Результат интеллектуальной деятельности: Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к средствам видеонаблюдения, предназначенным для обнаружения и идентификации нарушителя, проникающего через зону обнаружения протяженного рубежа охраны и вызвавшего срабатывания средств обнаружения.

Общеизвестны способы видеонаблюдения охраняемой территории, в которых традиционно используются видеокамеры, расположенные в местах (пунктах) контроля и передающие видеоинформацию через магистрали связи на центральный пульт контроля оператора. Принятая видеоинформация непрерывно отображается на экране монитора и записывается в устройстве архивирования. Для просмотра видеоизображений от нескольких видеокамер используются несколько мониторов, или один монитор с возможностью переключения (мультиплексирования) видеоизображений на него от разных видеокамер. В качестве магистралей связи обычно используют коаксиальные кабели при передаче видеосигнала в аналоговом виде или проводные линии связи для передачи видеоинформации в цифровом виде с использованием интерфейсов связи (например, Ethernet). В качестве примера реализации таких способов видеонаблюдения можно привести устройства и системы, описанные в патентах US №4511886, 6646675, 6084631, RU №2250503.

При большом количестве видеокамер, установленных на протяженных (до 60 км и более) объектах охраны, таких, как рубежи Государственной границы РФ, магистральные трубопроводы и железные дороги, традиционные способы видеонаблюдения становятся неприемлемыми из-за сложности, большого объема и дороговизны используемого оборудования и кабельных линий связи, а также из-за рутинной работы операторов, на которых ложится большая работа по обнаружению и идентификации нарушителя в огромных массивах видеоинформации. Функциональная надежность таких систем по обнаружению и идентификации нарушителя недопустимо низка. Функциональная надежность улучшается при использовании принципа малокадрового видеонаблюдения. Суть малокадрового телевидения заключается в том, что захваченный видеокадр запоминается в буфере и далее передается с медленной скоростью в пункт приема, сохраняя при этом хорошее качество изображения (то есть быстродействие значительно уступает в угоду качеству изображения). Для увеличения скорости передачи в малокадровых системах используются алгоритмы сжатия, которые позволяют передавать изображение участков со сменой сюжета с высоким разрешением, а остальные части изображения (без смены сюжета) - с низким. Преимуществом малокадровых систем видеонаблюдения является то, что они могут передавать видеоизображение по кабелям связи любого типа с шириной полосы 3 КГц (вместо 4,2 МГц, требуемых при передаче в реальном времени). Передача полного видеосигнала одного кадра в полосе 3 КГц происходит за время 1-72 сек. Но при необходимости, например, сигнале «Тревога», частота кадров может быть увеличена до нескольких изображений в секунду. Принцип реализации малокадровой системы видеонаблюдения описан, например, в патенте RU №2504015, МПК G08B 25/08, опубл. 2014 г.

Общий существенный недостаток общеизвестных малокадровых систем видеонаблюдения состоит в недостаточной помехоустойчивости в условиях воздействия мощных электромагнитных помех.

Упомянутый недостаток частично устраняется в наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению известной «Малокадровой системе видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны», описанной в патенте RU №2517042, МПК G08B 25/08, G08B 13/196, H04N 7/18, опубл. 2014 г. (прототип).

Система содержит центральный блок контроля, выполненный в виде автоматизированного рабочего места оператора с ПЭВМ и множество групп территориально удаленных адресуемых видеокамер, соединенных с центральным блоком контроля с помощью канала коммутации, который выполнен в виде сети передачи цифровой информации по проводам, оптоволокну или радиоканалу посредством двустороннего последовательного интерфейса связи. Видеокамеры выполнены с возможностью функционирования в малокадровом режиме с формированием и передачей на центральный блок контроля кадров предтревожной, тревожной и послетревожной видеоинформации с целью детального просмотра тревожной ситуации для достоверной идентификации нарушителя. Видеокамеры обеспечивают работоспособность системы в режиме день/ночь с подсветкой зон обзора с помощью ИК-прожекторов. На локальных участках протяженного рубежа охраны используются n-групп адресуемых видеокамер с общим числом m адресуемых видеокамер в каждой группе (см. фиг. 3 описания изобретения). Система обеспечивает обнаружение и идентификацию нарушителя, проникающего через зону обнаружения протяженного рубежа охраны.

