Обработка изображений в охранных системах территориально-распределенной нефтедобывающей компании
Номер журнала:
Информационные технологии (ИТ) являются эффективным инструментом для решения часто повторяющихся задач по заранее известному алгоритму. Соответственно этому подразделения ИТ – это сервисные службы, позволяющие специалисту в предметной области решать поставленную перед ним задачу в более короткие сроки, не допуская при этом ошибок при элементарных расчетах.
| Гараев Р.М., начальник управления информационных технологий ОАО «Белкамнефть» |
| Сайфуллин Р.Г., инженер-электроник группы по обслуживанию спецоборудования ОАО «Белкамнефть» |
В соответствии с «Методическими рекомендациями по проверке защищенности опасных производственных объектов от террористических актов» (утвержденными Приказом Федерального горного и промышленного надзора от 28 марта 2001 года N 36) установка систем видеонаблюдения с записью информации на магнитные или электронные носители является одним из важнейших мероприятий по обеспечению противоаварийной устойчивости опасных производственных объектов.
В этой статье рассмотрим проблемы обработки изображений в системах видеонаблюдения для территориально-распределенных хозяйствующих субъектов.
Безопасная цифра
Нефтедобывающая компания – это территориально распределенная организация, эксплуатирующая большое количество опасных производственных объектов. На каждом объекте имеется обслуживающий персонал, который контролирует или, по крайней мере, должен контролировать текущую деятельность объекта. Но человек – это самое ненадежное звено в технологической цепочке. В зависимости от объективных и субъективных факторов количество ошибочных решений колеблется от тысячных (и даже менее) долей процента до одного процента. Увеличение процента ошибок выше указанного значения говорит либо о неудачности принятого технического решения, либо о высоком влиянии человеческого фактора. Последнее может быть обусловлено усталостью персонала, низким уровнем профессиональной подготовки специалистов, недостаточной технической оснащенностью. Достижение меньшего процента ошибок возможно при применении технических средств, устраняющих монотонные, часто повторяющиеся операции, поддающиеся алгоритмизации.
Типичный опасный производственный объект в нефтедобывающей компании это установки сбора, предварительной подготовки, транспортировки нефти. На объекте могут проводиться одновременно несколько потенциально опасных действий. Например, слив (налив) нефти (нефтесодержащей жидкости) из нефтевозов, строительно-монтажные и огневые работы, присутствие посторонних, в том числе и несанкционированных лиц. Охранные службы могут не зафиксировать какое-либо действие или бездействие, которое может привести к инциденту или аварии. Эта проблема усугубляется малой численностью охранных служб или их недоукомплектованностью. Нередки случаи, когда в охране и контроле деятельности на объекте, площадью до нескольких квадратных километров, задействованы два или даже один охранник. В этом случае есть смысл использования дополнительных технических средств, в том числе средств получения, обработки и представления визуальной информации.
Мегапиксель – инструкция по применению
По своей сути, изображение для человека – это аналоговая (непрерывно меняющаяся) информация, характеризующаяся такими параметрами, как цвет, яркость, контрастность. Но с развитием цифровых технологий область применения аналоговых устройств для обработки изображений постепенно сужается. На их долю остаются совсем уж экзотических явления – такие как полет пули или движение элементарных частиц. Цифровые устройства получения, передачи, обработки изображения как в быту, так и на производстве прочно завоевали свои позиции.
С точки зрения современных цифровых технологий, видеоинформация – это набор последовательно изменяющихся во времени оцифрованных изображений. В свою очередь, статическое изображение – это не что иное, как двумерная матрица, каждый объект которой (пиксель) содержит информацию о цвете и яркости отдельной точки. Размерность матрицы регистрирующего устройства определяется количеством мегапикселей.
Существует достаточно много аналитических статей, где подробно обсуждается максимально требуемый размер матрицы изображения, превышение которого не дает никакого эффекта [1], особенно с точки зрения коммерческой ценности. Тем не менее, размер матрицы цифрового фотоаппарата или видеокамеры будет расти в соответствии с законом Мура [2], утверждающим, что количество транзисторов на единицу площади микросхемы увеличивается в два раза каждые два года.
Подтверждает этот тезис рекламный слоган производителей цифровой техники, сообщающих о фантастических мегапикселях – транзисторов с точки зрения закона Мура.
К сожалению, так называемый технический прогресс утратил связь с действительными потребностями предприятий и превратился в элемент маркетинговой стратегии. В силу физиологических особенностей человеческого глаза дальнейшее увеличение размеров матрицы может быть полезно только лишь для специфических художественных изысков. В действительности же 4-5 мегапикселей достаточно для снимков, отпечатанных в формате 10-15 сантиметров [1], и избыточно для осуществления видеонаблюдения на производственных объектах. Необходимо отметить, что один из самых удачных цифровых снимков автора, с точки зрения коммерческой ценности, был выполнен на разрешении всего 2 мегапикселя.
