胡际童
中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司,河北省,石家庄市,050031
【摘要】：本文针对火电厂工程中常用的数字和模拟闭路电视监控方案和监控设备进行了详细的论述和方案比较，综合考虑性能和投资，提出火电厂高清数字闭路电视监控方案，为数字化、智慧化火电厂的发展提供了有效的支撑。
【关键词】：火电厂 闭路电视 数字网络
1 概述
闭路电视监控系统(CCTV)是安全技术防范体系的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统。在火力发电厂中闭路电视监控系统主要用于监视工艺设备的运行情况，设备的操作安全，人员安全，事故后帮助进行事故原因分析，是一种非常直观可靠的手段。它可以通过遥控摄像机及其辅助设备(镜头、云台等)直接观看被监视场所的一切情况，可以对监视场所的情况一目了然。同时，电视监控系统还可以与防盗报警系统等其它安全技术防范体系联动运行，使其监控和防范能力更加强大。
2 数字和模拟摄像机对比
闭路电视系统主要由摄像机、录像机、云台、镜头、光端机、视频服务器等部分组成。在监控系统中决定最终清晰度的主要是摄像机，在摄像机的选择中主要有 数字摄像机与模拟摄像机，下面从两种摄像机的原理和效果方面进行一下对比。
数字摄像机：前端多数采用的是百万像素CMOS感光器，由百万像素CMOS将光信号转换成数字信号，然后由DSP进行图像处理与压缩，最后将压缩视频通过网络输出 。
模拟摄像机：前端采用隔行扫描感光器将光信号转换成模拟电信号，接着由DSP进行 A/D转换与色彩处理后，再做D/A转换，最后调制成PAL/NTSC制式电视标准视频信号输出。
从模拟与数字摄像机工作原理对比，模拟摄像机自感光器视频输出后，到达硬盘录像机等后端主机设备，总共要发生3次 模数之间转换，每次转换都会导致画面质量下降。数字摄像机的前端感光器输出为数字信号，后面不发生反复的AD转换，而是直接压缩与处理。
模拟摄像机和数字摄像机的工作原理就决定了两者之间最终输出的图像效果的不同，以下从四个方面加以说明：
第一：传统模拟摄像机原本分辨率就不高，加之要受到反复的A/D转换、电磁传输干扰、隔行扫描、画面的合成反交错等视频损伤的影响，实际到达人眼时已经非常的模糊不清了。数字摄像机采用的是数字信号传输，它将光信号转化为数字信号，然后由DSP进行图像压缩与处理，最后通过网络将数字压缩视频输出。数字摄像机在抗电磁干扰性、逐行扫描、画面分辨率方面都拥有传统模拟摄像机所不能比拟的优势。
第二，传统模拟彩色摄像机采集垂直分辨率，PAL制式下625线，去消隐后575线，最高达到540线左右已经是目前的极限，而数字摄像机最低可达800线以上。并且从分辨率上来看，传统模拟摄像机最高分辨率可以达到40万像素，而数字摄像机可以达到百万级像素以上。
第三，数字摄像机采用的图像扫描模式为逐行扫描，每一帧图像均由电子束顺序一行接着一行连续扫描而成。而传统模拟摄像机的扫描模式则采用隔行扫描，隔行扫描的行扫描频率为逐行扫描时的一半。隔行扫描由于其工作原理所以在应用中拥有诸多缺点，例如产生行间闪烁效应，出现并行现象或出现垂直边沿锯齿化现象等不良效应，并导致整体运动画面清晰度降低。
第四，数字摄像机的色彩可以做到比模拟摄像机更加逼真。模拟视频信号中的亮度信号与色度信号由于占用了相同的频带，在由视频采集芯片做梳状滤波(亮色分离)时，很难将色度与亮度信号彻底分离，导致画面出现杂色斑点与色渗透现象，而数字摄像机色彩更加的逼真、富有层次感、画面饱和度更佳。
经过以上比较数字摄像机从原理和技术水平都领先于模拟摄像机。
3全厂闭路电视监视方案选择
