基于智能視頻集成技術的多維度天然氣電廠監(jiān)控平臺設計與實現(xiàn)

黃志彬

（中海油信息科技有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

當前，天然氣電廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺的構(gòu)建多以傳統(tǒng)模擬化或數(shù)字信息化為核心[1]，不僅導致智能安全、視頻遙信信息以及自動化視頻動態(tài)監(jiān)測的統(tǒng)一管理和深度融合效果差，而且對新形勢下天然氣電廠的安全生產(chǎn)運維、信息交互共享造成嚴重障礙[2]。針對這些問題，本文在已有的視頻監(jiān)控模式基礎上，以互聯(lián)網(wǎng)信息技術為依據(jù)，提出并構(gòu)建一種分層式智能化視頻監(jiān)測集成控制平臺[3]，在實現(xiàn)智能安全化、信息動態(tài)可視化、預警聯(lián)動以及智能無人巡查控制的同時，完成天然氣電廠設備安全運維、環(huán)保綠色管理的總體智能視頻集成監(jiān)管的目標。

1 多維度智能視頻集成平臺設計思想和系統(tǒng)組成

1.1 設計原理

為實現(xiàn)天然氣電廠視頻監(jiān)控智能化、動態(tài)化以及信息交互聯(lián)動的一體式集成目標，本文在設計中采取GPRS 定位調(diào)度、數(shù)字信息集成對講以及集視頻數(shù)據(jù)采集、分析、存儲等為一體的智能視頻信息系統(tǒng)構(gòu)建分層式視頻集成服務平臺。通過應用視頻監(jiān)控平臺，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，并以對應傳感器精準定位，網(wǎng)絡終端即時傳輸信息，通過數(shù)字信息集成對講層實現(xiàn)預警服務，進而在最短時間內(nèi)處理安全隱患事故[4]。

1.2 多維度智能視頻集成技術平臺特征優(yōu)勢

由于多維度智能視頻平臺在建設中將視頻監(jiān)控信息采集、分析、存儲、精準定位、預警服務等應用功能以關聯(lián)管理形式統(tǒng)一相連，因此該集成平臺在運行中具備以下幾點特征優(yōu)勢：

（1）修正視頻控制命令和編譯解碼，優(yōu)化智能視頻監(jiān)控平臺、預警服務通信接口以及定位連接復雜性；

（2）以多維度平臺節(jié)點實現(xiàn)不同層級系統(tǒng)的命令控制，并統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)給智能視頻平臺管理中心，完成統(tǒng)一、高效的工作操作；

（3）多維度技術滿足了視頻監(jiān)控過程中多級平臺需求，簡化了統(tǒng)一操作難度，降低了平臺系統(tǒng)復雜性；

（4）單一維度層級編碼程序便捷，資源有效利用率和視頻資源擴展高效，引進多維度技術后，平臺的功能、等級、穩(wěn)定性更為出色。

1.3 集成技術平臺總體架構(gòu)分析

本文基于多維度智能視頻集成技術原理和特征優(yōu)勢，為科學地運維天然氣電廠層級功能，對各層級功能特征屬性展開分析，結(jié)果如圖1 所示。由圖1 可知，當分層式各視頻功能共建共享后，各層級充分發(fā)揮自身功能特征，實現(xiàn)多維度智能視頻集成技術監(jiān)控、預警平臺一體化服務。

圖1 多維度智能視頻集成層級架構(gòu)

2 多維度智能視頻集成技術平臺分析

2.1 平臺運維過程

多維度智能視頻集成設計采用計算機互聯(lián)網(wǎng)為平臺管理中心，以智能視頻監(jiān)控各個特征功能層級為主體，集成監(jiān)控定位維度、單頻預警服務維度構(gòu)建一體聯(lián)動式天然氣電廠智能服務平臺。平臺在運營過程中主要有以下關鍵進程：

（1）以多維度層級自動監(jiān)控天然氣電廠背景情況，并通過視頻信息進行呈現(xiàn)；

（2）根據(jù)信息特征變化和視頻監(jiān)測追蹤目標閾值規(guī)則實現(xiàn)預判活動；

（3）當視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)問題，各層級相互配合，形成視頻監(jiān)控主體數(shù)據(jù)獲取、存儲、分析，傳感器系統(tǒng)精準定位和預警提示過程。

2.2 智能視頻集成技術平臺特征功能

表1 為不同維度下智能視頻各層級軟/硬件功能配置特征描述表。分析表1 可知，硬件功能以屏幕顯示、設備管理及參數(shù)管理為主，其中，屏幕顯示功能展示特征信息對比分析后的數(shù)據(jù)信息，以便服務管理人員決策；參數(shù)管理以接口參數(shù)、監(jiān)控識別參數(shù)、算法和服務基礎參數(shù)為主，參數(shù)智能化管理，使管理人員能夠及時針對視頻監(jiān)控鏡頭實現(xiàn)變焦處理，同時以參數(shù)調(diào)節(jié)主機實現(xiàn)各平臺的資源切換。

