廣州市獵德污水處理廠四期工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計

陳小芳 （廣州市市政工程設計研究院，廣州市 510060）

1 工程概況

廣州市獵德污水處理廠位于廣州市CBD珠江新城內(nèi)，其地理位置十分重要，見圖1。

4期工程是廣州市河涌整治重點工程項目之一，也是廣州市亞運治水項目。該工程設計規(guī)模56萬m3/d，獵德污水廠1～4期總規(guī)模120萬m3/d，是廣州市最大的污水處理廠。對于這樣一個處理規(guī)模大、地理位置重要的污水處理廠，其視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計顯得尤為重要。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計概況

2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要有兩大功能

1）實現(xiàn)污水廠生產(chǎn)設備的全天候監(jiān)視。建成后能方便中控室值班人員及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場問題,排除故障，保證生產(chǎn)的正常進行，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的無人職守。

圖1 獵德污水處理廠位置圖

2）實現(xiàn)污水廠的安全防范，全天候監(jiān)視廠區(qū)圍墻及各出入口處，一旦發(fā)生警情能聯(lián)動報警、錄像并及時通知相關部門處理警情。

2.2 設計思路

本次工程設計考慮4期工程的生產(chǎn)重要設備及工藝單體的監(jiān)視需要，在關鍵設備選型時充分預留了系統(tǒng)擴充接口，在今后系統(tǒng)擴充時僅需增加少量設備就能實現(xiàn)系統(tǒng)的擴展和擴充，從而節(jié)約投資，減少成本。獵德污水處理廠前三期工程監(jiān)控設備設于已建綜合樓內(nèi)的中控室內(nèi)，并且都是相互獨立。本次設計考慮將原1～3期模擬監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造，與4期監(jiān)控系統(tǒng)整合成一統(tǒng)一的系統(tǒng)。

由于本期系統(tǒng)工程綜合考慮了全廠的生產(chǎn)工藝和設備，因此該系統(tǒng)建設涉及的區(qū)域較寬，設備較多。為了避免施工時采用過多的電纜和管路，從而使施工復雜；同時為了保證信號的傳輸質(zhì)量，系統(tǒng)采用分散傳輸、集中管理和監(jiān)視的方式建設。另外，由于廣州地區(qū)地理位置特殊，因此充分考慮了系統(tǒng)設備的安全性及傳輸管路的防腐性。系統(tǒng)安全性和可靠性方面具備完善的防雷保護措施，保證在雷雨季節(jié)設備的安全性。傳輸管路方面應適合當?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境，按照相關國家規(guī)范選配，在耐腐和耐堿方面選配適合當?shù)厍闆r的管路，保障傳輸線路的安全及可靠性。

3 系統(tǒng)構(gòu)成設計

3.1 總體設計

新建4期系統(tǒng)通過所安裝的監(jiān)控攝像頭采集圖像信息，可以對生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)域?qū)嵤┍O(jiān)控并把采集的圖像信息傳送至監(jiān)控管理中心。事后可以調(diào)用歷史記錄進行查看，還可以通過網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

原1～3期模擬監(jiān)控系統(tǒng)通過視頻編碼器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后接入到統(tǒng)一的監(jiān)控管理平臺中。

考慮到1～3期監(jiān)控系統(tǒng)采用的是模擬系統(tǒng)，兼顧技術(shù)經(jīng)濟性，本4期工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計采用了模擬攝像機＋視頻服務器（DVS）的方式。將監(jiān)控視頻信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，通過IP網(wǎng)絡進行傳輸；通過服務器進行處理，存儲設備進行存儲，通過客戶端工作站進行監(jiān)視和管理；通過電視墻服務器將前端實時視頻送到電視墻上進行監(jiān)視。整套視頻監(jiān)控系統(tǒng)滿足現(xiàn)代工廠生產(chǎn)設備監(jiān)視和安全防衛(wèi)系統(tǒng)，保證生產(chǎn)工藝設備的正常運行和廠內(nèi)生產(chǎn)的安全防范。安防視頻除可以在中控室監(jiān)控外，還可以在門衛(wèi)室監(jiān)控。

