段远杰
(4806 工厂军械修理厂 浙江省宁波市 315834)
随着电子信息技术的发展,视频监控技术日益成熟,为实现对空间环境的实时记录,视频监控系统在交通安全、工业生产、日常生活等不同领域得到了广泛应用。基于视频监控系统设计与工作特点,其发生故障的频率较高,且故障类型较为复杂,因此,针对一些较为常见的故障,工程师应能够根据故障现象准确、快速定位,并采取正确的维修方法使视频监控系统恢复正常。
视频监控系统是指基于图像/视频拍摄、数据存储或传输、自动控制、图形图像处理、人工智能等技术所构建的电子信息系统,其能够对特定环境在一段时间内发生的情况进行记录和回放[1]。视频监控系统发展经历了三个阶段,即傻瓜式监控阶段、自动化监控阶段和智能化监控阶段,傻瓜式监控阶段的系统功能较为单一,仅可以实现固定方位的图像/视频本地存储;自动化监控阶段是增加了云平台等自动控制技术后,可实现对监控系统的远程控制;智能化监控阶段的系统功能更加丰富,尤其是增加了后台信息处理单元和人工智能软件等,可满足更加广泛的场景需求。
目前,视频监控系统的构成主要包括三个部分,即信息综合处理单元、信息传输单元、信息获取单元,其拓扑结构如图1所示。
信息综合处理单元包括硬件和软件两个方面,硬件主要包括信息显示终端、服务器、解码器、网络存储器等(如图1所示),其中,服务器又分为视频管理服务器、数据管理服务器和媒体交换服务器(或网络服务器)等。软件则是指用于处理管理视频信息和系统状态的各种后台工具,其功能主要包括视频信息的移动、删除、复制等,以及对视频监控系统硬件状态的控制。
图1:视频监控系统拓扑图
信息传输单元包括本地信息传输网络、无线传输网络和交换机、路由器等,且根据视频监控系统工作环境不同,部分信息传输单元还包括卫星传输模块。这里需要注意的是,信息传输单元作为视频监控系统的中间部分,其承担着图像/视频传输的重要任务,因此,在该单元设计中信息安全模块也必不可少。
信息获取单元由各种类型的图像/视频采集设备组成,以及为保证所采集信息在信息传输单元的正常传输而增加的编码器,该编码器与信息综合处理单元解码器可实现对所传信息的编解码。[2]在视频监控系统设计中,基于信息获取单元还包括伺服控制模块、自动报警模块等,信息综合处理单元可通过本地、远程等多种方式对相关模块进行控制,从而丰富视频监控系统功能构成。
视频监控系统构成较为复杂,在实际使用过程中需要24 小时连续工作,这导致其发生各种故障的概率较高,这对视频监控系统维修工程师的故障定位能力和维修水平有着较高要求。以下对视频监控系统较为常见的故障进行了总结,并提供了具有可参考性的维修方法。
数字存储设备为视频监控系统信息综合处理单元和本地存储模块的重要组成部分,相比较传统硬盘存储设备来说,该存储设备数字化程度更高,存储空间更大。在实际使用过程中,数字存储设备故障率较以往有所下降,但故障类型更加多样,且定位难度较大[3]。以海康16 路SDI 数字硬盘录像机为例,其能够满足不同图像/视频信号的多路存储需求(如图2所示),该数字硬盘录像机能够支持多路信号回放,但由于其采取了单卡或多卡(高速摄录需求)的硬体设计,因此,在实际使用过程中所发生的故障类型也有着一定的差异,在维修过程中所适用的方法也有所不同。
图2:视频监控系统接口
3.1.1 系统启动故障
在某些情况下,数字存储设备无法启动、频繁重启,若不及时进行处理,该故障将直接影响启动模块寿命,甚至直接损坏设备。在对此类故障进行分析后发现,不同现象所对应的故障原因有着明显区别,具体如表1所示。
表1:数字存储设备系统启动故障分析