Общими существенными признаками с заявляемым решением являются центральный блок контроля, выполненный в виде автоматизированного рабочего места оператора с ПЭВМ; n групп адресуемых видеокамер с ИК-прожекторами для функционирования в режиме день/ночь, установленных на локальных участках протяженного рубежа охраны, и с числом m адресуемых видеокамер в каждой группе, подключенных к соответствующим каналам коммутаций, соединенных, в свою очередь, с соответствующими блоками локальными; каналы коммутаций, выполненные в виде двусторонних интерфейсов связи с передачей информации по проводам, оптоволокну или по радиоканалам.

Недостатком системы является недостаточная ее помехоустойчивость в условиях воздействия мощных электромагнитных помех. При оборудовании протяженных рубежей охраны (например, от 20 до 100 км) проводные системы и радиоканалы связи являются уязвимыми к воздействию мощных электромагнитных помех. Наиболее устойчивыми каналами связи являются оптоволоконные системы, но даже они на сверхдальних расстояниях требуют использования ретрансляторов с восстановлением сигналов и с повышением мощности оптического сигнала при передаче информации от участка к участку.

Целью настоящего изобретения является повышение помехоустойчивости системы при использовании ее на дальних расстояниях или при расположении ее на местности в условиях воздействия мощных электромагнитных помех.

Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи, которые позволяют повысить помехоустойчивость системы и расширить область применения системы для протяженных рубежей охраны, таких как Государственная граница РФ, магистральные трубопроводы и железные дороги.

Повышение помехоустойчивости обеспечивается за счет специально разработанного тракта передачи информации с использованием волоконно-оптических линий связи для функционирования системы на дальних расстояниях или при расположении ее на местности в условиях воздействия мощных электромагнитных помех.

Повышение помехоустойчивости достигнуто в предложенной малокадровой системе видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны, которая содержит центральный блок контроля, выполненный в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора с ПЭВМ, которое обеспечено архивной памятью, системой тревожного оповещения и необходимым комплектом программного обеспечения, и n групп адресуемых видеокамер с ИК-прожекторами для функционирования в режиме день/ночь, установленных на локальных участках протяженного рубежа охраны, и с числом m адресуемых видеокамер в каждой группе, подключенных к соответствующим каналам коммутаций, соединенных, в свою очередь, с соответствующими блоками локальными, установленными на соответствующих локальных участках протяженного рубежа охраны, причем каналы коммутаций выполнены в виде двусторонних интерфейсов связи с передачей информации по проводам, оптоволокну или по радиоканалам, блоки локальные образуют между соседними локальными участками протяженного рубежа охраны последовательные каналы связи путем подключения посредством двустороннего проводного интерфейса соответствующих блоков приема/передачи на каждом из локальных участков от первого к последнему, которые связаны между собой в промежутках между локальными участками посредством двусторонних волоконно-оптических линий связи, последний блок приема/передачи в канале связи подключен к центральному блоку контроля, а блоки локальные имеют дополнительные входы для подключения внешних датчиков, блоки приема/передачи выполнены с возможностью преобразования электрических сигналов для приема/передачи их по оптоволокну и выполнения функции ретрансляции информации. Блоки локальные и блоки приема/передачи, подключенные к ним, располагаются на локальных участках протяженного рубежа в шкафах участковых.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-3, на которых изображено следующее.

На фиг. 1 приведена структурная схема малокадровой системы видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны, где введены обозначения: центральный блок контроля - 1, видеокамера с функциями день/ночь - 2, канал коммутации - 3, локальный блок - 4, канал связи - 5, двусторонний проводной интерфейс - 6, блок приема-передачи - 7, двусторонняя волоконно-оптическая линия связи - 8, вход для подключения внешнего датчика - 9, группа видеокамер на локальном участке - 10.

На фиг. 2 приведен пример размещения системы на местности с расположением блоков локальных 4 и блоков приема-передачи 7 в шкафах участковых 11.

