某化工企业安全生产可视化监管系统平台建设技术方案.docx

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某化工企业安全生产可视化监管系统平台建设技术方案

某化工企业安全生产可视化监管系统平台建设

技

术

方

案

一.背景及需求

需求分析

在化工企业发生的安全事故中，人、车、物、环是导致安全事故的主要因素。

存在外来人员误闯入、作业人员作业不规范，缺乏作业环境实时监管，缺少违规预警，人员进入现场工作督查管理等一系列因素导致安全事故的发生。

目前安全生产监管方面的工作主要是靠制度的严格执行来确保人身和设备安全，制度的执行与员工的绩效考核紧密相连。

业务需求

1、通过技术手段，加强化工企业安全生产管理，提高安全管理规范化、标准化、信息化水平，进而提升安全管理绩效和生产效率

2、管控人的不安全行为，物的不安全状态，环境的不安全因素，提高安全科技信息化。

系统需求

通过人员管控相关系统杜绝人的不安全行为。

主要包括智能视频——虚拟周界防范、人脸识别、作业安全监管等。

通过设备管控相关系统消除物的不安全状态。

主要包括热成像测温系统、可视化巡检系统。

通过环境管控相关系统控制环境的不安全因素。

如通过对接原有DCS系统对于危险气体辅助监测等。

二.系统总体思路

设计思路

系统设计思路按照实际使用过程中的业务逻辑。

根据业务逻辑，前端智能采集和分析需要快速、敏捷的业务响应，后端智能分析需要完整、稳定、可靠。

系统设计采用具有前端智能分析能力的智能摄像机，如“深眸系列”的行为分析摄像机和人脸抓拍机，实现前端智能分析和智能采集；在边缘域中采用海康威视后端智能分析，将前端采集的视频、图片信息进行存储和智能化分析，为用户提供各类智能应用和功能，满足用户前后端融合的智能分析。

系统设计为边缘节点+边缘域的系统架构，边缘设备提供7*24小时的计算能力，产生关键信息的视频片段、图片、半结构化、结构化数据可大幅降低网络负载压力和存储压力，答复节省网络传输投资。

设计原则

化工安全生产可视化监管解决方案在设计中采用先进、安全、可靠的技术，以此确保系统建成为技术先进、实用可靠、经济合理、具有国内外先进水平的人员智能管控分析系统。

先进性

在保证开放性和实用性原则的基础上，采用先进的人脸抓拍技术、人脸比对技术，通过有效的前后盾组合，使其发挥最佳的集成效果，保证在相当长一段时间内系统整体处于先进水准。