總體架構(gòu)分為三大部分：前端監(jiān)控區(qū)域、自控室和中控室（監(jiān)控中心），三者之間的關系，如圖2所示。

圖2 4期工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計總體架構(gòu)圖

本期項目監(jiān)控中心設在中控室（已經(jīng)在前三期建成），中控室用于放置所有的核心設備，包括：交換機、網(wǎng)絡硬盤錄像機（NVR）、電視墻服務器及監(jiān)控管理客戶端工作站、2屏監(jiān)控管理客戶端工作站以及機架式視頻編碼器（原1～3期系統(tǒng)用）。

設備接入設置在沉砂池鼓風機房自控室和加藥間自控室。

自控室是設備接入的場所，將模擬信號進行編碼轉(zhuǎn)成數(shù)字信號后傳輸給中控室進行轉(zhuǎn)發(fā)和存儲。每個自控室放置接入層交換機和機架式視頻編碼器。

門衛(wèi)分控室主要監(jiān)控圍墻及部分辦公室的圖像，由于原1～3期圖像有部分是直接接入門衛(wèi)分控室，因此需要將該部分模擬信號進行編碼轉(zhuǎn)成數(shù)字信號。門衛(wèi)分控室放置1000M交換機、機架式視頻編碼器以及2屏監(jiān)控管理客戶端工作站。

3.2 前端攝像機

本工程的攝像機均為一體式快球攝像機。本期項目總共需要40臺模擬攝像機，其點位分布情況如表1所示。

表1 4期工程攝像機分布表

3.3 存儲要求

為了保障存儲數(shù)據(jù)的安全性，整個系統(tǒng)采用兩級存儲架構(gòu)，即4期系統(tǒng)及1～3期各采用1臺網(wǎng)絡硬盤錄像機（NVR）進行分布式存儲。同時監(jiān)控中心平臺可對所有攝像機進行集中存儲，所有存儲設備均安裝于中控室。

網(wǎng)絡硬盤錄像機（NVR）既負責接入前端視頻流，又負責流媒體的轉(zhuǎn)發(fā)，并且具備存儲管理功能。

攝像機錄像的精度需達到D1精度（704×576的分辨率），而每一路D1精度的視頻流，占用的帶寬是2M。因此，中控室的網(wǎng)絡硬盤錄像機上（NVR）安裝足夠的硬盤，確保D1（2M碼流）錄像保存15天。

3.4 編碼器的要求

設計中采用編碼器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號接入到網(wǎng)絡中，新建四期系統(tǒng)所有編碼器均安裝在區(qū)域內(nèi)的自控室。原1～3期系統(tǒng)的編碼器安裝在中控室及門衛(wèi)分控室。

采用機架式視頻服務器，使得圖像傳輸流暢和清晰，多種接口可以支持強大的擴展功能；它內(nèi)置WEB服務器,可以增強傳統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)的性能，并為在一個安全的局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布監(jiān)控圖像提供網(wǎng)絡連通性。網(wǎng)絡視頻服務器的管理、配置和監(jiān)控等功能都很容易通過瀏覽器（Internet Explore）來完成,操作簡單方便。

3.5 中控室的設備設置

中控室是整個系統(tǒng)處理的核心、存儲的核心，設置以下設備：

1）中控室機房內(nèi)

（1）1臺千兆核心交換機：作為現(xiàn)有系統(tǒng)網(wǎng)絡交換的核心，通過千兆光纖連接各自控室交換機和門衛(wèi)分控室交換機，通過千兆UTP連接中控室設備；

（2）2臺網(wǎng)絡視頻錄像機（NVR），1臺負責管理4期系統(tǒng)，另1臺管理1～3期系統(tǒng)，提供系統(tǒng)管理服務、報警服務、電子地圖服務、設備接入服務、媒體交換控制服務和存儲管理服務等；

