地铁视频监视系统（精选5篇）
地铁视频监视系统 篇1
随着自动化技术和软硬件技术的不断发展, 传统工业对于自动化技术的要求显著提高, 极大地促进了视频监视技术的发展;同时由于“911”事件的影响, 世界对于安全的注重超过以往任何时候, 安全防护成了各项活动的重中之重[1]。在工业中, 仪器设备的正常运行对工厂的安全正常运行有着决定性的意义, 所以很有必要对这些仪器、设备进行监视[2]。在安防中, 由于涉及到巨大的人身及财产伤害, 对于监视的实时性以及准确性的要求不言而喻[3]。基于此, 视频监视技术取得了长足的发展。而在视频监视技术的发展过程中, 监视视频的质量成为视频监视系统中最重要的部分[4,5]。因此对监视视频质量的优化策略研究直接影响整个视频监视系统的性能。
1存在的问题
监视视频的质量主要体现在实时性、流畅性和清晰度等性能指标上。在一般视频监视系统中, 实时性主要由监视终端视频处理性能决定。实时性要求客户端软件以最快的速率进行网络视频数据解码。由于远程监视系统中, 监视终端存在接收缓冲区, 缓存网络数据流, 因此实时性要求数据在缓冲区中几乎不进行缓存。而对于视频流畅性, 主要由监视终端解码、显示速率与网络视频流接收速率的相对关系决定, 当解码、显示速率比视频流接收速率高时, 解码、显示会阻塞等待视频接收, 由于此等待过程并非平均分布在每一帧, 因此会造成播放视频流畅性问题。清晰度主要和视频数据的丢包率有关, 在网络状况理想的情况下, 丢包率主要与监视终端数据处理效率有关, 当终端数据处理速率较低时, 由于视频数据累积, 会造成接收缓冲区溢出, 从而导致丢包率升高, 引起清晰度问题。在实际应用中, 网络拥塞对丢包率影响很大, 决定了视频的清晰度。
由上述分析可知, 要想保证视频实时性能, 必须提高视频终端的处理性能。而同时由于实时性和流畅性存在矛盾:实时性要求监视终端以最快速率进行数据处理;流畅性要求视频流进行缓冲, 同时控制监视终端解码、显示速率。为了达到好的监视效果, 必须找到均衡控制策略, 一方面让视频进行缓冲, 保证视频解码、显示不阻塞, 另一方面保证数据快速解码, 不产生累积时延。同时必须对网络拥塞进行抑制, 以保证视频清晰度。
2优化控制策略
2.1 零拷贝缓冲区策略
流媒体编程中处理的数据量非常大, 减少数据拷贝可以提高客户端对流媒体数据的处理速度、降低时延以及减轻处理器的负载;也可以减少客户端因为数据拷贝, 来不及处理后续数据包而带来的丢包现象。从而节约系统资源, 提高流媒体的播放质量。零拷贝缓冲区策略通过合理的缓冲区设计, 能减少90%的数据拷贝工作, 大大提高系统性能。
零拷贝缓冲区策略合并接收缓冲区和解码器输入缓冲区, 使得缓冲区间的数据拷贝操作变成指针操作。
零拷贝缓冲区原理图如图1所示, Read-ptr:视频解码指针, 指向待解码的数据;Write_ptr:接收数据指针, 指向网络数据的存放地址;valid_data_ptr:有效缓冲区首地址, 网络数据存放的首地址。备用缓冲区不存放从网络接收的视频流, 当如图2所示, 有效数据分为2块时, 并且解码数据分别存在于缓冲区中的2个部分, 则传递给解码器Read-ptr并不能满足要求, 因此需要使用到备用缓冲区, 具体策略是将Read-ptr后的数据拷贝到Buffer_ptr里, 使得解码数据变成一块连续缓冲区。由于在视频监视系统中, 一帧数据的数据量比接收缓冲区小得多, 因此发生这种拷贝的几率很少, 而且每次拷贝的数据量也很少, 能大大优化系统性能, 提高监视终端解码、显示的效率。
2.2 网络拥塞抑制策略
当通信网络中有太多的分组需要传输时, 会使整个网络的性能降低, 传输质量下降, 产生网络拥塞现象。当发生网络拥塞时, 如果不能及时地对网络拥塞进行抑制, 视频延时会上升、网络丢包率急剧增长, 同时也会带来一定的流畅性问题, 给视频质量造成很大的影响。对于拥塞的解决办法无非只有2种:增加网络资源和降低负荷。前者由整个互连网络决定, 没有办法进行控制, 后者由每个用户决定。当出现网络拥塞时, 适当地减少服务器端视频采集的速率, 这样既减少了传输的数据, 降低了网络负载, 同时又降低了客户端数据的需求, 减少了视频质量下降的几率。
在RTP[6]协议中, 使用RTCP[7] (实时传送控制协议) 来进行流量控制和拥塞控制。在RTP会话期间, 各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中有5种不同类型的RTCP控制分组, 其中有2种:SR (Sender Report) 发送者报告, 用于当前发送者的发送情况和接收情况的统计;RR (Receiver Report) 接受者报告, 用于当前接受者的接受情况的统计。
RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料, 可以利用这些信息动态地改变传输速率, 甚至改变有效载荷类型。
在客户端可以周期性统计接收数据包的总个数以及丢失数据包的个数, 然后按照RTCP的数据包格式填充数据包, 发送至服务器端, 然后服务器端通过相应的流量控制算法, 利用客户端传输过来的具体参数, 则可以动态的调节数据包的采集以及发送速率。
2.3 编解码速率协调策略
在一般视频监视系统, 监视终端进行视频解码时, 为了确保每帧数据的完整性, 需要判断接收缓冲区中数据是否达到一定要求Limit_A, 但是由于监视图像在背景固定和背景剧烈运动时, 每帧数据量相差非常大, 剧烈运动时的数量量往往是静止时的几倍, 因此对于Limit_A的选择比较困难。当Limit_A选择较小时, 在剧烈运动的情况下, 解码数据可能不是完整一帧, 造成视频质量问题;当Limit_A选择较大时, 在几乎静止的情况下, 可能会造成视频的停顿以及长时间的视频延时。因此Limit_A必须是动态变化的, 同时缓冲区中的数据由于静止和运动时的数据量不同, 数据量也必须进行严格的控制, 防止在静止情况下出现大规模延时。
在监视系统中, 接收缓冲区就像一个漏斗, 从网络接收数据写入缓冲区就像往漏斗里注水, 从缓冲区取出数据进行解码播放, 就像从漏斗出水一样[8,9]。在一个漏斗中, 当入水和出水相同时, 不仅能使水流顺畅, 同时漏斗里的储水量也几乎恒定, 如图3所示。当然在监视的系统中, 由于存在时间差 (往缓冲区里存储的帧与从缓冲区中取出的帧在时间上存在着差异) , “出水速率”和“入水速率” (帧的大小) 往往不相同;当视频从运动变为静止时, “出水速率”会比“入水速率”大, 当视频从静止变为运动时, “出水速率”会比“入水速率”小。因此不能简单地套用此模型。
由于视频显示速度不是以比特 (bit) 为单位而是以“f/s”为单位, 所以当“水”的单位变为“f”, 相应的“出水速率”和“入水速率”也变成“f/s”, 则整个系统模型变为:当输入帧率和输出帧率相同时, 就可以保证缓冲区中具有恒定的帧数stay_M, 如图4所示。同时只要确保Limit_A的值正确, 那么每帧数据都可以是完整的, 视频也会是流畅、完整的。
输入速率就是从网络接收视频帧的速率, 理想地来讲, 也即是监视服务器采集、发送视频的速率;而输出速率应是从缓冲区取出数据进行解码的速率, 由于视频质量最后呈现给用户的部分是显示部分, 因此将输出速率改为显示速率更为妥当, 同时为了保证视频帧的完整性, 解码速率也要进行适当的控制。
此策略的实施办法就是控制服务器端视频采集、编码的速率和客户端视频显示的速率, 使它们速度相同, 同时在Limit_A的选取上, 根据视频连续性的关系, 由实际消耗数据决定下一帧Limit_A的值, 同时平滑解码速率, 使得每帧的解码过程能够平均分布。
3实验结果分析
本文的测试环境为:监视服务器运行Davinci[10]开发平台, 具有ARM+DSP双核结构, ARM子系统进行常规处理, DSP子系统进行快速数字信号处理。ARM子系统最高主频为297 MHz, DSP子系统最高主频为594 MHz, 最高速度为每秒4 752百万条指令;监视终端运行于PC机, 处理器为奔腾42.8 GHz, 内存1 GB, 显存256 MB, 内置100 Mb/s网卡, 160 GB硬盘, 操作系统为Windows XP。监视服务器与监视终端通过校园网络相连。测试内容主要是针对客户端发出连接请求后5 s, 10 s, 30 s, 60 s, 90 s, 120 s, 150 s, 200 s, 250 s, 300 s时的系统状态:主要包括时延、丢包率以及产生停顿现象帧的百分比率。测试过程为单用户情况下, 对优化前后视频质量进行比较。如图5所示为优化前、后的时延变化图。从图中可以观察出, 优化前时延随着监视时间的增加而增长, 这是由于监视终端缓冲区之间拷贝操作过多, 造成客户端解码显示、速度相对较低, 因而引起监视终端累积延时。而优化后的时延基本稳定, 大概在1.5 s左右, 没有累积时延。这是由于缓冲区策略的控制, 监视终端视频解码、显示速度有了大幅提高, 同时在编解码速率协调策略的控制下, 视频编解码速度相对比较平均, 有效的抑制了累积时延, 保证了系统实时性。因此优化控制策略对于时延的控制十分有效。