安全性

系统设计设计时应考虑多级安全防范措施，包括加密传输、身份认证等多种方法组合防护，根据不同的需要进行不同的安全等级设计，最大程度地保护系统的自身安全。

可靠性

系统设计时不仅要考虑所采用系统设备的先进性，而且更重要的是考虑系统设备的适用性与方案的可靠性，使其长期地发挥其功效。

可用性

安全生产可视化监管解决方案中应按照用户实际使用的业务逻辑进行设计，保证用户可快速上手。

同时，系统各类报警事件应该准确、及时，确保可用性。

设计依据

系统规划设计必须按照国际、国家和行业的有关标准和规范进行。

本设计将依据和参照以下的设计规范和要求进行，但不仅仅限于以下所列范围。

通用标准与规范

●《智能建筑设计标准》（GB50314-2015）

●《建筑电气制图标准》（GB/T50786-2012）

●《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）

安防视频监控系统设计方面：

●《视频安防监控系统工程设计规范》（GB50395-2007）

●《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198－2011）

●《工业电视系统工程设计规范》（GB50115-2009）

●《入侵报警子系统通用图形符号》（GA/T75-2000）

●《建筑及建筑群综合布线工程设计规范》（GB/T50311-2000）

●《出入口控制系统工程设计规范》（GB50396-2007）

●《入侵报警系统工程设计规范》（GB50394-2007）

综合布线系统

●《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》（GB50311-2007）

视频系统工程建设方面：

●《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2006）

●《入侵报警子系统验收规则》（GA308-2001）

●《入侵报警工程技术规范》（GB50348-2004）

●《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）

●《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）

●《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2012）

●《入侵报警子系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T670-2006）

●《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-2008）

防爆标准：

●《爆炸性环境用防爆电气设备第1部分-通用要求》（GB3836.1-2010）

●《爆炸性环境用防爆电气设备第2部分-隔爆型“d”》（GB3836.2-2010）

●《爆炸性环境用防爆电气设备第4部分-由本质安全型“i”保护的设备》（GB3836.4-2010）

●《爆炸性环境用防爆电气设备第13部分-爆炸性气体环境用电气设备的检修》（GB3836.13-1997）

●《爆炸性环境用防爆电气设备第14部分-危险场所分类》（GB3836.14-2000）

●《爆炸性环境用防爆电气设备第15部分-危险场所电气安装（煤矿除外）》（GB3836.15-2000）

●《可燃性粉尘环境用电气设备第1部分：

用外壳和限制表面温度保护的电气设备第1节：

电气设备的技术要求》（GB12476.1-2000）

三.系统总体设计

系统总体架构

对于化工企业安全生产可视化监管系统的建设，基于安全生产业务需求，通过前端设备，主要依托于化工企业安全生产管理平台，实现人、车、设备、环境、等方面的统一管理及应用。

系统主要通过安全生产平台建设，实现统一数据库统一管理界面、统一授权、统一权限控制、统一安防管理业务流程等，同时根据联动生产系统业务中的信息化基础数据，满足生产过程可视化、生产管理智能化，生产效率智能辅助。

系统拓扑

图1监控系统总体结构图

基于安全生产管理平台，前端由多个子系统模块构成：

1）视频监控系统

2）人车管理系统

3）作业管控系统

4）设备巡检及在线监测

5）环境辅助监测系统

除此之外，平台支持通过标准接口（如OPC等）或通过SDK接入第三方设备进行联动。

基于海康威视能源综合管理平台的整体解决方案支持系统的灵活部署，根据实际项目的设备接入规模、包含子系统类型及各模块功能需求，可按需配置多种模块化服务，按需部署相应的服务器。

在统一平台管理的基础上，系统提供精细化的分级权限管理以及总部到分支的远程联网管理。

四.视频监控

系统架构

监控前端：

主要负责各种视频报警信号的采集，通过部署网络摄像机、报警信息采集器设备，将采集到的信息实时传送监控中心。

监控前端设计

作业区包括装置区、罐区、泵区、作业区出入口等场景。

作业区防爆监控

在作业区域内，对于监控设备选择，必须安装防爆设备。

化工企业厂具有易燃易爆的特性，包括在正常温度下，会挥发出大量易燃易爆蒸气，场区空气中的气体达到一定浓度遇明火都会引起爆炸。

所以这一领域与其他领域的监控系统最大的区别就是前端系统和传输过程的防爆要求。

国家规定天然气、石油、柴油、火药、炸药等100米范围内不能有明火，而普通监控摄像机非防爆，且摄像机电路易短路，致使明火，因此不允许此环境使用。

并且根据摄像机防爆级别不同，应严格依据等级配备，禁止低级别应用于高端场合。

图4化工企业作业装置区区

化工企业部分生产部门在生产、加工、运输和贮存的各个过程中，经常可能泄露或溢散出易燃易爆气体。

这类物质与空气混合后，可能成为具有爆炸危险的混合物，当混合物的浓度达到爆炸浓度范围时，一旦出现火源即会引起爆炸和发生火灾等严重事故。

在这类危险环境中使用的电气设备都必须时经过专业机构认证的具有防爆性能的产品。

目前海康威视提供的防爆产品满足所有防爆等级中最高等级ExdIICT6Gb/DIPA20TA，T6。

图5防爆摄像机系列（球机、红外云台、筒机）

Ø防爆产品特点

产品种类丰富，具有防爆球机、防爆云台、防爆红外筒机、防爆定焦筒机、防爆半球、防爆布控球等多种形态。

防爆产品满足所有防爆等级中最高等级ExdIICT6Gb/DIPA20TA，T6，保证在作业区的合规使用；

支持星光级低照度，可以保证24小时高清监控。

巡检详情

图42异常/待确认情况手动复核

图43巡检报表输出

热成像在线温度监测

设备的重要风险位置，如压缩机房等部位的异常，可以考虑通过温度监测，辅助监测其健康状态，针对化工企业的设备的重要风险位置，通过热成像设备进行24温度监测，温度异常时，通过设备温度递增递减、温度阈值等方式，实现报警提示，保障设备正常运行。

