淺談網(wǎng)絡(luò)攝像機在污水處理廠中的應(yīng)用

劉興業(yè)

（廣州市政工程設(shè)計研究院）

1 前言

1996年誕生了世界第一臺網(wǎng)絡(luò)攝像機，在網(wǎng)絡(luò)攝像機出現(xiàn)的早期，它的技術(shù)水平與模擬攝像機無法相提并論，甚至不能達到作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的要求。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)攝像機取得了長足的發(fā)展。在清晰度、畫質(zhì)等方面，網(wǎng)絡(luò)攝像機的性能甚至已經(jīng)超過了模擬攝像機；在可擴展性、布線方面，更有著模擬攝像機所不能比擬的優(yōu)勢。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷深入地發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)只有沿著網(wǎng)絡(luò)化、模塊化的方向發(fā)展，才能滿足視頻監(jiān)控高穩(wěn)定性、高可靠性和便于安裝維護等要求。網(wǎng)絡(luò)攝像機為解決視頻監(jiān)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化起到了關(guān)鍵的作用。因此，在未來視頻監(jiān)控領(lǐng)域，IP網(wǎng)絡(luò)攝像機有廣闊的發(fā)展前景[1]。

2 網(wǎng)絡(luò)攝像機與模擬攝像機的對比

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控以模擬信號輸出為主，主要由模擬攝像機、同軸電纜、監(jiān)控電視和錄像機構(gòu)成。一臺攝像機要用一根同軸電纜線將信號送給圖像采集卡和顯示設(shè)備，結(jié)構(gòu)龐大[2]。

網(wǎng)絡(luò)攝像機與普通攝像機相比，它在內(nèi)部增加了對模擬視頻進行數(shù)字化處理的芯片，可將數(shù)字化的視頻信號轉(zhuǎn)換成符合網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)流，送到網(wǎng)上傳輸，遠端的瀏覽者不需任何專業(yè)軟體，只要標準的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就能監(jiān)視其影像。

網(wǎng)絡(luò)攝像機一般由鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、圖像編碼器、聲音編碼器、控制器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、外部報警、控制接口等部分組成。網(wǎng)絡(luò)攝像機采集的圖像、聲音信號經(jīng)過圖像、聲音傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后由編碼器按一定的編碼標準進行編碼壓縮。在控制器的控制下，由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊按一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳送到網(wǎng)絡(luò)上，通過網(wǎng)絡(luò)即可遠程監(jiān)視畫面。控制器還可以接受報警信號及向外發(fā)送報警信號。

模擬攝像機采用的是隔行掃描技術(shù)，圖像由兩個隔行掃描的場信號構(gòu)成，這意味著我們看到的每幅圖像都是有兩個采集時間不同的半幅圖像合并而成，當畫面中的物體運動速度較快或運動幅度較大時，圖像畫面會變的模糊不清。由于視覺暫留現(xiàn)象，隔行掃描的閃爍并不會被人眼注意到，但并不意味隔行掃描的閃爍是無害的，事實上這種無法察覺的閃爍仍然會使人眼容易疲勞。網(wǎng)絡(luò)攝像機采用逐行掃描技術(shù)，對一幅完整的畫面采用一次性掃描，有效地解決了閃爍問題。逐行掃描每次顯示整個掃描幀，如果逐行掃描的幀率和隔行掃描的場率相同，人眼將看到比隔行掃描更平滑的圖像，相對于隔行掃描來說閃爍較小。隔行掃描與逐行掃描實際效果對比如圖1所示。

由于受到相關(guān)制式的制約，模擬攝像機的最高分辨率大約為40萬像素，而網(wǎng)絡(luò)攝像機的最高分辨率可達到百萬像素甚至更高，因此能夠提供更多的畫面細節(jié)并覆蓋更大的區(qū)域。

以太網(wǎng)供電技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以通過一根以太網(wǎng)五類線即可完成設(shè)備的控制和供電。支持以太網(wǎng)供電技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像機可以在一根網(wǎng)線上完成視頻、音頻、控制信號的傳輸以及攝像機的供電。而要達到相同功能，模擬攝像機最少需要4根電纜，這大大的增加了布線的工程成本。此外，網(wǎng)絡(luò)攝像機還可以繼承報警輸入和輸出端口，實現(xiàn)對警鈴、門鎖、燈等其他安防系統(tǒng)的聯(lián)動控制，這是模擬攝像機所難以做到的。

