聚苯乙烯生产视频监控系统的开发

文/余应淮

聚苯乙烯生产视频监控系统的开发

文/余应淮

视频监控系统作为石油化工企业防范及快速处置安全生产事件的技术基础，是安全生产的重要组成部分。针对石油化工企业聚苯乙烯生产环境与生产过程的实时监控需求，在深入研究聚苯乙烯生产视频监控及异常报警关键技术问题的基础上，提出一种聚苯乙烯安全生产视频监控系统的设计与实现。

聚苯乙烯 生产 视频监控 图像处理 系统设计

1 前言

近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术取得了长足的发展，并得到了广泛的应用。其中，文献[1]提出了一种煤矿安全生产视频监控系统的设计与实现，该系统是集视频采集技术、无线通信技术、图像与字幕叠加存储技术、光纤通信技术于一体的工业监控系统，有效降低了企业的成本，提高了煤矿企业的监管力度和安全生产水准。文献[2]介绍了广西华锡集团铜坑矿数字化视频监控信息系统的建设过程，包括监控点布设、设备选择、系统集成以及使用效果。文献[3]探讨了如何有效地利用网络技术，.NET编程技术、数据库技术等在煤矿组建一套高效的基于网络的数字视频监控系统。文献[4]分析了视频监控系统的发展历程和基于嵌入式Web服务器的网络视频监控系统的特点，通过一个实例介绍了数字网络视频监控系统在矿井安全生产中高效、低成本的实现方法。文献[5]针对当前电力施工企业面临的实际问题，在分析了CDMA无线视频监控系统的结构及特点的基础上，介绍了CDMA无线视频监控系统的工作原理和系统在公司的实践应用。文献[6]从石油化学工业安全生产管理的现状入手，介绍了综合视频监控调度系统的方案特点、系统结构、系统功能以及系统应用。文献[7]则从设计思想、实现方法、视频监控系统功能及特点等方面论述了铝行业生产企业的视频监控系统的建设。

针对石油化工企业聚苯乙烯生产环境与生产过程的实时监控需求，本文在深入研究聚苯乙烯生产监控中的视频图像处理、异常分析、视频录制与存储、异常实时报警等技术性问题的基础上，提出一个聚苯乙烯安全生产视频监控系统的功能设计及实现方案。

2 聚苯乙烯生产视频监控系统的设计目标与技术框架

聚苯乙烯生产视频监控系统的设计立足于石油化工企业基本乙烯生产环境与生产过程的实时监控需求，运用先进的视频图像处理与分析技术，对聚苯乙烯生产模头的监控视频图像信号进行实时采集与同步处理分析，实现聚苯乙烯生产过程掉条的智能识别与自动报警、监控数据的自动记载，解决生产人员了解生产过程和现场处理的滞后问题，也为生产过程的综合评价提供客观依据。

系统以视频图像处理技术与视频监控技术相结合为基础，在硬件上使用工业监控摄像头对生产过程与生产现场进行监控，通过同轴电缆与视频采集卡对原始监控视频信号进行采集；在软件上采用Microsoft Visual C++ 2008为开发平台，结合使用QT应用程序开发框架与OpenCV计算机视觉库完成系统核心算法的实现与系统功能的开发，实现对生产过程和生产环境监控视频图像的实时同步处理分析。

3 聚苯乙烯生产视频监控系统的功能设计

依据石油化工企业聚苯乙烯生产环境与生产过程的视频监控的业务特点，系统在功能上可以划分为文件、异常识别与报警、监控、模式切换等模块，其功能结构如图1所示，各功能模块的定义具体如下：

3.1 文件功能模块

图1：聚苯乙烯生产视频监控系统的功能结构

图2：视频录制的流程图

文件功能模块包括保存配置信息、系统配置、重启监控系统、退出监控系统等功能。其中，保存配置信息功能用于实现系统性配置信息的保存；系统配置功能用于实现配置视频录制文件的存储时间上限和报警器的串口参数；重启监控系统功能用于实现对监控系统的重新启动，并加载初始化配置信息；退出监控系统功能则用于实现监控系统的关闭操作，以及操作日志的保存。

3.2 异常识别与报警功能模块

异常识别与报警功能模块包括异常识别、异常监控配置、查看异常监控记录等功能项。其中，异常识别功能用于完成聚苯乙烯生产模头掉条的实时识别、自动报警、同步记录监控等功能的开启与关闭操作；异常监控配置功能用于设置聚苯乙烯生产模头监控通道和监控区域；查看异常监控记录功能用于查询和打印聚苯乙烯生产模头的掉条监控记录，以及在线播放掉条视频和导出掉条视频。