基础功能

Ø实时预览与测温

可对红外监控点进行视频预览，同时可对实时画面中的点位进行温度呈现，测温热成像摄像机能够对前端的监控场景实时进行线测温、框测温、点测温。

测温范围：

-40℃~150℃或0℃~550℃。

测温精度高达±2℃或量程的±2%（取最大值）。

图53实时预览

Ø录像回放

可将视频信号进行存储。

可以设置录像计划、录像规则（包括定时录像、移动侦测录像、报警联动录像）等。

暂不支持对温度数据的同步存储。

温度数据可单独存储于服务器中。

录像和与温度数据同时存储正在开发中。

图54录像回放

Ø视频巡检

可对测温型热成像球机、测温型热成像云台摄像机配置巡检预置点，并自动分析巡检结果，还可将巡检结果以word文档方式导出。

测温型热成像枪机可加入巡检预案。

图55巡检计划配置

火点检测

海康威视热成像摄像机具有火点检测功能，当其监控的场景内出现火点时，热成像摄像机能够及时捕获到该火点，并主动发出报警信息，达到提前火灾报警防范的效果。

热成像摄像机能够全天24小时完成监控场景中图像的采集，同时通过获取图像中的关键信息进行智能分析。

热成像摄像机（非双光谱）的安装不受任何光照环境的约束，十分方便。

海康威视热成像摄像将传统的被动式防火模式升级成主动式报警模式，在第一时间发现火源并且提示报警。

测温线热成像设备更是可以在到达起火点前就触发报警，在还未起火前即可通知相关人员进行处理，防火效率极高。

图56火点检测

Ø资源管理

通过视频监控网络配置系统参数等所有管理控制功能。

可以从平台软件平台中快速同步红外热成像监控点信息。

能够对监控点进行快速设置预置位和测温参数

图58监控点同步

特色功能

Ø全局测温、温差报警

因此推出全局测温，温差报警功能，在同一预置位下通过前后抓图对比判断全屏温度，智能分析在该预置位下任意一点是否发生温度突变，发现突变则产生报警。

无需设置测温框，操作简单，易用性更高。

图59全屏抓图温差报警

Ø双光谱同屏显示

在一台工作站的显示器上能实时同时显示红外以及可见光图像（并且不改变图像的原始分辨率）。

图60双光谱同屏显示

Ø温度曲线呈现（历史温度曲线呈现需要定制）

红外测温系统软件当前支持实时温度曲线呈现，当点击测温型热成像摄像机某一测温点/线/框时，从当前时间开始可以呈现该测温点/线/框的温度变化曲线。

图61实时温度曲线

通过定制，支持历史温度曲线呈现，当有需要时，可从数据库中读取某一热成像摄像机在在不同时间段的各测温点/线/框温度变化曲线，自动组合成一个完整的曲线。

系统特点

Ø精确测温

测温精度高，支持两档测温范围：

档位一：

-40℃~150℃

档位二：

0℃~550℃

测温精度：

±2℃或量程的±2%（取最大值）

图62精确测温方式

Ø全区域无死角