（3）1臺安防管理服務器，提供系統(tǒng)管理服務、報警服務和電子地圖服務等；

（4）1臺流媒體服務器，以多機集群的方式，提供設備接入服務、媒體交換控制服務以及存儲管理服務等；

（5）1臺48路機架式視頻編碼器，將1～3期42路模擬攝像機轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后接入到監(jiān)控管理平臺。

2）中控室操作臺內(nèi)

（1）2臺4路輸出電視墻服務器，提供以下服務：電視墻服務器提供視音頻解碼、報警呈現(xiàn)、輪巡和信息疊加服務，每臺電視墻服務器提供4個VGA輸出，可驅(qū)動4面電視墻的屏幕，每路輸出可將12路D1精度的實時攝像機圖像解碼上墻顯示，每面屏都可以12分屏。本項目的監(jiān)控中心提供了2×2共4面屏幕的電視墻，要求同時顯示4×16共64路圖像，因此這里配置兩臺電視墻服務器驅(qū)動；

（2）1臺2屏監(jiān)控管理客戶端：直接接入中控室的核心交換機，提供實時監(jiān)看、檢索回放、電子地圖、系統(tǒng)管理和電視墻控制等功能。

3.6 門衛(wèi)分控室的設備設置

門衛(wèi)分控室主要監(jiān)控周界及部分辦公樓層通道，同時也作為該部分圖像信號的轉(zhuǎn)換中心，設置以下設備：

1）1臺千兆交換機：通過千兆光纖上傳到中控室核心交換機，同時連接該區(qū)域內(nèi)的視頻編碼器和監(jiān)控客戶端；

2）1臺48路機架式視頻編碼器，提供以下服務：將1～3期42路模擬攝像機轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后接入到監(jiān)控管理平臺；

3) 1臺2屏監(jiān)控管理客戶端：提供實時監(jiān)看、檢索回放和電子地圖等功能。

3.7 自控室的設備設置

自控室是前端設備接入的場所，將模擬信號進行編碼轉(zhuǎn)成數(shù)字信號后傳輸給中控室進行轉(zhuǎn)發(fā)和存儲，設置以下設備：

1）1臺接入層交換機：連接編碼器，并通過單模光纖上傳到中控室核心交換機上；

2）1臺48路的機架式編碼器：將前端高速球模擬信號進行編碼轉(zhuǎn)成數(shù)字信號后，通過接入層交換機上傳到中控室NVR上進行轉(zhuǎn)發(fā)并存儲。

3.8 防雷

攝像機末端裝設電源防雷器，戶外攝像機控制線和視頻信號線裝設信號防雷器；報警信號線裝設信號防雷器，報警電源裝設電源防雷器。

4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖

本次設計考慮將原1～3期模擬監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造后與4期監(jiān)控系統(tǒng)整合成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)。1～3期的前端攝像機均不變，僅對末端進行數(shù)字化升級改造。4期設計作為獨立的系統(tǒng)與1～3期末端進行系統(tǒng)整合，最終成為一個完整的系統(tǒng)。具體系統(tǒng)設計圖見圖3。

5 結(jié)語

視頻安防監(jiān)控在城市的各行各業(yè)中都得到了廣泛的應用，其技術(shù)的發(fā)展也是日新月異。如何結(jié)合城市污水處理廠生產(chǎn)及管理的特點，兼顧技術(shù)性與經(jīng)濟性，進行視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計及升級改造，是電氣自控設計人員需要著重考慮的問題。

[1]全國安全防范報警系統(tǒng)標準化技術(shù)委員會. GB 50395-2007 視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設計規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2007.

[2]王匯明, 朱偉鵬. 廣州南沙水廠自動化系統(tǒng)設計[J]. 測控技術(shù),2005(10),18.

[3]陳運珍. 基于西門子全集成技術(shù)的水廠自動化綜合系統(tǒng)設計[J]. 可編程控制器與工廠自動化, 2005(10)15.