廠區(qū)數(shù)字工業(yè)電視系統(tǒng)應用

胡俊 高曉強

馬鋼（合肥）鋼鐵有限責任公司 安徽 合肥 230000

引言

馬鋼（合肥）鋼鐵有限責任公司早期建設(shè)工業(yè)電視系統(tǒng)為模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，智能化性能低，廠區(qū)環(huán)境復雜導致模擬信號傳輸衰減大，干擾強，畫質(zhì)損失嚴重，投屏不便，加上近年來國企改革，人員精簡，以提高生產(chǎn)安全、效率為前提，增加工業(yè)電視監(jiān)控視頻覆蓋、質(zhì)量，開發(fā)建設(shè)統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)平臺，利用高清數(shù)字相機解決前端，單模光纜為傳輸介質(zhì)，做到集中供電，集中傳輸，集中存儲，集中管理，實現(xiàn)高效一體化的工業(yè)電視平臺。

1 各階段功能分析

1.1 廠區(qū)內(nèi)情況分析

馬鋼（合肥）鋼鐵有限責任公司廠區(qū)內(nèi)分布四條主要生產(chǎn)線及相關(guān)功能作業(yè)區(qū)、操作臺、庫區(qū)等重要場所，原模擬系統(tǒng)以模擬相機為主，使用同軸電纜傳輸，現(xiàn)場就近取電，通過矩陣實現(xiàn)視頻切換，切換畫面使用畫面分割器，視頻存儲模式是分布式NVR，無法滿足現(xiàn)場生產(chǎn)速率需求，管理也十分不便，從而進行模擬攝像機更新數(shù)字攝像機改造工作[1]。光纜、電纜重新敷設(shè)，通過現(xiàn)場各設(shè)備終端箱分別接至產(chǎn)線接入交換設(shè)備及集中供電設(shè)備，其上行接入核心交換設(shè)備，利用解碼設(shè)備、HDMI高清視頻線傳輸完成前端設(shè)備鏈接工作，通過各重點區(qū)域點位情況考慮操作臺高清監(jiān)視器更換情況滿足產(chǎn)線及重點區(qū)域的實時監(jiān)控工作。

根據(jù)廠區(qū)內(nèi)相關(guān)業(yè)務使用情況，以當前流行的C/S（客戶端/服務器）結(jié)構(gòu)為主、建設(shè)新的視頻監(jiān)控管理平臺，通過平臺軟件實現(xiàn)各區(qū)域監(jiān)控點位統(tǒng)一管理，自主投屏，可以很簡單快捷的切換各區(qū)域監(jiān)控點位信息，快速完成通訊工作、工業(yè)電視實時預覽及回放切換功能，也能避免各區(qū)域生產(chǎn)進度不同造成的時間差問題，并且通過平臺區(qū)域模塊、人員賬號劃分功能更好的安全性，協(xié)調(diào)性，完整性。

1.2 網(wǎng)絡情況分析

根據(jù)現(xiàn)場情況，工業(yè)電視視頻信號采用單獨組網(wǎng)傳輸，按照接入層-匯聚層-核心層結(jié)構(gòu)，接入層前端攝像機，匯聚層使用全千兆交換機，為下層設(shè)備提供無阻塞傳輸通道，匯聚交換機通過光纖線路匯聚至核心層，與核心交換機、流媒體、磁盤陣列等設(shè)備連接通訊[2]。

考慮到各產(chǎn)線攝像機及網(wǎng)絡設(shè)備數(shù)量突破500點，常用C類地址已無法滿足需求，可以使用B類地址規(guī)劃，但考慮到后期維護與管理工作，本公司采用各產(chǎn)線交換機劃分不同VLAN的方式解決IP地址的問題，四條主產(chǎn)線劃分四個獨立VLAN，其輔助產(chǎn)線、作業(yè)區(qū)使用一個VLAN，通過劃分VLAN的方式有效解決網(wǎng)絡風暴，通過靜態(tài)指向和分配實現(xiàn)不同VLAN相互通訊。

圖1 馬鋼（合肥）鋼鐵有限責任公司廠區(qū)工業(yè)電視系統(tǒng)拓撲圖

1.3 存儲及后臺情況

存儲架構(gòu)采用IPC+CVR集中存儲架構(gòu)，前端部分支持多種類攝像機接入，系統(tǒng)可配置高清數(shù)字網(wǎng)絡槍機、半球、球機等，前端設(shè)備將采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡數(shù)字信號，按照標準視頻編碼格式、SDK通信協(xié)議直接接入網(wǎng)絡并進行圖像傳輸網(wǎng)絡傳輸部分，前端與交換機之間直接通過鎧裝LC-LC光纖跳線級聯(lián)，有的半球及球機無光纖接口也可同過RJ45雙絞線級聯(lián)或使用光纖收發(fā)器點對點接入方式或點對多點光纖PON接入方式都可選擇使用。