如图6所示为优化前、后的丢包率变化图。从图中可以观察出, 优化前, 系统丢包率在开始监视的时比较稳定, 但随着监视时间的增长, 丢包率迅速增加。由于累积时延存在, 缓冲区必定会溢出, 因此导致丢包率迅速增加。而在优化后的系统中, 由于不存在累积时延, 因此系统缓冲区利用率比较小, 不会造成由于缓冲区溢出而产生的丢包现象, 因此确保了系统的监视视频质量。在优化后的系统中, 丢包率依然存在较大波动, 这是因为在网络拥塞的情况下, 不可避免会产生较大丢包率, 但是由于拥塞控制的作用, 丢包率会受到抑制, 缓慢恢复到正常水平。
图7为停顿帧百分比的变化图。从图中可以看出, 优化后的停顿帧百分比比优化前有了较大的提升, 优化后的停顿帧百分比大概稳定在1.5%左右。随着视频实时性的提高, 视频缓冲的时间也大大减小, 缓冲区数据量也大大减小, 因此造成监视终端解码、线程间歇性等待网络数据流, 从而造成停顿百分比增高, 视频出现停顿现象。由于优化后视频停顿百分比基本稳定且居于可以接受的范围, 这也进一步表明编解码速率协调策略进行了有效的控制。
4结语
视频监视系统中, 对系统软件硬件设计实现完成后, 很重要的工作就是对监视视频质量的优化, 只有监视视频的质量达到要求, 系统才能满足实际应用的需求。因此本文基于这个问题, 首先分析了监视视频性能指标的影响因素, 然后提出2种优化策略, 实验结果表明, 这两种策略有效地提高了监视视频的质量, 保证了监视视频的实时性, 流畅性和高清晰度。
摘要：为了对视频监视系统中监视质量的进行优化, 提出了3种优化控制策略:零拷贝缓冲区策略、网络拥塞抑制策略、编解码速率协调策略。零拷贝缓冲区策略降低了终端负载, 提高了系统处理能力, 网络拥塞抑制策略有效地减少了丢包率, 编解码速率协调策略平衡了系统延时与流畅性。实验测试结果显示, 随着监视时间的增加, 优化后系统时延基本稳定、丢包率显著减少、视频播放流畅, 系统性能满足一般应用需要。
关键词：视频监视,优化,实时数据处理,视频播放的流畅性
参考文献
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地铁视频监视系统 篇2
视频监视系统是城市轨道交通维护和保证运输安全的重要手段。它能够为公安部门、控制中心的调度员、各车站值班员、列车司机等提供有关列车运行、防灾救灾、旅客疏导以及社会治安等方面的视觉信息。
视频监视系统由中心控制设备、派出所设备、轨道交通指挥中心设备、车站控制设备、图像摄取设备、图像显示设备、音频录取设备、图像存储设备、图像录制设备及视频信号传输设备等组成。
二、视频接入方案的研究目的
随着各城市轨道交通多条线路的建设及开通运营, 地铁视频监视系统逐渐由单一线路建设到网络化建设。地铁运营部门和地铁公安部门对视频监视系统功能需求各不相同, 其主要需求如下:
2.1地铁公安方面
各城市公共交通治安管理分局 (简称公交分局) 地铁业务平台需调取各线路图像, 同时还需将图像信息共享给市公安局指挥中心公安视频天网工程, 并考虑与公交分局既有视频监视系统平台 (用于公交车、出租车监控业务) 互联。目前各大城市地铁建设规划线路多达10余条, 部分特大城市规划线路达20条以上, 为避免未来与公交分局地铁业务平台接口日益增多、网络繁杂度日渐增大, 迫切需要统一地铁与公交分局地铁业务平台的网络架构。如何解决在车站警务室调看本线路的视频监视图像, 在地铁公安派出所调看地铁线网内的视频图像以及市公安视频天网工程的视频图像, 成为视频接入方案的重点研究对象。
2.2地铁运营方面
经过考察各城市的轨道交通视频监视系统的建设情况, 在地铁线网建设初期各线路视频监视系统均为独立建设, 线路之间的视频监视系统暂未实现互联互通。随着城市轨道交通网络化建设, 各条线路的逐渐开通, 如何将已建线路视频监视系统及未来新建线路视频监视系统资源进行有机联网、整合共享、有效管理、灵活应用, 并达到对紧急事件的快速反应、科学决策, 是急需解决的问题。
三、视频监视系统与公安视频平台互联方案简介
在城市地铁线路网络化建设及运营的背景下, 新建轨道交通线网指挥中心TCC上层网视频平台成为解决地铁线网内各线路视频监视系统资源共享、互联互通的主流方案。TCC视频平台可实现与各线路控制中心OCC视频平台进行平台级联, TCC视频平台可调取各线路车站、车辆段图像并对关键录像信息进行备份, 同时TCC视频平台还提供接口将图像信息共享给本市公安局指挥中心公安视频天网工程、公交分局指挥中心上层平台、市交通委、市应急指挥平台。
3.1视频接入方案
本文主要比选下列三种方案来实现地铁TCC上层网视频平台与公安视频平台的对接。
3.1.1方案一TCC与公交分局对接
新建TCC管理平台, 所有地铁线路OCC均接入到TCC, 由TCC统一出口连接至市公安局天网工程平台、公交分局等其他平台, 各线路派出所下挂于公交分局, 派出所对于线路的管理采用权限管理进行划分, 如图1。
3.1.2方案二派出所与各线路OCC对接