图3：视频监控的流程图

3.3 监控功能模块

监控功能模块包括监控录制、监控参数配置、查看录制记录、显示模式配置等功能。其中，监控录制功能实现对所指定通道的监控视频数据的录制；监控参数配置功能实现对监控的通道进行参数配置，并完成对监控开关的控制；查看录制记录功能实现对监控视频录制记录的查询、删除、在线播放和导出；显示模式配置功能用于设置各种显示模式下的监控通道，包括1×1、2×2、3×3、4×4等4种显示模式，分别实现对1个监控通道、4个监控通道、9个监控通道、16个监控通道的设置。

3.4 模式切换功能模块

模式切换功能模块可进行系统监控画面1×1、2×2、3×3、4×4等4种显示模式的切换，如图1所示。

4 聚苯乙烯生产视频监控系统的实现

4.1 系统实现的关键技术

聚苯乙烯生产视频监控系统的实现需解决的关键技术包括监控视频图像的处理以及聚苯乙烯生产模头掉条的异常检测分析，其解决过程具体如下：

（1）通过DS4016HC 视频采集卡对监控视频信号进行采集，并对所采集的信号YUV420 图像进行颜色空间变换，得到便于处理的灰度级图像。

（2）采用背景差分法对生产模头掉条监控区域进行目标检测；同时，通过形态学图像处理与分析方法对检测目标区域进行腐蚀膨胀运算，并计算其运算结果与参考帧图像之间的相似度，以此确定检测区域是否可能发生掉条。

（3）对于可能发生掉条的区域则通过动态参考帧选取技术计算其累计差分图像加以确认并及时发出掉条警报直至掉条结束；同时，自动同步记录模头掉条的监控视频与掉条数量、持续时间。

4.2 系统的总体实现

聚苯乙烯生产视频监控系统的总体实现步骤归纳如下：

（1）应用程序启动，读取系统配置信息。

（2）初始化采集卡通道信息：① 设置采集卡制式；② 初始化板卡芯片；③ 配置通道参数；④ 注册监控流回调函数。

（3）为监控通道创建线程，并初始化线程信息，启动线程。

（4）初始化监控通道，并开始捕获图像流。

（5）当捕获到视频图像时，自动调用回调函数，并在回调函数中获取到对应的通道和线程信息。

（6）唤醒通道对应的处理线程：① 进行图像颜色空间转换，将视频图像转换为灰度图；② 如果开启了画面显示，则向显示主界面发送信号，通过主界面线程显示监控视频图像；③ 如果当前监控通道开启了视频录制，则通过视频录制线程记录并存储当前监控通道的视频，其实现流程如图2所示；④ 如果当前监控通道开启了视频监控，则通过视频监控线程获取生产模头的视频图像，并进行掉条的实时识别与自动报警，其实现流程如图3所示。

5 结束语

针对石油化工企业聚苯乙烯生产环境与生产过程的实时监控需求，深入研究聚苯乙烯生产监控的关键技术，提出一个聚苯乙烯安全生产视频监控系统的功能设计及实现方案。该系统在不需要增加额外硬件投入的前提下，使用现有的监控设备，通过对监控视频图像的实时处理与分析，实现聚苯乙烯生产模头掉条的智能识别、实时报警及视频自动录制，具有良好的应用价值。

[1]郑为贵,刘敬彪,蔡文郁.基于视频采集的煤矿安全生产视频监控系统的研制[J].计算机测量与控制(自然科学版),2008,16(11)：1608-1611.

[2]任志远,靳洋,王东平等.数字化视频监控系统在铜坑矿安全生产中的应用[J].采矿技术,2009,9(05)：37-39+154.

[3]申江庆.在煤矿安全生产中应用数字视频监控系统的探讨[J].煤,2008,17(02)：66-67+83.

[4]张勇.网络数字视频监控系统在矿井安全生产中的应用[J].煤炭工程,2003(07)：74-77.

[5]陈兆骅.CDMA无线视频监控系统及在电力生产中的应用[J].才智,2009(08)：123.

[6]张浩,曾青.综合视频监控调度系统在石化行业安全生产管理中的应用[J].数字石油和化工,2007(5)：12-15.

[7]王晓东.生产企业视频监控系统的有效实现[J].视点,2008(08)：59-60.

作者单位 广东海洋大学数学与计算机学院 广东省湛江市 524088