圖1 隔行掃描與逐行掃描實際效果對比

由于網(wǎng)絡(luò)攝像機較為昂貴，用它來替代模擬攝像機使用在污水廠監(jiān)控系統(tǒng)中，似乎會使得成本難以控制。但由于網(wǎng)絡(luò)攝像機的后端配套設(shè)施及傳輸系統(tǒng)可以借用自控系統(tǒng)的終端和網(wǎng)絡(luò)，使得監(jiān)控系統(tǒng)成本可以僅僅考慮網(wǎng)絡(luò)攝像機的部分，而模擬攝像機則必須追加與之配套的專用硬件平臺。相較之下，采用網(wǎng)絡(luò)攝像機未必會使成本增加。

3 工程實例

廣州某大型污水處理廠，采用模擬攝像機，業(yè)主要求污水廠各主要負責人辦公室及上級主管部門可以看到污水處理廠實時圖像。圖2為廠區(qū)中控室與1#自控室的監(jiān)控系統(tǒng)圖。

廠區(qū)北側(cè)的1#自控室和南部的2#自控室各設(shè)置兩臺監(jiān)控設(shè)備機柜，通過一系列模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換，將采集到的信號傳送到模擬監(jiān)控終端。為了達到業(yè)主遠程監(jiān)控的要求，在終端將模擬信號再一次轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機上傳至網(wǎng)絡(luò)。

視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和廠區(qū)的自控網(wǎng)絡(luò)有比較大的重疊，兩臺分區(qū)的監(jiān)控設(shè)備均放置在自控室內(nèi)。如果采用數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，可以將視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和自控網(wǎng)絡(luò)合二為一。這樣，1#自控室和2#自控室的兩臺發(fā)送數(shù)據(jù)的監(jiān)控設(shè)備機柜和中控室的接受數(shù)據(jù)的監(jiān)控設(shè)備機柜都可以取消，用已有的自控網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機代替，不必額外用一個網(wǎng)絡(luò)機架視頻服務(wù)器將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號上傳至網(wǎng)絡(luò)。

圖2 某污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)圖

由于污水廠自控室一般設(shè)置在重要的工藝設(shè)備、單體附近，而這些區(qū)域也正是污水廠視頻監(jiān)控的重點，使得自控室與監(jiān)控區(qū)域的重疊成為必然，所以網(wǎng)絡(luò)攝像機就能夠很方便的接入自控網(wǎng)絡(luò)。圖3是一個小型的污水廠監(jiān)控平面圖。

圖3 某污水廠監(jiān)控平面圖

污水廠的北部綜合樓一層設(shè)置中控室，南部為主要的設(shè)備工藝區(qū)，設(shè)置自控室。廠區(qū)中部為一個140m×80m的人工濕地。從圖3可以看出，主要的監(jiān)控點都在控制室附近。如采用網(wǎng)絡(luò)攝像機，可就近接入自控室的工業(yè)以太網(wǎng)交換機，經(jīng)由自控網(wǎng)絡(luò)將信號傳輸至中控室。而廠區(qū)北邊的監(jiān)測點可就近接入中控室以太網(wǎng)交換機；如采用模擬攝像機，將廠區(qū)南側(cè)的監(jiān)控點信號統(tǒng)一送到北區(qū)的控制中心，會使布線繁瑣，同時因為線路過長而影響信號的質(zhì)量。

對于小型的污水廠，這種布線方面的優(yōu)勢并不明顯，當污水廠規(guī)模增大時，優(yōu)勢才凸顯出來。由于廠區(qū)面積的增大，監(jiān)控點的增多、分散，采用模擬攝像機將采集到的信號集中傳送至控制中心會十分不便，而將網(wǎng)絡(luò)攝像機就近接入自控系統(tǒng)的交換機則十分便捷。這種安裝的便捷性甚至可以抵消網(wǎng)絡(luò)攝像機本身所帶來的高成本，使采用網(wǎng)絡(luò)攝像機的成本比傳統(tǒng)的模擬攝像機更加低廉。

4 結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)攝像機具有高清、實用、易擴展等特性，非常適合在污水處理廠、泵站等工程中使用。隨著技術(shù)的日益成熟，網(wǎng)絡(luò)攝像機的成本逐步降低，網(wǎng)絡(luò)攝像機將會成為監(jiān)控系統(tǒng)的主流產(chǎn)品。在水處理行業(yè)大面積的推廣網(wǎng)絡(luò)攝像機，可以使整個廣州市的污水處理廠、泵站做到集中監(jiān)控，統(tǒng)一管理，全盤統(tǒng)籌治水行動，為完成治水十二五規(guī)劃的任務(wù)打下堅實的基礎(chǔ)。

[1]劉紅彬,周強.IP網(wǎng)絡(luò)攝像機及其發(fā)展前景[J].煤礦現(xiàn)代化,2005(4):44-46.

[2]吳海龍,孫運強.網(wǎng)絡(luò)攝像機監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D],中北大學,2010.