新建TCC管理平台, 所有地铁线路OCC均接入到TCC, 由TCC统一出口连接至市公安视频天网工程平台等其他平台, 各线路派出所分别与对应线路OCC对接, 各派出所与其他线路设备网络隔离, 公交分局汇聚派出所等相关信息, 如图2。
方案三:TCC与公交分局对接, 派出所与OCC对接
新建TCC管理平台, 所有地铁线路OCC均接入到TCC, 由TCC统一出口连接至市公安视频天网工程平台、公交分局等其他平台, 各线路派出所分别与对应线路OCC对接, 各派出所与其他线路设备网络隔离, 如图3。
3.2视频接入方案的比较
如表1。
综上所述, 方案二最劣, 故淘汰方案二, 而方案一与方案三的关键就在于是否在派出所建设视频监视平台。考虑到派出所内与公安相关的视频监控点位 (如刑讯室等) 由公安自行考虑监视及接入, 派出所大楼及周界的视频监视系统也纳入到本线控制中心统一管理, 故建议采用方案三, 在派出所放置客户端, 做为各条线路控制中心的分中心进行管理。
3.3工程实施方案建议
如图4所示, 在TCC中心建设一套TCC视频平台, 该平台为各线路的上级平台, 各线路视频监视系统通过GB/T28181-2011国标接入TCC视频平台, 并将相关图像资源分发给TCC视频平台, TCC视频平台可实现对各线路图像视频的监控和向其他平台转发;同时TCC视频平台通过GB/T28181-2011国标与公交管理分局平台互联, 并将相关图像资源推送给公交分局平台, 实现其他平台对地铁各条线路图像资源的异地调看。
各线路正线 (车站) 分别设置一套视频监视系统, 位于各线路控制中心, 建设采用地铁视频监视系统与公安视频监视系统合设方案, 即在各车站警务站只设置视频监控系统客户端供公安人员调看图像, 各线路其它监控子系统均通过国标GB/T28181-2011接入相应的线路监视业务平台 (正线平台) , 其中包括:车辆段及停车场建筑智能化系统中的视频监视平台、物业开发相关视频监视平台等。
公交分局视频监视系统平台, 用于公交车、出租车监控业务, 与地铁无关。同时, 考虑针对地铁监视业务, 新建一套视频监视系统平台, 用于地铁内视频监视系统平台的接入以及外部平台 (公安视频天网平台、市应急指挥平台等) 的汇接。
派出所设一套调看终端, 做为各条线路的分中心, 用于公安人员调看该线路正线视频监视系统图像;另在派出所由公安部门视频专线设置一套独立的公安视频天网终端, 用于派出所调看公安视频天网。
四、总结
综上所述, 地铁视频监视系统的建设应从城市轨道交通线网建设初期开展“公安视频平台接入方案研究”, 尽早开展TCC上层网视频平台的建设, 避免线网建设初期因线路较少, 每条线路独立建设视频平台, 导致后期线路增多以后各视频平台之间不兼容。每有新建线路, 公安视频平台都得升级或扩容, 重复建设各线路OCC至公交分局的光缆通道, 造成资源浪费, 对既有线路的正常运营也造成影响。只有这样才能为城市轨道交通视频监视系统网络化建设提供有力的保障。
摘要：随着城市轨道交通线路建设的发展, 地铁线路逐渐成由单一、二条线路进入到网络化建设及运营的规模, 地铁视频监视系统与地铁范围内公安视频监视系统的建设逐渐采用合网建设方案。本文以轨道交通视频监视系统为对象, 详细研究了地铁视频监视系统接入公安视频平台方案, 以及工程设计中需要把握的要点。本文对于在城市轨道交通网络化建设的背景下, 地铁视频监视系统选择何种方案接入公安视频平台具有一定的参考和借鉴意义。
关键词：地铁视频监视系统,公安视频平台,GB/T28181-2011
参考文献
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地铁视频监视系统 篇3
1 停车场视频监视系统中阴影检测概述
现阶段, 我国停车场视频监视系统中, 对阴影的检测存在多种方法。技术人员可以通过矢量在RGB颜色空间表征像素点。通过对像素矢量和背景像素矢量的亮度的扭转, 可以准确识别和检测阴影部分。通过饱和度, 色度和亮度等要素可以对阴影部分进行检测。在光照条件改变的情况下, 色彩空间中阴影的颜色不会随着光照的改变而改变。通过检测图像的边缘, 可以得到物体的阴影。此外, 技术人员可以根据阴影的纹理和光学特性, 通过区域生长法对阴影的检测主要利用的是阴影相对于背景的不变性。根据实际工作中的经验和图像, 很多区域的亮度和饱和度较低, RGB各通道的亮度值一旦发生小的变动, 会促使色调等颜色要素发生改变。
如果物体的阴影覆盖状况像素值的关系呈线性状态, 其比值属于常数。这样就可以对阴影的均值进行确定。根据阴影均值的取值范围, 可以更好的对阴影区域进行取值。技术人员在实际操作中, 这个比值不属于常数, 阴影检测的方法具有较强的局限性。技术人员经过实验, 可以得出背景亮度和阴影亮度的取值范围。此外, 技术人员在参数设置方面, 与光照环境有较强的相关性, 不同阴影的灰度分布区间不同。因此固定的范围参数也会限制光照条件。