На фиг. 3 приведен пример структурной схемы канала связи 5, где введены обозначения: передатчик волоконно-оптической линии связи - 12, приемник волоконно-оптической линии связи - 13.

Предложенная система (фиг. 1) работает следующим образом.

Видеокамеры 2 устанавливаются на локальном участке протяженного рубежа охраны и подключается посредством канала коммутации 3 к локальному блоку 4. Канал коммутации 3 выполнен в виде двустороннего интерфейса связи и предназначен для передачи кадров видеоизображения в цифровом виде по направлению от видеокамеры 2 к локальному блоку 4. В обратном направлении от локального блока 4 на видеокамеру 2 поступает командная информация, обеспечивающая выбор режимов работы видеокамеры 2. Зона обзора каждой видеокамеры 2 охватывает участок местности вдоль рубежа охраны. Видеокамера 2 работает в видимом диапазоне длин волн. В качестве альтернативы возможна работа в ИК-диапазоне длин волн в качестве тепловизионной камеры. Видеокамеры 2 выполнены с возможностью функционирования в малокадровом режиме видеонаблюдения. Принцип функционирования видеокамер 2 общеизвестен и описан, например, в патентах RU №2504015, МПК G08B 25/08, опубл. 2014 г. и RU №2517042, МПК G08B 25/08, G08B 13/196, H04N 7/18 (в прототипе). Видеокамеры 2 обеспечивают функционирование в двух режимах: в первом режиме - сохранение предтревожных, тревожных и послетревожных кадров изображения по сигналу от внешнего датчика, поступающего в локальный блок 4, и во втором режиме - непрерывное малокадровое видеонаблюдение по команде оператора центрального блока контроля 1. После завершения функционирования видеокамера 2 инициирует процесс последовательной выдачи сохраненных кадров изображения в локальный блок 4 посредством канала коммутации 3, начиная с предтревожных кадров, продолжая передавать тревожные и заканчивая послетревожными кадрами. Процесс последовательной передачи информации через канал коммутации 3 происходит с медленной частотой с целью обеспечения качественной передачи кадров изображения по каналу коммутации 3, имеющему, при использовании кабеля связи любого типа, минимально возможную полосу 3 КГц.

Предложенная система обеспечивает видеонаблюдение и контроль группы локальных участков протяженного рубежа охраны, учитывая удаленность локальных участков и возможную неравномерность их территориального расположения. Структурная схема системы, приведенная на фиг. 1, изображена с разбиением протяженного рубежа охраны на группы локальных участков 10 с адресуемыми видеокамерами. Каждая группа адресуемых видеокамер 10 содержит блок локальный 4, к которому посредством канала коммутации 3 подключена группа адресуемых видеокамер 2 (общее число m). Система в общем случае содержит n рупп адресуемых видеокамер с ИК-прожекторами для функционирования в режиме день/ночь, которые установлены на локальных участках протяженного рубежа охраны, и с числом m адресуемых видеокамер в каждой группе. Канал коммутации 3 выполнен в виде сети передачи информации по проводам, оптоволокну или радиоканалу посредством двустороннего последовательного интерфейса связи. Локальный блок 4 является известным устройством и, в простейшем случае, выполняет функцию электронного коммутатора каналов интерфейса (HUB), то есть функцию концентратора видеокамер группы локальных участков. Локальные блоки 4 дополнены функцией приема сигналов от внешних датчиков по входам 9 и передачи этих сигналов по каналам связи 5 на центральный блок контроля 1. Учитывая возможную удаленность локальных блоков 4 от центрального блока контроля 1, они могут быть дополнительно оснащены известными системами грозозащиты и электропитания. Каналы связи 5, образующие звенья передачи информации от локальных участков на центральный блок контроля 1, оборудованы соответствующими блоками приема/передачи 7, которые соединяются между собой при помощи линии связи, образованной двумя волокнами волоконно-оптического кабеля (например, типа ОКБ-Т-4А-7,0). В результате между блоками приема/передачи 7 образуются двусторонние (дуплексные) волоконно-оптические линии связи 8 с двумя одинаковыми, разделенными физически передающими и приемными трактами. Пример структурной схемы канала связи 5 приведен на фиг. 3. Каждый из блоков приема/передачи7 содержит передатчик волоконно-оптической линии связи 12 и приемник волоконно-оптической линии связи 13. Блоки приема/передачи 7 выполнены с возможностью преобразования электрических сигналов для приема/передачи их по оптоволокну и выполнения функции ретрансляции информации. Совокупность каналов связи 5 совместно с локальными блоками 4 образует тракт передачи информации с использованием волоконно-оптических линий связи.

