网络化安防系统在天津泰达净水厂的应用

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  摘 要:天津泰达净水厂网络化安防系统分为脉冲电子围栏和网络化监控系统两部分。脉冲电子围栏与红外对射相比具有防范能力强,安全系数高等诸多优势;网络化监控系统属于第三代监控系统,是针对网络环境下使用而设计的,基于TCP/IP协议,将嵌入式技术、视频压缩技术、网络传输技术有机的结合在一起。整个系统操控灵活、无需专人管理,有效的改善了原有安防系统的缺陷,满足净水厂安全保卫和生产管理需求。该文介绍了网络化安防系统的组成原理、技术特点及其在天津泰达净水厂的具体应用情况。
  关键词:安防 光纤通讯 RS-485 脉冲 报警联动
  中图分类号:TV21 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)12(a)-0049-03
  天津泰达水业有限公司净水厂地处滨海新区核心功能区即天津经济技术开发区,是辖区内唯一一座以自来水生产和供应为主要业务的净水厂。全厂占地面积约60万平方米,周界总长近3 300 m,周边与森林公园及多条道路接壤,厂区面积大、不可控因素较多。为了进一步保障水厂安全,2014年对厂区原有红外对射、模拟视频监控系统进行了整体改造。改造后的安防系统包括脉冲电子围栏和网络化监控系统两部分,满足水行业相关国家规定和行业标准。既可实现对净水厂厂区周界、办公楼、一二期工程、三期工程、厂院大门和道路的整体安防管理;又可以掌握各工段人员的工作情况和生产线的运行情况,还可以对净水厂重大危险源进行全天候视频监控,对净水厂的日常管理和安全防范有重要的意义。
  1 脉冲电子围栏
  1.1 系统组成及工作原理
  脉冲电子围栏主要由围栏前端、围栏主机两部分组成。围栏前端主要由高强度不锈钢合金线、终端杆、承力杆、中间杆及其配件组成,脉冲高压依靠围栏主机内置电容对电荷的储存和释放过程来实现,脉冲电子围栏共有两个回路,上电后围栏主机发射端每秒分别向两个回路输出一次正、负高压脉冲,在围栏前端形成回路后,正、负高压脉冲回到围栏主机接收端,从而完成布防。同时围栏主机还会实时检测两回路之间电阻值的变化,如前端围栏发生断路或短路时,脉冲主机的接收端接收不到脉冲信号或两个回路间的电阻太小,围栏主机将对数据变化进行运算处理,并输出符合破坏程度或类型的报警信息。脉冲电子围栏输出高电压、低电量脉冲,高压状态为5 K-10 kV,低压状态约0.7~1 kV,打击电量被限制在≤2.5 mC,所以仅在皮肤表面形成有效的高压打击,体感疼痛比打火机电子打击强度大5~7倍左右,不足以对人体造成伤害。
  1.2 功能特点
  传统的红外对射只具备报警功能,不具备阻挡功能,通常入侵者进入防范区域之后,报警信号才会传递到监控中心,根本无法实现真正意义上的周界防范。电子围栏一改红外对射事后报警的传统模式,强调了以阻挡为主,报警为辅兼有威慑作用的国际周界安防新概念,同时具备误报率低、不受天气、地形和环境的影响、前期投入成本低,维修维护简便、有效减少防控人力等优点。
  2 网络化监控系统
  2.1 组成及主要设备
  该系统主要由视频采集、视频传输、视频存储、视频显示、视频管理五大部分组成。主要设备有数字网络高清摄像机、硬盘录像机(NVR)、高清解码器、拼接屏等。
  所用的摄像机均为数字网络高清摄像机,内置高清超低照度逐行扫描CMOS传感器,支持5D降噪技术、HH.264编码方式、智能红外技术及多种标准协议。NVR采用嵌入式Linux系统,录像存储的品质不低于720P/130万像素3M码流或1080P像素4 M码流,帧速不低于25FPS,不能对录像数据进行篡改,有效保证用户录像数据的高度安全;录像时间自动校准,视频图像可实现所见即所存。高清解码器最多可支持16路1080P/32路720P/64路DI分辨率视频码流的全实时解码;支持单画面/四画面/九画面/十六画面等多种监控模式。拼接屏采用标准的IU机架式结构,单路高清解码器加单块液晶屏组成一个显示单元,以显示单元叠加的方式组成拼接屏。
  2.2 功能特点
