丁新方，張智敏，董永忠，朱永寶

(1.華亭華煤清能煤化工有限責(zé)任公司，甘肅 華亭 744100；2.蘭州飛思網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

現(xiàn)階段，煤化工企業(yè)逐步趨向于一體化、基地化方向發(fā)展，生產(chǎn)區(qū)廣闊，管理人員稀缺，實(shí)際生產(chǎn)管理工作難度進(jìn)一步提升。傳統(tǒng)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)已然無法滿足當(dāng)下生產(chǎn)安全管理要求，需要配合使用更為先進(jìn)的熱成像技術(shù)手段，優(yōu)化智能視頻監(jiān)控功能，最大限度挖掘出智能視頻監(jiān)控輔助系統(tǒng)應(yīng)用潛力，從根本上提升各類生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)維效果，切實(shí)增強(qiáng)煤化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)效益與安全效益。

1 概述熱成像技術(shù)

熱成像技術(shù)需要使用紅外探測(cè)儀、光學(xué)成像物鏡，將被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖反映在紅外探測(cè)器光敏元件上，獲得詳細(xì)的紅外熱像圖，確保熱像圖與物體表面熱分布場(chǎng)相互對(duì)應(yīng)。換言之，在熱成像技術(shù)應(yīng)用過程中，可以將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，熱圖像上的不同顏色可代表被測(cè)物體的不同溫度。

2 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)熱成像技術(shù)的應(yīng)用必要性

相較于其他生產(chǎn)領(lǐng)域而言，煤化工生產(chǎn)期間的風(fēng)險(xiǎn)因素更高，如果沒有加強(qiáng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)溫度控制工作，極容易引發(fā)損失嚴(yán)重的安全事故[1]。煤化工生產(chǎn)期間涉及到的換熱器、反應(yīng)器、化工流程泵、機(jī)械設(shè)備等在事故發(fā)生前，其溫度變化具有特定規(guī)律，通過在設(shè)備運(yùn)行期間著重監(jiān)測(cè)溫度變化值，判斷溫度是否按特定規(guī)律進(jìn)行，能夠及時(shí)告警事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)階段，煤化工生產(chǎn)期間的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)多數(shù)連接了煙霧報(bào)警與可見光報(bào)警，但部分缺乏熱成像裝置，導(dǎo)致溫度監(jiān)控效果不佳，生產(chǎn)期間的安全因素?zé)o法從根本上規(guī)避。

舉例而言，某煤化工企業(yè)熱油泵房的閥門墊片出現(xiàn)失穩(wěn)問題，致使熱油從墊片處噴出，遇到空氣后自動(dòng)燃燒，引發(fā)火災(zāi)事故。閥門墊片失穩(wěn)需要一段時(shí)間，且閥門失穩(wěn)期間的墊片溫度會(huì)呈現(xiàn)出規(guī)律上升變化。如果墊片處溫度上升情況能夠得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，就可以及時(shí)關(guān)閉閥門，避免事故發(fā)現(xiàn)。又比如某煤化工企業(yè)焦化裝置中的焦化塔設(shè)備頂部發(fā)生破裂，導(dǎo)致渣油泄漏，渣油噴濺到附近高溫管道上引發(fā)火災(zāi)?；馂?zāi)根本發(fā)生原因?yàn)樵O(shè)備頂部金屬腐蝕造成設(shè)備壁減薄，在設(shè)備壁減薄的情況下勢(shì)必會(huì)在局部出現(xiàn)溫度升高情況，因此可以在原有智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配合熱成像設(shè)備監(jiān)視設(shè)備周邊溫度，避免類似事故問題出現(xiàn)。

結(jié)合煤化工企業(yè)現(xiàn)代安全管理理論，將熱成像及智能視頻技術(shù)融入互聯(lián)網(wǎng)，與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)、安全輔助系統(tǒng)共同搭建其可視化安全綜合管理系統(tǒng)，可以使安全視頻監(jiān)控、入侵報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警、紅外熱成像、智能管控、出入車輛控制、停車場(chǎng)控制等子系統(tǒng)進(jìn)行集中控制與管理，分析各自系統(tǒng)智能信息，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)事故進(jìn)行提前預(yù)警，更加直觀地掌握煤化工企業(yè)安全生產(chǎn)、治安動(dòng)態(tài)情況，對(duì)各緊急事件進(jìn)行快速處理，進(jìn)一步提升生產(chǎn)安全綜合管理水平。由此可見，通過基于熱成像技術(shù)建立起智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提高企業(yè)安全生產(chǎn)、治安保衛(wèi)、事故預(yù)防、緊急決策以及事故調(diào)度管理水平，對(duì)保障煤化工生產(chǎn)工作安全可靠開展具有重要的經(jīng)濟(jì)效益。

