石油运输管道工程智能视频分析系统设计方案.docx
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石油运输管道工程智能视频分析系统设计方案
石油运输管道工程智能视频分析系统设计方案
一.
总体概述
随着全球对石油资源的和平利用、控制与竞争，石油在国际政治中的地位凸显，已成为当今各类重大国际事件的重要起因。
石油对各大国生命攸关，在国际政治和经济中占有越来越重要的地位。
国际上围绕石油资源的竞争和地区间冲突——无论是商业性的，还是军事性的——都从未停歇过。
改革开放以来，我国经济快速发展，能源消费特别是石油消费增长逐年加快，六七十年代形成的自给自足的石油供求体制早已打破。
国内原油产量多年来增长缓慢，而消费量快速攀升。
解决我国的石油安全问题，尽快建立国家石油安全体系，已成为当前及今后一段时期我国的一项重要工作。
中国作为世界第二大石油消费国，在石油安全的整体框架中，石油运输安全不容忽视。
如果没有几条可靠的石油进口通道，一旦发生突发事件，或有什么风吹草动导致进口石油运输环节出现问题，都会对中国经济产生连锁反应。
根据国际经验，一个国家的石油安全体系可以概括为三个方面：
一是控制油气资源，二是建立战略石油储备，三是保障运输安全。
虽然近来我国海上、陆上勘探都传来了好消息，石油天然气资源探明储量有所增加，但本土油气资源的勘探开发近期实现实质性突破的可能性还不是很大。
而且面对世界各国纷纷进行战略石油储备的现实，我国石油安全体系的建设，更应该在立足于国内外油气资源勘探开发的同时，加快建立战略石油储备体系，适当增加进口，确保供给安全。
在石油安全体系中，石油运输作为连接海外资源、市场和国内市场的中间环节，具有承上启下的关键作用，是非常重要的一个环节。
作为石油运输其重要方式之一的石油管道运输也扮演着越来越重要的作用。
随着国家西气东输工程的顺利开展和实施，对石油运输管道以及各个中继站，储油储气站的安全监控也是重中之重。
该智能分析技术方案从项目的具体实际出发，做到配置合理，留有扩展余地，技术先进，性能价格比高，确保系统性能高质量，高可靠性。
本方案根据项目提供的相关文件，并根据项目的实际需求，参照有关国际标准和国家标准，并结合我公司从事过的多个项目所积累的经验，编制出这套技术方案。
若对本方案的内容或其它方面有不详尽之处，我们随时欢迎您们的宝贵意见。
二.
设计原则
本项目方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。
并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。
本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。
其具有以下原则：
1、先进性与适用性
系统的技术性能和质量指标应达到国际领先水平；同时，系统的安装调试、软件编程和操作使用又应简便易行，容易掌握，适合中国国情和本项目的特点。
该系统集国际上众多先进技术于一身，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求。
同时系统是面向各种管理层次使用的系统，其功能的配置以能给用户提供舒适、安全、方便、快捷为准则，其操作应简便易学。
2、经济性与实用性
充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用功能和适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济实用。
3、可靠性与安全性
系统的设计应具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套完成的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。
4、开放性
以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势，可以消防、防盗、聚光系统实现联动，具有RJ-45网络通讯口，可实现远程控制。
5、可扩充性
系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。
并根据今后该项目工程的实际要求扩展系统功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。
6、追求最优化的系统设备配置
在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，以尽量降低系统造价。
7、保留足够的扩展容量
该项目设备的控制容量上保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点；系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口；也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。
三.
