电力施工现场安全管控系统概要设计2.doc

电力施工现场 安全管控系统 概要设计 文档编号 版本号 分册名称 第 册 共 册 总页数 正文 附录 编制 审批 生效日期 变更日志 编 号 版本 变更内容 变更人 变更日期 1 目录 1 概述 3 1 1 项目背景 3 1 2 参考资料 4 1 3 目的 4 1 4 现状 4 2 系统架构设计 6 2 1 系统整体架构 6 2 2 系统逻辑架构 6 2 2 1 前台功能 7 2 2 2 后台功能 9 2 3 系统功能架构 9 2 3 1 视频采集 9 2 3 2 音频采集 10 2 3 3 监控展示 10 2 4 工作流程 10 2 5 应用场景 11 3 系统功能设计 11 3 1 视频采集模块 11 3 1 1 设备查询功能 11 3 1 2 设备发现功能 12 3 1 3 视频采集功能 12 3 1 4 云台控制功能 12 3 1 5 联动报警功能 12 3 2 音频采集下发模块 13 3 2 1 音频采集功能 13 3 2 2 音频下发功能 13 3 3 终端监控模块 13 3 3 1 设备查询展示 13 3 3 2 视频监控展示 13 3 3 3 云台控制展示 13 3 3 4 音频监控展示 14 3 3 5 下发音频展示 14 3 3 6 监控记录保存 14 3 3 7 监控记录查询 14 1 概述 1 1 项目背景 电力施工现场 既是电气安全技术的特殊场所 又是具有特殊电气危险的 场所 在实际施工现场中 又经常会涉及多家施工单位 监理单位等 人员复 杂 环境复杂 管理力度大 为了预防现场材料偷盗行为 设备安全 作业人 员和擅自闯入的外来人员的人身安全意外的发生 以及对已发生的不文明行为 的取证 电力施工现场的安全监控十分必要 需要采取必要的技术手段来加强 对电力施工现场的安全监控 保障电力施工现场的作业安全 1 2 参考资料 略 1 3 目的 本项目通过研制远程监控系统 现场管控设备和电子围栏 利用 4G WIFI 视频移动侦测 音频采集等技术 建立禁入区域的电子围栏 对于 人员或设备进入此禁入区域的非安全行为发出声光报警 并通过远程管理平台 实时地查看监测点的现场视频 同时与远程监测点进行音频交互 提供集监控 报警于一体的电力施工现场安全监控系统 从而保障电力施工现场的作业安全 主要目标为 监控施工人员的不安全行为 监控周界内物体的不安全状态 作业远程语音指导 与现有生产体系结合 1 4 现状 安全管控系统一般由电子围栏 现场管控设备和远程监控系统组成 其中 电子围栏的构建方式是各类周界安全管控系统的主要差异所在 根据应用技术 不同 电子围栏主要有以下几种方式 一 脉冲电子围栏 脉冲电子围栏是由脉冲发生器和前端围栏组成的智能型周界系统 可识别 有意入侵和无意入侵 并能智能识别出入侵位置给予有效阻拦 其输出为低频 低能量高电压的脉冲电压 作用时间极短 不会给人造成伤害 脉冲电子围栏主要具有以下优点 1 兼具阻挡 威慑和报警功能 2 相对于红外对射 振动及感应系统 具有极低的误报率 3 由于采用高电压低能量的脉冲电压 相对于传统的高压电网 对人体不 会构成生命危害 脉冲电子围栏的主要缺点在于其前端电子围栏属于固定架设 通常需要有 围墙 如砖墙 水泥墙 铁栅栏等 的配合安装 适用于固定建筑物外围的安 全布防监控 而对于电力施工现场 建筑施工现场或其它有短期临时监控场景 需求时 这种电子围栏技术则很难应用 架设布线以及操作都极为不便 二 红外电子围栏 红外电子围栏从探测方式分为主动式和被动式进行阐述 1 被动式红外探测 被动式红外探测是利用物体自身向外辐射红外线的原理 根据外界红外能 量的变化来判断是否有人或或入侵 被动式红外电子围栏的优点在于其本身不发出任何辐射 功耗很小 价格 低廉 其缺点有以下几点 1 易受各种热源 阳光源干扰 2 易受射频辐射干扰 3 当环境温度和人体温度接近时 探测灵敏度明显下降 误报率极高 4 由于其探测区域为一锥形区域 应用于电子围栏上其探测周界不清晰 施工现场外围人员活动也会引起误报 基于以上优缺点 被动式红外探测一般应用于外界环境较稳定的室内 而 在电力施工现场 由于环境复杂 各种干扰源较多 被动式红外探测受外界环 境影响较大 误报率极高 这种方式显然不太适用 2 主动式红外探测 主动红外探测器由红外发射机 红外接收机和报警控制器组成 发射机发 