  用数字网络高清摄像机代替了传统的模拟摄像机,直接输出数字高清视频信号,并可通过网络传送到净水厂所能延伸到的每个角落。NVR直接存储摄像机视频信号,省去所有中间环节,将故障点降到最低。在布线方面,摒弃了大量的视频线缆,将多路高清数字信号汇集在一条网络线缆中进行传输,直接进入监控中心,极大的简化了施工难度。所有软硬件产品全部为同一厂商产品,可实现无缝兼容。整个系统采用标准化、模块化设计,同时支持标准的压缩、传输、控制、转码协议,通过预留的系统接口可实现应用扩展。除此之外,网络化监控系统还具备以下特色功能。
  (1)ANR断点续存:摄像机支持内置大容量SD卡存储,摄像机、NVR全部支持断点续存功能。当网络中断或存储设备故障时,录像存至摄像机SD卡,可保证一天内的视频不丢失、不覆盖。待网络或存储设备恢复后,自动按照时间顺序将SD卡录像上传至NVR,保证录像的连续性和完整性。
  (2)三码流自动分流:数字网络高清摄像机支持三码流并发,即一个主码流和两个子码流,解码器会自动选择合适的分辨率和码流进行浏览,液晶屏单画面时自动选择主码流预览,多画面时自动选择子码流预览。既可满足多方视频调阅需求,又保证了产品性能的合理分配和最小的带宽资源占用。最大限度的保证在多方访问情况下,完全消除由多路并发引起的摄像机性能衰减、死机、中断、卡顿等问题。
  (3)切片引擎检索:NVR支持切片引擎检索技术,可实现视频录像至少九段分割,检索大容量的视频录像时,将录像进行多次分段,每段录像有一张提示图片,根据图片的差异就可以找到事件发生的时间段,直接点击图片录像就开始播放,提高录像回放的速度和准确性。
  (4)虚拟集控:多台高清解码器可通过一个鼠标实现漫游操作,完全不需要通过管理平台和客户端进行操作。无须安装任何设备和软件,直接通过安防系统中任意一台硬件设备即可实现所有设备的集中管理与控制,可以脱离平台或独立组网管控。不仅节约成本,而且贴近用户使用习惯,更加经济性人性化。   3 具体应用
  网络化安防系统整体理念为“一个中心,两点布控”,即水厂中控室为主控和存储中心,门卫室与武警值班室为两个分控站。其中脉冲电子围栏可实现中控室、门卫室与武警值班室三地布控;网络化监控系统分为生产部分和安防部分,按不同管理需求分别进行管理。系统具有灵活的分级控制功能,对不同级别、不同层次的用户合理分配使用权限,避免人为越权使用监控系统。
  3.1 脉冲电子围栏
  电子围栏系统是净水厂安防系统的第一道防线,也是最重要的一道防线。采用ALEAN品牌全套产品,共分为33个防区,每100 m左右设置一个防区。厂区墙体为实体围墙和铁栅栏,地形基本规则。在围栏始端、末端、大门及转角或直线每100 m安装一根终端杆;每16~20 m安装一根承力杆,每4~5 m安装一根中间杆,每10 m安装一个警示牌,前端使用高强度不锈钢合金线,采用4线制垂直安装,现场每个防区配备高分贝蜂鸣器一台。脉冲电子围栏共配置EN-EFKB控制键盘6台,电子围栏软件PC机一台。电子围栏以“基站”为单位进行远程集中管理,每个基站使用一条RVVP 2×1.0 RS-485通信电缆将各个防区串接起来,网络采用总线型拓扑结构。由于单个“基站”可管理和控制≤32个防区,每台控制键盘对应一个基站,电子围栏软件PC机可控制多个基站,因此将33个防区拆分为9防区基站和24防区基站。通过进行RS-485与光纤通讯、TCP/IP的多重协议转换后,可实现两组基站多方式、多点控制方式,如图1所示。即中控室通过两台控制键盘和电子围栏软件PC机进行管理;门卫室和武警值班室分别通过两台控制键盘进行管理,从而实现脉冲电子围栏三地布控。通过控制键盘和电子围栏软件PC机可进行统一布、撤防,单独防区布、撤防,报警复位等相关操作;可实现自动布防、撤防和高压、低压转换;可实时显示防区编号、防区状态、防区总数、已布防数、未布防数。可以自动记录128条报警信息,支持历史报警打印功能及报警自动打印功能,便于日后存档查询。
  在实际应用中,通过悬挂高压警示牌给入侵者以威慑感。电子围栏的高度是0.8 m,相当于在墙顶上增设一道电子屏障,增加了围墙高度;同时电子围栏的柔性中间杆和专用合金线,不支持人体的重量,可阻挡翻越行为。若入侵者强行通过周界围墙时,系统可输出脉冲高压进行打击。若入侵者意图以破坏的方式(如拉拽、剪断合金线,破坏脉冲围栏主机,破坏通讯线路等)实施入侵时,围栏主机会识别相关短路、断线,防拆、通讯失败等报警信息,并及时进行反馈。围栏主机内置4Ah 12V蓄电池,可在停电状态下,不间断工作12小时。
