長(zhǎng)輸管線應(yīng)急系統(tǒng)中遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)解決方案的探討

劉 琦

（中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司， 遼寧 撫順 113006）

長(zhǎng)輸管線穿越多座城市給管線管理部門(mén)帶來(lái)諸多不便，特別是管線腐蝕、盜油事件時(shí)有發(fā)生，管線發(fā)生安全、環(huán)保事件的幾率逐年上升。加強(qiáng)管線事故應(yīng)急設(shè)施的建設(shè)是保證長(zhǎng)輸管線安全生產(chǎn)的必要手段。為降低管線泄漏造成的污染，管線管理部門(mén)要做出快速反應(yīng)，將安全環(huán)保事故產(chǎn)生的影響降到最低，將管線泄漏造成的污染影響降到最低，因此緊急救援的應(yīng)急搶修措施是關(guān)鍵，然而怎樣保證緊急狀況下管線管理部門(mén)調(diào)度指揮的方便、快捷、準(zhǔn)確是應(yīng)急處理的重中之重。

遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠在事故現(xiàn)場(chǎng)或某些重要場(chǎng)合，將個(gè)體深入現(xiàn)場(chǎng)攝取的圖像、聲音通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞絺魉偷揭欢ň嚯x外的通訊車，在指揮車內(nèi)的監(jiān)視器進(jìn)行圖像信號(hào)的顯示，為現(xiàn)場(chǎng)指揮提供依據(jù)；同時(shí)，通過(guò)車載圖像傳輸系統(tǒng)，將圖像信號(hào)傳輸?shù)缴霞?jí)指揮中心，從而實(shí)現(xiàn)快速、靈活的遠(yuǎn)程調(diào)度指揮，為中心指揮部門(mén)能夠時(shí)時(shí)監(jiān)控到事故發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，正確下達(dá)指令，快速進(jìn)行搶維修提供了第一手資料和通訊保證。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)解決方案

1.1 應(yīng)用功能及實(shí)例解析

1.1.1 應(yīng)用功能要求

（a）實(shí)現(xiàn)個(gè)體便攜設(shè)備深入現(xiàn)場(chǎng)采集圖像；

（b）實(shí)現(xiàn)個(gè)體圖像上傳至指揮車；

（c）實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信車圖象通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)上傳至指揮中心。

1.1.2 應(yīng)用實(shí)例解析

（a）在事故發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)或某些場(chǎng)所，個(gè)體攝像采集的圖像資料、聲音資料可以通過(guò)無(wú)線通信的方式傳到一定距離外的指揮通訊車上，在指揮車內(nèi)的監(jiān)視器進(jìn)行圖像信號(hào)的顯示；同時(shí)，通過(guò)車載圖像傳輸系統(tǒng)，將圖像信號(hào)傳輸?shù)街笓]中心，從而實(shí)現(xiàn)快速、靈活的現(xiàn)場(chǎng)指揮或遠(yuǎn)程調(diào)度。

（b）根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳回圖像資料的分析、存儲(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)傳回的圖像資料應(yīng)具有較高的圖像質(zhì)量，一般應(yīng)達(dá)到 MPEG2 編碼播放級(jí)別的畫(huà)質(zhì)；所采集的圖像傳輸信道速率一般應(yīng)大于4 M 波比思、傳輸延時(shí)不大于40 ms。

（c）由于長(zhǎng)輸管線經(jīng)過(guò)的地帶多處偏僻、荒蕪，或遇山川、河流、溝壑等復(fù)雜的自然環(huán)境。因此為滿足緊急事故情況下通訊的快速、靈活、方便的應(yīng)用需求。從個(gè)體攝錄的現(xiàn)場(chǎng)到離開(kāi)一段距離外的通訊車，需要傳輸?shù)臒o(wú)線圖像、音頻系統(tǒng)必須具備穿透能力及繞射能力，也就是必須實(shí)現(xiàn)全方向發(fā)、全方向收的效果。

（d）為減輕深入現(xiàn)場(chǎng)的個(gè)體圖像采集者的負(fù)擔(dān)，采集者所攜帶的無(wú)線圖像傳輸設(shè)備應(yīng)具有輕便巧小、便于攜帶的特點(diǎn)。