2 停车场视频监视系统中阴影检测方法分析
在我国城市停车场视频监控系统中, 技术人员可以选择的阴影检测方法较多, 目标物的检测就是重要的检测环节。技术人员需要对停车场内摄像头固定架设进行考虑。为了确保检测时间的减少, 可以采用背景差分法对目标车辆进行快速检测。因为天气和光照条件会影响背景, 因此背景图像的周期性更新非常必要。技术人员可以采取专门的更新算法和背景建模法操作。此外, 阴影检测也只重要的检测环节。在检测出的目标区域中, 包含着阴影, 需要工作人员准确描述目标物的特性, 在检测过程中需要遵循一定的程序, 在此基础上得出阴影部分的检测值。
(1) 技术人员需要对目标区域进行分类。目标的分类需要准确定义灰度比值的概念。技术人员经过帧中检测, 可以将目标区域内的所有像素进行分类, 包括亮区像素和暗区像素。因为阴影点处于暗区, 根据这一情况可以判断在目标物上存在亮区内的像素点。但是暗区包含的物像较多, 暗区包含阴影点和部分目标物上的点。因此检测阴影的工作范围就缩小了, 只检测暗区范围就可以完成需要的检测目标。
(2) 技术人员可以通过灰度比值统计情况提取阴影。技术人员对落在暗区的像素点需要进行分析。目标物的亮度和形状不同, 阴影部分同时存在大于或小于目标物的情况。根据暗区灰比值的放大结果, 可以看到如果光照条件相同, 具有同样的阴影亮度。因此在实验基础上, 需要给阴影特定的分布区间。此外, 技术人员需要科学统计像素的灰度比值, 在此基础上可以得到灰度比值分布曲线。纵坐标表示该值对应的像素数量, 横坐标是灰度比值扩大的10倍。由于阴影部分灰度比值具有较强的相对一致性, 因此分布曲线上会形成主峰, 曲线可以通过虚线和实线表示。受到图像饱和度和亮度的影响, 采用专业方法可以对车辆的压线违规情况作出准确的判断。如果阴影不被去除, 全部车辆很可能会遭到误判。
3 处理位置聚类误提取的阴影点的方法
由于阴影区域和目标区域属于相邻的关系, 在位置上分属不同的类型, 在全面考虑位置聚类误提取阴影点的基础上, 可以按照这一信息分类处理提取的阴影区域, 这样就可以对误检的目标点进行有效的去除。在这种情况下, 会得到两种情况。这两种情况分别是误提取的目标物点和实际阴影点。技术人员的检测工作主要利用的是阴影模板。这个阴影模板中包括的阴影点较多, 同时也有少量的目标点。因此目标物上的阴影点很少, 同时也会有大量的目标物点保存其中。本文的设计思路也是在遵循一定的设计原理的基础上。在阴影区域内遍历的点, 如果这个点的相邻点存在目标物点, 可以认为这个点属于目标物点, 可以在阴影部分去除这一点, 在目标物中可以添加, 否则就是阴影点。经过对两个类别区域的比较, 可以将误检为阴影点的目标物点删除, 确保阴影区域内具有较强的完整性。本文提出的方法有一定的科学性, 为了验证这一适应性, 可以采用不同光照下的阴影去除对比效果, 再根据相关公式进行计算。技术人员可以根据HSV颜色空间的色彩不变性特征, 进行有效的检测, 保证检测的顺利进行, 同时不断提高检测工作的准确率和效率。
4 结束语
综上所述, 在我国交通行业发展日趋加快的大背景下, 停车场是交通运营的重要环节之一。视频监视系统是停车场的重要装置。停车场视频监视系统的阴影会影响检测效果, 因此阴影的检测也是重要的工作环节。技术人员需要掌握专业的检测技术, 按照标准流程开展检测工作, 不断提高阴影的检测技术和检测水平。文章首先概述停车场视频监视系统中的阴影检测, 再分析停车场视频监视系统中阴影检测方法, 最后探析停车场视频监视系统中处理位置聚类误提取的阴影点的方法。希望通过本文的研究对停车场视频监视系统中的阴影检测水平的提高有所帮助。
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地铁视频监视系统 篇4
当前我国城市轨道交通处于高速发展建设期，当车站发生灾情时，闭路电视监视系统(Closed Circuit Television:CCTV)可作为防灾调度员指挥抢险的指挥工具。同时，目前国际防恐形势严峻，它已经成为防恐的重要手段，所以在地铁电视监视系统招标时就要定出合适的可靠性指标，投标方通过技术方案满足招标要求，但国内研究系统集成的可靠性分析工作还不够深入，基本上也不知如何进行分析计算，下面就以常见地铁闭路电视监视系统实际为例，分析它的可靠性和可维护性，以期对类似工程有指导意义。