Тревожная ситуация, возникшая по сигналу с внешнего датчика 14 на одном из участков протяженного рубежа охраны, передается посредством тракта передачи информации с использованием волоконно-оптических линий связи на центральный блок контроля 1 с адресом (номером) конкретной видеокамеры 2 и адресом (номером) группы видеокамер на локальном участке 10 для просмотра оператором предтревожных, тревожных и после-тревожных кадров изображения.

В центральном блоке контроля 1, который выполнен в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора с персональной ЭВМ (ПЭВМ), принятая видеоинформация последовательно отображается на мониторе для анализа и принятия оператором решения по тревожной ситуации, которая возникла на локальном участке рубежа охраны. При детальном просмотре кадров видеоизображения (предтревожных, тревожных и послетревожных) оператор идентифицирует нарушителя и принимает решение о включении системы тревожного оповещения. Если оператор удостоверился, что сигнал тревоги возник в результате воздействия помеховых факторов (изменения погодных условий, движения животных или птиц и т.п.), то система тревожного оповещения не включается. Вся видеоинформация, поступающая в центральный блок контроля 1, сохраняется в архивной памяти АРМ оператора. Оператор может повысить функциональную надежность системы за счет качества принимаемого видеоизображения путем регулирования количества предтревожных, тревожных (обычно один кадр) и послетревожных кадров изображения, а также частоты смены кадров (количества кадров за единицу времени) для надежного обнаружения и идентификации нарушителя. Оператор также может подключить для видеонаблюдения любую видеокамеру 2 из любой группы видеокамер на локальном участке 10 по своему усмотрению путем выдачи соответствующей команды на включение видеокамеры с соответствующими адресами.

Территориально группы локальных видеокамер на локальных участках могут располагаться, например, вдоль рубежей Государственной границы РФ, вдоль магистрального трубопровода или вдоль железнодорожного полотна. Зоны обзора видеокамер 2 должны последовательно и равномерно охватывать охраняемую территорию вдоль рубежа охраны. Допускается также располагать видеокамеры 2 неравномерно, группируя и сосредотачивая их на участках наиболее вероятного появления нарушителей. Следует отметить, что вместо всех видеокамер 2 или вместо некоторых из них могут использоваться тепловизионные камеры, работающие в инфракрасном диапазоне длин волн. Канал связи 5 между последним локальным участком и центральным блоком контроля 1 обеспечивает подвод групп видеокамер на локальных участках 10 к центральному блоку контроля 1. Расстояние участка подвода, например, при охране Государственной границы РФ может составлять до 20 км.

Для удобства расположения предлагаемой системы на местности электронное оборудование, обеспечивающее организацию каналов связи от групп видеокамер на центральный блок контроля, конструктивно может размещаться в шкафах участковых. На фиг. 2 приведен пример размещения системы на местности с расположением блоков локальных 4 и блоков приема/передачи 7 в шкафах участковых 11.

При организации проводного канала коммутации 3 может быть использован принцип цифровой передачи видеоинформации по малопроводным магистралям связи в соответствии с протоколами последовательных интерфейсов (RS - 485, RS - 232, CAN) для осуществления передачи в полосе 3 КГц, что допускает применение любых типов кабелей связи. Этот факт позволяет снизить материальные затраты на создание системы, используя более дешевые кабели.

Действующий лабораторный макет системы подвергался всесезонным испытаниям в течение одного года. Была подтверждена устойчивая работоспособность действующего лабораторного макета по идентификации нарушителей в условиях воздействия мощных электромагнитных помех.

Введенные в известную систему дополнительные признаки и функциональные связи позволяют придать системе новые существенные свойства и расширить область применения системы для протяженных рубежей охраны, таких как Государственная граница РФ, магистральные трубопроводы и железные дороги.