1.1.3 技術(shù)方案

無(wú)線移動(dòng)音視頻通信系統(tǒng)技術(shù)方案是以中國(guó)聯(lián)通公司的 3G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和 Internet 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)為主體，配合車載、個(gè)體無(wú)線圖像傳輸設(shè)備（接收、發(fā)射）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管線沿途的現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、管理，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、管理等應(yīng)急指揮功能。

（a）3G 無(wú)線視頻管理流程

目前流媒體視頻處理技術(shù)和 CWN-H.264 視頻壓縮計(jì)算方法是比較先進(jìn)的3G 無(wú)線視頻管理系統(tǒng)，它靈活的整合了 3G 數(shù)據(jù)通訊功能。它將個(gè)體攝像機(jī)采集到的圖像，經(jīng)過(guò)壓縮視頻編碼，再通過(guò) 3G智能無(wú)線通訊模塊，將個(gè)體采集的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像傳送到距離最近的 3G 無(wú)線電信網(wǎng)絡(luò)，使用者通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)中心管理服務(wù)器，通過(guò)計(jì)算機(jī)等手段監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)圖像。從而實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的編碼、解碼、加密、解密、交互、發(fā)送、接收及異地遠(yuǎn)程控制的功能。系統(tǒng)融合并優(yōu)化3G 數(shù)據(jù)通訊以及H.264 數(shù)字視頻編碼的功能；利用 3G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)優(yōu)勢(shì)，使需要者無(wú)論在任何地方皆能方便、迅速地連接系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程管理監(jiān)控。

（b）車載/個(gè)體3G 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)工作原理。

車載/個(gè)體 3G 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)工作原理示意圖見(jiàn)圖1。

其中主要硬件：

EVDO(CDMA2000) 雙卡無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，型號(hào)為 CWN1000EV-I/II，它建立于 EVDO 標(biāo)準(zhǔn)的中國(guó)電信3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上， DSP 具有嵌入式、高性能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，支持域名和動(dòng)態(tài)配置，支持更多種的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可通過(guò)有線或無(wú)線兩種方式容易連接入網(wǎng)，可以在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)和無(wú)線公用數(shù)據(jù)網(wǎng)上便利的傳輸視頻。

圖1 車載/個(gè)體3G 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)工作原理示意圖Fig.1 Vehicular/Personal 3G Remote Radio Video Monitoring System Functional Diagram

（c）硬件系統(tǒng)構(gòu)成圖見(jiàn)圖2。

圖2 硬件系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.2 Hardware System Configuration Diagram

H264 高效編碼器的視頻壓縮技術(shù)，使信道動(dòng)態(tài)調(diào)整更加靈活，糾錯(cuò)更加可靠，在有限的帶寬條件下確保視頻數(shù)據(jù)的傳輸流暢。

（d）軟件系統(tǒng)構(gòu)成圖見(jiàn)圖3。

圖3 軟件系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig.3 Software System Configuration Diagram

監(jiān)控管理軟件網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的核心，它以高品質(zhì)、高效率的集中化、分布式網(wǎng)絡(luò)管理為架構(gòu)；以視頻、音頻、數(shù)據(jù)等多媒體信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸為基礎(chǔ)，為用戶執(zhí)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、錄像存儲(chǔ)、應(yīng)急預(yù)警的安全防范工作。

客戶端軟件植根于行業(yè)/企業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，與CWN 系列網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控服務(wù)器的緊密配合，使用戶實(shí)施大規(guī)模遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能。徹底替代傳統(tǒng)安防系統(tǒng)的DVR 加網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器設(shè)計(jì)思路，以及可持續(xù)進(jìn)行更新?lián)Q代的解決方案，最大可能為用戶提供長(zhǎng)期的投資保護(hù)。

系統(tǒng)管理軟件基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、多媒體處理技術(shù)、數(shù)據(jù)流管理技術(shù)所建立，標(biāo)準(zhǔn)的C/S 或B/S 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)完全滿足多點(diǎn)布防與采集、大容量多媒體信息流管理與分發(fā)、多用戶同步、實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制的現(xiàn)代化安防技術(shù)需求，使建設(shè)規(guī)模宏大、信息豐富、手段靈活的安防系統(tǒng)成為可能。

