1. Статьи
2. Решения систем безопасности
3. Видеоконтроль моста

Попов Александр Леонидович

ООО «Тахион»

Ни в коем случае не стоит рассматривать нижеизложенный материал, как некое готовое решение оснащения моста системой видеонаблюдения. Разные мосты, разная степень важности, разные риски, разные силы реагирования. Соответственно, разными будут и задачи на построение технической системы. Но, как некий пример рассуждений, как перечень готовых технических решений, данная статья может и должна помочь инсталлятору.

В частном конкретном случае эта задача была поставлена и успешно решена для системы видеоконтроля моста через реку Обь, длина которого от одного поста до другого составляет 2800 м. Плюс ко всему, именно к конкретному объекту добавляются очень жесткие климатические условия - диапазон рабочих температур для всей внешней аппаратуры - от минус 60° С.

Итак, техническая задача выглядит следующим образом:

1. Количество видеокамер, устанавливаемых вдоль протяженного участка длиной 2800 м - 32 штуки. Камеры стационарные. Всепогодные. Задача -обнаружение человека. Количество на этапе начального проектирования выбрано из расчета использования в качестве аппаратуры видеозаписи и коммутации шестнадцатиканальных регистраторов. 16 камер будет явно недостаточно, а при использовании 32 камер расстояние между ними составит 80-90 м - вполне можно обеспечить обнаружение человека, перекрыв полем зрения всю ширину моста (вблизи камеры необходимое поле зрения будет обеспечено сзади стоящей камерой).

2. Посты видеонаблюдения, находящиеся в оконечных точках участка, являются совершенно независимыми. То есть на каждом посту должна обеспечиваться возможность просмотра изображения от любой видеокамеры, любой допускаемый аппаратурой коммутации режим мультиэкранного изображения и любой режим записи, независимо от действий оператора второго поста. Более того, неизвестно, будет ли какой-нибудь из постов основным, а другой - резервным или второстепенным. Такая структура представляется абсолютно оправданной. Все же для физического реагирования на замеченное событие расстояние в 2800 м - чрезвычайно большое. Поэтому весь участок резонно поделить на два между двумя постами, при этом иметь возможность контролировать всю ситуацию, а при необходимости оказать содействие с одного поста другому.

Теперь просто необходимо сделать некоторое лирическое отступление.

Думаю, если предложить разработать вариант оснащения подобного объекта сегодня рынку, процентов 90 поставщиков-претендентов сходу предложат камеры высокого разрешения. Причем, распределятся эти 90 процентов сегодня примерно поровну между IP-камерами и аналоговыми камерами высокого разрешения в стандартах AHD,TVI, CVI. В зависимости от того, на поставках каких камер специализируется фирма-поставщик.

Сегодня существует два очень опасных стереотипа.

Стереотип первый - все совершенство и функциональные возможности системы определяются именно видеокамерой, а оттого камера должна быть «самая, что ни на есть». И это - залог всего успеха. Между тем, в своих статьях я с самого первого момента всегда говорил, что к камере в системе видеонаблюдения необходимо относиться, как к лампочке в системе освещения. Надо - просто заменил на новую. На самом деле в системе видеонаблюдения самое главное - это системный подход к ее построению. Это грамотные решения по передаче сигнала, надежное и устойчиво работающее магистральное оборудование, отсутствие специальных требований к эксплуатирующему персоналу, живучесть всей системы, предусматривающая возможность восстановления работоспособности силами этого персонала после действия каких-либо разрушающих факторов. И самое главное -полное соответствие организационному началу всей системы безопасности как инструменту решения конкретных конечных потребительских задач.

Стереотип второй - еще более опасный. Понятие «качества» камеры сегодня практически стало тождественным количеству мегапикселей в показателе ее разрешающей способности. Чем эта цифра больше, тем камера объявляется потребителю более качественной. Уже и до «4К» добрались на нашем рынке.

Поясняю: разговор о разрешающей способности камеры без привязки к ее формату матрицы - это уже, как минимум, лукавство. Преднамеренное или по собственному незнанию - это уже вопрос второй. Но вот как-то формат матрицы в официальных технических характеристиках ушел в последнее время с самой первой позиции на какие-то более отдаленные, а в рекламной информации, как правило, и вовсе отсутствует. Я не буду в рамках настоящей статьи отдельно и подробно останавливаться на том, почему, например, разрешение «4К» в принципе не может быть реализовано в полной мере на матрицах формата 1/3, а является сегодня уделом исключительно трех-матричных камер с большим форматом матриц, стоимостью в несколько десятков тысяч у.е. Я просто предлагаю всем сомневающимся посетить форумы профессиональных операторов, обратиться к их рекомендациям относительно выбора камеры для съемки. Конечную потребительскую задачу можно решать и массой других способов. И в данном случае мы ищем самый рациональный, с наименьшими затратами, и оправдано идем на компромиссы. Поэтому добиваться кинематографического качества было бы просто глупо.