3 熱成像在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用功能

當(dāng)前熱成像在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用較為成熟，借助先進(jìn)監(jiān)控設(shè)備，衍生出了紅外熱成像防火圖像監(jiān)控系統(tǒng)、嵌入式智能視覺分析安保系統(tǒng)、防感應(yīng)雷系統(tǒng)多種類型。

通過將熱成像技術(shù)應(yīng)用在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化改造環(huán)節(jié)，系統(tǒng)中可具備更加完善的熱成像防火監(jiān)測(cè)、防盜入侵監(jiān)測(cè)、非法停車監(jiān)測(cè)功能模塊，可以切實(shí)滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各類監(jiān)控管理要求[2]。不僅如此，現(xiàn)階段智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，還具備自學(xué)習(xí)自適應(yīng)能力，能夠在極為惡劣的環(huán)境及照明條件下保持99.9%的檢測(cè)效率。具體來說，將熱成像應(yīng)用在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，防火功能。通過建立起熱成像防火圖像監(jiān)控系統(tǒng)，工作人員可以在監(jiān)控中心對(duì)監(jiān)控點(diǎn)周圍半徑1～5 km甚至更大區(qū)域內(nèi)進(jìn)行全天候不間斷實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，第一時(shí)間探尋到地表火情或煙霧，及時(shí)觸發(fā)聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，幫助管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或各類險(xiǎn)情，為安全事故發(fā)生后的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)提供重要依據(jù)。第二，防盜檢測(cè)功能。通過使用嵌入式智能視覺分析監(jiān)控跟蹤技術(shù)，具備入侵監(jiān)測(cè)與自動(dòng)跟蹤功能模塊，能夠滿足無人值守、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、觸發(fā)錄像以及短信自動(dòng)外發(fā)報(bào)警功能。第三，車輛監(jiān)控系統(tǒng)。支持車容車貌監(jiān)測(cè)、廠區(qū)路線、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)web監(jiān)控，監(jiān)控錄像、視頻存儲(chǔ)、回放查詢等功能，對(duì)車輛運(yùn)輸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管。第四，防雷系統(tǒng)。為確保室外環(huán)境下生產(chǎn)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)高效運(yùn)行目標(biāo)，避免強(qiáng)電壓與大電流串入到系統(tǒng)中，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。在智能視頻監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，可以借助視頻信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、電源等多方面進(jìn)行防雷保護(hù)，確保系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾性。

4 熱成像在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用要求及結(jié)構(gòu)

4.1 熱成像在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用要求

通過將熱成像技術(shù)應(yīng)用在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，可以在安全事故發(fā)生前，檢測(cè)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備溫度變化情況，判斷設(shè)備溫度是否依照特定規(guī)律變化，從而發(fā)出及時(shí)告警，保障生產(chǎn)期間的安全性，為后續(xù)制定安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防對(duì)策提供充足的數(shù)據(jù)支持。在應(yīng)用熱成像技術(shù)過程中，還可以使用非接觸式熱點(diǎn)掃描方式，對(duì)化工設(shè)備關(guān)鍵部位的內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將火災(zāi)等風(fēng)險(xiǎn)控制在源頭。

4.2 熱成像在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段熱成像技術(shù)下的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部包括多個(gè)紅外熱像終端、信號(hào)傳輸模塊、紅外熱相控制客戶端、報(bào)警裝置。將紅外熱像終端設(shè)置在生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備附近，每個(gè)熱像終端可以通過信號(hào)傳輸模塊連接到紅外熱像監(jiān)控客戶端中，并由紅外熱像監(jiān)控客戶端連接報(bào)警裝置。熱成像終端由紅外熱成像模塊、溫度分析模塊、可見光輔助攝像機(jī)組成。紅外熱成像模塊的紅外像頭應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況靈活選擇，著重控制相頭分辨率、視場(chǎng)角、小焦距、熱敏感度、工作波長(zhǎng)等參數(shù)[3]；溫度分析模塊運(yùn)行期間需要采用焦平面整列、非制冷氧化釩微測(cè)輻射熱計(jì)等方式，基于煤化工生產(chǎn)特征，靈活設(shè)置測(cè)溫范圍、溫度、測(cè)溫功能，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)線面全面實(shí)施測(cè)溫目標(biāo)。