在电厂闭路电视监控系统的方案设计中，不仅要考虑方案效果还要考虑方案的性价比，监控方案还要考虑系统结构、硬件配置等，需要根据具体的需求设计不同的闭路电视监控方案。根据摄像头的选择，网络结构和硬件配置的不同，全厂闭路电视监视方案主要有模拟摄像机+硬盘录像机、数字摄像机+数字网络、模拟摄像机+数字网络方案，以下通过对三种方案的特点、核心技术、架构造价等方面进行比较列举了各个方案优缺点。
3.1 模拟摄像机+硬盘录像机方案
方案特点：前端采用模拟摄像机，通过视频线传输到控制室DVR设备，转换为（视频）数字网络信号，采用TCP/IP协议在网络中进行传输，视频分散存储在DVR设备中。
方案的核心：DVR设备稳定性和摄像机的技术较为完善、稳定可靠性 、各厂商硬件兼容性好。
硬件设备选型：模拟摄像机、DVR数字主机是要点，决定系统清晰度，也是决定整个系统造价主要因素之一。
系统架构设计：主要是视频编码器和交换机的层级设计，决定整个系统图像速率。
系统造价：此方案造价约6千/点。
方案优缺点：
缺点：模拟图像信号传输干扰大，图像清晰度不高，图像调用不方便。
优点：市场上产品较多，国产化程度高，设备价格便宜，方案造价低。
结论：此方案图像质量差，传输过程非常容易受干扰，系统结构复杂，维护成本和故障率高，正逐渐处于被淘汰的境地。
3.2 数字摄像机+数字网络方案
方案特点：前端采用数字网络摄像机，直接输出（视频）数字信号，采用TCP/IP协议直接在数字网络中进行传输，大大简化了系统结构，扩容和修改方便。
方案的核心：功能模块的完善、稳定可靠性 、各厂商硬件兼容性好。
硬件设备选型：网络IP摄像机、交换机和存储设备是要点，决定系统清晰度，也是决定整个系统造价主要因素。
系统架构设计：主要是交换机的层级设计，决定整个系统图像速率。
系统造价：最低（D1）可达8千/点，如采用标清（720P）可达1万/点，全高清（1080P）则可达1.5万/点。
方案优缺点：
缺点：需要选择数字网络摄像机随清晰度的提高价格也会提高，方案造价较高。
优点：图像清晰度高，图像调用方便，扩展和使用方便。
结论：本方案的图像清晰度高，系统结构简单灵活，兼容性强，是未来发电厂全厂监控系统的发展方向，结合工程经验和电厂的需求，最终采用数字摄像机+数字网络的“高清数字网络闭路电视监控方案”，提高了所有场合的图像质量，保证了系统的灵活可靠。
3.3 模拟摄像机+数字网络方案
方案特点：前端采用模拟摄像机，通过视频编码器转换为（视频）数字网络信号，采用TCP/IP协议在网络中进行传输。
方案的核心：“系统软件管理平台”功能模块的完善、稳定可靠性 、各厂商硬件兼容性好。
硬件设备选型：模拟摄像机、视频编码器、交换机和存储设备是要点，决定系统清晰度，也是决定整个系统造价主要因素之一。
系统架构设计：主要是视频编码器和交换机的层级设计，决定整个系统图像速率。
系统造价：此方案造价约6千/点。
方案优缺点：
缺点：采用模拟摄像机达不到高清的效果。
优点：图像清晰度适一般，方案造价适中，图像调用方便，扩展和使用方便，可以通过将摄像机改为数字摄像机升级为全数字方案。
综上所述，虽然数字摄像机+数字网络方案虽然价格略高，但是此方案图像清晰度高，图像调用方便，扩展和使用方便，更重要的是，高清数字闭路监视系统能为人脸识别、图像分析等更多的数字影像应用技术提供支撑，可以拓展出更多的应用，综合性价比最佳，符合数字化电厂的发展趋势。
4结论
本文通过论述闭路电视系统在发电厂应用的意义、主要设备的组成参数、数字和模拟摄像机对比、以及对国内火力发电厂工程中常用的几种闭路电视监控方案进行了比较，随着数字摄像机技术的逐步成熟及设备重要电子设备成本下降，数字摄像机价格在逐年下降且百万级以上高清摄像机成为主流产品。高清数字摄像机的价格和模拟摄像机的价格在逐步拉近，模拟摄像机终将被数字摄像机取代。因此，站在前瞻性的角度，提出火电厂高清数字闭路电视监控方案，以求最大提高闭路电视监控系统的运行使用效率，并减少后期维护工作量，为数字化、智慧化火电厂的发展提供了有效的支撑。