射红外线平行光束 此光束被接收机接收到 经过信号处理后传给报警控制器 当人或物入侵到警戒线时 接收机收到的红外信号发生变化从而引发报警 主动式红外探测相对于被动式误报率较低 探测距离较远 但是其缺点在 于安装要求较高 由于红外平行光束较窄 收发端要处于同一水平线 一般应 用于建筑物 围墙等固定物体上的架设 而在电力施工现场这种临时性的场所 红外收发端的相对位置校准相当困难 而且还受到复杂地形的约束 对于复杂 的施工现场地形 安装和平行校准的难度更大 三 震动光缆电子围栏 震动光缆电子围栏构成的周界安防由专用接续盒 震动光缆 光缆震动采 集装置 报警主控装置等四大部分组成 当入侵者试图翻越或破坏围界时 系 统收到信号经光缆震动采集装置分析处理后由报警主控装置输出报警信号 震动光缆电子围栏的优点主要有以下几点 1 施工方便 不用挖电缆沟 直接敷设即可 2 抗干扰能力强 灵敏度较高 3 采用光缆为无源探测器 适用于各种复杂地形 可实现对不规则周界防 区的探测 震动光缆电子围栏的缺点在于其虽有某些震动屏蔽功能 如风雨震动 飞 机起降震动 但在施工现场 震动和噪音不可避免 应用受到约束 震动光缆 电子围栏一般应用于周界环境相对简单的小区防盗 银行安防等场所 综上述诉 以上电子围栏技术构建的安全监控系统都不适用于环境复杂的 电力施工现场 根据需求 在电力施工现场的禁入区域 需构建电子围栏 架 设摄像机 对禁入区域内的情况进行实时监控 并对意图入侵进入区域的人或 物体发出报警 同时与远程监控平台进行信息交互 最终达到保障电力施工现 场的作业安全的目的 基于以上的需求 本项目中安全监控系统的电子围栏利用视频移动侦测技 术设定警戒区域 当警戒区域出现移动的人或物体时 监控系统即会自动识别 从而发出报警 所谓视频移动侦测技术 是通过摄像头按照不同帧率采集得到 的图像会被 CPU 按照一定算法进行计算和比较 当画面有变化时 如有人走过 镜头被移动 计算比较结果得出的数字会超过阈值并指示系统能自动作出相应 的处理 该方式有以下优点 1 摄像机同时具有监控和报警功能 一机两用 降低成本 2 整个监控系统中所有设备自带无线功能 无需架设网络线路 3 摄像机体和管控设备均装有充电电源 无需架设供电线路 4 现场安装方便 调好摄像机体底座和警戒区域 即可进行工作 5 相对于其他电子围栏技术 灵敏度较高 受外部环境影响较小 6 可移动 可循环利用 节能环保 2 系统架构设计 2 1 系统整体架构 电力施工现场安全管控系统由多个电力现场的监控点和监控中心通过网络 组成 监控中心的每台终端都可以按预配权限监控指定监控点 每个监控点由一台数据采集转发服务器 多个网络摄像机和多个高精度音 频采集设备组成 网络摄像机和音频设备的数量取决于电力现场的区域大小和 形状 最终需要达到全区域覆盖监控 网络摄像机 网络摄像机 无线路由器 W i F i W i F i 监控终端 监控终端 数据采集转发服务器 警告扬声模块 音频采集器 W i F i 移动无线监控采集设备 4 G 4 G 音频采集器 视频智能识别区域 监控中心 监控终端 2 2 系统逻辑架构 整个监控现场的移动监控设备分硬件和软件两部分 监控中心通过监控点的数据转发服务器获取各个网络摄像机和视频监控数 据和音频监控数据 并在监控终端展示 监控点 1 网络摄像机 麦克风 麦克风 网络摄像机 数据转发服 务器 扬声器 监控中心 监控终端 监控终端 监控终端 4 G 网络 监控点 2 网络摄像机 麦克风 麦克风 网络摄像机 数据转发服 务器 扬声器 4 G 网络 2 2 1 前台功能 前台监控设备类型 带有智能识别功能的网络摄像机 高精度麦克风 支撑摄像机的三脚架 扬声器 主要为监控中心提供高覆盖面的监控视频输出 高精度的音频监控 以及 为监控中心下发的语音信息提供播放的渠道 上图为监控终端的两种方式 一种是搭载网络摄像机的三脚架形式 高度 可达 1 5m 1 8m 可视范围更广 并配有声光报警 一种是安全箱形式 声光 报警和网络摄像机全部可折叠在箱体内 摄像机高度在 0 7m 0 8m 监控终端 安装了 windows 系统的 PC 机 部署了视频监控客户端组件 可以使用有线 WiFi 4G 网络连接到数据转发服务器 进行监控视频或音频的展示 前台监控区域部署 左图为周界监控网络摄像机方案 供电形式有多种 可电缆铺设 也可将蓄电池安装在支架底部 