石化企业产供销监控系统设计与实现

李君有

摘 要：石油化工生产具有易燃易爆，设备高大、存在有毒有害气体，现场巡检难度大、工作量大等特点。因此，朝着数字化、网络化方向发展的视频监控系统在石油石化企业安全生产中发挥着越来越重要的作用。基于网络TCP/IP协议，利用视频编码技术和流媒体技术，组建包括接入层、汇聚层、核心层的网络传输结构，利用管理服务器、流媒体服务器和存储服务器搭建视频服务平台，选用分布式网络视频监控系统架构，设计出适用于石化企业的产供销网络视频监控系统方案。

关键词：石化企业；产供销；监控系统；设计；实现

1、前言

视频监控系统已成为石化企业安全防范系统的重要组成部分，采用数字化、网络化的视频监控技术，可以大大提高监控效率和管理水平，满足石化企业的监控需求。依托当前成熟的计算机、网络、生产实时数据库等相关技术，建立健全石化企业产供销监控系统。管理人员通过该系统完成对物料产出、投入、外购、外销、储存五个环节的主动监控，进而有效掌控各个厂区、装置及设备的运行负荷状况，对企业日度、月度、季度、年度计划的贯彻实施起到良好的促进和保障作用。

2、系统采用技术

网络视频监控系统基于TCP/IP协议，可以采用ADSL、LAN、WLAN、3G等多种网络接入方式，利用视频编码技术将视频信号封装，利用流媒体技术将视频流传输至客戶端，通过电视墙、PC机、手机等多种终端进行视频浏览和控制管理。

1）传输协议。TCP/IP协议即传输控制协议/因特网互联协议，定义了电子设备接入因特网互相传输数据的标准。接入监控网络的每台网络监控设备均以独立的网络身份出现，必须具有唯一的网络地址即IP地址。网络视频监控系统采用TCP/IP协议传输视频数据，借助Internet网络可以实现跨区域的远传组网。

2）编码技术。H.264是由国际标准化组织制定的音视频信息压缩编码标准，视频信号经过H.264技术编码封装后，具有码率低、图像质量高、容错能力高、网络适应性强的特点。

3）流媒体技术。流媒体技术是指在网络中采用流式传输的方式传输视频。流媒体技术传输视频信号具有传输时间短、节省存储空间等优点。流媒体技术一点对多点的分发机制可以实现系统平台并发视频流到多个客户端。

3、系统方案设计

网络视频监控系统方案设计包括分层次组网、选择监控设备、构建系统结构等环节。

3.1网络层次

依据石化企业下属单位的隶属关系，系统网络接入模式采用分层结构，包括接入层、汇聚层和核心层等。监控网络应当具备上级单位网络接入能力，预留跨区域远传的网络接口并配备网闸，保证上级单位能够远程调取视频流。

1）接入层用于前端设备的接入和访问控制，采用固定配置的交换机，具有较高的接口密度，以10/100M端口为主，另外配备1000M的上联端口。接入层布置在各生产装置的控制室。