所谓可靠性，是指产品(系统)在规定条件下(使用条件=工作条件+环境条件)和规定时间内完成规定功能的能力。在可靠性特征中，常用平均寿命与可靠寿命来表示可靠性水平。平均寿命以t表示，对于可维修产品而言，t就是平均无故障时间MTBF (Mean Time Between Failure)。例如以计算机系统为例，具体就是用计算机系统的有效使用时间(小时)除以故障发生的次数，所以其单位是“小时”，例如一台计算机系统使用了50000小时，其间发生了5次故障，那么其MTBF为50000小时/5=10000小时。定量表示可靠性的数学特征量很多，工程采用其最常用的特征量是平均无故障时间MTBF作为衡量系统(产品)可靠性的技术指标。可维护性根据以往类似系统出现故障，维修人员到达现场开始维修到故障排除时间的记录，取多次排除故障时间平均值就是可维修性MTTR (Mean Time to Repair)，它须包括诊断时间、组件修理及替换时间、现场的调整及测试时间。常见地铁闭路电视监视系统招标中的可靠性和可维护性目标有：平均无故障时间(MTBF)大于等于5000小时，可维护性(MTTR)小于等于4小时。
2 地铁闭路电视监视系统构成
举例说明，现在常见地铁电视监控系统构成如图1所示，地铁监控方案采用模拟视频+数字视频混合搭建模式，前端摄像机采用模拟高清摄像机，经视频分配为两路，一路通过视频矩阵切换到车站综合控制室监视器，图像没有延时，另一路通过视频编码器采用H.264压缩格式，以4CIF@25fps, IP SAN (Internet Protocol Storage Area Network)存储和上传本站和线路控制中心数字监控控制终端，为了减少存储空间，可采用双码流，磁盘阵列采用2Mbps码流存储，上传控制终端和大屏系统采用6～8Mbps码流，视频管理服务器是将前端摄像机发送过来的视频流进行封装和转发到磁盘阵列存储，同时要响应线路控制终端的实时和录像的请求，从磁盘阵列存储中取出对应摄像机的视频流，选用开放式智能化视频管理平台软件，中心采用IP SAN备份集中存储，当某一车站IP SAN发生故障，中心IP SAN备份集中存储接管，控制中心设置网管服务器来监控全线设备，当在线设备发生故障时及时告警通知维护人员，控制中心设置对外系统接口协议转换服务器，负责接收时钟信号对全线设备校时，负责将设备告警信息上传集中告警平台，负责调用车载监控图像上传中心，负责其他系统调用本系统的监控图像。
3 数学模型
一般而言，电子元件在使用寿命则服从指数分布，其电子产品组成串并联系统的可靠性概率也服从指数分布，失效率(故障率)λ也是产品可靠性的一种基本参数，MTBF和λ互为倒数。
可维修性, n是单元数, λi的第i个单元为故障率，MTTRi的第i个单元为平均修复时间。
4 可靠性、可维护性计算
故障定义：故障是指在任何情况下，导致系统或设备不能执行其应有功能。但是不包括那些因为外部输入失效所引起的情况，例如外部的电力供应中断等。
第一步：需将系统图变成可靠性方框图(如图2所示)，对系统图进行可靠性方图简化，有些辅助设备发生故障不会对系统的主要功能如视频传输、控制切换、显示、录像主流信息产生影响。
第二步:需产品供应商提供产品平均无故障时间MTBFi, 求出失效率λi, 并根据维修经验和水平估算出每个单元发生故障时平均修复时间MTTRi。
地铁闭路电视监视系统设备可靠性MTBF、MTTR统计及失效率λ换算表，如表1所示。
第三步：以可靠性方框图进行串并联MTBF计算。
(1)车站闭路电视监视系统MTBF计算
节点1到节点2，是40个相同固定摄像机并联，都取λ1，以下为了文章简洁直接将各设备失效率λi代入公式，得出结果，减去计算过程。
40个摄像机至少一个摄像机正常工作，系统就能正常工作，即为并联系统，并联可靠性概率：
节点1到节点2系统的平均无故障时间是:
节点3到节点4，是40路视频编码器并联系统，取λ3-4:
节点5到节点6，是视频管理服务器和磁盘阵列2个不同的设备串联, 取λ5-6:
节点5到节点7, 可以看成是2个不同的系统并联，取λ5-7:
节点3到节点7，是3个不同的设备串联，取λ3-7:
节点8到节点9，可以看成是3个不同的系统并联，取λ8-9:
节点3到节点9，是2个不同的设备串联，取λ3-9:
节点3到节点10，可以看成是2个不同的系统并联，取λ3-10:
车站闭路电视监视系统可以看成是3个不相同的设备串联，所以系统失效率λ车站是：
(2)控制中心闭路电视监视系统MTBF计算
节点3到节点4，是视频管理服务器和磁盘阵列2个不同的设备串联，取λ3-4:
节点3到节点5，可以看成是2个不同的系统并联，取λ3-5:
节点2到节点6，是12个相同的视频解码器并联，都取λ2-6:
节点7到节点8，是12个相同的46″监视器并联，都取λ7-8:
节点2到节点8，是3个不同的设备串联，取λ2-8:
节点9到节点10，是4个相同的控制终端并联，都取λ9-10:
节点2到节点11，可以看成是3个不相同的设备并联，取λ2-11:
控制中心闭路电视监视系统可以看成是2个不相同的设备串联，所以系统失效率λ中心是：
(3)地铁闭路电视监视系统MTBF计算
整条线闭路电视监视系统可以看成是20个车站并联再和控制中心系统串联，但从业主角度考虑系统可靠性问题，应该是对整条地铁线闭路电视监控系统只要有1个车站和控制中心闭路电视监控系统同时瘫痪，确定整条地铁线闭路电视监控系统监控功能瘫痪，所以系统失效率λ系统是1个车站和控制中心闭路电视监控系统串联。
系统的平均无故障时间是：
第四步：系统可维修性MTTR计算，可根据以往类似系统出现故障，维修人员到达现场开始维修到故障排除时间记录，取多次排除故障时间平均值就是可维修性MTTRi(小时)，它须包括诊断时间、组件修理及替换时间、现场的调整及测试时间。
在根据上述表格和公式计算出系统可维修性MTTR。
式中：MTTRi是某单元平均排除故障时间;λi是某单元的失效率。
地铁视频监视系统 篇5
矿井提升系统是矿山的咽喉,它担负着矿山人员、矿石、材料和设备等多种提升任务,是矿山安全的重中之重。在竖井提升过程中,对各中段(水平)停车点,实行视频监视,为主台信号工、提升机司机提供现场电视画面,可以提高操作的安全性,有效地防止坠井事故的发生。
在小规模(视频监控点少于24路)的视频监控系统中,早期常用的是视频切换器,通过继电器触点对图像进行显示控制,不进行记录。随着数字视频录像机(Digital Vedio Recorder,DVR)技术发展成熟,以DVR为核心来构建小型视频监控系统,进行图像显示、控制和记录,不仅简单易行,且成本较低。
下面先对适应竖井提升的小型视频监视系统的应用设计进行简单介绍。之后重点介绍针对竖井提升安全监控的控制方案及系统调试。
1小型视频监视系统的组成
小型视频监视系统的组成可分为摄像、传输、控制、显示与记录四个部分,其组成原理如图1所示。本文所介绍的视频监视系统适用于多中段竖井提升的安全监控。其构成采用DVR作控制核心,现场(摄像机)采集的多中段图像信号通过视频传输(传输方式根据传输距离进行选择)至DVR的视频输入端子。DVR的视频输出则是根据竖井提升的特殊要求确定,为主信号台和提升机室监视器提供图像信号,再现现场画面。
1.1 DVR实质上是一台功能强大的视频信号数字化处理计算机
它应用视频信号的数字化处理技术,把模拟视频信号变成数字信号,由计算机系统中的硬盘存储起来,需要时再将其调出还原为视频信号。它具有图像清晰(DVD画质)、可长期无失真保存、通过网络传输、录象数据准确快速定位回放、报警输出、联动和控制等先进的功能。监控路数DVR分为低路数1~4路,中路数6~10路,高路数12~16及以上。DVR的选择其主要参数要和输入、输出信号相匹配,监控路数略多于输入信号路数。
1.2摄像机是采集图像信号的设备,主要有摄像头和镜头组成
摄像头的主要参数为灵敏度(最低照度)、水平清晰度(分辨率)、CCD靶面尺寸和镜头安装方式。灵敏度是摄像机对现场的最低照度要求,在实际应用中,为获得满意的图像,所选摄像机的灵敏度一般应为被摄物体表面照度的1/10为宜。水平清晰度是摄像机能还原的图像清晰程度。在矿井使用中解析摄像机即可获得满意的图像。清晰度还要与显示器相匹配。CCD靶面尺寸关系到镜头的选配,目前采用的芯片大多是1/3"和1/4"。镜头安装方式有C式和CS式两种,也要与摄像头相匹配。
1.3摄像机镜头的选用
镜头的作用是收集光信号,并成像于摄像头的光电转换面上(CCD)。在设计系统时,镜头的选择与摄像机是同等重要的。根据被摄物体的尺寸、被摄物体到镜头的焦距和需要看清物体的细节尺寸,决定采用定焦镜头或变焦镜头。一般来说,摄取固定目标,宜选用定焦镜头;摄取远距目标,宜用望远镜头。一般在室内光线变化不大的情况下,可选用手动光圈镜头;在室外则需要选用自动光圈镜头。镜头的大小应与摄像机配合,一般来说,镜头的尺寸应与摄像机的尺寸一致,但大尺寸镜头可装在小尺寸摄像机上使用。
1.4视频信号的传输
在小型视频监控系统,通常采用模拟视频信号,其传输方式分为有线和无线方式,近距离常用的是有线传输,几百米范围一般采用同轴电缆传输;距离较远的,可采用光缆传输,传输距离可达数十公里,但需要增加光端机,设备价格较高。这两种传输方式在小型视频监控中比较常用。
2图像显示切换控制及系统调试
2.1图像显示切换原理
在工作时,图像显示多画面容易对信号工和提升机司机造成干扰,产生误判,需要监视画面随罐笼切换,显示单一画面,对此我们通过DVR的控制联动功能来实现,一般用位置信号来控制视频画面的切换。在竖井提升中,位置信号一般从现场安装开关直接取得,通过缆线传输到DVR进行控制;其缺点是安装环境潮湿,硬件故障多,需要大量的缆线;控制线路复杂,成本高。随着PLC控制在提升机上的应用,我们利用其内部计算功能,通过提升机数字深度计数,进行距离计算,输出控制信号,只需进行简单的编程即可实现。如图2所示是典型的竖井监视画面切换控制方案。