表1 不同層級功能配置分析

2.3 視頻特征異常目標檢測

實現(xiàn)天然氣電廠多維度視頻監(jiān)控最關鍵的目標是保證廠內(nèi)生產(chǎn)安全、人員安全以及設備安全[5]。在此基礎上，本文通過移動觸發(fā)器（T）和穩(wěn)定性尺度（S）特征指標進行檢測分析，如式（1）、式（2）所示。

視頻檢測中，前一幀像素變化特征與當前幀像素特征絕對值分析：

式中：T表示興趣點t的兩幀間移動觸發(fā)，Ay表示特征像素強度值，A(y-x)表示一定時刻內(nèi)當前幀與前一幀的實際差值，max 表示最大絕對數(shù)值。

通過式（1）的逐幀檢測方式，能及時獲取監(jiān)控單元內(nèi)視頻信息的特征屬性。若出現(xiàn)特征值紊亂現(xiàn)象，則通過平臺特征數(shù)據(jù)分析后，及時監(jiān)管，降低防護安全隱患。

穩(wěn)定性尺寸從t時到當前時間的強度分布的方差為：

式中：k表示幀數(shù)；S表示穩(wěn)定性尺度。

通過式（2）強度分布方差衡量視頻異常特征數(shù)據(jù)的離散程度，以獲取數(shù)據(jù)波動特征，保證智能視頻監(jiān)控的高效率和精準度等級。

3 多維度智能視頻集成技術平臺測試與實現(xiàn)

3.1 不同維度功能測試分析

為檢驗多維度智能視頻集成平臺的運行效率和安全性，本文分析不同維度功能目標特征實際運行規(guī)律對比一體式聯(lián)動的變化。結(jié)果表明，當處于單維度時，天然氣電廠智能視頻監(jiān)測不同維度層均能對不同區(qū)域內(nèi)的視頻信息特征進行分析，實現(xiàn)區(qū)域安全監(jiān)測；但當發(fā)生設備、操作系統(tǒng)等安全隱患時，單維度系統(tǒng)層未能精準定位、準時分析和提示預警。相比較而言，多維度功能協(xié)同運行時，實現(xiàn)了智能視頻監(jiān)控信息的上下傳達，提升了工作效率的同時，保障了天然氣電廠業(yè)內(nèi)生產(chǎn)安全。

3.2 平臺主體功能測試分析

在多維度功能基礎上，通過具象化分析智能視頻監(jiān)控主體功能應用，提升主體功能系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。本文通過行為監(jiān)控、屏幕監(jiān)控、多屏顯示、離線識別以及在線識別進行特征測試分析，結(jié)果表明，當測試單一屏幕在線監(jiān)控時，功能運行穩(wěn)定，能實現(xiàn)區(qū)域高質(zhì)量畫面處理；測試多屏顯示時，調(diào)度多個攝像頭控制測試不同區(qū)域畫面控制，各區(qū)域監(jiān)控均能及時匯報給主機，實現(xiàn)及時、準確的數(shù)據(jù)信息傳輸。

3.3 智能視頻分析平臺功能及應用實現(xiàn)

本文以多維度體系（主體視頻監(jiān)控層、GPRS定位調(diào)度層、數(shù)字信息對講層）實現(xiàn)了一鍵式控制的多尺度天然氣電廠智能視頻監(jiān)控管理服務平臺系統(tǒng)。該平臺通過定位、信息即時傳輸以及監(jiān)控視頻畫面特征分析實現(xiàn)了對視頻序列目標的動態(tài)監(jiān)測管理。例如，當進行電廠生產(chǎn)設備動態(tài)監(jiān)測時，通過服務平臺類別劃分區(qū)域和設備信息分類信息，通過多維度定位功能，實現(xiàn)傳感器、監(jiān)測視頻的統(tǒng)一調(diào)度，最終實現(xiàn)電廠生產(chǎn)設備信息動態(tài)的即時單一屏幕顯示、持續(xù)特征檢測分析以及即時預警服務功能。

4 結(jié)語

本文結(jié)合天然氣電廠視頻監(jiān)控需求和多維度集成技術特征優(yōu)勢，提出了一種集主體視頻數(shù)據(jù)信息采集、分析、GPRS 定位調(diào)度以及數(shù)據(jù)層對講服務于一體的聯(lián)動式多維尺度視頻監(jiān)控管理平臺。該平臺能有效實現(xiàn)包括數(shù)據(jù)分析、采集、存儲、分布式管理、定位調(diào)度、信息安全傳輸、監(jiān)測預警提示的智能視頻監(jiān)控管理、安全隱患排查任務；同時以像素異常目標檢測法獲取特征強度分布特征，實現(xiàn)了平臺信息視頻查看、入侵安全隱患管理等功能。