也可将太阳能电池和蓄电池组合 实现 24 小时不间断监控 禁入区域为一矩形区域 在区域任一对角分别架设两台摄像机 即可监控 到四条边界和禁入区域 如图示 虚线为摄像机监控范围 阴影区域为移动侦 测区域 利用视频移动侦测技术 在每台摄像机监控系统中设定边界位置为监 控区域 从而建立禁入区域的周界布防 当侦测区域出现移动的人或物体时 监控系统即会自动识别 从而引发报警 2 2 2 后台功能 监控中心的终端展示程序是后台功能的主体 分为以下几个具体的功能 视频监控功能 能够实时播放各监控点的所有网络摄像机的监控视频 音频监控功能 能够实时播放各监控点的所有麦克风录下的监控音频 音频下发功能 能够从监控中心通过麦克风向指定监控点进行语音交互 报警消息通知 能够接收到各监控点触发的报警消息 并进行音频提醒 以便让工作人员迅速反映 并做出快速处理 监控记录查询 能够在报警事件触发后及时找到现场记录 并进行分析和 取证处理 2 3 系统功能架构 电力施工现场安全管控系统由前台设备和后台服务构成 前台设备主要是 监控现场部署的网络摄像机 高精度麦克风 扬声器 数据转发服务器组成 后 台服务由数据转发服务器上的服务程序和监控中心的终端展示程序构成 2 3 1 视频采集 视频功能的主要硬件设备是网络摄像机 本方案选用高清晰广角网络摄像机 适合现场的广角监控 产品图像采用当前主流的 H 264 压缩格式 通过 WiFi 传 输流媒体 传输协议使用流媒体标准 RTP RTCP 协议 网络摄像机和监控中心的展示终端通过数据转发服务器进行数据中转 由 展示终端下发控制命令 经过转发服务翻译 生成网络摄像机可识别的指令下 发并执行 2 3 2 音频采集 音频模块的主要硬件设备是高精度会议麦克风 范围 5 米左右 广角 支 持 WiFi 音频 PCM 数据按照 G 729 协议进行压缩 传输至终端后使用 G 729 协 议解压数据并播放 监控中心在进行音频监控时通过数据转发服务器和麦克风间接通信 获取 音频数据并在展示终端上播放 同时也可以把监控中心的语音数据下发到数据 转发服务器 由数据转发服务器的扬声器播放 以达到和监控点交互的效果 2 3 3 监控展示 监控展示终端为安装了 windows 系统的 PC 机或智能手机 部署了视频监控 客户端组件 可以使用有线 WiFi 4G 网络连接到数据转发服务器 进行监控 视频或音频的展示 监控中心通过各监控点的数据转发服务器获取监控视频和音频 并在本地 进展示 并根据需要存储监控记录到本地硬盘 在将来需要时可以根据记录的 时间进行查询 2 4 工作流程 程序启动 配置文件 初始化环境 读取设备信息本地数据库 定时设备发现线程网络摄像机列表 服务端口监听线程 视频请求处理 音频请求处理 高精度麦克风列 表 云台控制指令 处理 报警消息处理 音频下发处理 数据转发服务 程序启动 初始化展示窗口 视频监控模块 云台控制模块 音频监控模块 设备信息展示 模块 配置文件 初始化环境 下发音频模块 监控终端 硬件启动 开启视频传输 服务 开启云台控制 服务 开启报警模块 网络摄像机 扬声器播 放音频 硬件启动 开启音频传输 服务 麦克风 报警 2 5 应用场景 电力施工现场 电网布线场地 变电站 野外施工工地等不方便直接投入 工作人员进行人力监控 或存在人身安全不适合人体靠近的用电场地 3 系统功能设计 3 1 视频采集模块 3 1 1 设备查询功能 业务需求 监控中心的监控终端需要列出各个电力现场的所有监控设备 能够了解每 个监控点的设备型号 运行状态 以及设备参数 功能设计 数据转发服务器初始化成功后 读取本地数据库 获取已安装的网络摄像 机 IP 端口 设备名称 型号 硬件参数等信息 并保存到内存表中 以供终 端展示程序获取和显示 3 1 2 设备发现功能 业务需求 数据转发服务程序运行后 需要收集该监控点的设备信息 以备监控中心 的终端能够随时获取电力现场的视频和音频 因此数据转发服务程序需要在运 行后立刻找到所有本监控点的设备 功能设计 数据转发服务器根数据库中据读取的网络摄像机信息 搜索设备 并尝试 连接 连接成功后更新内存表中对应设备的状态 3 1 3 视频采集功能 业务需求 监控中心主要通过图像来达到监控的目的 获取监控点的实时监控视频是 必须的途径 功能设计 当监听端口收到来自终端的请求视频报文时 开启视频转发线程 