后臺中心部分采用CVR對高清視頻圖像進行存儲，解決數(shù)據(jù)落地問題，并采用鏈路聚合，擴展鏈路帶寬，增加鏈路可靠性，實現(xiàn)取流負載均衡。另外核心端配置視頻綜合平臺，賬號權(quán)限分配，通過C/S（客戶端/服務器）結(jié)構(gòu)，使各產(chǎn)線操作臺人員通過客戶端實現(xiàn)工業(yè)電視大屏幕上墻控制。

圖2 工業(yè)電視系統(tǒng)信號傳輸架構(gòu)圖

1.4 視頻平臺設(shè)計與應用

全廠生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用了基于工業(yè)標準的J2EE平臺和SOA面向服務的架構(gòu)，是目前最強壯、最高效、最具伸縮性和業(yè)務擴展能力的平臺架構(gòu)之一[3]。以“高內(nèi)聚、松耦合”設(shè)計原則和頂層模塊化設(shè)計的思想組織應用系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保系統(tǒng)符合信息技術(shù)發(fā)展的趨勢并適應未來應用動態(tài)升級的需要。

平臺基于“高內(nèi)聚、松耦合”的原則和頂層模塊化的思想而設(shè)計，包含視頻應用、設(shè)備分布平面圖、集成管理等應用子系統(tǒng)，各應用子系統(tǒng)具備良好可移植性、伸縮性，適應未來應用動態(tài)升級的需要，可直接用于無行業(yè)特性的常規(guī)項目。與此同時，行業(yè)業(yè)務子系統(tǒng)可快速集成到平臺中來。

圖3 工業(yè)電視系統(tǒng)管理平臺邏輯架構(gòu)圖

1.4.1 服務化和子系統(tǒng)化的開放平臺。平臺提供了不同層次的業(yè)務服務接口，便于行業(yè)應用靈活調(diào)整。

系統(tǒng)管理、視頻監(jiān)控、設(shè)備分布平面圖、報警處理四個子系統(tǒng)通過業(yè)務集成平臺集成，實現(xiàn)統(tǒng)一用戶管理，資源數(shù)據(jù)共享，服務接口交互，形成了高內(nèi)聚松耦合的生態(tài)關(guān)系。

1.4.2 簡化的業(yè)務集成平臺。平臺內(nèi)置業(yè)務集成平臺，構(gòu)建平臺的基礎(chǔ)設(shè)施，支持快速實現(xiàn)更多更廣的業(yè)務子系統(tǒng)整合，包括服務整合、應用整合、子系統(tǒng)整合三種形式，可高效擴展行業(yè)業(yè)務。

1.4.3 通用的視頻應用業(yè)務平臺。平臺基于各組件服務之上，實現(xiàn)了通用的視頻應用，包括視頻監(jiān)控、云臺巡航、報警管理、設(shè)備管理等；提供了豐富的人機交互用戶終端，包括桌面客戶端和移動客戶端；同時向其他業(yè)務系統(tǒng)提供視頻服務，免除其他業(yè)務系統(tǒng)的大量重復開發(fā)。

1.4.4 架構(gòu)安全的管理平臺。平臺具備權(quán)限防范設(shè)計、嚴格的令牌體系、SSL/HTTPS等技術(shù)手段，從架構(gòu)層面就考慮安全性需求，安全可靠。

2 結(jié)束語

隨著本公司工業(yè)電視系統(tǒng)上線使用，產(chǎn)線生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量大大提高，產(chǎn)品經(jīng)過危險、狹小的地帶操作臺大屏可做到及時切換，部分危害、高空、封閉區(qū)域也可全部做到24小時無死角監(jiān)控，磁盤陣列安全可靠保障錄像回放功能，保證了產(chǎn)線故障、產(chǎn)品質(zhì)量異議等相關(guān)情況可及時查詢，后續(xù)我們還將利用現(xiàn)有設(shè)備完成智能識別功能，將高清數(shù)字信號集合生產(chǎn)、物流、安全、消防、能環(huán)、安防于一體，實現(xiàn)真正意義上的智慧制造。