Системы видеонаблюдения – это просто! Часть 1. [БДИ №1, 2001]

© [БДИ №1, 2001, www.bdi.spb.ru]

В третьем номере журнала «БДИ» за 1999 год мы подробно рассмотрели вопрос передачи видеосигнала по витой паре на большие расстояния; в №4 за тот же год освещался вопрос организации управления. Вся система строится на едином магистральном кабеле (ТППэп Nx2xO,5(0,4)). В №4/2000 описывалась организация нескольких постов для одной системы с полным или ограниченным набором функций, рассматривался матричный коммутатор в качестве системного.

Рассмотренные структуры построения систем приобретают в настоящее время все большую популярность. Например, многие монтажные организации, не желая иметь в перспективе борьбу с помехами, передают сигнал по витой паре на 100, а то и на 50 метров.
Чтобы предложенные концепции «не повисли в воздухе», а также с целью оказания помощи монтажным организациям в самостоятельном проектировании систем, в грамотном поиске оптимальных решений, родилась идея проиллюстрировать практическое применение всех рассмотренных тем конкретным примером.

Цель настоящей статьи – максимально наглядно показать ход рассуждений при поиске оптимального решения проектирования и построения систем, сделать этот процесс понятным всему кругу заинтересованных лиц, участвующих в договоре, и в обязательном порядке – заказчику. Поэтому иллюстрировать изложение будем абсолютно не Тестированными схемами, так как, поверьте, в кругу заинтересованных встречаются лица, которые не знают, что такое последовательное включение в цепь.

Просьба не рассматривать изложенное ниже как готовый проект. Это -последовательный ход рассуждений, в результате чего рождается решение. А найденное решение по именно Вашему объекту Вы оформите в собственный проект в соответствии с требованиями Вашего заказчика. Не исключено, что Вы сами, являясь конечным потребителем, в состоянии самостоятельно спроектировать и смонтировать систему. Оказывается, ничего в этом особо сложного нет.

Итак, рассматривается совершенно реальный объект с совершенно реальными задачами, поставленными реальным заказчиком. Это – нефтеперегонный завод в Западной Сибири. На рис.1 представлена принципиальная схема объекта. По периметру завод обнесен сплошным забором. Размеры периметра 350 х 400 метров. Объект небольшой, но для объекта с периметром 1500 х 1500 метров рассуждения были бы аналогичными. Существует проходная-въезд. Для целей охраны необходимо обеспечить визуальный контроль и запись видеоинформации внешней территории вдоль линии забора и зоны, прилегающей к проходной-въезду. Необходимо обеспечить возможность одновременного визуального контроля всей общей зоны безопасности (на схеме показана серым цветом) и видеозапись всех событий в этой зоне.

Кроме того, есть необходимость контроля технологических процессов с возможностью детального просмотра изображений. Зоны технологического контроля показаны на схеме желтым цветом. Предусматривается одновременное наблюдение только за одним объектом. Необходимости в видеозаписи нет.

На объекте необходимо предусмотреть три поста видеонаблюдения:

1. Пост охраны. Персонал охраны должен располагать визуальной информацией от всех камер, контролирующих периметр и зону проходной – въезда. Информация от камер технологического контроля охраны не касается.
2. Пост контроля техпроцесса. Должен располагать видеоинформацией только от камер технологического контроля, управлять этими камерами. Информация от «охранных» камер его не касается.
3. Кабинет директора. Директор хочет (на то он и директор) получать всю информацию от всех камер, управлять камерами, если такие функции предусмотрены, иметь возможность одновременного просмотра изображений от охранных камер.

Территориальное расположение постов показано на рис. 1.

Хотя цель настоящей статьи – показать, прежде всего, решение уже поставленной технической задачи, подразумевая, что таковая уже сформулирована в виде технического задания, все же вкратце остановимся на некоторых типовых моментах.