除以上两种较为常见的现象外,系统启动故障还可能会表现为数字存储设备异常报警,该故障则主要是由于存储设备主板状态下降导致,也存在因为部分用户在实际使用过程中连接非标设备导致板件故障的情况。针对此类故障,需要对主板进行外观检查,确认相关敏感元器件是否存在烧蚀、漏液等问题,并更换主板进行测试。
3.1.2 视频输出故障
视频监控系统视频输出故障多由数字存储设备引起,由于多路视频输出模块设计的复杂性,以及其信号抗干扰性差等问题,这增加了视频输出故障概率。在对以往故障经验进行总结的情况下,因数字存储设备导致的视频输出故障情况如表2所示。
表2:数字存储设备视频输出故障分析
若视频监控系统在正常使用情况下出现视频输出故障,在排除以上故障的情况下,则可能是由于数字存储设备内部板卡出现松动导致[4]。在检查内部板卡时,需要对板卡外观进行检查,确保板卡外观无明显异常,并对相关电子板卡进行固定。
视频监控系统的远程控制功能可实现对关联设备工作状态的集中管理,因此,远程控制故障不仅会影响对特定空间环境状态的记录,同时也会降低工作效率。[5]远程控制功能涉及单元模块较多,在实际故障定位和维修方面存在一定困难。
矩阵键盘切换图像无反应:
作为一种较为常见的远程控制故障,操作人员无法通过矩阵键盘对显示器所显示画面进行切换的情况下,相关问题主要为线缆连接、地址码匹配等问题,因此,维修人员需要按照以下步骤进行故障定位。
第一步,检查矩阵键盘供电情况。矩阵键盘属于有源设备,在正常供电的情况下才能够发出相关控制命令。所以,维修人员应当检查供电端子电压是否正常,以及端子接插部分有无松动情况。在实际检测过程中,需要采取示波器对电压的持续性和稳定性进行明确,尤其是存在外部干扰的情况下,小信号的稳定性将明显下降,若存在这一问题,则需要采取必要的抗干扰措施。
第二步,检查矩阵键盘内部接插件及线缆连接情况。矩阵键盘使用频率相对较高,在实际使用过程中经常出现接插件及线缆脱落的情况,并因此导致矩阵键盘操作功能失效。由于矩阵键盘内部接插件及线缆连接较为复杂,线缆脱落可通过目视进行定位,而元器件虚焊等导致的接插件连接问题则更加隐蔽,建议通过单点检测或功能检测等方式进行故障精准定位,并对虚焊部位进行修复即可解决该故障,否则,需要更换对应电子元器件。
第三步,检查矩阵键盘地址码配置情况。对与通过I/O接口方式进行数据传输的矩阵键盘,为保证矩阵键盘对目标设备控制的有效管理,在系统设计中对矩阵键盘地址进行编码,这在多个控制终端的视频监控系统中较为常见。在键盘供电、内部元器件及连接线缆正常的情况下,故障多为系统内部地址码文件更新或损坏导致,维修人员需要恢复该文件中对应矩阵键盘的地址编码,系统重启后故障将消除。
矩阵键盘失效情况出现概率较高,在实际处理过程中,为提高维修效率,建议维修人员提前准备功能正常的备件。在更换备件后若故障依然存在,则基本判定为地址码匹配故障,若故障消失,则可以将存在故障的原件带回维修。
视频监控系统采用了本地通信与远程通信两种机制,其网络通信系统架构如图3所示,因此,这使得视频监控系统通信网络故障类型较为复杂,在进行故障定位时需要区分故障范围,从而提高维修速度。[6]结合早期视频监控系统故障处理经验,常见故障为交换机故障通信编码开关设置错误、服务器故障等。
图3:视频监控系统传输网络
3.3.1 交换机故障
交换机是视频监控系统通信功能体系构建的重要硬件之一,由交换机导致的通信网络故障则主要表现为视频信号传输中断、视频传输延迟明显、视频传输质量下降等。基于不同故障现象,可以按照系统、软件和硬件的流程进行排查和维修。
