生产现场监控系统数字化改造研究及应用

卢晓利

（天津国能盘山发电有限责任公司，天津市蓟州区 301900）

【摘要】：随着现代火电厂数字化程度的不断提高以及更好地适应新形势下反恐怖达标建设工作要求，盘山公司需要对生产现场原有常规监控系统进行数字化改造，以解决旧系统日益突出的运行年限长、设备老化、技术落后、故障率高等问题。本文主要介绍了该项改造的方案选择、重点内容、技术特点以及新系统的应用情况，为逐步完成智能安防系统建设，最终满足国电电力公司数字化转型行动方案整体规划打好基础。

【关键词】：数字化 监控系统 反恐怖

1概述

1.1背景介绍

建设基于现代信息技术的视频监控系统，实现安全⽣产监控向信息化、智慧型的现代化转型，是新时代新形势对安全⽣产⼯作提出的新要求，也是加快提升企业治安管理水平的必然途径。国电电力盘山公司（以下简称“盘山公司”）为全面落实党中央、国务院关于反恐怖工作的决策部署，规范和加强公司治安反恐管理，切实提高治安防范和反恐能力，保障全厂电力设施安全运行，依据《中华人民共和国反恐怖主义法》等法律、法规和《电力系统治安反恐防范要求》、《国家能源集团电力产业反恐怖达标建设工作指导意见》等规范、标准，结合公司生产经营工作实际情况和视频监控系统改造的实际需求，建设一套高清数字视频监控系统，进一步增强公司防控并高效、快速处置突发事件的能力，提升现代化、信息化、数字化管理水平。

1.2现状分析

盘山公司现有视频监控系统涵盖安防监控系统、生产监控系统、消防监控系统几个部分，共计1036个监控点位。其中安防监控系统2008年投入使用，输煤区域监视系统2013年安装投入使用。由于生产监控系统及消防监控系统经多年、多次安装运行，建设年限较长，当时采用模拟监控系统，已无法满足现时及未来实际使用需求。加之系统中负责视频信号收集和转换的硬盘录像机、解码器、服务器等设备及其电气元件出现老化现象，导致故障频发。因其型号老旧，厂家已不再生产，遇有维修时无合适备件更换，严重影响监控系统的正常运行。

盘山公司地处京津冀电网负荷中心，装机容量大，机组能否安全稳定运行直接影响着区域供电及民生供热。在《国家能源集团电力产业反恐怖达标建设工作指导意见》（国家能源电力〔2021〕577号）中，盘山公司被列为二级反恐怖防范目标单位，一旦遭受恐怖袭击，将造成大面积停电，严重影响社会的和谐稳定。其中作为重要电力生产设施的汽轮机房、锅炉区域、液氨贮存区、燃油设施区、制氢站、主变压器和升压站区域、危险化学品库、储煤场等极易成为恐怖分子的袭击目标，属于重点安全防范对象，有必要完成反恐怖达标建设。

此外，国电电力2021年7月颁布的《电厂安全视频监控系统建设技术方案》以及2021年11月国电电力关于转发《国家能源集团电力产业反恐怖达标建设工作指导意见》的通知中对生产现场监控系统提出了更高的要求，包括监控画面的质量、传输速度、监控可调取存储时间等，盘山公司现有监控系统已经严重不符合上级公司有关要求。

基于以上原因，对原有生产现场监控系统进行升级改造迫在眉睫，势在必行。

1.3 存在问题

1.3.1 设备老化

盘山公司现有监控系统投入使用年限较长，设备型号老旧，线路老化，部分点位设备老化严重，监控视频偏色、串扰、模糊甚至无图像等问题时有发生。

1.3.2 清晰度低

原有视频信号清晰度较差，最高只能达到普通模拟信号的标清级别，查看录像时经常会遇到看得见，但看不清的问题，不能满足当前主流的1920*1080全高清分辨率的要求。

1.2.3 存储时间短

受系统当年建设时技术限制，原有硬盘录像机视频图像信息存储时间较短，不能满足上级对视频图像信息存储时间不少于90天的要求。

1.2.4 借用通道

由于监控系统历经多年、分批、多次建设，缺乏统一规划，借用通道现象较为常见，甚至不得不借用管理网通道，故障处理困难且存在网络安全隐患。

1.2.5 IP地址局限

原有监控系统IP地址资源为集团统一规划，只有四个网段可供使用，地址不足的局限性日益突出。

1.3 数字化改造原则

生产现场监控系统数字化改造应严格依据国家、地方相关法规、技术标准规范的要求，结合盘山公司监控点位及监控室布局等的实际情况，秉着积极消化吸收国内外电力行业先进监控技术和经验，立足国内、安全可靠、节俭实用、便于扩展和管理维护的原则进行。具体应遵循以下原则：

1.3.1 标准兼容

数字化监控系统基于模块化、层次化设计，建立开放的应用调用接口体系，保障第三方产品的接入。由于本监控系统涉及范围较多，应是一个开放的、易扩展的、分布式的系统，其方案设计所涉及的技术和选用的产品应是当前主流，符合业界最新标准，并具有良好的开放性，能够与相关系统进行无缝连接和数据共享。