  3.2 网络化监控系统
  泰达净水厂网络化监控系统为专网专用,通过逻辑和物理隔离保证了系统的安全。监控系统核心器件选用星网锐捷产品。摄像机共计82台,安防部分摄像机34台,生产部分48台。其中SN1821-CI20高清网络红外球机42台,1728-CI高清网络红外一体机34台,SN1618-CIW高清网络红外半球6台。中控室采用6台SN8616-28-M NVR进行组网,主干网采用光纤通讯,由于仅传输视频信号,传输距离远并且稳定性要求高,因此主干线路采用48芯单模光纤。现场视频信号接入采用SN7108百兆交换机,通过千兆光纤主干专网至SN7116-F 汇聚交换机。每70路高清视频进行一次汇聚,选择一台千兆交换机。千兆光纤上联至RG-S5750-24GT核心交换机,通过核心交换机进行视频的汇聚、集中转发及存储。12路SN9234-H-1高清解码器对接收到的视频信号进行解码,根据使用需要由矩阵分配器为12块拼接屏分配相应视频信号。拼接屏控制软件基于RS232协议,在拼接屏上可显示实时画面和录像回放,可根据需要进行多场景设置、多画面分割显示,也可在多块屏上拼接显示单路高清画面。门卫室与武警值班室均设置两块拼接屏,主控中心视频信号通过光纤传至武警和门卫相应的高清解码器,在液晶屏上通过轮巡的方式进行显示。6台 SN8616-28-M硬盘录像机支持所有视频录像按时间、地址、事件查询,支持五分钟内录像即时回放功能,存储时间不少于30 d,录像时间自动校准,保证录像和事件发生时间的统一性。录像可实现拼接屏多路回放、支持切片引擎快速检索技术,对事后的录像取证有关键的指示作用。支持重要录像资料锁定和解锁功能,保障重要录录资料不被循环录像覆盖。
  主控中心12块拼接屏根据需要可实现视频信号随意组合和调用,从而对生产部分和安防部分全部监控场景进行统筹管理。分控站主要负责安防部分的日常管理工作,拼接屏通过轮巡的方式进行显示。主控中心和两个分控站均可实现录像调阅。可通过多种方式进行图像浏览,包括拼接屏、网页、客户端等,输入摄像机IP地址就可以看到监控现场的实时视频。数字网络高清摄像机、高清解码器、NVR支持在PC端通过Web页面进行远程访问,将PC机IP与上述设备的IP地址设置到同一网段即可。网络化监控系统具备一键组网功能,无需在存储设备中设置IP地址、端口号等参数,即可实现设备自动添加和列表显示。
  3.3 报警联动
  监控系统安防部分的18 台高清网络红外球机与脉冲电子围栏实现报警联动,其中有的一个防区对应一台红外球机,有的两个防区对应一台红外球机。共使用5个ALEAN EN-ZLQ总线联动模块,每个总线联动模块可以带8个防区的开关量输出信号,每个开关量输出信号与各防区围栏主机一一对应。每台NVR内置16路开关量报警信号,支持多种云台控制协议,可对相关参数(预置点、巡航、轨迹等)进行设置。在正常布防状态下,报警一旦发生,前端对应防区蜂鸣器发出报警,以震慑入侵者。通过RS-485总线信号使键盘和电子围栏软件PC机及时获取到防区编号、报警类型等相关信息。中控室、门卫室与武警值班室均蜂鸣器响起,警灯闪烁,提醒相关人员注意;同时总线联动模块将对应防区围栏主机的报警信号转换为开关量信号以此联动硬盘录像机,通过球机方向和镜头拉伸定位报警对象、电子围栏软件PC机内置电子地图自动弹出报警区域位置,可快速定位事发地点,便于相关负责人进行尽快现场处理。
  4 结语
  天津泰达净水厂网络化安防系统在功能上符合网络化、高清化、智能化的发展需求。所有核心器件采用电信级的工业制造工艺,系统稳定性高,可以保证无故障率达7年以上。系统建设简单快捷,便于安装使用和维护。不仅提升了泰达净水厂的厂区安全等级,而且能及时全面地掌握企业生产的现场动态,降低管理人员的工作强度,使安全防范和管理控制更加多样化、灵活化、立体化。近期门禁系统和道闸系统分别进行了改造,通过安防系统预留接口,进而实现了系统的应用扩展。
  参考文献
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