图中A、B、C、D、E、F为监控点,a、b、c、d、e为监控画面切换控制点,当罐笼下行时,依次a、b、c、d、e点开关动作,显示B、C、D、E、F监控点画面;当罐笼上行时,依次e、d、c、b、a点开关动作,显示E、D、C、B、A监控点画面;针对提升机主控采用PLC控制的,我们利用PLC的深度计数模块,从深度计数模块获取罐笼实际位置深度值IN1,与各切换点的设定值IN2(各切换点值,取各监控点之间的中间值。各点深度值可取与A点相对深度值,A点为零,下部各点为负值。)进行比较运算,当罐笼实际位置值IN1大于a点设定值IN2时,输出对应区间切换信号,显示A点监视画面;当罐笼实际位置值IN1小于等于a点设定值IN2,且大于b点设定值IN2时,显示B点监视画面;当罐笼实际位置值IN1小于等于b点设定值IN2,且大于c点设定值IN2时,显示C点监视画面;当罐笼实际位置值IN1小于等于c点设定值IN2,且大于d点设定值IN2时,显示D点监视画面;当罐笼实际位置值IN1小于等于d点设定值IN2,且大于e点设定值IN2时,显示E点监视画面;当罐笼实际位置值IN1小于等于e点设定值IN2,显示F点监视画面。其控制思路是当罐笼运行时,依次提前显示各监控点监视画面,发现异常时能及时采取措施,或及时停车,从而避免人身和设备事故的发生。
2.2应用实例分析
下面是安徽滁州琅琊山矿业总公司主井提升视频监控系统应用实例。该主井为混合井(用于生产提升、材料和人员上下),共有11个停车点,即有11个监控点,其中10个监控点为井下,一个监控点为地表井口,最大传输距离约700m。
为确保提升安全,使主台信号工和提升机司机能清晰观察到罐笼(提升容器)所在停车点的画面,防止误操作(即当井下乘罐人员违反乘罐制度、信号人员违反操作规程、生产过程中设备处不安全状态都能被及时发现),从而避免安全事故的发生。我们选用了一台具有16路信号输入的DVR(大华DH/DVR1604LE-SL/AF型,硬盘内存4T,可保存一个月的录像内容),来构建独立的小型视频监控系统,用于竖井提升的安全监控。
各停车点图像信号采集,选用价格不高的模拟摄像机,对于摄像机的选择,由于井下照度较低宜选用灵敏度为0.1lx,清晰度420线(中解晰摄像机);地表照度昼夜变化大,则选用带自动光圈控制的摄像机;拍摄空间约为6m*6m的断面,为能拍摄更多图像信息,摄像机应距井口5m以外,安装距离8~10m;CCD靶面尺寸和镜头尺寸均选用1/3",根据计算,镜头焦距选6mm的定焦镜头,CS安装方式。图像信号采用同轴电缆传输,由于竖井安装,按照规程要求同轴电缆选用钢丝铠装、电缆阻抗75Ω、截面积150mm2。图像的切换控制我们则利用提升机主控PLC的内部计算功能,进行距离计算;通过简单的编程,输出控制信号。
图3是我矿应用S7-300PLC内部的比较程序进行的视频切换控制编制的部分程序图实例。图中Q51.0为地表井口控制输出(0水平输出接通),Q51.1为1水平视频切换控制输出(1水平接通),Q52.2为井底控制输出(10水平接通),其他水平控制程序与1水平相同,只是IN1、IN2参数值不同。
图4是DVR视频输入与S7-300输出控制连接的示意图,S7-300PLC计算出的切换信号(Q51.0、Q51.1、…、Q52.0、Q52.1、Q52.2)通过PLC的输出模块传送到DVR的控制端子,再由DVR对控制端子的输入信号进行分析处理,输出与监控点对应的图像信号。
系统调试的关键有两点,一是摄像头和镜头的现场调整,通过小型监视器现场连接摄像头输出,调整摄像头的位置、光圈和焦距,及现场照明,获得满意图像。二是检查DVR视频信号输入和切换控制信号的对应连接是否符合控制要求。并通过控制信号的切换,输出图像信号,检查接线及控制是否正确。
3总结
此小型视频监视系统成本较低(目前模拟摄像头、DVR及硬盘价格有很大下降),安装简单,调试方便,在我单位的应用中,故障率低,具有很高的可靠性,能够有效的预防竖井提升系统事故的发生,是竖井安全提升的重要保障,在矿井提升系统中有一定推广价值。
摘要：矿井提升系统是矿山的咽喉,它担负着矿山人员、矿石、材料和设备等多种提升任务,是矿山安全的重中之重。本文介绍了一种面向竖井提升系统的小型视频监视系统,并以安徽滁州琅琊山矿业总公司为例介绍了该系统的应用。结果显示,基于DVR的小型视频监视系统成本较低,安装简单,调试方便,具有很高的可靠性。
关键词：矿井提升系统,视频监视系统,DVR,可靠性
参考文献
[1]章云,许锦标.建筑智能化系统[M].北京:清华大学出版社2005.