(1)排除系统故障。由于交换机的特殊工作原理,目前,大多数交换机仅配置了具有一定容量限制的存储模块,若存储模块数据超容,则会导致系统稳定性明显下降,故障率明显增加。对于此类故障,需要定期进行系统维护或更新,建议通过制造商指定链接下载系统文件进行修复。
(2)排除软件故障。在监控系统扩容或维修过程中,需要对发生变化的设备或单元进行重新配置,而软件配置错误也会导致交换机无法正常工作,如IP 冲突、VLAN 分配错误、端口开放权限错误等,在无法准确定位配置故障的情况下,需要进行系统重置,并根据系统实际PIN 操作返回信息完成软件配置。
(3)排除硬件故障。在进行系统PIN 操作时,可以发现部分硬件故障,而硬件故障也是交换机故障中出现几率最高的故障类型,如端口故障、线路故障。针对端口故障,主要表现为光纤端口、RJ-45 端口出现损坏,修复端口即可恢复正常。[7]而线路故障的排查难度较大,尤其在远距离传输的情况下,仅能够通过短路法、排除法等进行定位,并且,针对光纤连接中因传输线交错连接导致的网络环路问题也要引起注意(如图4所示)。
图4:交换机光纤网络环路故障
3.3.2 通信编码开关设置错误
水下清淤技术是在清淤船上安装必需设备,然后将管道放置到需要清淤的位置,开动机器设备,将河道中的淤泥予以清除和处理。水下清淤方式主要包括抓斗式、绞吸式和水上挖掘机清淤等。
网络系统内部通信功能的实现需要完善且匹配的通信协议,在系统正常工作状态下通信协议设置问题一般不会发生变化,该问题多出现在部分设备更换之后,且不会大规模出现。由于通信协议多通过通信编码开关进行设置,在编码开关设置错误时将导致通信数据无法正常传输,因此,通过检查对应链路或关联设备通信编码开关位置既可以解决该问题。
以较为常见的自编码枪式云控一体摄录系统为例,此类设备可通过控制拨码开关对通信协议进行设置,从而满足不同控制系统的通信要求(如表3所示),拨码开关的OFF和ON 分别代表0 和1。在进行拨码设置时,维修人员需要对设备进行断电操作,
表3:某视频监视系统解码器拨码对照表
根据表3 种不同品牌的解码器拨码开关位置可以看出,部分品牌之间的通信协议相同,因此,在维修过程中,需要在更换终端设备后对相关设备通信协议进行比对,若通信协议不同,则需要按照解码器拨码开关位置进行调整。这里需要注意的是,通信协议拨码开关设置与地址拨码开关设置应同时进行检查,并能够准确区分以上两种拨码开关。
3.3.3 服务器故障
目前,视频监控系统的智能化程度不断提高,可实现无人值守下的24 小时不间断工作,视频监控系统的网络可靠性不仅需要底层通信协议和畅通的网络作为支撑,还对服务器的稳定性和可靠性提出了较高要求。根据服务器的具体分类,相关故障现象及维修策略如表4。
表4:服务器故障分析
一般情况下,服务器出现故障的可能性较低,对与独立视频监视系统,由于不主动接入外网,所以,在导入/导出文件时,需要严格执行接入介质检查。若需要接入外网,则可以通过科学的防护隔离手段保证网络安全。
对于大规模视频监控系统来说,其摄录终端数量较多,在实际使用过程中设备故障较为集中。针对不同类型摄录设备,相关故障类型也有着一定差异,具体包括以下几种。
3.4.1 云控一体摄录机变压器故障
目前,大多数视频监控系统都采用了可进行方位、仰角控制的云控一体摄录设机,此类摄录机可以根据实际需要进行方位和仰角的调整,即传统摄录机与云控平台的系统集成。由于云控功能的加入,导致系统工作电流不稳定,变压器损坏情况普遍存在,具体故障现象、定位及维修如下。
