基于網絡攝像機的長輸油氣管道遠程視頻巡檢的實現

王文

[摘? ? 要]當前我國部分長輸油氣管道開始實施區域化管理，以HAZOP分析為基礎結合站場運行實際進行適應性改造，重點是通過基于高清網絡攝像頭的工業視頻監控改造、新增站場SCADA數據傳輸鏈路至區域分中心實現區域分中心對管道沿線站場閥室實行“集中監視”“集中巡檢。

[關鍵詞]油氣管道;區域化管理;網絡攝像頭;遠程巡檢

[中圖分類號]TE973.6 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）04–0–03

Realization of Remote Video Inspection of Long-Distance?oil and Gas Pipelines Based on Network Cameras

Wang Wen

[Abstract]At present， some long-distance oil and gas pipelines in my country have begun to implement regional management， and based on HAZOP analysis， they have carried out adaptive transformation in combination with the actual operation of the station. Link to the regional sub-center to realize the "centralized monitoring" and "centralized inspection" of the valve room of the station along the pipeline by the regional sub-center.

[Keywords]oil and gas pipeline; regional management; webcam; remote inspection

我國長輸油氣管道企業為了適應長輸管道的高度自動化，基層推行基于“無人值守站場”的精簡作業區管理模式，區域分中心通過視頻監控進行遠程巡檢、通過SCADA終端進行工藝運行參數的集中監視，達到有效釋放人力資源，繼續解放生產力，突破性提升管道運行管理水平。文章分析了基于網絡攝像機的長輸油氣管道遠程巡檢的實現過程。

1 基于網絡高清攝像頭的工業監控系統改造思路

結合GA 1166—2014《石油天然氣管道系統治安風險等級和安全防范要求》的相關要求及已建工業電視系統的相關經驗，站場及閥室工業電視系統改造方案如下。

站場內原有模擬攝像機均改成不低于200 W像素網絡高清攝像機，模擬攝像機對應的DVR更換為NVR。另外，本著盡量利用現有設備減少投資的目的，對于已經新增的網絡攝像機采用后期增加算法的方式實現智能AI功能，不再更換攝像機。

工業電視監控系統采用“網絡攝像機+NVR（網絡硬盤錄像機）+本地監控終端+遠程管理平臺”方式構建數字化、網絡化的視頻監控系統。系統采用站內本地監控、站內本地存儲、站內本地管理為主，遠程監控、遠程管理為輔。本地監控、存儲和管理功能不依賴于遠程設備，各站場視工業電視監控圖像上傳至分公司的調控中心視頻監控，并且還能上傳到總公司，如圖1所示。

2 站場改造

結合站場現場環境，經過攝像機的合理布點，加強對視頻資源的利用率，提高視頻監控能效。實現可視化視頻監控。對點位的布置要從以下方面考慮：①攝像機的安置高度;②監控區域的重合度;③攝像機的安置位置。

在工藝站場圍墻四周攝像機網絡球型攝像機用于與周界聯動，在工藝區及工藝區的計量區設置的網絡攝像機用于對工藝設備區的全面監視，室內重要的區域（機柜間、UPS間、站控室等）設置紅外半球攝像機。工藝站場大門處設置具備人臉識別、車牌抓拍功能的攝像機。

各站視頻集中監控系統由前端系統、傳輸網絡、設備供電系統、視頻圖像存儲、站控室顯示系統組成。

前端系統：防爆一體化攝像機、室外球型網絡攝像機、室內球型攝像機、室內定點槍式攝像機、防爆接線箱、不銹鋼防水配電箱、空開、熔接盒、尾纖、撓性管（防爆）、電源防雷器、信號防雷器、光電收發器、防雷接地系統。