Один из первых вопросов – сколько камер будет в системе? Сколько и каких их будет в окончательном варианте, до момента начала эксплуатации, как правило, не знает никто (конечно, речь идет о больших объектах с километровыми периметрами). Заказчик, как правило, хочет получить максимум возможностей при минимуме затрат. Далеко не на всех действуют убеждения. Очень многие предпочитают учиться на собственных ошибках. Источником информации клиента могут оказаться художественные фильмы. А клиент всегда прав.

Кроме того, даже если ошибок на первом этапе не было, уже после начала эксплуатации могут выявиться новые необходимые зоны контроля. Не было бы системы, о них, возможно, и не узнали бы.

Ну и, конечно, далеко не каждый в состоянии оплатить сразу все свои желания, поэтому и желания, и деньги распределяются во времени.

Возможно, в будущем заказчик заведомо планирует заменить камеры более совершенными (тоже есть логика, Вы же не покупаете в качестве своей первой бытовой видеокамеры профессиональную аппаратуру за 35 – 40 тыс. долларов).

Другое дело, что структура построения всей системы должна предусматривать все эти моменты, не должна зависеть от конкретного типа камер, позволять наращивать систему до прогнозируемой конфигурации без неоправданных затрат.

На первом этапе наиболее типичен следующий подход.

Поскольку необходима видеозапись от всех охранных видеокамер, очевидно, для их коммутации напрашивается мультиплексор. Наиболее широко применяются 16-ти канальные дуплексные, как правило, с детектором движения. Мультиплексоры на меньшее количество входов применять нецелесообразно, так как большие объекты меньшим количеством камер оснащать не эффективно, а цена двух 8-канальных больше одного 1б-канального. Преимущества дуплексного перед симплексным полностью оправданы разницей в цене. Использование 32-канальных (они практически исчезли с рынка) делает видеоинформацию в режиме мультиэкрана и видеозапись почти не воспринимаемой.

Вот и получается, что стандартный типовой набор для первого этапа – шестнадцать камер и мультиплексор. Если система подразумевает заведомо большее число камер, это число, как правило, кратно 16.

Этот объект исключением не явился, поэтому число охранных камер -16. Камеры стационарные, дабы обеспечить закрытие всего периметра независимо от управляющих действий оператора, полноценно использовать функцию детектора движения в мультиплексоре. Проходная выделена в отдельную зону контроля, т.е. одна из шестнадцати камер «уходит» на проходную. Остальные 15 равномерно распределяются по периметру – в среднем, через 100 метров. И количество камер, и их параметры -это всегда компромисс между «следует сделать» – «хочу иметь» – «в состоянии себе позволить». Полезно иметь мобильный комплект «камера – монитор», чтобы на фазе составления техзадания показать клиенту, что он реально «увидит» с реальных точек установки. Окончательное решение принимать заказчику – ему потом эксплуатировать систему, охранять свой объект.

На технических характеристиках видеокамер останавливаться не будем. Они зависят от конкретного объекта, от условий освещенности, от требований конкретного заказчика, поэтому для Вашего объекта они все равно будут другими.

Контроль технологического процесса заказчик решил осуществлять шестью внешними камерами на поворотных устройствах с 10-кратными трансфокаторами объективов. Тип поворотного устройства, кратность трансфокатора, тип камер никак не влияют на всю структуру будущей системы, это исключительно вопрос необходимой степени идентификации объекта наблюдения, Ваших предпочтений и платежеспособности заказчика. Ориентировочные места установки видеокамер контроля технологических процессов указаны заказчиком и нанесены на план-схему объекта (рис.1).

Выясняем (у заказчика) возможные места прокладки магистральных кабелей. В нашем случае можно прокладывать магистрали вдоль забора; от поста охраны в пост технологического контроля; от поста охраны в кабинет директора. Возможные линии магистралей показаны на рис.1 пунктирными линиями.