球机和云台支持300个预置点测温，每个预置点支持10个框、10个点和一条线共21个测温单位。

提高单台设备利用率，增加测温区域。

巡检还可采用手持测温热像仪，对巡检区域进行查漏补缺，减少测温盲区，对重要区域二次测温复核。

图63预置点配置

Ø高可靠性设计

前端设备通过多项高可靠型测试实验。

1）高低温测试：

-45℃~70℃；

2）静电放电抗扰度实验：

空气放电15kv，接触放电9kv自行恢复；

3）浪涌（冲击）抗扰度：

线地是6KV防浪涌；

4）网络优化实验：

网络丢包10%以内可以保证测温数据连贯；

五.环境辅助监测

作为化工企业，生产过程易发生危险气体泄漏，并且危险气体泄漏易火点，严重也会导致爆炸，影响生产安全，并且对生产的环境监测也具有严重影响。

通过视频与危险气体监测系统，对生产区的危险气体可视化监测；通过热成像对厂区以及生产区的火点在线监测及报警。

危险气体辅助监测

对于生产区的危险气体，通过与企业的监测系统，如DCS系统对接，对接危险源管理系统中的PI数据，以及生产系统中的压力传感数据，如球罐区液化烃浓度监测、球罐压力监测，可以通过视频监控平台中的危险源管理功能进行监测、处理及设备管理。

系统功能

危险气体辅助监测功能主要包括危险源基础信息显示、报警值设定、报警显示及弹窗、事故处理四块。

Ø危险源基础信息显示

危险气体基础信息显示将生产区的可燃气体及有毒有害气体监测装置按照厂区已有组织架构进行分布，查看罐区内的可燃气体及有毒有害气体的浓度情况时，可直接点击该区域的组织架构进行展示。

在气体监测装置页面，可显示装置的检查种类、预警值、报警值、实时值、地址以及状态信息，在该页面即可观察到厂区所有装置的气体浓度数据。

同时，所有装置去气体浓度都是从DCS平台集成过来的，传输的数据均为实时数据。

（该功能需要用户提供需要接入的数据表以及平台对接开发）

图64危险源数据

Ø报警值设定

第二块为报警值设定。

针对每种装置，在不同的外界环境情况下，都会设置相应的预警值和报警值，达到预警值时，该装置显示页面可变为黄色，提醒工作人员进行检测，当达到报警值时，装置显示页面则变为红色进行报警。

Ø报警显示及弹窗

第三块为报警显示及弹窗。

报警显示为当实时数据超过报警值时，在页面上该装置所处区域就会进行红色报警，并可观察到地址信息。

同时在视频监控系统中，该装置所在区域附近的视频监控点会弹窗显示。

Ø事故处理

最后一块为事故处理。

针对所有报警的装置，会有对应的处理机制。

当发生报警时，监控中心的人员可以通过弹出的监控画面了解现场情况，如果是误报或者特殊情况，可以关闭报警，如果需要处理，可以通过视频监控工作人员是如何处理的，并在平台中的流程工单中进行描述，当然如果画面中弹出的现场情况比较严重时，除了当时报警情况记录以外，还可进行事后查验。