為確保熱成像技術(shù)能夠與智能視頻監(jiān)控終端有效聯(lián)合在一起，還需要在設(shè)置紅外熱成像模塊、可見光輔助攝像機(jī)基礎(chǔ)上增加防護(hù)罩。防護(hù)罩下方連接語音平臺(tái)設(shè)施，便于靈活調(diào)整紅外熱象終端監(jiān)測(cè)范圍。防護(hù)罩的另一側(cè)還應(yīng)設(shè)置紅外窗口，通過配備的紅外熱成像模塊、溫度分析模塊、可見光輔助攝像機(jī)等設(shè)施，保障溫度測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度，確保系統(tǒng)能夠被更好地應(yīng)用在復(fù)雜多變的生產(chǎn)環(huán)境中。

熱成像智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控客戶端還需要采用以太網(wǎng)連接遠(yuǎn)程終端服務(wù)器，將測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綔囟确?wù)裝置內(nèi)。在軟件設(shè)計(jì)過程中，遠(yuǎn)程服務(wù)終端還需配備后臺(tái)分析管理模塊，將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析與管理。紅外熱像監(jiān)控客戶端需要攜帶豐富分析工具，具備點(diǎn)分析、區(qū)域分析、多邊形分析、趨勢(shì)分析等全面功能，自動(dòng)生成excel或word格式的報(bào)表。紅外熱成像監(jiān)控終端的運(yùn)行需要由檢測(cè)軟件PC機(jī)負(fù)責(zé)。

熱成像智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的終端以及成像模塊、可見光輔助攝像機(jī)、可見光視頻信號(hào)傳輸需要在同一屏幕上顯示，顯示模式包括可見光、全紅外顯示、可見光融合顯示模式，使監(jiān)測(cè)人員能夠更加直觀地觀察到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備運(yùn)行期間的溫度情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在于生產(chǎn)期間的風(fēng)險(xiǎn)問題，制定出專項(xiàng)可行的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防對(duì)策。

結(jié)合煤化工設(shè)備安全生產(chǎn)要求，可以選擇關(guān)鍵設(shè)備以及允許溫度的變化范圍，確定關(guān)鍵設(shè)備故障隱患溫度變化規(guī)律，并將事故隱患溫度變化規(guī)律作為報(bào)警條件。操作人員可以針對(duì)報(bào)警器提供的信息，明確事故隱患、溫度變化規(guī)律或溫度超出允許范圍的設(shè)備，落實(shí)解決問題方法。

在將熱成像應(yīng)用在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，需要根據(jù)設(shè)備檢測(cè)分析報(bào)警原理，確定可選擇關(guān)鍵設(shè)備、可選擇關(guān)鍵設(shè)備容器溫度變化范圍、安全事故發(fā)生前的溫度變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控目標(biāo)，主要應(yīng)用在監(jiān)測(cè)分析設(shè)備可燃?xì)怏w燃燒引發(fā)的周圍氣溫度變化，可燃液體火災(zāi)熄滅引發(fā)的周邊溫度變化，設(shè)備內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)引發(fā)的周邊溫度變化情況。由于熱成像技術(shù)使用了非接觸式熱點(diǎn)掃描方式，能夠?qū)ιa(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部位溫度值進(jìn)行實(shí)施有效監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)，對(duì)切實(shí)保障生產(chǎn)期間的安全性具有重要意義。

5 熱成像在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景

煤化工生產(chǎn)工作大部分需要在高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行，為保障生產(chǎn)安全高效開展，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，需要對(duì)生產(chǎn)全過程進(jìn)行嚴(yán)格的溫度在線監(jiān)測(cè)。熱成像系統(tǒng)內(nèi)部包括防爆紅外熱成儀云臺(tái)、數(shù)據(jù)變速箱、現(xiàn)場(chǎng)主控柜以及集控室上位機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，可滿足24 h實(shí)施監(jiān)控預(yù)警目標(biāo)。熱成像在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，在化工品存儲(chǔ)環(huán)節(jié)的應(yīng)用。在化工產(chǎn)品大型存儲(chǔ)倉庫中配備數(shù)量足夠的熱成像設(shè)施，能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)預(yù)報(bào)目標(biāo)。第二，關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，可以了解設(shè)備表面溫度分布情況，評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，立即報(bào)警設(shè)備異常溫度，避免設(shè)備溫度過高而引發(fā)安全隱患。重點(diǎn)監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜外表面溫度場(chǎng)，分析溫度變化趨勢(shì)，判斷設(shè)備耐火材料厚度與結(jié)構(gòu)情況，幫助運(yùn)維人員制定適宜的生產(chǎn)與維護(hù)計(jì)劃。第三，在周界安全檢測(cè)中的應(yīng)用，可以通過設(shè)置電子圍欄以及振動(dòng)電纜、紅外對(duì)射方式變形周界防護(hù)，滿足黑夜或惡劣天氣下的周界安全防護(hù)要求。