从目标 网络摄像机获取视频流并发送至终端 此操作需要长连接 收到终端关闭视频 报文或断开连接时结束转发 3 1 4 云台控制功能 业务需求 固定角度的网络摄像机所能拍摄的画面也是固定的位置 如果想查看其他 角度或者跟踪一些移动目标就做不到了 所以选择支持云台控制网络摄像机更 合适监控需求 功能设计 当监听端口收到来自终端的云台控制报文时 判断此时视频是否正在传输 如果是则向目标网络摄像机转发控制指令 控制指令包括上下左右转动 及巡 视 3 1 5 联动报警功能 业务需求 监控点在监控时间段内 一般情况下是不变的 这时派专人一直盯着监控 画面非常浪费资源 如果在有移动物体进入监控范围内时能够自动通知值班人 员去检查现场 那是最节省资源的 所以需要增加自动报警的功能 功能设计 网络摄像机在触发报警时向数据转发服务器发送报警信息 数据转发服务 器的监听端口收到信息后起开报警处理线程 按配置文件中的方式进行预定义 处理 播放报警音频提醒工作人员 或者向在线的监控终端转发报警信号 由 监控终端播放报警音频并自动激活监控视频 3 2 音频采集下发模块 3 2 1 音频采集功能 业务需求 只有视频还不足以了解监控点的所有情况 看到的并不一定都是最真实的 如果能听到的监控点的声音会对情况掌控的更好 所以在此情况下 需要增加 音频监控 功能设计 当监听端口收到来自终端的请求音频报文时 开启音频转发线程 从目标 麦克风获取音频流并发送至终端 此操作需要长连接 收到终端关闭音频报文 或断开连接时结束转发 3 2 2 音频下发功能 业务需求 当监控点有陌生人物闯入禁戒范围 而对方也许并不知道他的行为可能导 致其他结果 这时监控人员需要给对方提醒 并让对方离开禁戒范围 所以监 控点需要增加音频下发功能 监控中心的语音可以直接通过监控点的扬声器播 放出来 功能设计 由监控终端发起音频下发请求 数据转发服务器收到报文后 接收终端传 输过来的音频流 并通过扬声器播放 此为长连接 收到关闭报文或连接断开 时结束处理 3 3 终端监控模块 3 3 1 设备查询展示 业务需求 监控人员可以一目了然的查看各个监控点部署的所有监控设备的详细信息 以便有针对的进行监控 功能设计 监控终端程序向数据转发服务器请求设备信息 并在终端界面列表显示所 有监控设备的详细信息及运行状态 3 3 2 视频监控展示 业务需求 监控人员需要观察到监控点的实时情况 以便达到监控的主要目标 功能设计 监控终端程序向数据转发服务器发送报文 请求指定的网络摄像机视频 收到回应后 接收转发过来的流媒体数据 并在展示窗口进行播放实时监控视 频 3 3 3 云台控制展示 业务需求 在实时监控的基础上 想得到更多更自由的监控目标 需要增加对网络摄 像机的手动控制功能 功能设计 在监控视频已经播放的前提下 监控终端可通过控制窗口对网络摄像机进 行云台控制 控制选项有上下左右旋转和巡视 点击相应的按钮可执行对应报 文发送 并可在展示窗口观察到视频对应的移动 3 3 4 音频监控展示 业务需求 监控中心需要播放监控点的实时语音 以达到全方位监控的效果 功能设计 监控终端程序向数据转发服务器发送报文 请求监听指定的麦克风 收到 回应后 接收转发过来的音频数据 并在展示窗口进行播放实时音频 3 3 5 下发音频展示 业务需求 监控中心的工作人员需要和监控点的施工人员直接下达命令 或者对闯入 禁戒范围的陌生人示警 功能设计 在监控终端配备麦克风的前提下 音频监控界面提供向监控现场播放音频 的操作 按下语音按钮后监控终端把本地音频 PCM 数据按照 G 729 协议进行压 缩并发送至数据转发服务器 由数据转发服务器解压处理 并使用数据转发服 务器配备的扬声器进行播放 3 3 6 监控记录保存 业务需求 监控中心查看的监控视频和音频都是实时播放的 如果保存下来 可以方便 以后检查 以及触发报警的事件跟踪 功能设计 监控终端程序增加保存视频音频的配置开关和保存位置 保存功能打开时 所有打开的播放数据都在播放的同时存入本地硬盘 3 3 7 监控记录查询 业务需求 在发生一些报警事件或异常状况时 可能会需要事发当时的记录 这时可 以取出之前保存的监控记录 已做事件分析的依据 功能设计 终端监控程序的视频和音频展示界面都增加查询按钮 可以按预配置的保 存路径读出音频和视频数据 并根据数据的时间排列 可选择目标时间段的记 录在界面展示