图65危险源报警流程图

系统呈现

危险源管理系统主要呈现方式界面如下图，左侧是组织资源，右侧分为四大块，从左到右，从上到下分别是电子地图、关联视频、实时列表以及图表统计；

电子地图：

可将气体浓度传感器与电子地图结合，实现状态查看，布撤防等操作；

关联视频：

可将监控点与传感器关联，在点击传感器时自动打开关联的视频信息；

实时列表：

显示当前传感器的实时值、是否超限的状态信息；可自定义环境阈值参数与报警模式，支持客户端、录像、云台、报警输出、上墙、短信等报警联动方式；

图表统计：

可根据统计粒度统计和展示当前传感器的历史数据，并可以实现最近三天的数据信息对比，支持环境量实时数据以曲线+列表的形式展示，显示报警阀值的上下限、曲线扫描周期。

图66数据呈现

图67报警功能平台页面

Ø视频联动

对于平台中传感器数据，一旦数据超过阈值，即可联动视频预览窗口进行展示。

图68视频联动画面

Ø电子地图应用

在电子地图中可以通过地图上图标的颜色区分当前传感器的状态，红色表示超限报警，绿色表示正常，灰色表示当前设备属于撤防状态。

若已知传感器故障等原因暂时不需要查看当前传感器，可对当前传感器进行撤防操作，撤防后不再接收本传感器的各种报警状态信息。

图69电子地图联动

Ø图表展示

在子系统的展示界面的右下角有专用的历史数据展示界面，可以实现实时数据展示、历史数据统计。

实时数据展示：

可对近三天内发生的数据以曲线的形式展示，并可以进行对比展示。

历史数据统计：

可按照周、月、季等统计范围对历史数据统计。

在图表展示界面中可以对实时数据和历史数据进行统计，点击“实时”或“历史”可以进行实时数据与历史数据的展示切换，图表展示界面见下章节示意图。

Ø实时图表展示

实时数据展示界面可以对当前传感器的实时值实时更新以曲线的方式展示，如下图：

在图表中红色虚线分别为上、下限值，蓝色为当前传感器数据值。

当鼠标拖动到对应时间点时显示当前的温度值。

在昨天、前天前面的方框中打勾后可以同步展示勾选时间的同步对比数据信息。

图70数据报表

Ø历史数据统计

历史数据统计界面可展示各个统计报表数据。

报表类型：

包含年报表、季报表、月报表、周报表、日报表以及自定义的报表；

统计范围：

根据不同类型可以包含年份、季度、月份、周次以及自定的时间；

统计粒度：

根据不同类型可以包含月、周、天以及小时。

Ø实时报警

在配置中心配置了报警管理后，当传感器产生相应的报警时在子系统左下角弹出相关的文字信息，并以统计的方式显示当前子系统和全局系统的报警数量。

明火监测

化工企业厂区内易燃物较多，很容易发生火灾，或着爆发事故，因此需要对化工企业厂区易燃区域进行火点检测，及时发现火情，及时处理，避免火势蔓延，导致重大安全事故。

六.智能运维系统

化工企业监控设备前端点位较多，设备掉线、遮挡、存储异常等情况经常存在，如果不及时发现及解决，影响日常监控任务，对监控区域发生的异常现象不能及时观测告警，因此监控设备的运维也是整个系统的重要组成部分。

但化工企业设备多、系统复杂，认为运维管理难度较大，需采用智能运维系统。

综合监控与运维管理系统主要功能模块如下图所示：

图72综合监控与运维管理系统主要功能示意图

统一运维门户

建设统一访问门户，提供基于WEB的统一管理访问入口，实现对运维信息的综合展现分析。

主要包括：

建设全面高效的展现平台，能够为各级用户信息中心各级人员（运维管理人员、相关技术人员）统一展现设备运行情况、待办事项、最新故障情况，以便更好得开展视频运维工作。

图73统一门户界面

运维监控

通过内置的视频网管模块、视频质量诊断模块对外提供资源监控功能。

视频设备监控

平台通过视频网管模块对受控资源运行情况进行监控。

可提供对视频专网中的视频摄像机、平台服务器、编解码器（DVR、NVR）、视频综合矩阵、存储设备等视频系统相关设备的运行情况进行自动巡检及管理功能。

视频网管功能主要如下：

1）对系统内的监控点、编码设备、解码资源、视频服务、视频矩阵等执行自动巡检，实时展示异常设备相关信息状况，如：

资源名称、资源当前状态、所属区域等。

2）对视频设备具备状态巡检功能，显示异常设备信息并进行状态标识（如：

设备掉线），生成异常信息报表，并具有报表导出功能。

3）平台支持诊断故障图片查看；支持实时视频流调用

4）平台支持对每小时的录像计划执行情况进行监控

5）平台支持对设备存储（DVR+NVR）、CVR等存储设备的工作状态、总容量、剩余容量等状态进行监控。

6）支持对弱密码、长期不更新密码等情况进行提醒

视频质量诊断

视频质量诊断是一种智能化视频故障分析与预警工具，利用视频质量诊断模块，有效预防因视频采集设备、视频传输等环节导致的图像质量问题及其所带来的损失，并及时发现破坏监控系统的不法行为。

在设备、传输发生问题后，可以迅速进行处理，保障监控系统有效运行。

平台可按照诊断预案自动对摄像头进行检测，并记录所有的检测结果，并能够对异常点位进行重新巡检。

用户可通过Web网页对系统运行情况进行监控，接收报警，处理报警，查询历史信息。

该功能主要包括对视频图像出现的对比度异常、亮度异常、模糊、偏色、画面冻结、视频抖动、云台失控、视频信号丢失等常见摄像头故障、视频信号干扰、视频质量下降进行准确分析、判断和报警。