1.3.2 经济实用

整个监控系统应体现出简洁实用、操作方便、性能高效，既能满足实时监控低延迟和历史追溯快速反应的特点，又能满足决策层、管理层及时了解各项信息，进行业务处理和综合管理的实用要求。

1.3.3 技术先进

由于现代信息技术发展迅速，在监控系统设计和建设中必须具有一定的前瞻性，尽可能地采用先进的技术和开发工具。组成系统的各种设备采用技术成熟、性能稳定且具备先进设计理念的产品，以便系统在建成后能通过平滑升级保持其先进性，延长生命周期。同时，也要深入调研，避免采用不成熟的技术以保证系统稳定性。

1.3.4 安全可靠

由于生产现场监控系统涉及面广、所处环境复杂，必须保证系统整体工作稳定可靠。各监控子系统能够稳定独立运行，操作系统及数据库构架成熟可靠，采取冗余设计并能让你哥自动对重要数据进行及时备份。

1.3.5 便于维护

监控系统应操作直观简便，应用软件界面友好，信息处理工作简单、方便、快捷，系统数据备份及数据恢复快速简单。日常维护、设定配置、应用软件安装等应简单、高效。在满足改造技术参数要求和价格同等的条件下，优先考虑使用国产信创产品。

2 改造方案论证

通过对国电电力公司所属几家发电公司的生产现场监控系统进行深度调研，结合盘山公司实际情况，反复进行对比研究、分析，有以下三种改造方案可供选择：

2.1 全厂监控网络进行统一规划

此方案须将现场原有监控设备、线路、网络设施等全部拆除，再重新进行统一规划。按需敷设新型光纤、网线，配置、安装现场各监控点位摄像头、接线箱等；机房重新安装交换机、路由器、服务器、存储阵列以及监控大屏幕、视频控制柜、网络设备柜、存储设备柜等。

优点：此方案能够彻底解决现有监控系统清晰度不够、存储时间不足，以及原系统设计缺陷、安全性低、物理空间不足、IP地址资源不足等问题；能够结合超脑系统，选取不同区域监控实现智能告警的功能，满足上级部门对治安反恐防范标准的要求。

缺点：整体一次性投资较高。

2.2保留现有光纤，实现旧设备再利用。

此方案不拆除现有的光纤和电缆等设施，在原有现场监控的基础上进行改造，仅拆除同轴电缆及其附属设备，依据工程实际情况，其他需要新敷设光纤和电缆等设施的地方再进行重新敷设、安装，实现旧设备再利用。更换原有模拟监控设施，将原有监控系统与新建系统进行集成，再通过统一监控管理平台接入管理信息网络，实现管理层对现场监控画面的监视。

优点：施工量较少，节省了一部分够买光纤及现场人工敷设线缆的费用，同时也节约了改造工期。

缺点：由于现有的光纤、电缆等已使用10余年，存在线缆老化、断芯、信号衰减、性能下降等各种安全隐患，后期仍须改造，不能完全满足上级对监控系统治安反恐防范标准的要求。

2.3仅改造除生产厂房区域之外的监控设备设施

此方案考主要是考虑到当前正在进行的1号机组延寿升级改造和即将进行的2号机组延寿升级改造，现场监控设备的点位布局存在很多不确定性，所以暂时保留生产厂房区域现有监控设备设施，其他区域进行整体改造。

优点：统筹考虑到后期两台新机组投产后的长远规划，避免重复性投资，改造成本较低，施工量较少，已改造部分能够满足上级对监控系统治安反恐防范标准的要求。

缺点：机组升级延寿改造结束后，厂房区域监控仍需改造。

通过全面对比、计算、研究、分析，在以上几种方案中，方案2.3的经济性更高，贴合盘山公司实际，综合考虑，选用方案2.3最为合适,即暂时保留生产厂房区域现有监控设备设施，其他区域监控系统进行整体改造。

3 系统总体设计

盘山公司生产现场监控系统需要由传统模拟视频信号向数字高清信号进行改造，现针对改造中涉及的专业技术内容予以阐述。

3.1 技术综述

数字高清视频监控系统的智能化是利用计算机技术、网络设备和系统软件等多个层面的数字化技术组合和相互配合来实现视频采集、传输、存储、分析、行为识别和面向用户的关键视频业务的智能化应用。系统主要由前端图像采集、数据传输、高清显示、安全存储、智能管理平台等模块组成，其整体结构如图1所示：

图1 生产现场监控系统结构图

3.2监控系统各组成部分及其功能

3.2.1前端采集

前端采集系统主要由高清红外彩色摄像机和传输转换设备构成。高清红外彩色摄像机采用光纤传输视频数据，内置麦克风，清晰度在400万像素以上。此外，由于监控点位处于现场复杂环境，或者室外夜晚光线不好，需使用红外带雨括器、热风机除霜等功能的网络高清摄像机，以适应恶劣环境和室外天气变化场所的监视，并配置必要的防雷击设施。

