現(xiàn)代視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端的防雷設(shè)計(jì)

馬宏君, 李博淵

(阿勒泰地區(qū)氣象局, 新疆 阿勒泰 836000)

0 引 言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是各行業(yè)重點(diǎn)部門或重要場所進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控的物理基礎(chǔ),同時也是現(xiàn)代安全技術(shù)防范體系中一個極重要的組成部分。因其自身具備全天候、高清晰度、大容量信息存儲等功能,配合人工智能識別系統(tǒng),能夠高效地實(shí)現(xiàn)對各類復(fù)雜環(huán)境的安全監(jiān)控。管理者可以通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲得有效圖像數(shù)據(jù)或聲音信息,對視頻的控制區(qū)所有事件過程進(jìn)行有效的監(jiān)視和記憶,針對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、及時地指揮、應(yīng)急處置等。現(xiàn)代視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛(如政府機(jī)關(guān)、道路交通、教育、金融、電信、石油、電力水利等),智能建筑、大型公共場所、工廠企業(yè)、商場、新型社區(qū)等大量增加,新增需求點(diǎn)越來越多[1-2]。

現(xiàn)代視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端音視頻數(shù)據(jù)采集設(shè)備、傳送介質(zhì)、終端監(jiān)視、錄像和控制設(shè)備組成。攝像機(jī)采集到圖像等信息后,通過傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦鳈C(jī),控制主機(jī)再將視頻信號分配到各監(jiān)視器、智能控制、存儲等設(shè)備。通過控制主機(jī),操作人員或者智能系統(tǒng)可發(fā)出指令,對云臺的動作進(jìn)行控制。

1 前端設(shè)備的特點(diǎn)

前端設(shè)備是指系統(tǒng)前端采集音/視頻信息的設(shè)備,主要包括攝像機(jī)、鏡頭、 云臺、解碼控制器和報警探測器等。作為整體系統(tǒng)唯一的數(shù)據(jù)來源,前端設(shè)備在系統(tǒng)中的地位很關(guān)鍵,不同的使用者和使用環(huán)境對前端設(shè)備有著不同的要求,高清晰度圖像、低照度成像、智能跟蹤、大范圍覆蓋、全天候運(yùn)行等使前端設(shè)備上集中大量功能,如目前主流的嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),集成高清視頻處理芯片,兼容多種協(xié)議,具有開放、智能的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控基礎(chǔ)平臺。在有限設(shè)備體積中集成大量微電子元件,這對前端設(shè)備提出很高的電磁兼容要求。同時,為了得到理想的數(shù)據(jù),前端設(shè)備大多被安裝在視野開闊、相對獨(dú)立的地點(diǎn),并且有一定的安裝高度要求,使得前端設(shè)備相對于整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)來說更容易遭受到雷電的侵害,雷擊損壞率遠(yuǎn)高于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的室內(nèi)設(shè)備,這也是導(dǎo)致整個系統(tǒng)停止工作的主要原應(yīng)之一。

2 前端設(shè)備面臨的雷電威脅

雷電對前端設(shè)備的影響主要有兩個方面:

(1) 直擊雷損壞。雷電直接擊中前端設(shè)備,如攝像頭、云臺等設(shè)備,雷電的電效應(yīng)、熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)會對前端設(shè)備造成物理上的破壞。大多數(shù)室外前端設(shè)備的安裝位置比較空曠,有的地方視頻監(jiān)控系統(tǒng)桿塔高于周邊其他構(gòu)筑物,導(dǎo)致視頻監(jiān)控室外部系統(tǒng)遭直擊雷打擊概率遠(yuǎn)高于系統(tǒng)的其他部分。

(2) 雷電電磁脈沖。當(dāng)雷雨季節(jié)來臨時,一旦在視頻監(jiān)控系統(tǒng)附近發(fā)生云閃或地閃以及包括前端設(shè)備遭受直擊雷襲擊等情況下,雷電流迅速變化,在視頻監(jiān)控系統(tǒng)周圍空間產(chǎn)生強(qiáng)大瞬間電磁場,在室外系統(tǒng)的金屬導(dǎo)線和設(shè)備電路板上產(chǎn)生出很高的感應(yīng)過電壓,這些過電壓會沿著供電線路、信號線路入侵到設(shè)備,對高清攝像機(jī)或信號機(jī)造成損壞。

3 前端設(shè)備的雷電防護(hù)方案

3.1 設(shè)備的選型

前端設(shè)備的選型既要綜合考慮使用者的需求,又要同時充分考慮到使用地點(diǎn)的雷電發(fā)生情況。性能較好的設(shè)備在硬件電路設(shè)計(jì)及印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)時充分考慮電磁兼容的問題,對進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的感應(yīng)過電壓進(jìn)行合理防護(hù)。軟件方面也遵循模塊化的設(shè)計(jì)理念,嚴(yán)格按照軟件工程的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。從軟硬件兩個方面保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。一般建議根據(jù)安裝場所的重要性、雷電災(zāi)害的概率,選用不同防護(hù)等級的硬件設(shè)備。