1）视频质量监控功能列表

表1视频质量监控功能列表

功能

描述

视

频

质

量

诊

断

系

统

视频信号缺失检测

自动检测因前端摄像机工作异常、损坏、人为恶意破坏或视频传输环节故障而引起的间发性或持续性的视频缺失现象。

包括单色画面、叠加OSD画面等；

视频图像模糊检测

自动检测由于摄像机聚焦不准，就会产生清晰度异常的现象，清晰度异常的图像物体边缘很宽，细节不清晰，给人以模糊感觉。

视频对比度异常检测

自动检测由于摄像机镜头蒙上灰尘、水汽、人为遮挡、或者内部故障，造成图像的对比度低而“发蒙”的情况。

图像过亮检测

自动检测由于摄像机曝光控制、增益控制损坏、或者受到强光照射，就会出现过亮画面,给人以发白的感觉

图像过暗检测

自动检测由于摄像机曝光控制、增益控制损坏、或者光照很低时，就会出现过暗画面。

图像偏色检测

自动检测由于摄像机色彩平衡出现故障、信息干扰或者传输过程中部分颜色分量被干扰，造成画面单一性偏色现象出现，画面统一呈现某种颜色。

噪声检测

自动检测由于视频信号干扰、线路接触不良、光照不足等引起的点状、尖刺等图像质量故障。

条纹干扰检测

自动检测由于线路老化、接触不良、线路干扰（工频、音频、高频信号）导致的横条、波纹等带状、网状等噪声故障。

黑白图像检测

自动检测由于摄像机日夜功能模式切换异常、图像信号强度弱等原因，造成的图像颜色为黑白的异常情况。

画面冻结检测

由于传输系统异常导致的画面冻结的故障，一般表现为画面静止不动，包括时标OSD部分不动。

视频抖动检测

自动检测由于受到干扰或者摄像机安装不牢固导致图像不停抖动的故障。

视频剧变检测

自动检测由于视频信号异常或受到干扰导致视频图像剧烈变化的故障，一般表现为画面不停闪烁、跳变、画面扭曲等

场景变更检测

自动检测由于人为或环境原因导致摄像头被偏转、摄像头被遮挡、摄像机的角度或位置发生变化而导致的场景变更的情况。

视频遮挡检测

自动检测由于监控点视频镜头被全部遮挡出现的异常情况，通常表现为画面黑暗、对比度低。

云台失控诊断

自动检测由于机械故障或者安装不当的原因，导致云台不能转动，或者转动的方向与控制方向不一致。

2）视频故障的典型示例

信号丢失

对焦发生异常

对比度过低

亮度过高

亮度过低

图像偏色

噪声干扰（图像雪花）

视频条纹干扰（横条）

黑白图像

视频遮挡

告警中心

平台以视频网管、视频质量诊断采集的运维数据为基础数据，围绕告警触发、告警分级、告警展现、告警处理、告警恢复五大主线建立了告警监控机制，做到将告警事件第一时间通知给系统管理人员。

支持以EXCEL方式导出告警列表。

告警阀值配置

平台为满足各行业用户对不同类型设备的告警需求，提供了告警阈值设置功能，针对状态、性能指标提供自定义告警阀值功能，为用户提供了个性化的告警执行策略，当平台巡检模块巡检到的指标满足策略触发条件时，平台将进行告警。

告警执行策略

平台以采集视频网管监控、视频质量诊断的告警事件作为原始事件，按照预定义的事件规则，经过采集、分类、转换等处理环节，形成有效的预警或故障告警信息，并及时运维管理人员进行处理，处理手段包括自动和手段两种方式。

具体如下：

1）告警触发

系统巡检模块在巡检过程中发现设备异常，系统自动对该异常事件按照内置的规则进行触发告警。

2）告警分级

平台支持针对所有告警信息应能够根据故障严重程度、优先级别、对业务影响范围以及客户具体需求进行分级管理，实现高效的分层告警管理，并以不同的图标加以区分。

平台支持