傳輸網絡：站內攝像頭傳輸采用前端至站控室鋪設光纜的方式進行傳輸，各站至分公司網絡傳輸并入至已建的傳輸系統中。

改造后的工業電視監控系統應滿足，站場本地工業電視監控系統支持前端及后端I/O干接點觸發聯動功能，第三方系統的開關量接入前端攝像機或后端設備的I/O口，按照配置策略觸發攝像機響應，在視頻終端呈現提示或顯示圖像，進行實時監控和錄像。站場本地監控系統與周界入侵報警系統、火災報警等系統進行聯動時，從接收到報警到觸發成功時間間隔不得超過2 s。站場本地監控系統支持后臺聯動功能，后臺聯動時，應為第三方系統提供符合GB/T 28181規定的接口，第三方系統觸發報警，按照配置策略觸發攝像機響應，并在視頻終端呈現提示或顯示圖像，進行實時監控和錄像。

3 RTU閥室改造

采用多個高清攝像頭實現閥室室內100 %視頻全覆蓋，另外閥室圍墻處攝像機應具備基于攝像機的周界防范功能，便于增強閥室安防系統提升。

RTU閥室視頻集中監控系統由前端系統、傳輸網絡、視頻圖像存儲、設備供電系統、千兆網絡交換機、站控室顯示系統組成，如圖2所示。

（1）前端系統：室外球型網絡攝像機（帶語音喊話功能）、室內網絡球形攝像機、不銹鋼防水配電箱、空開、熔接盒、尾纖、撓性管、電源防雷器、信號防雷器、光電收發器、防雷接地系統。3A2866B9-11F9-4C27-9AAC-E7BCF61826B9

（2）傳輸網絡：RTU閥室采取并入伴隨管道光纜的通信模式傳至就近站場NVR，通過站場網絡傳輸至分公司。

（3）視頻圖像存儲：通過管道光纜傳至就近站場NVR進行存儲。

（4）設備供電系統：鋪設電纜，通過外電供電系統進行設備供電。

4 關鍵設備技術要求

4.1 攝像機基本功能要求

（1）攝像機分辨率可分擋配置，至少支持1080 P;

（2）支持多碼流不同碼率輸出，主碼流不小于30幀/s（分辨率1920×1080）;

（3）選擇限定帶寬和可變帶寬功能，可變帶寬模式下可設置畫質優先或幀率優先;

（4）支持H.264/H.265/MPEG4/ SVAC視頻編碼算法;

（5）200萬像素至少滿足1 000 TVL;

（6）支持語音采集接口;

（7）支持日夜模式自動轉換功能;

（8）支持自動增益控制、自動白平衡調整、背光補償、自動電子快門、自動光圈功能;

（9）支持遮擋告警、視頻丟失告警功能;

（10）支持10/100M Base-T以太網接口或光纖接口、RS485、音頻輸入/輸出接口;

（11）支持Micro SD卡插槽，支持Micro SD/Micro SDHC，支持SD卡熱插拔，存儲容量不小于 128 G;

（12）支持HTTPS、SSH等安全認證;

（13）支持GB/T 28181、ONVIF、SNMP相關協議;

（14）支持軟件集成開放式API。

4.2 能實現的前段行為分析功能

穿跨越警戒面：目標穿越用戶設置警戒面時，系統自動產生報警，可按照穿越警戒面的方向，分為單向報警和雙向報警;

區域入侵：目標在用戶設置檢測區域范圍內停留（包括靜止和移動）超過限定時間時，系統自動產生報警;

進入區域：目標在用戶設置的檢測區域外進入檢測區域時，系統自動產生報警;

離開區域：目標在用戶設置的檢測區域內離開檢測區域時，系統自動產生報警。

徘徊檢測：當監控范圍內的目標在感興趣區域內逗留超過預設的時間時就觸發徘徊檢測告警，同時使用告警框進行標識。

支持斷網續傳、智能后檢索。

支持設備異常檢測：網線斷、IP地址沖突、存儲器滿、存儲器錯、非法訪問。

另外槍型攝像機主用用于車牌及人臉識別，除支持前端行為分析的基礎功能外，還應滿足以下技術要求：①應支持人臉檢測，支持檢出戴安全帽、耳機、眼鏡等遮擋的人臉，抓拍行人圖像其人像頭部圖像水平分辨率不低于50個像素，被抓拍圖像應能人眼看清人臉輪廓;②應支持人臉抓拍，人臉抓拍捕獲率≥99%;③應支持對經過主要出入口的機動車輛、非機動車進行正向/或逆向行駛捕獲和抓拍，抓拍車輛圖像其車輛圖像水平分辨率不低于100個像素，被抓拍圖像應能人眼看清車輛類型、號牌、顏色和輪廓。

