Телевизионная система мониторинга

Назначение и решаемые задачи

Телевизионная (ТВ) система мониторинга предназначена для контроля обстановки на объекте (в помещениях, на территориях и т.д.) и обеспечивает выполнение следующих задач:

• видеоконтроль помещений;

• обнаружение нештатных ситуаций (в том числе возгораний, разрушения технических средств, несанкционированных проникновений и т.д.) и выдачу видеоинформации о факте и месте возникновения нештатных ситуаций;

• вычисление динамических параметров развития нештатных ситуаций;

• запись видеоинформации о нештатных ситуациях в архив видеоданных;

• ведение журнала текстовых сообщений;

• формирование звукового и цветового сигналов тревоги;

• отображение места возникновения нештатной ситуации на мнемосхеме;

• видеонаблюдение за ситуацией на объекте (в том числе за действием спасательных формирований);

• документирование текстовых сообщений.

Система мониторинга построена по модульному принципу, что позволяет конфигурировать её для различных типов объектов.

Общая структура и основные подсистемы

При разработке архитектуры системы учитывалось, что система должна обладать высокой производительностью, обеспечивать эффективный анализ изображения, не перегружать каналы связи системы с ограниченной пропускной способностью, легко конфигурироваться для различных типов объектов. Структура системы мониторинга показана на рис. 1.

Условные обозначения:
ТВК — телевизионные камеры; УО и У — устройства отображения и управления; БО — блок обработки.

В отличие от обычных ТВ-систем система мониторинга осуществляет предварительный анализ изображений на уровне блоков обработки. Этот анализ проводится с целью обнаружения нештатных ситуаций и выполняется до сжатия изображений и передачи их по сети.

Снижение требований к пропускной способности сетевой инфраструктуры и оптимизация процесса слежения за удалёнными объектами реализуются благодаря тому, что в сеть передаются видеоданные только при возникновении нештатных ситуаций.

Система мониторинга построена как распределённая система на базе локальной вычислительной сети и условно может быть представлена как совокупность следующих подсистем:

• сбора данных;

• обработки данных;

• управления, регистрации и отображения информации;

• энергообеспечения.

Основу подсистемы сбора данных составляют телевизионные камеры (ТВК) и установки телевизионные камерные (УТК), оснащённые при необходимости ИК-прожекторами. В зависимости от требуемых условий наблюдения система комплектуется различными вариантами исполнения ТВК.

Подсистема обработки данных обеспечивает преобразование аналоговых ТВ-сигналов в цифровые сигналы и последующую обработку поступающих видеоданных с целью обнаружения нештатных ситуаций и вычисления их параметров. Эта подсистема включает в себя устройство ввода и устройство обработки, конструктивно объединённые в одном блоке обработки (БО). БО представляет собой промышленную ЭВМ, выполненную в формате CompactPCI на базе одноплатного компьютера CPC501 фирмы Fastwel, и осуществляет обнаружение, обработку, вычисление и классификацию параметров нештатных ситуаций, а также их архивирование.

Подсистема управления обеспечивает приём цифровой ТВ-информации, регистрацию и отображение нештатных ситуаций. Обмен информацией между подсистемами управления и обработки данных осуществляется по каналам вычислительной сети Fast Ethernet 10/100 Мбит/с. Обмен информацией с системами высшего уровня осуществляется по сети Gigabit Ethernet 100/1000 Мбит/с. Подсистема управления включает в себя устройства отображения и управления (УО и У), которые обеспечивают отображение видеоинформации и воспроизведение звуковой информации в системе мониторинга. Конструктивно УО и У выполнены в виде плоскопанельного видеомонитора с размером диагонали 15" или 19" и управляющей ЭВМ, построенной на базе одноплатного компьютера CPC501 фирмы Fastwel.

Подсистема энергообеспечения включает в себя набор устройств, обеспечивающих бесперебойное питание системы мониторинга.

Работа системы мониторинга базируется на принципах управления пространственно разнесёнными средствами.

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) системы построено по модульному принципу. С помощью этого ПО решается целый комплекс задач:

• распределение и цифровая обработка ТВ-сигналов;

• обнаружение нештатных ситуаций;

• организация пультовых режимов управления;

• организация обмена информацией по сети системы и с сопрягаемыми системами;

• диагностика аппаратных средств.

ПО пульта управления функционирует в среде Windows NT. Оно состоит из ряда блоков.

• Блок обеспечения доступа к системным средствам:

• установка уровня доступа к техническим средствам системы;

• установка паролей и прав пользователей.