需求描述
鉴于石油运输管道的特殊重要性，其监控系统必须具备安全性、有效性、监控能力强、检测率高、误报率底的特点，才能确保运输管道的绝对安全。
监控系统的设计应根据各个中继站的使用功能、建设标准及业主的要求，并贯彻国家已颁布实施的有关“规范”和“标准”，考虑到节约成本，并综合运用电子信息技术、计算机网络技术、安全防范技术等，构成先进、可靠、经济适用的安全防范体系。
根据客户需求，严密监控区域的前端系统的核心是“发现可疑行为”和“摄像”。
尤其以“发现可疑行为”作为设计基础。
只有在发现了可疑行为的基础，摄像才有更加实际的意义。
在传统的闭路电视监控模式下，管理人员需要监视太多的视频画面，远远超出人的接受能力，导致实际监控效果低下。
实验结果表明，在盯着视频画面仅仅22分钟之后，人眼将对视频画面里95%以上的活动信息视而不见。
因此我们需要智能视觉监控来改善监控效果，同时减轻管理人员的负担。
这样才能真正让控制中心人员从繁杂的电视监控工作中解脱出来，以便有更多的资源应对可疑现场。
所以，选择一套成熟的、可靠的检测产品，对于仓储安防项目的成功有着深刻的意义。
在经过长时间的发展之后，目前世界上某些公司的智能视觉分析技术已经相当成熟——例如以色列的ioimage公司，其产品已广泛用于世界各国的军事、政府、工业、商业等要求高度安全的场所。
ioimage公司的产品是基于嵌入式智能视觉分析技术的监控跟踪系统，它具有入侵检测、非法停车检测、遗弃物检测、物品搬移检测和自动PTZ跟踪等功能模块，可以很好地机场所遇到的各种各样的难题（参见表1）。
而且，ioimage产品具有自学习自适应能力，即使是在各种极端恶劣的环境和照明条件下也可以保持极高的性能——在保持99.9%超高检测率的同时，只有极低的误报率（少于1个/天）。
表1：
传统视频监控和ioimage智能视觉监控的特性对比表
ioimageVTD™智能视觉监控
传统视频监控
不需要一直紧盯屏幕，保安人员只需要在系统告警时进行确认即可。
避免了保安人员因长时间观看屏幕造成疲劳而降低注意力，提高了保安人员实际监控的效果，真正做到7×24全天候监控。
需要连续长时间盯着屏幕，容易导致保安人员眼睛疲劳、注意力下降。
根据研究表明，人眼紧盯屏幕22分钟之后，注意力就会大幅下降，远低于正常水平（此时人眼只能察觉画面里不到5%的信息），因此实际使用时，无法达到真正意义上的7×24监控效果。
监控持续性
所有监视屏幕均由摄像机自动进行智能监控，保安人员只需要对产生告警的摄像机进行确认和处理即可。
这样，保安人员的实际有效监控范围可以提高数十倍，大大提高了监控效率。
人眼观察范围有限（理论上人眼水平最大视角为100°~120°，但实际上有效视角只有20°~30°，其中视觉敏锐视角仅10°，剩余部分即所谓的“眼角余光”区域视力非常低），无法同时紧盯多个屏幕；而人脑也无法同时处理多个监控屏幕的画面。
因此，保安人员面临大型屏幕墙时无法有效监控。
监控有效性
智能视觉摄像机可以识别出人眼无法分辨的细微变化，例如在遥远距离、光线不足、低对比度、环境伪装等等情况下的入侵行为和威胁。
人眼视觉灵敏度有限，在监控距离遥远、光线不足等监控环境下，人眼无法察觉监控屏幕上的细微变化。
监控能力
可以侦测并记录出现在监控屏幕内的徘徊行为。
在发现入侵者之后可以自动预警，并通知带PTZ的摄像机自动锁定目标进行跟踪监控，形成视频跟踪接力和摄像机区域联防。
这样，保安人员就可以随时掌握着入侵者的行踪，并在事发之前进行预防和控制，把损失降到最低。
由于种种原因，传统监控的实际效果并不理想，在大多时候传统监控系统只能用于事后取证，无法起到预防、预警的作用。
监控实际效果
可设置“告警触发式”传输模式——借助计算机或嵌入式设备的强大数据处理功能，对视频图像中海量的数据进行高速分析，过滤掉用户不关心的信息，仅仅为监控者提供有用的关键信息。
只在监控到威胁的时候才占用带宽，在同等带宽条件下可以容纳更多路监控。
无论是否有事情发生，都必须将画面传到监控室的屏幕上，无畏地消耗传输线路的带宽，尤其不利于大型监控系统。
监控传输通道
有效利用率