Более того, само по себе количество мегапикселей не является гарантией высокого качества получаемого видеоизображения. Очень большую роль играют оптические свойства объектива регистрирующего устройства. Но прогресс, а вернее, производителей цифровой техники не остановить. В ближайшее время появятся матрицы с разрешением в несколько десятков и более мегапикселей. Остается один путь — использовать навязанный технический прогресс в благих целях. Пользователям в предметной области, например, специалистам в промышленной безопасности следует пересмотреть традиционные представления об использовании информационных технологий при работе с оцифрованными изображениями. Один из вариантов – это регистрация каждой точки изображения в нескольких пикселях с отдельным микро (нано) объективом. Объектив, фактически состоящий из десятков миллионов нанообъективов, позволит регистрировать как рисунок сетчатки глаза посетителя, регистрационный номер автомобиля, так и какие-либо действия на значительном удалении от средства регистрации информации без замены оборудования. Пользователь при просмотре выделяет важную часть полученного изображения путем подбора данных от различных нанообъективов и получает резкое изображение.
Сжатие, транспортировка и хранение информации
Для территориально-распределенного предприятия ключевую роль имеет организация передачи и хранения данных. Пропускная способность каналов связи за последние десять – пятнадцать лет выросла на 4-5 порядков. Аналогично выросла емкость устройств хранения. Уже сегодня экономически обосновано хранение видеоинформации по объекту наблюдения за несколько месяцев и даже лет. Нет причин, отменяющих этот рост и в дальнейшем. Можно сказать, что технические средства сегодня опережают потребности пользователей в обработке информации.
Тем не менее, возникает потребность в эффективном сжатии видеоизображений, которое позволяет сохранить полезную информацию. Современные математические методы сжатия информации позволяют получать как отдельные изображения в меньшем объеме сохраненной информации, с возможностью восстановления всей исходной картинки (сжатие 90-30%), так и последовательность изображений для создания видеоролика (аналогичный процент сжатия). Всем известны как качественные DVD-фильмы, объемом несколько Гбайт, так и фильмы с худшим видеоизображением по несколько штук на таком же диске n in 1. где n=2,3,…9 и более. Неприхотливому зрителю, при просмотре такого рода видеоряда информации вполне достаточно. Но алгоритмы сжатия, используемые в кинематографе, вещательном телевидении, не являются оптимальными для охранных систем видеонаблюдения и видеоконтроля.
В последнее время широкое распространение получили алгоритмы сжатия видеопотока, основанные на математической модели, используемой в Wavelet-преобразовании. Они позволяют сжимать цифровую видеоинформацию в режиме реального времени в двадцать и более раз и настраивать коэффициент сжатия, исходя из степени важности каждого видеоканала, общего количества информации, подлежащей сохранению, размера свободного дискового пространства и пропускной способности каналов передачи данных.
Система видеонаблюдения в ОАО «Белкамнефть»
Рассмотрим системы видеонаблюдения, уже используемые в ОАО «Белкамнефть». Цифровые видеосистемы класса Инспектор+ [3], VideoNet [4], CVS_NT [5] размещены на территориально обособленных объектах. «Инспектор+» имеет высокие параметры по скорости обработки видеоматериала и по возможностям интеграции с информационными системами предприятия. Тип компрессии данных – Delta-Wavelet.
Цифровые видеосистемы состоят из видеокамер, контроллера и сервера видеоизображений, рабочих мест администраторов сети видеонаблюдения и рабочих мест пользователей. Количество видеокамер на типовом объекте от трех до нескольких десятков. Пользователями являются как работники охраны, так и контролирующие их лица. Основной объем информации обрабатывается в пределах одной подсети предприятия. Магистральные каналы связи при этом не задействованы. Имеется связь с охранными системами, регистрирующими как наличие движения, так и конкретные показатели движения, например, регистрационные номера автотранспорта.
Для мониторинга состояния удаленного объекта ряду пользователей разрешен выборочный доступ к системам видеонаблюдения на других объектах. При этом задействованы магистральные каналы связи как предприятия, так и арендованные.
Видеоконтроль и видеонаблюдение – очень эффективная функция, резко повышающая исполнительскую дисциплину работников предприятия. К сожалению, используемая не в полном объеме, в связи с отсутствием широкополосных каналов связи в требуемых точках Удмуртии. Но это временные затруднения, карта покрытия средствами широкополосной цифровой связи все время увеличивается.
В качестве альтернативной меры используются видеосистемы на базе GSM-каналов передачи данных [6]. Преимущества этих систем в мобильности установки, достаточно большой зоне покрытия GSM-операторами, практически по всей Удмуртии. Недостатки: слабая защищенность от климатических воздействий, пока небольшая пропускная способность для получения качественных изображений. Идеально подходят для мониторинга карты рабочего времени сотрудников, выполнения ими требований охраны труда и промышленной безопасности.
Литература
1. А.В.Шеклеин. 7 ловушек цифровой фотографии. Фотокурьер №7, 2006.
http://i2r.rusfund.ru/static/469/out_23421.shtml
2. From Moore’s Law to Intel Innovation—Prediction to Reality. Technology@Intel Magazine, April, 2005.
http://www.intel.com/technology/magazine/silicon/moores-law-0405.pdf
3. Охранный аппаратно программный комплекс Inspector + Ver. 3.9 Руководство пользователя. 2005. М.
http://www.iss.ru/upload/documentation/user_guide_inspector+.pdf
4. Videonet – неизменный лидер рынка систем безопасности. Журнал «Алгоритм безопасности», №6, 2005.
http://www.videonet.ru/
5. Технические характеристики систем CVS.
http://www.cvsnt.ru/soft_doc/th.pdf
6. GSM. Video. Все о мобильном видеонаблюдении.
http://www.gsm-video.ru/