4.3 網絡硬盤錄像機

網絡硬盤錄像機采用MPEG4/H.264/H.265圖像壓縮標準;支持GB/T28181、ONVIF、RTSP協議，可接駁第三方主流廠商的網絡攝像機;圖像格式支持720 P、1080 P可任選;系統應能自動判斷存儲介質性能，單個存儲介質損壞不應影響系統存儲性能;系統支持存儲空間擴展，存儲空間的擴展不應改變現有的系統架構和網絡架構;雙向數據通道（RS-485/422），配有不少于視頻輸入路數的報警輸入和至少1路報警輸出，支持雙網卡。通過TCP/IP網絡將視頻傳送到監控終端上。支持高清視頻輸入，支持HDMI及VGA視頻輸出，輸出分辨率不低于1920×1080。

5 分公司監控終端平臺建設

利用分公司前期建設的監控中心數據路由，現場設備均選用與初期建設設備能夠兼容運行的方式運行。分公司更新一臺PC終端，增加一臺流媒體服務器、一套監控軟件，直接訪問流媒體，以解決分公司監控終端單獨訪問各站NVR所需大流量高清畫面傳輸所需的帶寬高需求。

本次工業監控項目改造完成后，分公司攝像頭數量增加，為增加顯示效果，在分公司調度中心新增大屏幕系統一套。增加一套話筒音響系統，用于與現場遠程通話。

6 存儲容量設計

本工程網絡攝像機圖像在站內進行本地存儲和管理。綜合考慮項目的建設成本，在保障視頻圖像清晰度的前提下，降低傳輸帶寬及現場的存儲容量，各站場的實時監控畫面傳輸、存儲及上傳均采用1080 P@30 fps格式，圖像采用H.265技術編碼碼流約為2 Mbps/路，可存儲不低于90 d計算圖像存儲容量：每路視頻全動態存儲速率為2 Mbps÷8=256 kbps;每路視頻全動態存儲1 d的容量為256 kbps×3600 s×24=21.1 GB;90 d每路全動態存儲容量為21.1 GB×90=1899 GB=1.86 T;各站場存儲設備的配置容量應≥1.86 T×數字視頻存儲路數，RAID級別按5設置，網絡硬盤錄像機支持16盤位，兩組RAID、一塊熱備硬盤滿配時可以支持35路2 Mbps碼流存儲90 d的要求。

7 傳輸帶寬設計

監控攝像機現在正常使用的兩個協議標準，一個是H.264，另一個是H.265。監控攝像機的碼率的含義簡單地講就是，每秒有多少數據傳輸經過。單位默認kbps，可以換算成Mbps，就是除以進率1024，得出的每秒有多少Mb的數據經過。網絡攝像機的碼率計算，通常是把主碼流數值和子碼流數值想加。主碼流是高清畫面，是用來支持保存錄像和單畫面顯示的;子碼流是普清畫面，用來支持網絡傳輸和多畫面顯示的。H.264協議標準下的碼率：100萬像素/130萬像素的碼率約2.5 Mb;200萬像素碼率約4.5 Mb;300萬像素碼率約6.5 Mb。

如果攝像機用的H.265技術標準，首先要知道H.265技術是讓碼流減半，所以差不多是H.264標準攝像機數量的2倍。H.265技術不但能讓寬帶壓力減半，還可以讓存儲容量減半。

一個前端200 W像素H.265編碼的攝像頭，那么它的帶寬就是2 M，總共有100個攝像頭，那帶寬就是200 M，對應的解碼器的資源也需要200 M的帶寬。

8 結束語

改造后，分公司監控中心可通過監控終端快速遠程對各站場、RTU閥室進行遠程視頻輪巡、監控。在實施過程中要重點做好網絡攝像機的選型、攝像頭安裝位置的確定、通信鏈路的規劃、儲存容量的設計、網絡傳輸帶寬的規劃、監控平臺的選擇。

參考文獻

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