2）汇聚层负责链路汇聚和流量收敛，采用固定配置交换机或者机箱式模块化交换机，具有较高接入能力和充足带宽，配备光端口和高速电口。汇聚层布置在各分厂的监控机房。

3）核心层用于高速数据交换，采用机箱式模块化交换机，配备管理模块、光端口和高速电口，机箱具备较高的插板容量。核心层位于石化企业的总监控中心。

3.2设备选用

系统设备包括视频采集设备、视频服务平台、用户客户端以及视频显示设备等。采集设备连接到接入层交换机，包括内嵌编码器的网络摄像机、云台、拾音器、报警传感器等，用于采集前端音视频信号和输出报警信号。安装在易燃易爆环境中的摄像机、云台等应具备符合行业标准的防爆等级，防止设备工作过程中产生的电火花引爆危险气体造成生产事故。将枪式摄像机安装在防爆护罩内或者向球机内部不断注入惰性气体能够达到隔爆要求。采集到的信号经过编码封装后传输至视频服务平台进行处理。管理服务器、流媒体服务器、存储服务器在汇聚层或核心层组网，安装控制软件后组建成视频服务平台。视频服务平台应该与企业内车辆超速管理系统、红外照射防盗系统等安防系统共架兼容，实现统一管理的目的。视频服务平台对前端设备采集到的视频流进行管理和存储，并发送到各个客户端。客户端设备可以采用硬件解码和软件解码等形式对视频流解码。硬件解码是通过电视墙服务器将视频流解码后在电视墙上显示。软件解码功能集成在客户端软件内，用户通过客户端PC机可以采用B/S模式（浏览器/服务器模式）或C/S模式（客户端/服务器模式）向视频服务平台发出请求并接收视频流，然后将视频流解码显示。此外还可以向前端采集设备发出控制指令，实现摄像机参数调整和云台动作控制。

3.3系统架构

网络视频监控系统结构分为集中式和分布式等形式。集中式系统架构是在核心层将管理服务器、流媒体服务器、存储服务器等安装控制软件后构成唯一的中心视频服务平台。管理服务器控制摄像机和客户端分别连接到流媒体服务器，摄像机通过流媒体服务器向客户端传输视频流。

集中式系统架构能够满足小型企业的网络视频监控需求，但数据处理分发能力有限。一路1080P的视频流需要6M以上的传输带宽，如果多个客户端同时向管理服务器提出申请，流媒体服务器需要同时向多个客户端发送视频流，对流媒体服务器的流量并发能力和交换机的带宽提出非常高的要求，容易造成服务器宕机和网络拥堵。此外由于集中分发，流媒体服务器一旦宕机所有客户端都无法获取视频流。在大型石化企业内部搭建网络视频监控系统的时候，应该选择采用分布式的系统结构。

相比集中式结构，分布式网络视频监控系统架构主要是在汇聚层增加了代理点，以管理服务器、流媒体服务器和存储服务器构建代理点视频服务平台，核心层只安装中心管理服务器。将中心视频服务平台功能分配到不同代理点，每个代理点平台具备和原中心平台相同功能。根据就近原则，将某区域范围内的前端设备和客户端接入本区域的代理点平台，中心管理服务器只负责摄像机和客户端的注册等业务功能，一个代理点平台的流媒体服务器宕机不会影响其他代理点的客户端使用，降低了服务器宕机的损失。分布式结构既实现了业务统一管理的功能，又减轻了中心平台设备运行压力，降低了中心平台带宽要求，提高了系统的稳定运行能力。

分布式架构的系统客户端获取视频的流程如下。

1）客户端到中心管理服务器注册。

2）摄像机到中心管理服务器注册。

3）客户端由中心管理服务器控制，重新连接到代理点管理服务器。

4）摄像机由中心管理服务器控制，重新连接到代理点管理服务器。

5）客户端由代理点管理服务器控制，重新连接到代理点流媒体服务器。

6）摄像机由代理点管理服务器控制，重新连接到代理点流媒体服务器。

7）摄像机向代理点流媒体服务器发送实时视频流。

8）代理点流媒体服务器转发实时视频流到客户端。

9）客户端从代理点存储服务器获得回放视频流。

4、结语

通过石化企业产供销监控系统的建设，实现对物料的产出、投入、外购、外销、储存各环节的主动集中式监控管理；一旦发现脱销、滞销、生产滞后等紧急情况后，可以及时调整进度、增加或减少产量与销量，从而实现石化企业核心价值链的稳定运行，为实现企业效益最大化提供最有力的信息技术支撑。

参考文献：

[1]杨磊.数字化、网络化视频监控系统的技术优势[J].IB智能建筑与城市信息，2006（11）：22-24.

[2]曹晖.基于Web的生产实时监控系统的设计与实现[J].柳钢科技，2009，3：40-41.