• Блок конфигурирования системы:

• настройка и конфигурирование системы;

• настройка ТВК;

• настройка детекторов движения;

• управление ИК-прожекторами.

• Блок обработчика событий, обеспечивающий реакцию на сообщения БО, а также организующий сообщения для систем верхнего уровня и оператора системы:

• организация текстовых сообщений и звуковых сигналов для оператора;

• организация обмена данными с другими системами.

После загрузки рабочей программы (после включения питания) на экран монитора устройства управления выводится мнемосхема пульта управления системой (рис. 2). 

Управляя элементами пульта, оператор осуществляет:

• включение системы;

• необходимые настройки телевизионных камер (настройку уровней яркости и контрастности передаваемых изображений, установку зон детектирования движения, задание пороговых значений параметров обнаружения, включение и отключение ИК-прожекторов и детекторов движения);

• задание режима занесения сообщений в рабочий журнал;

• задание формата и скорости записей в архив;

• задание числа источников видеоданных на входе каждого БО;

• задание формата отчётов по работе системы;

• ввод паролей пользователей.

Прикладное ПО БО функционирует в среде Windows NT. Оно тоже состоит из ряда блоков.

Блок первичной видеообработки:

• управление параметрами видеозахвата;
• функция детектора движения и установки его настройки;
• функция детектора смещения и установки его параметров;
• подготовка информации для передачи в устройство управления;
• настройка параметров видеокамер.

Блок работы с видеоинформацией:

• видеозахват;
• выделение нештатных ситуаций и подготовка сообщений для передачи на пульт управления.

Блок архиватора:

• установка параметров архивирования;
• внесение информации в архив, просмотр архива;
• ведение системного журнала.

Архивирование видеоданных системы осуществляется в каждом БО, то есть организуется распределённая база видеоданных. Данные хранятся с индексами: дата, время, номер ТВК, событие и т.д. Всё это позволяет организовать поиск необходимой информации по индексам и по БО одновременно и существенно сократить время поиска.

В системе предусмотрено несколько режимов записи видеоданных в архив:

• по времени (непрерывный, по таймеру);

• по событию;

• по команде оператора.

Все эти режимы задаются программно по каждой ТВК отдельно.

Особенности функционирования системы

Основное назначение ТВ-системы мониторинга – осуществлять сортировку текущих событий с целью выделения нештатных ситуаций, их классификации, своевременного предупреждения персонала, а также архивирование процесса развития нештатных ситуаций.

Традиционно процесс фильтрации событий осуществляется оператором системы, то есть ограниченная способность человека концентрировать внимание определяет эффективность работы системы. Известно, что у оператора концентрация внимания существенно падает в течение первого часа работы, кроме того, у оператора снижается эффективность работы по распознаванию событий, если он следит за изображением на 9 камерах, а не на одной. Таким образом, процесс увеличения числа ТВК в системе мониторинга должен сопровождаться применением эффективных детекторов движения, позволяющих распознавать различные нештатные ситуации. В этом случае оператор системы может адекватно реагировать на возникающие нештатные ситуации. Автоматический интеллектуальный анализ видеоизображения позволяет вести более тщательный мониторинг и принимать оперативные решения по реагированию на ситуацию.

Этому же способствует и прогресс в развитии вычислительной техники, который приводит к росту быстродействия и уменьшению габаритов и стоимости процессоров, что позволяет успешно использовать для обнаружения нештатных ситуаций специальные фильтры (детекторы движения).

В отличие от традиционных датчиков, имеющих относительно узкую сферу действия, определяемую реализованными в них физическими принципами, сфера действия детектора движения ограничивается только полем зрения ТВК. Кроме того, использование детекторов движения предоставляет большие возможности по предварительной сортировке событий и их более точной классификации.

Для повышения точности обнаружения нештатных ситуаций в детекторах движения применяется технология отслеживания векторов перемещения обнаруженных объектов, при этом анализу подвергается серия из нескольких последовательных кадров.

В системе используется несколько типов детекторов движения, которые могут дополнять друг друга:

• «Появление объекта» – сигнал тревоги генерируется при появлении объекта в выбранной зоне (рис. 3);
  
  

• «Наличие объекта» – сигнал тревоги генерируется, если объект остаётся в пределах выбранной зоны в течение интервала времени, превышающего заданный (рис. 4);
  
  

• «Пересечение границы» – сигнал тревоги формируется при пересечении заданной виртуальной границы (рис. 5);
  
  

• «Изменение фона» – сигнал тревоги формируется при изменении уровня освещённости ниже порогового и при необходимости включает инфракрасную подсветку.