（e）系統(tǒng)功能實(shí)用性

（1）事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的視頻采集統(tǒng)與監(jiān)控:事發(fā)地?cái)z錄過(guò)程不單是白天，也可能是光線不足的夜晚甚至伸手不見(jiàn)五指，為了保證圖像采集的高品質(zhì)，系統(tǒng)可配備有補(bǔ)助照明功能的紅外線攝像儀，對(duì)監(jiān)控對(duì)象的監(jiān)視達(dá)到全天候的實(shí)時(shí)圖像采集。

可以將個(gè)體攜帶的攝像儀固定在現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)某一固定區(qū)域進(jìn)行24 h 不間斷的全天候監(jiān)控，達(dá)到被監(jiān)視區(qū)域時(shí)刻在車載、本地和遠(yuǎn)程異地監(jiān)控中心的屏幕上顯示。

固定在現(xiàn)場(chǎng)的攝像儀還可以進(jìn)行報(bào)警聯(lián)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警時(shí)攝像儀定點(diǎn)、定焦在事先設(shè)定的報(bào)警區(qū)域?qū)嵤┍O(jiān)視。

（2）攝像儀的遠(yuǎn)程異地控制: 深入到現(xiàn)場(chǎng)的個(gè)體移動(dòng)或固定攝像儀可根據(jù)異地監(jiān)視的需求對(duì)其鏡頭進(jìn)行焦距、光圈、景深距離的任意控制操作，對(duì)制約攝像儀上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)的云臺(tái)也可做到全方位遠(yuǎn)程任意控制操作，并能對(duì)預(yù)制位動(dòng)作進(jìn)行隨時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和反饋。

（3）備份和存儲(chǔ): 現(xiàn)場(chǎng)攝像儀傳回的視頻、音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬和數(shù)字的轉(zhuǎn)換、壓縮編碼有選擇的存儲(chǔ)在車載、本地或遠(yuǎn)程異地，保存到計(jì)算機(jī)、硬錄機(jī)或磁盤(pán)陣列中，或可傳輸至監(jiān)控中心的中心管理服務(wù)器，音頻、視頻錄制文件方式保存在硬盤(pán)中，具有長(zhǎng)時(shí)不間斷的錄制和存儲(chǔ)，具有視頻抓拍功能。

（4）查詢功能：系統(tǒng)可以依托訪問(wèn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)獲取強(qiáng)大的空間分析和查詢功能，比如獲取事發(fā)地及附近周邊的電子地圖，有助于對(duì)環(huán)境進(jìn)行切實(shí)分析了解等更多，更豐富的咨詢。

（5）系統(tǒng)容量: 單臺(tái)計(jì)算機(jī)服務(wù)器，系統(tǒng)軟件支持1 000 個(gè)以上的無(wú)線視頻服務(wù)器。

按照平均100 kbps/路的標(biāo)準(zhǔn)，單臺(tái)計(jì)算機(jī)服務(wù)器支持1 000 路以上音視頻數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)。單臺(tái)計(jì)算機(jī)服務(wù)器，支持100 個(gè)以上的用戶同時(shí)在線。

（f）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）人到車:個(gè)體設(shè)備適合地形較復(fù)雜，或事故搶修中車到現(xiàn)場(chǎng)受到限制，通常由工作人員攜帶背負(fù)式便攜式微型發(fā)射前端設(shè)備，將信號(hào)從現(xiàn)場(chǎng)傳到后方的指揮車；

（2）車到指揮中心：車到指揮中心，指的是3G 終端設(shè)備安裝在機(jī)動(dòng)車上，通過(guò)3G 網(wǎng)絡(luò)把視頻傳到指揮中心；

（3）人—車—車：當(dāng)長(zhǎng)輸管線經(jīng)過(guò)區(qū)域某段3G 網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有覆蓋時(shí)，通過(guò)車載、個(gè)體攜帶的無(wú)線接收/發(fā)射裝置將音視頻信號(hào)轉(zhuǎn)輸?shù)接?G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)，再通過(guò)安裝在機(jī)動(dòng)車上的3G 終端設(shè)備經(jīng)3G 網(wǎng)絡(luò)把視頻傳到指揮中心；

1.2 無(wú)線移動(dòng)音視頻通信系統(tǒng)主要設(shè)備表

無(wú)線移動(dòng)音視頻通信系統(tǒng)主要設(shè)備表見(jiàn)表1。

表1 無(wú)線移動(dòng)音視頻通信系統(tǒng)主要設(shè)備表Table 1 Main Devices Of Wireless Mobile Audio And Video Communication System