可设置“告警触发式”录像模式——只对用户指定的入侵行为或威胁事件前后过程进行录像，在同等条件下可以存储更长时间的录像，同时回放翻查录像效率很高。
无论是否有事情发生，都必须对监控画面进行录像，极大地浪费存储空间。
同时，由于录像存在大量无用信息，导致回放翻看录像时浪费时间。
监控录像
管理效率
在经过长期的对比选择后，我们决定采用以色列ioimage的智能视觉监控系列产品为核心来组建前端布防。
二、具体实施方案设计
根据整个石油运输管道工程的特点，在每个石油中继站或者储油站设立各个基层监控站，每个监控站设立若干具有智能分析功能的摄像机或者视频服务器，对站内的石油运输中转设备以及重要节点和枢纽实行摄像监控，并在各个监控站进行本地录像存储，同时各个监控站的视频要上传到一级监控中心，并在一级监控中心由模拟矩阵把视频切换到中心电视墙。
各基层站点监控站的系统图如下所示：
各基层站点监控系统图
系统图概述：
1、 前端固定摄像机以及高速快球视频信号和控制信号接入ioimage智能视觉服务器。
因ioimage智能视觉服务器具有IP/模拟双模输出，所以在本地监控站，可以在PC机上安装Ioimageware监控软件，通过交换机在局域网内对智能视觉服务器进行一系列的智能设置（比如入侵检测功能设置、PTZ自动跟踪设置），同时设置本地报警录像储存。
2、 智能视觉服务器的模拟输出则可以由视频光端机传送到一级监控中心，实现矩阵切换监控功能。
3、 选用具有以太网联网功能的视频光端机，可以实现各基层监控站与一级监控中心的控制联网，即也可在一级监控中心的ioimage监控中心管理软件上实现智能监控。
对于一级监控中心的设计，则利用光端机将各基层监控站的视频传输到模拟矩阵，然后再通过主控键盘来进行视频切换监控。
具体系统架构参考如下一级监控中心系统图：
一级监控中心系统图
系统图概述：
1、 监控中心视频经由各个基层监控站发射光端机传输过来，在中心用接收光端机输出到模拟矩阵输入端。
2、 因各个视频光端机具有以太网联网功能，所以通过局域网，可以用ioimageware监控中心管理软件统一管理监控。
也可在pc机上安装矩阵管理软件。
3、 从模拟矩阵输出口选择四路或八路经由带以太网的视频光端机再传输到二级监控中心。
所选矩阵必须具有以太网联网功能。
从而通过联网矩阵在二级监控中心可以调用一级监控中心任意的视频输入图像，实现了二级监控中心对一级监控中心统一调度、监督、管理的作用。
三、产品性能介绍
ioiboxtrk100是ioimage公司嵌入式智能视觉服务器trk产品系列中其一产品，它内嵌了ioimage的VTDTM智能视觉分析专利技术，支持入侵检测、遗弃物检测、非法停车检测、物品搬移检测和自主自动PTZ智能跟踪等智能视觉功能模块,具有自动视觉监控、自动场景检测和自动报警响应等强大功能。
与传统的CCTV监控和安防系统相比，ioiboxtrk100具有可以在室内或室外环境进行7×24全天候自动化无人值守的特点，可以大幅减轻警卫人员的负担，提高安全水平。
ioiboxtrk100是基于DSP的前端边缘设备，它完全内嵌了强大的智能视觉分析技术，可以对入侵者、可疑的遗弃物、非法停泊的交通工具、被搬移的物品等行为进行自动检测和自动跟踪，trk进行智能分析的过程是完全独立工作的，不需要后端软件来辅助处理。
ioiboxtrk100同时支持模拟输出和IP网络流媒体输出两种音视频输出接口：
对于模拟视频输出，ioiboxtrk100支持在输出视频中叠加图像覆盖层（OSD），这些OSD中可以包含日期、时间、摄像机描述、摄像机防御状态、摄像机告警状态、可疑目标标识和运动轨迹等信息；对于IP网络流媒体输出，trk支持MPEG-4的音视频编码流，通过TCP/IP协议进行传输。
“简单易用”是ioiboxtrk100的设计理念之一，因此trk非常容易安装和设置。
在设置方面，ioiboxtrk100支持通过web浏览器的方式进行配置。
由于ioiboxtrk100功能强大、简单易用，只需要在传统安防系统之上加装ioiboxtrk100就可以大幅的提高监控场所的安全级别，因此非常适用于各种安防应用场合。
1、产品功能