3.2 防雷裝置的設(shè)計(jì)

3.2.1 直擊雷的防護(hù)

安裝的前端設(shè)備要求必須在直擊雷的保護(hù)范圍之內(nèi)。對于攝像頭等監(jiān)控系統(tǒng)的室外設(shè)備,應(yīng)首先利用“滾球法”計(jì)算原有接閃器的保護(hù)范圍和雷電防護(hù)區(qū)域,并將設(shè)備安裝在防雷裝置的有效保護(hù)范圍之內(nèi)。如果無法安裝在有效保護(hù)范圍,則應(yīng)考慮安裝直擊雷防護(hù)措施。需要注意的是,加裝的避雷針及其引下線要與前端設(shè)備保持一定的距離,因當(dāng)避雷針接閃時會在周圍環(huán)境中產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁場變化,設(shè)備線路上同時感應(yīng)出雷擊電磁電壓,其強(qiáng)度與電磁場強(qiáng)度成正比,與距離磁場中心的距離成反比。所以,前端設(shè)備與避雷針應(yīng)保證一定的距離,同時接閃器的接地電阻<4 Ω。

3.2.2 雷電電磁脈沖防護(hù)

感應(yīng)雷已經(jīng)成為室外設(shè)備最主要的雷害來源,大多數(shù)室外安裝的前端設(shè)備都處于LPZ0B區(qū),設(shè)備暴露在雷電電磁場內(nèi)。所以,前端設(shè)備的電源、信號、音頻、視頻等傳輸線纜均應(yīng)采取屏蔽金屬管敷設(shè),盡量避免架空敷設(shè),金屬屏蔽層兩端應(yīng)進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)(EB),可靠接地。需要注意的是安裝在墻角或梁、柱上的設(shè)備要考慮梁、柱中原有的鋼筋是否作為防雷引下線使用,如果作為引下線使用,設(shè)備與引下線間要保持一定的距離,這是在墻角安裝的前端設(shè)備經(jīng)常發(fā)生損壞的原因。

3.2.3 對無法滿足防雷設(shè)計(jì)規(guī)范的部分進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)

多數(shù)情況下,工作人員在架設(shè)室外設(shè)備時,考慮的第一原則往往是便于前端設(shè)備采集數(shù)據(jù),其次才是設(shè)備自身所處的環(huán)境問題,如視頻監(jiān)控室外系統(tǒng)的桿塔成為周圍環(huán)境的制高點(diǎn)、安裝的避雷針與設(shè)備之間無法保證一定的距離、防雷引下線與數(shù)據(jù)線平行布設(shè),無法保證間距要求等。面對這些問題,設(shè)計(jì)者需要綜合考慮,逐一分析,針對不同問題制定完善的解決方案。如設(shè)備成為制高點(diǎn),則應(yīng)在立桿頂部安裝避雷針,避雷針的高度既要滿足要求,又不宜過高;避雷針的位置與設(shè)備過近時,盡量降低接地電阻阻值,同時引下線布設(shè)盡量平直,以最短距離接入地網(wǎng);適當(dāng)采用安裝避雷器等方式,降低線路上的過電壓和過電流等。

日常使用的視頻監(jiān)控設(shè)備自身的雷擊抗力水平不可能無限制地提高,后期安裝的避雷裝置也不可能完全統(tǒng)一按照最高防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),這不符合經(jīng)濟(jì)性原則,在雷害不強(qiáng)、防護(hù)等級不高的地點(diǎn)使用會產(chǎn)生很大的浪費(fèi)。因此,針對不同的使用對象和不同的環(huán)境,選用相對合理的方案才是設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵守的原則。

4 結(jié) 語

視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)占整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)中很大一部分。需要參考設(shè)備使用地點(diǎn)的雷電活動日數(shù)、雷電活動的規(guī)律及視頻監(jiān)控系統(tǒng)防護(hù)對象的特點(diǎn)和重要性,了解該區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)地理、土壤等有關(guān)數(shù)據(jù)資料,根據(jù)雷電防護(hù)模式確定防護(hù)級別和防護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)和選用合適的雷電防護(hù)裝置方案。對于整個項(xiàng)目,除進(jìn)行符合規(guī)范且滿足系統(tǒng)要求的設(shè)計(jì)外,還需加強(qiáng)對施工資質(zhì)的把關(guān),使防雷措施安裝到位,真正起到防護(hù)作用。