6 熱成像在智能視頻監(jiān)控安全綜合管理系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)煤化工行業(yè)智能化、高效化、安全化發(fā)展目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建起一個(gè)以熱成像為原理、以智能視頻及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的安全綜合管理平臺(tái)，真正意義上滿足網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通要求，實(shí)現(xiàn)資源共享目標(biāo)，對(duì)各生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以及經(jīng)營活動(dòng)的安全情況進(jìn)行全方位管理。熱成像在智能視頻監(jiān)控綜合管理系統(tǒng)中的應(yīng)用需要滿足高內(nèi)聚、松耦合要求，建立起SOA框架，為安全管理提供統(tǒng)一化服務(wù)。

6.1 安全綜合管理系統(tǒng)特征

在設(shè)計(jì)以熱成像功能為主的智能視頻監(jiān)控安全管理綜合系統(tǒng)中，需要以技防系統(tǒng)深度融合為目標(biāo)，要求系統(tǒng)中具備編解碼設(shè)備管理、儲(chǔ)存管理、網(wǎng)絡(luò)管理、報(bào)警管理等基礎(chǔ)功能。對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)與控制，兼容視頻監(jiān)控、火災(zāi)預(yù)警、出入口管理、智能控制等輔助業(yè)務(wù)。

借助身份認(rèn)證及權(quán)限管理方式，確定用戶身份后才可進(jìn)入系統(tǒng)，進(jìn)入系統(tǒng)后需要嚴(yán)格執(zhí)行訪問及管理權(quán)限。權(quán)限設(shè)置需要采用多層次、高加密技術(shù)手段，確保系統(tǒng)中的各元件能夠?qū)崿F(xiàn)安全運(yùn)行目標(biāo)，避免熱成像以及視頻數(shù)據(jù)丟失問題出現(xiàn)。

要求安全綜合管理平臺(tái)還應(yīng)當(dāng)具備完善的運(yùn)維管理機(jī)制，對(duì)視頻設(shè)備、熱成像設(shè)備、報(bào)警設(shè)備、環(huán)境設(shè)備及數(shù)據(jù)庫等設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)管。平臺(tái)可以幫助各運(yùn)維部門快速定位故障，恢復(fù)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，通過規(guī)范流程化運(yùn)維管理工作，為生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境構(gòu)建起更為統(tǒng)一、主動(dòng)的流程化運(yùn)維、集中化管理機(jī)制。

6.2 安全綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)

熱成像下智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)安全綜合管理平臺(tái)內(nèi)部包括綜合管理平臺(tái)、總控中心、分控中心、傳輸網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)前端、熱成像系統(tǒng)組成。其中，綜合管理平臺(tái)涉及電子地圖、全文檢索、應(yīng)用程序、紅外熱成像、人員及車輛軌跡控制等模塊，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及光傳輸設(shè)備，將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中音頻、溫度等環(huán)境報(bào)警信息上傳給總控制中心，借助總控網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置認(rèn)證身份后，由管理人員及時(shí)判別生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，明確生產(chǎn)期間安全管理重難點(diǎn)。

7 結(jié)語

總而言之，通過積極應(yīng)用熱成像技術(shù)手段，優(yōu)化現(xiàn)有智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能，能夠切實(shí)提升煤化工企業(yè)生產(chǎn)期間的安全性，控制安全監(jiān)管人員勞動(dòng)強(qiáng)度，切實(shí)保障監(jiān)控質(zhì)量與準(zhǔn)確度。利用熱成像技術(shù)以及智能視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)出可視化安全綜合管理平臺(tái)，還能夠更為直觀的展現(xiàn)出生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患問題以及違規(guī)操作行為，確保煤化工生產(chǎn)工作始終處于安全可靠實(shí)施狀態(tài)，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。