Поскольку система является многопостовой (3 поста), необходимо выделить какой-либо пост в качестве центрального. Подробно концепция единого центрального поста изложена в журнале «БДИ» №4/2000 («Многопостовые системы видеонаблюдения»). Исходя из местоположения, возможности установки в дальнейшем дополнительного оборудования, выделения дополнительных площадей для размещения аппаратуры, целесообразным представляется объявить в качестве центрального поста системы пост охраны. Значит, в любом случае, видеосигналы от всех камер должны быть «для начала» переданы без искажений и помех в этот центральный пост.
Так как все посты должны обладать независимыми функциями, в центральном посту необходимо, помимо всего прочего, установить матричный коммутатор.

Для управления камерами контроля техпроцесса необходимо у каждой из этих камер установить телеметрический приемник управления.
В удаленных постах необходимо установить пульты управления.

Начинаем строить систему с фундамента, то есть – с магистральной сети.

Для определения, сколько и каких кабелей необходимо проложить на объекте, проделаем следующее: (см. рис.2)

1. Нанесем на нашу схему с привязкой к местам установки все видеокамеры и приемники телеметрического управления:
   К-видеокамера;
   ПП -приемник телеметрии для управления поворотным устройством и трансфокатором объектива;
   ПКМ – матричный коммутатор;
   ПУ – пульт управления.
2. 0т всех видеокамер вдоль направлений возможных магистралей проведем условные линии видеосигналов по кратчайшему расстоянию в центральный пост. На рисунке линии видеосигналов показаны черными линиями.
3. Нарисуем две линии групповых видеосигналов: матричный коммутатор – пост технологического контроля; матричный коммутатор – кабинет директора (на схеме обозначены зелеными пунктирными линиями).
4. Управление приемниками телеметрии (коммутатор, пульты, приемники управления поворотными устройствами) осуществляется по интерфейсу RS485 . Поэтому все приемники должны быть соединены последовательно. Нарисуем эту линию последовательного соединения по кратчайшему маршруту вдоль возможных магистральных направлений. На схеме эта линия показана красным цветом. Направления эта линия не имеет, приемники могут включаться в нее в любой последовательности, исходя исключительно из удобства коммутации. Единственные ограничения – общая протяженность такой линии не должна превышать 2 км; общее количество приемников на одной линии не должно превышать 16. («БДИ» №4/99). Если какое-либо из этих ограничений не выполняется, необходимо установить в линии повторитель-разветвитель ПРТ, позволяющий организовать 5 дополнительных направлений, каждое протяженностью до 2-х км, содержащее до 15 дополнительных приемников. В нашем случае этого не требуется.

Исходя из специфики объекта (высокий уровень индустриальных помех), протяженностей линий, целесообразности передачи видеосигнала и команд управления в едином магистральном кабеле, будем передавать видеосигналы от каждой камеры по витым парам магистрального кабеля ТППэп с помощью аппаратуры АПВС (см. «БДИ» №3/99).

Таким образом, на нашей схеме (рис.2) каждая линия видеосигнала (черная линия) – это витая пара. Для каждого видеосигнала должна быть выделена своя собственная пара.

Линия телеметрического управления для нормальной устойчивой работы на больших расстояниях (необходимо рассматривать общую длину линии с учетом последовательных соединений) требует витую пару + 1 общий провод. Кабель ТППэп имеет помимо пар один дренажный провод. В качестве общего провода может использоваться любой свободный проводник. Чтобы не запутаться при крос-сировках, в случае отсутствия отдельного дренажного провода будем использовать дополнительную витую пару (второй проводник пары все равно некуда применить).

Теперь на нашем рисунке: черная линия – это витая пара, красная линия – витая пара + дренажный провод или две пары.
В одном магистральном кабеле не следует передавать видеосигналы в противоположных направлениях. Линия управления направления не имеет и может проходить в одном кабеле с видеосигналами любого направления.

Выходной сигнал с матричного коммутатора идет по направлению от центрального поста к технологическому (пунктирная линия). Видеосигналы же от камер технологического контроля идут в противоположном направлении. Значит, на этом участке одним магистральным кабелем не обойтись.