ioimage公司的ioiboxtrk100内嵌了VTDTM智能视觉分析技术，具有基于规则驱动的智能视觉分析能力，可以对视频里的每一寸画面进行自动监控，有效地增强传统视频监控的自动检测能力，提升警戒强度，提高监控效率和自动响应报警，从而实现7×24全天候的持续监控或者针对重要时段的无人值守监控。
ioiboxtrk100主要内嵌了以下几个智能视觉分析模块：
入侵检测模块⌝
支持完整的入侵检测功能，可以对监控防区内的人或交通工具进行自动检测，当发现非法运动目标时自动报警。
入侵检测支持三种检测模式：
区域入侵检测模式、绊网穿越检测模式（支持单条或多条绊线）和围栏入侵检测模式。
遗弃物检测模块⌝
支持遗弃物检测功能，可以对监控防区内无人看管的包裹或物品进行自动检测，当发现目标时自动报警。
非法停车检测模块⌝
支持非法停车检测功能，可以对监控防区内非法停泊的交通工具进行自动检测，当发现目标时自动报警。
物品搬移检测模块⌝
支持物品搬移检测功能，可以自动检测出监控防区内被搬移的物品并自动发出报警。
自主自动PTZ智能跟踪模块⌝
支持自主自动PTZ智能跟踪功能，跟踪过程从对目标锁定开始被触发。
其中，锁定的方式包括：
自主检测锁定、由某个ioiboxtrk100设备检测后通知另一个控制PTZ摄像机的ioiboxtrk100设备进行接力锁定，以及通过用户手工选择锁定三种方式。
当目标被锁定以后，ioiboxtrk100设备会自动驱动控制PTZ摄像机的云台和变焦镜头，对人或交通工具进行视觉导向的自主自动PTZ智能跟踪，以确保目标始终以放大画面方式保持在摄像机视野中，整个跟踪过程不需要其他参考摄像机进行辅助。
2．产品特性
功能强大⌝
内嵌的智能视觉分析功能，可以完全独立工作，不需要其他设备辅助。
与在后端进行集中式智能分析处理的方式相比，ioiboxλtrk100不需要考虑网络带宽不足、共享资源短缺等问题，也不存在因网络传输而导致的延时、干扰、画质下降等问题。
内嵌高性能自学习、自适应的智能视觉监控功能。
λ
“告警触发”式的视频传输和录像，可以极大地降低码率，节省网络带宽和存储空间。
而且，在这种方式下，保安人员不再需要持续地监视枯燥的视频画面，大幅降低了疲劳程度，可以长时间地保持高度的警惕性和高效的工作效率。
λ
由ioiboxλtrk100构建成的监控防区，相当于创建了一道隐形的周界围栏，不但省却了传统围栏的材料成本和施工费用，而且不会影响环境的美观。
提供事前的安全预警能力，以及事中的即时威慑和及时处理的能力，可以防止事态扩大或恶化。
λ
提供大范围的自动检测能力，当周界内外两侧附近的区域有可疑人物出现时能够自动报警。
λ
使PTZλ摄像机具有了对被锁定的移动目标进行完全自主驱动的不间断持续自动PTZ跟踪能力。
在锁定目标方式上，支持自动锁定、手工锁定和接力锁定三种方式。
对于报警事件，可以提供即时的视频确认和额外的评估信息，避免保安人员收到报警后进行盲目行动。
λ
支持由检测事件来触发预先设定的动作（或动作组）。
λ
集智能视觉分析和网络视频编码于一身，既可以作为一个独立的前端边缘设备来使用，也可以作为网络中的一个网络设备来使用。
λ
同时支持传统模拟方式和IPλ网络MPEG-4流媒体方式输出——包括音频流、视频流
（可叠加时间、文字描述、摄像机状态、事件报警、目标指示、运动轨迹等图像覆盖
OSD）等。
可以通过无线方式进行传输，节省设备安装和布线的费用。
λ
可以直接与传统固定摄像机和PTZ摄像机（带云台的摄像机）对接使用。
λ
提供高分辨率、低延时的MPEG-4音视频流媒体。
λ
支持双向音频。
λ
与被动红外传感器（PIR）、围栏震动传感器、地面震动传感器、激光幕墙、电子围栏等直线（或点式）传感器相比，ioiboxλtrk100可以提供更大面积的监控覆盖能力。
性能卓越⌝
保持高检测率（99.9%）的同时只有很低的误报率（少于1个/天）。
λ
可以在恶劣环境、低照度和光线不足等情况下检测入侵者。
λ
可以检测伪装入侵、超慢速移动（慢至6厘米/分钟）和突发移动。
λ
基于三维视场检测，具有出色的非平坦地形上的目标检测能力，可以可靠的检测遥远距离的目标。
λ