3.2.2数据传输

数据传输部分充分考虑火力发电厂室外和生产现场实际环境情况，选用铠装12芯单模光缆和超五类或六类UTP室外阻水网线作为传输介质，以保证数字化高清视频信号的传输质量和数据的安全性、稳定性。

3.2.3 高清显示

鉴于原监控系统使用的显示设备如CRT监视器和低分液晶屏等整体清晰度已经达不到规范标准要求，且部分设备老化严重，出现偏色等问题，改造后的高清显示部分采用专业安防金属机身显示器和低亮高清可拼接液晶屏。具有可编程12-bit RGB gamma校正技术和完善的工厂设置和运动补偿模式，自动分配ID和自拼接功能，支持DP、HDMI等接口信号输入，能够7*24小时长时间运行。

3.2.4 安全存储

由多台存储设备组建网络RAID，可在KVM虚拟化环境下进行硬件热插拔。支持网络RAID纠删码技术，设置为负载均衡，允许每组任意1-12个磁盘发生故障，数据不丢失，存储服务不中断。能够同时接入、存储、转发、下载、回放3072Mbps视频图像，且在总带宽不变的情况下，接入、转发、回放间的性能值可自由调整。具备数据冗余功能，当RAID内某一块硬盘发生故障，可根据业务需要自动进行RAID重构。可对指定事件的1个或多个不同时间段的录像添加标签并自动备份，确保不会被覆盖删除。存储容量的计算是配置存储设备的关键，使用400万像素的摄像头一天需要的存储容量为42.19G。一般来说，400万像素应采用H265编码，码流按照4Mbps计算，24小时所需的容量为4×(24×60×60)÷8÷1024，一天42G左右。

3.2.5智能管理

监控系统的智能管理平台能够对各个监控分项子系统进行集中控制和管理，统一数据库对所有分项系统前端的采集数据进行存储与分发，并提供统一的操作界面，实现各系统的资源共享、业务整合与联动等。

3.2.5.1统一集成

平台对各子系统进行统一管理和控制，实现将分散的、相互独立的子系统用相同的环境、相同的软件界面进行集中管理。提供人员、组织、资源等基础数据的统一管理，保证同一个物理资源的唯一性，可关联并实现一处录入多处使用，为系统互相集成提供机制保障。

3.2.5.2集中监控

平台运行管理中心为系统交付及维护人员提供一站式安装、运行、维护的服务。通过运行管理中心，可实时获知软件的运行状态，并能方便地定位并解决问题，保障系统的正常运行。

3.2.5.3 弹性扩展

平台基于组件化、模块化设计，以新增组件、模块的方式实现新增业务的扩展。通过增加相应的业务组件即可实现复杂项目的需求，避免以往一个项目部署多套平台的冗杂情况，彻底解决一线人员的痛点。

3.2.5.4 智能应用

平台除能够实现视频预览、录像回放、任务设置、数据比对等基本功能外，还能以各类功能与应用整合和集成为核心，实现单纯的图像监控向基于深度学习算法的车牌、人脸识别和定位等智能应用领域的广泛拓展与延伸，实现系统间智能联动和管理。

3.2.5.5 接口开放

平台基于软件集成框架和统一规范，通过HTTP接口提供基础服务，实现应用接口的开放。支持第三方应用快速集成，接口遵循Restful规范，可通过动态新增设备接入驱动，实现对第三方设备的接入。

4 效益分析

4.1 经济效益

现场视频监控系统实施数字化改造后，能够以较低的人员及物资成本维持系统运行，提供高效能和高效益，减少工作人员日常维护量与日后更换备件的频率。由于方案设计具有前瞻性、扩展性和灵活性，可根据实际情况进行监控点位或监控对象的增减，经济、简便地实现各监控系统的级联，尽可能保留并延长已有系统的使用年限，减少在资本与技术重复投入方面的浪费。

4.2 安全效益

数字化的生产现场监控系统能够及时、准确发现设备故障、人员违章及突发事件等，避免或减少人身伤害和财物损失。各级安监及管理人员可实时远程查看人员现场作业情况，通过实时查询对违章行为进行及时纠偏。使用AI可视化监控技术手段，通过对作业过程全过程记录，发现违章或安全隐患时，实时告警提示，保障现场人员设备安全，规范作业行为。

5 结论

数字化、网络化、智能化是视频监控系统未来的发展方向。其中，数字化是基础，网络化是支撑，智能化是目标，对提高企业安全生产和治安防恐管理水平具有重要的意义。通过数字化改造，在预防、发现、控制、追溯、对比、分析不安全事件等方面，发挥着人防、物防所不可替代的重要作用。不仅能够有效解决现有模拟信号监控系统清晰度低、存储时间短、旧系统设计缺陷、IP地址资源不足等问题，同时能够夯实治安反恐怖设施基础，为企业适应现代经济社会发展要求，实现高质量发展提供安全、先进、稳固、高效的科技支撑和保障。

作者简介：

卢晓利（1970），男，天津市蓟州人，大学毕业，信息中心主管，现主要从事发公司网络及信息系统维护管理工作。通讯地址：天津国能盘山发电有限责任公司（蓟州别山镇西），邮编：301900。