Между центральным постом и кабинетом директора передается только групповой видеосигнал и сигнал управления. Здесь мы со спокойной душой загоняем их в общий магистральный кабель.

Исходя из схемы, образуются пять групп сигналов, которые необходимо объединить в пять магистральных линий. Выбирая в качестве магистрального кабель ТППэп, напомним, что они бывают 5,10, 20, 50…500 – парные.

Каждый видеосигнал (черная линия) – одна пара; линия телеметрического управления (красная линия) – одна пара + общий провод или две пары, если дренажный провод уже использован.

Получаем (рис. 2):

Линия 1 -.магистраль от К9 до К1 -девять пар – кабель ТППэп10х2хО,5

Линия 2 – магистраль от К10 до К16 – семь пар – кабель ТППэп10х2хО,5

Линия 3 – магистраль СА – б видеосигналов и одна линия управления, т.е. 7 пар + общий провод – кабель ТППэп10х2хО,5.
В точках В и С логично произвести подключение «боковых» ответвлений магистрали через кроссы.
Ответвление к камерам К17, К18 – 4 пары и 2 общих провода или 5 пар + 1 общий провод = кабель ТППэп 5x2x0,5.
Рассуждая аналогично, для ответвлений К19 – В; К21Д22 – С; К20 – С получаем искомый кабель ТППэп 5x2x0,5.

Линия 4 – групповой видеосигнал из центрального поста в пост технологического контроля – одна пара – кабель ТППэп 5x2x0,5.

Линия 5 – 2 пары + 1 общий провод – кабель ТППэп 5x2x0,5.

Вся кабельная сеть будущей системы, отвечающей всем изложенным выше требованиям заказчика, представлена на рис.3.

Конечно, включение аппаратуры в магистраль производится обычно не прямо в многопарный кабель, а через некоторую монтажную коробку, обозначенную на схеме, как МК. Обычно, потому что нам приходилось сталкиваться с монтажом, где просто взрезалась изоляция магистрального кабеля, вытаскивалась необходимая пара, подключалась к кодеру АПВС, а место разреза изоляции герметизировалось изолентой. Справедливости ради отметим, что такой «варварский» подход к монтажу никак не сказался на качестве передачи видеосигнала (цветного) и на работе всей системы, имеющей на приемном конце весьма сложную аппаратуру обработки видеоинформации. Мы же будем исходить из «цивилизованного» монтажа.

Монтажные коробки (на них остановимся ниже) следует располагать на магистрали максимально близко к видеокамере, чтобы на отрезке коаксиального кабеля и кабеля питания не «набрать» помеху. Если магистраль проходит в непосредственном контакте с атмосферной средой, все коммутационное оборудование должно располагаться в гермокоробках. Сегодня рынок располагает достаточным многообразием таких изделий, и этот момент не представляет каких-либо реальных трудностей.

Примечание.
Мы не останавливаемся подробно на задаче обеспечения питания. Этот вопрос следует решать в привязке к конкретной системе. Возможно, придется прокладывать питающий кабель вдоль всех магистралей; возможно использование питания на местах. Все зависит от реальных условий на объекте и задач, которые ставятся перед будущей системой. Мы должны проинформировать заказчика о всех достоинствах и недостатках каждого возможного варианта, но не будем ему ничего навязывать, при этом подробно отразим окончательное решение в техническом задании.

Вот мы и спроектировали фундамент нашей будущей системы, изображенный на рис.3.

Полностью сформировался первый самостоятельный этап. Систему уже можно начинать строить. А именно, прокладывать магистральные многопарные кабели в соответствии с намеченной схемой. В местах установки монтажных гермокоробок следует оставлять по 0,7 – 1 метра слабины. Для надежной идентификации конкретной пары необходимо «распушить» кабель ТППэп приблизительно на 0,5 метра.

После того, как магистральные кабели проложены, решен вопрос с питанием, приступаем к установке непосредственно оборудования. Эта задача обычно рещается на объектах в несколько этапов, определяемых исходя из первоочередных задач и экономических возможностей заказчика.