Кроме того, в системе мониторинга предусматривается использование ТВК с аудиоканалом, что позволяет использовать детекторы звука. Детекторы звука формируют сигнал тревоги при превышении установленного порога.

Устройства бесперебойного питания, входящие в состав подсистемы энергообеспечения, предназначены для гарантированного электропитания устройств системы мониторинга при аварийном отключении питающего напряжения на время 9-29 минут. Требуемое количество устройств бесперебойного питания определяется конфигурацией системы мониторинга.

Система мониторинга обеспечивает распознавание нештатных ситуаций в автоматическом режиме, при этом возникает вопрос о надёжности работы самой системы, то есть о проверке работоспособности отдельных её компонентов. В этой связи система мониторинга имеет в своём составе подсистему диагностики – аппаратные и программные средства, обеспечивающие такую проверку. Подсистема диагностики периодически, через заданные интервалы времени проводит проверку функционирования компонентов системы мониторинга. Результаты диагностики заносятся в журнал проверок; кроме того, при обнаружении любого рода неисправности формируется соответствующее сообщение оператору. Подсистема диагностики имеет несколько уровней проверок и обеспечивает контроль работоспособности как аппаратных, так и программных средств.

Устройство отображения и управления системы мониторинга может выполнять роль системы верхнего уровня, принимающей информацию от других систем сигнализации и контроля.

При взаимодействии с системой пожарной сигнализации (СПС) типа «Гамма» технические средства системы мониторинга обеспечивают вывод информации о состоянии:

• пожарной сигнализации,

• температурно-тревожной сигнализации,

• охранной сигнализации,

• средств автоматического пожаротушения;

• кроме того, осуществляется вывод на экран видеоинформации по сигналам датчиков СПС.

Алгоритмическая обработка информации, поступающей от систем сигнализации и контроля и подсистемы сбора данных, существенно повышает достоверность обнаружения нештатных ситуаций.

При поступлении сообщений «ПОЖАР» или «ТРЕВОГА» от системы «Гамма» на систему мониторинга видеоинформация от соответствующей ТВК автоматически записывается в архив.

При взаимодействии с системами верхнего уровня технические средства системы мониторинга обеспечивают вывод сообщений «ТРЕВОГА» или «ВНИМАНИЕ» и соответствующей видеоинформации на пульт управления системы верхнего уровня с указанием времени и места возникновения нештатной ситуации.

Обмен информацией с подсистемами нижнего уровня осуществляется по стандартному интерфейсу RS-485 в режиме запрос-ответ.

При поступлении тревожных сообщений система мониторинга обеспечивает в автоматическом режиме или по команде оператора запись видеоинформации из помещений, в которых установлены ТВК.

Внешние интерфейсы системы мониторинга:

• 20 портов Fast Ethernet 10/100 Мбит/с;

• по 2 порта RS-485 на каждом блоке обработки;

• 1 порт Gigabit Ethernet 100/1000 Мбит/с.

Преимущества системы

Вместо заключения перечислим основные преимущества представленной системы мониторинга, подтверждённые результатами её испытаний:

• высокая производительность системы, обеспечиваемая тем, что задача анализа информации распределена между БО, а не реализуется на уровне центрального сервера, и тем, что подсистемы обработки и управления построены на базе современных быстродействующих промышленных компьютеров Fastwel CPC501;

• анализ изображения осуществляется до его сжатия, что позволяет избавиться от артефактов компрессии изображений;

• снижение требований к пропускной способности сетевой инфраструктуры, обусловленное рациональным подходом к передаче видеоданных в сеть (предварительная обработка данных осуществляется на уровне БО);

• широкие возможности анализа и поиска видеоданных в распределённом архиве (в каждом БО создаётся свой архив видеоданных; кроме того, доступны различные варианты поиска: по событию, по времени и т.д.);

• достоверность формируемых сообщений, обеспечиваемая многоуровневыми проверками и контролем работоспособности компонентов системы со стороны встроенной подсистемы диагностики;

• возможность применения широкого набора предлагаемых ТВК;

• использование модульного принципа построения системы, обеспечившее снижение затрат на её создание и простоту конфигурирования для различных типов объектов. ●

Авторы — сотрудники НПО «Прибор»
Телефон/факс: (812) 326-0976