支持预报警记录——当报警事件触发时，记录报警事件发生之前的片段（从报警发生之前一段时间开始进行视频录像）。
λ
独特的用户自定义防区设置（任意数量任意形状）和检测目标特征设置（类型、大小、运动方向、运动速度、侵入时间等等）功能。
λ
支持服务质量保证（QoS）：
当多个设备在同时一个网络中工作时，每个设备都会自动优化其音频流和视频流所占用的网络带宽、流量特征和优先级，以确保服务质量。
λ
⌝简单易用
非常容易安装和设置，只需要几分钟就可以完成设置过程。
λ
自动根据现场环境进行全天候的最佳自调节，不需要根据环境做额外手工配置。
λ
内嵌HTMLλweb服务器，可以通过web浏览器（如IE等）通过网络进行远程的访问、
配置管理、观看视频和软件升级等功能。
完全嵌入式的独立设备，不需要外部软件支持。
λ
高度可靠⌝
得到军事组织的认证（以色列国防部唯一认证产品，美国国防部认证产品）。
λ
得到权威实验室的认证（在美国Sandiaλ国家实验室组织的十多家厂商参加的测试中
排名第一）。
自2003年以来，成千上万个内嵌了ioimageλ久经考验的智能视觉监控功能的摄像机，
在全球各地被广泛用于保护核电站、政府机构、机场、港口、工厂、制造厂和各种商
业机构。
基于强大DSP的智能视觉监控嵌入式边缘设备，不需要后端PC软件支持。
采用完全λ
嵌入式架构，有别于基于PC的集中式处理架构，具有很高的可靠性，而且避免了网
络延时影响检测的问题。
忽略因小动物、树木枝叶摆动、云层阴影、光线变化、雨、雪、环境细微变化等产生的误报警，具有环境自适应功能，具有极低的误报率。
λ
3．产品规格
固件（嵌入式软件）⌝
内嵌ioimageλVTDTM智能视觉分析模块，支持入侵检测、遗弃物检测、物品搬移检测、
非法停车检测和自主自动PTZ智能跟踪功能。
各型号产品内嵌的智能模块有所不同。
智能视觉处理速度为30fps（帧/秒）λ
内嵌web服务器，可以通过web浏览器进行配置管理和远程监控λ
应用程序接口（API）⌝
提供基于HTTP协议的配置和操作接口，二次开发非常方便λ
支持远程监控、报警管理和录像等功能λ
后台API接口完全开放λ
⌝模拟视频输入
视频制式：
NTSC/PALλ
物理接头：
BNC75Ω，Compositeλ1Vp-p
模拟视频输出⌝
视频制式：
NTSC/PALλ
物理接头：
BNC75Ω，Compositeλ1Vp-p
支持图像覆盖叠加（OSD）λ
模拟音频输入⌝
非平衡RCA音频接口λ
音频阻抗10kΩλ
模拟音频输出⌝
非平衡RCA音频接口λ
音频阻抗10kΩλ
自动增益控制：
-73dB～+6dBλ
数字视频输出⌝
压缩标准：
ISO/IECλ14496（MPEG-4）
最大分辨率：
4CIF（704×576）或者CIF（352×288），与产品型号相关（参见表2）λ
最大帧率：
全实时（PALλ25帧/秒、NTSC30帧/秒）
帧率：
1fps（帧/秒）～30fps（帧/秒）可调λ
码率：
128Kbps～4Mbps可调λ
支持固定码率（CBR）和可变码率（VBR），用户可自定义λ
数字音频输出⌝
压缩标准：
ADPCM（G.729）λ
码率：
16Kbpsλ
网络⌝
10/100λBASE-T以太网口（1个或2个），RJ45接头
trk1、trk10和trk10d支持以太网供电（PoE）IEEE802.3afλ
支持TCP/IP、UDP/IP、HTTP、SMTP、DHCP、DNS、NTP、SNTP等协议λ
基于RTP/RTSP协议的音频流和视频流λ
基于HTTP的报警消息和命令消息λ
串口I/O⌝
RS-232/RS-485λ
RS-485支持PTZ操纵键盘λ
报警器I/O⌝接口
报警器输入：
干节点（最大12VDC50mA）λ
报警器输出：
继电器驱动触点（最大24VDC1A或125VACλ0.5A）
工作环境⌝
工作温度：
-20°C～50°Cλ
工作湿度：
小于90%（非冷凝）λ
四、 监控中心管理软件ioimageware
监控中心管理软件的功能、使用说明以及具体设置详见附件3和附件4
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