監控機柜。一個火區有探頭告警，一個探頭附近的監控點能做出相對應的動作，如報警音，屏幕報警自動彈出，報警時只需傳送對應火區報警的開關量信號，聯動視頻監控。

2.2.2 聯動設置預置點

根據平臺攝像頭布置原則和火氣探測設備布置原則，將攝像頭布置與平臺各火區火氣探測設備的布置相結合，保證每個火區的火氣探測設備附近有相應的攝像頭，此位置設置為攝像頭監控預置點位。

2.2.3 聯動云臺

當火氣探頭檢測到報警，火氣盤輸出常開干接點信號變為常閉給火氣系統主機報警，火氣系統有報警輸出就會有相應的開關量信號傳入對應的聯動模塊，通過內部的485 協議轉換，變回開關量信號進入CCTV 監控機柜。

硬盤錄像機接收到報警信號，協同聯動其所對應區域的云臺攝像頭旋轉到指定預置點位，并在中控中心監視器上彈出相對應畫面；同時，觸發監控中心本地輸出多種不同的報警聲音或警鈴，其中聲音文件可自行設定或錄制。

2.2.4 聯動其他系統

聯動電視墻、聲光報警器、聯動錄像/抓圖系統且錄像不會覆蓋，將現場畫面視頻傳回監控中心。

當前端觸發報警后，系統會聯動監控點對事故現場進行緊急錄像及抓圖，后期事故調查階段可以通過查看錄像文件和圖片來復原報警時現場的實際情況。當前端觸發報警后，可以把關聯的監控點視頻投放到電視墻上進行預覽，更加直觀地顯示前端現場情況。

預案聯動通過預案配置，對報警發生時的處理步驟進行配置。當平臺接收到報警信號，監控中心管理人員可根據報警關聯的預案進行操作處理。聯動系統可根據事件類型、事件起源及時間等條件對報警事件查詢，查詢結果信息包含準確的事件發生時間和詳細的事件描述。

除此之外，聯動系統與海上石油平臺的三維電子地圖相配合，可用于管控子系統，將這些資源的平臺具體位置做出展示。三維電子地圖中可添加平臺火區以及緊急報警設備。報警出現時，三維電子地圖上自動定位該報警位置，并以圖標閃爍的形式顯示報警狀態。并且可在三維電子地圖中顯示平臺各火區的實時動態，其所關聯的歷史報警事件以及對火區進行旁路和旁路恢復等進行操作。

3 聯動系統實施步驟

3.1 新增網絡型攝像頭系統配置（看原有監控主機是否支持聯動）

報警信號接入硬盤錄像機，硬盤錄像機的報警信號為16 路，多個火災報警信號連接一個攝像頭的報警輸入點，通過硬盤錄像機設置報警聯動，設置攝像頭的預置位，實現報警彈屏，當一個火區發生報警時，報警信號傳入硬盤錄像機，則該區域的指定的攝像頭會照射到預置點，可查看報警畫面。

3.2 模擬型攝像頭配置

選擇新型硬盤錄像機，并更換原有的硬盤錄像機（看原有監控主機是否支持聯動)。

將原有攝像頭的485 控制線接入，實現原有攝像頭可控制操作。報警信號接入硬盤錄像機，硬盤錄像機的報警信號為16 路，多個火災報警信號連接至一個攝像頭的報警輸入點，通過硬盤錄像機設置報警聯動，設置攝像頭的預置位，可在無人平臺實現報警彈屏，當一個火區發生報警時，報警信號傳入硬盤錄像機，則該區域的指定的攝像頭會照射到預置點，可查看報警畫面。

3.3 火氣點位系統接入

確定平臺的火區分布，確定有火區DO 點的輸出，如有必要需增加DO 卡件及繼電器。確定增加成對的數字量串口輸入輸出模塊，模塊配置見圖4。

火氣盤有報警輸出就會有相應的開關量信號傳入對應的聯動模塊，通過內部的485 協議轉換，變回開關量信號進入CCTV 監控機柜。一個火區有探頭告警，一個探頭附近的監控點能做出相對應的動作，如報警音，當畫面報警彈出，報警時只需傳輸相應火區報警的開關量信號，聯動視頻監控。

3.4 系統調式

在聯動設計配置完成后，需進行分項工作及系統整體聯動調試工作。調試時應注意畫面的分類，做好標注標簽，檢查好線路，線路的連接按照說明書內線纜的連接順序進行連接，避免線序的錯接現象，保證鏈路的暢通是施工的關鍵。系統只有通過子系統驗收和系統試運行且文檔資料齊全才能交付客戶進行驗收。系統試運行期間，應編制試運行的培訓手冊、操作維護手冊及相應的詳細規程[5]。

對所有聯動設備在聯動運行前，需要進行聯動模擬測試，并在確保設備動作正確無誤和子系統運行正常的情況下，連接聯動控制線和反饋線，以保證系統全面得到各種性能。系統的聯動應按照設計進行，其他設備聯動前，應對設備及其附屬裝置進行全面檢查，合乎規范要求后，方可進行試運行[6]。設備設施的試運行需符合設計文件及相應的技術文件要求。準備工作必須到位，并保證各相關負責人對試運行情況進行確認和簽證。

4 結語

在海洋石油平臺上，火災和可燃氣體探測報警系統是海洋石油工程安全生產的重要保障。本文對海上石油平臺的視頻監控系統與火災探測系統進行聯動設計，通過對海上石油平臺火氣系統和視頻監控系統的結構和基本功能的研究，從滿足平臺的實際需求出發進行聯動研究，實現了對火災遠程聯動的檢測，為平臺正常生產及日常管理提供有力保障，將突發事件處理在萌芽狀態。