1.3 無(wú)線移動(dòng)音視頻通信系統(tǒng)主要設(shè)備原理

1.3.1 無(wú)線發(fā)射機(jī)

無(wú)線發(fā)射機(jī)是大功率非視距無(wú)線移動(dòng)音頻、視頻無(wú)線傳輸設(shè)備。

無(wú)線發(fā)射機(jī)原理框圖見(jiàn)圖4。

圖4 無(wú)線發(fā)射機(jī)原理框圖Fig.4 Radio Transmitter Functional Diagram

1.3.2 無(wú)線接收機(jī)

無(wú)線接收機(jī)是非視距移動(dòng)音頻、視頻無(wú)線傳輸設(shè)備，主要用于非視距移動(dòng)音頻、視頻無(wú)線發(fā)射信號(hào)的正確接收和處理。

無(wú)線接收機(jī)原理框圖見(jiàn)圖5。

圖5 無(wú)線接收機(jī)原理框圖Fig.5 Radio Receiver Functional Diagram

1.3.3 個(gè)體攜帶式移動(dòng)圖像傳輸設(shè)備

個(gè)體攜帶式移動(dòng)圖像傳輸設(shè)備包括接收機(jī)和發(fā)射機(jī)兩部分。發(fā)射機(jī)包括發(fā)射天線、數(shù)字調(diào)制、功率放大、視音頻數(shù)字壓縮，它具有便攜的特點(diǎn)可以個(gè)體攜帶使用，也可儀作為車載中繼設(shè)備。

個(gè)體攜帶式移動(dòng)圖像傳輸設(shè)備原理框圖(圖6)。

圖6 個(gè)體攜帶式移動(dòng)圖像傳輸設(shè)備原理框圖Fig.6 Personal Image Sending Device Functional Diagram

1.3.4 中繼設(shè)備

“中繼設(shè)備”是新一代高速SSCOFDM 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，它能夠達(dá)到高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)下的接收和轉(zhuǎn)發(fā)，是完成移動(dòng)和障礙條件下傳輸數(shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音、等單雙向網(wǎng)絡(luò)多種復(fù)雜業(yè)務(wù)需求的非常有效補(bǔ)的充設(shè)施，能最大程度拓展無(wú)線傳輸?shù)木嚯x。特別適合在復(fù)雜和障礙非常嚴(yán)重的條件下使用。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)解決方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（a）人到車:個(gè)體便攜設(shè)備適合長(zhǎng)輸管線的事故勘察、搶修、救援等人員使用，通常由工作人員攜帶便攜式、微型發(fā)射前端設(shè)備，將信號(hào)從各種現(xiàn)場(chǎng)（山區(qū)，叢林，河谷等）傳到附近指揮車，再通過(guò)車載無(wú)線設(shè)備傳到或遠(yuǎn)端異地的指揮調(diào)度中心。

（b）車到指揮中心：車到指揮中心，一般指的是發(fā)射前端安裝在機(jī)動(dòng)車上，而接收系統(tǒng)安裝在指揮中心，這和車到車方式類似，但由于接收系統(tǒng)安裝在指揮中心，也就有條件安裝在比較高的位置上，這樣，其覆蓋范圍大大提高，這種用法更適合石化長(zhǎng)輸、搶修指揮車等等的應(yīng)用。

車到指揮中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖7。

圖7 車到指揮中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Command Vehicle To Superior Commanding Center Diagram

3 結(jié)束語(yǔ)

遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)對(duì)于石化儲(chǔ)運(yùn)長(zhǎng)輸管線的應(yīng)急處理方面具有很顯著的實(shí)用性和可操作性。通過(guò)對(duì)“遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)解決方案”的探討，促進(jìn)通訊設(shè)計(jì)的技術(shù)更新與時(shí)俱進(jìn)，推動(dòng)數(shù)字通訊、移動(dòng)多媒體通信系統(tǒng)等現(xiàn)代化的通信技術(shù)手段在石化儲(chǔ)運(yùn)工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行中的應(yīng)用，并使其不斷完善、可靠的運(yùn)用在實(shí)際工程設(shè)計(jì)活動(dòng)中。

［1］視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50395-2007 [S].

［2］視頻顯示系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范GB50464-87[S].

［3］工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50115-2009[S].

［4］石油化工企業(yè)電信設(shè)計(jì)規(guī)范SH/T3153-2007[S].