云控一体机变压器故障现象主要表现为无法对控制信号无任何反应,或者是命令执行不到位,甚至在执行过程中视频信号存在严重频闪等[8]。在出现此类情况时,则需要立即切断该路云控一体摄录机供电单元(若伺服单元单独供电,应切断伺服供电线路),为保证维修过程中的人员安全,禁止带电操作。在故障定位过程中可以发现,存在问题的变压器外壳及接线部位会有不同程度等烧蚀痕迹,导致这一问题的主要原因是由于变压器质量较差或状态下降导致输出功率超出额定功率导致,尤其是对于采用交流信号的伺服云控平台,在方位、仰角持续变化的情况下,因电磁感应原理变压器内部温度持续升高,温度与电阻率关系公式如下:
其中,ρt是温度为t 时的电阻率,ρ0为温度为0 时的电阻率,a 为电阻温度系数。
这里以多级变压器为例,其内部结构如图5所示。
图5:多级变压器设计
图5 中采用了较为常见的多级调压电路,A、B 调压电路主要适用于电压控制逻辑简单的场景,云控一体摄录设备的伺服电机控制电压恒定,因此,此类变压器的适用性较高,且故障率偏低。随着温度的升高,变压器内部线圈所产生的阻抗变化情况根据公式(1)可知在不断增加,输出电流减小,而温度对变压器内部铁芯的磁导率将随之发生变化,在低于居里温度时,变压器铁芯磁导率与温度变化成正比关系,并在居里温度点达到磁导率的最大值。并且,磁导率的降低同时造成漏磁增加,输出端电压下降后的输出功率降低,线圈自身功耗随之增加,温度上升速度加快,最终导致绝缘设计失效,变压器停止工作。
针对这一故障,应首先检查云控平台是否存在卡滞,在排除电机、机械传动故障的情况下,对电源模块中的变压器进行绝缘性能检测,若变压器绝缘性能良好,则意味着变压器并为发生击穿现象,可能存在传输线路连接故障,否则,需要更换可靠性更高的变压器,并对电源模块散热系统进行改进,尤其是户外环境下的往复式云控一体摄录设备,应选择磁芯材料居里温度较高的变压器,并定期更换变压器,减少因变压器温度升高或烧蚀对其它电路带来的影响。
3.4.2 摄录机镜头焦距控制故障
视频监控系统的画面来自于摄录机,为保证不同距离目标的画面清晰程度,则需要调整焦距,焦距控制故障将对视频监控画面质量产生严重影响[9]。焦距控制是由微型电机实现,通过信号处理板对控制信号进行处理后,微型电机则执行正、反向焦距调节,针对微型电机的技术特点与功能实现方式,结合图6所示单向交流无刷电机的具体案例,摄录机镜头焦距控制故障的定位、维修过程大致如下。
图6:单向交流无刷电机内部控制电路
第一步,确定低速微型电机机械状态。通过目视检查低速微型电机、焦距控制模块外观,排除因灰尘等异物导致的机械卡滞现象。同时,对低速微型电机与机械传动系统之间的连接状态进行检查,避免机械传动部件之间脱离。
第二步,检查低速微型电机电路部分。微型机械电机控制部分可分为正向和反向控制,在确定收到控制信号的情况下,是否存在单向信号消失或双向信号消失的情况,即检测A1、A2、A3、A4 点位电压,在确定接地正常后,使用示波器进一步排除Q1、Q2 半周期交流同步性信号故障,将故障定位在场效应管和低速微型电机,根据实际检测结果更换对应器件即可。
由于低速微型电机信号处理板较小,且各电子元器件之间距离较近,在更换场效应管时需要注意焊接温度和时间,避免损伤其它电子元器件。在更换低速微型电机后,需要对低速微型电机进行复位,检查持续工作状态下的机械传统效果和稳定性。在现场条件允许的情况下,检测过载电流大小,若存在过载电流峰值较大的情况,建议采用自恢复保险建立更加可靠的过载保护机制。
电子信息技术的发展推动了视频监视系统在各领域的广泛应用,其智能化、自动化、信息化水平较以往明显提升。针对以上所提及的相关常见故障类型和现象,将随着视频监视系统的技术优化得到不同程度的解决,而视频监控系统故障定位及维修技术对解决其他电子信息系统类似故障方面也将具有一定参考价值。