И еще - разрешение должно быть не максимально возможным, а таким, каким должно быть для решения потребительской задачи. Невостребованное качество все равно потребует дополнительных капиталовложений. Таким образом, мы заведомо идем на неоптимальное решение. Причем деньги эти в системе отнюдь не ограничатся разностью в цене самих камер, а повлекут нарастание расходов буквально с каждым метром магистральных трасс.

И в третьих - у камер есть масса других характеристик, которые могут быть немного более существенными для конкретной задачи. К таким характеристикам стоит в обязательном порядке отнести чувствительность камеры и ее динамический диапазон.

Непроизводительная трата денег -это еще полбеды. Главная же непосредственная опасность «зомбирования» клиента высоким разрешением заключается в том, что неискушенный потребитель начинает верить, что с увеличением разрешающей способности камер в 2-3-5 раз он станет «лучше видеть» в эти же самые в 2-3-5 раз. В действительности же, его способность видеть на экране в реальном времени определяется исключительно полем зрения камеры, о котором мы говорили еще в 2001 году на страницах сигнального, самого первого номера «Алгоритма безопасности». И абсолютно все приведенные тогда данные остались актуальными на сегодняшний день. По одной простой причине - видим мы глазами, а глаз наш, несмотря на бурное развитие техники за истекший период, не претерпел никаких существенных изменений. И еще немаловажный фактор - нагрузка на оператора. Подготовленный оператор в состоянии контролировать 6-7 изображений одновременно. А наш рассматриваемый объект как раз из категории таких, где актуально непрерывное наблюдение, поскольку время реализации возможной опасности может исчисляться секундами.

А увидеть при последующем разборе записи изображения до необходимого, уже искусственно созданного поля зрения - это да, высокое разрешение позволит. Но уже «потом». Насколько «потом» актуально для конечной потребительской задачи безопасности и сколько вы готовы за это заплатить - решать в каждом конкретном случае надо отдельно.

Я представляю, как поклонники IP-технологий тут же предложат построить на мосту компьютерную сеть. Или кинутся искать, к каким бы каналам связи, уже спроектированным, можно было бы «присоседиться».

Что из себя в реальности будет представлять IP-решение данной задачи, можно понять, проэкстраполировав все данные, приведенные в статье «IP-видео-наблюдение: от выставочного софта к суровым монтажным будням», на протяженность нашего данного объекта. Статья была опубликована в журнале «БДИ» (2010, № 3). А разобран в статье всего-то 300-метровый участок. Вот можно смело умножать все изложенное на девять, и это без учета разницы в стоимости самих камер. Сделать, безусловно, можно все. Собственно, в том и состоит главное преимущество IP перед всеми остальными технологиями - передать можно куда угодно и насколько угодно - хоть на другой континент. Но если на затраченные средства можно было бы держать вдоль всей линии моста вооруженных часовых через каждые 10-20 м, вряд ли такое техническое решение можно считать экономически оправданным.

Отдельно хотелось бы остановиться на вариантах оснащения аналоговыми камерами высокого разрешения в стандартах AHD, TVI или CVI. Даже лозунг такой по рынку прошел: «Аналоговое HD окончательно похоронило IP».

Когда эти самые стандарты только начали широко рекламироваться, мы стали недоумевать - как их приверженцы собираются организовывать для них системы передачи? И искренне поражались объявляемым результатам всевозможных опытов. Как только системы «вышли на улицу», на реальные объекты, теория об отсутствии чудес подтвердилась в полной мере. Причем, начиная с самых простых вещей, о которых мы достаточно много и подробно писали на страницах журнала еще в первые годы его издания. Если для аналогового сигнала стандартного разрешения ширина спектра составляет 6 МГц, то с увеличением ширины спектра до 15-50 МГц проблемы будут только множиться.

Именно предполагая массовое желание рынка предложить для рассматриваемой задачи решения на базе стандартов AHD, TVI или CVI, я и взял в качестве примера объект протяженностью 2800 м, хотя мосты бывают и по 200-300 м. Но не сомневаюсь, что «горячие головы» сторонников аналогового высокого разрешения просто предложат на малом объекте с высоким уровнем электромагнитных помех передачу видеосигнала «в лоб», по коаксиальному кабелю. Не по злому умыслу, а по простому незнанию материала в необходимом объеме. Примечательно, что с появлением именно этих стандартов видеосигнала на рынке ТСБ трассы протяженностью именно в 300 м сразу попали в категорию «больших объектов». А еще лет пять назад такие длины были «ни о чем» применительно к действительно серьезным системам.

И самое интересное: появились даже предложения не передать сигнал от камеры, установленной «за километры», а видеть самой камерой, установленной вблизи поста, «на километры». Я в подобных случаях предлагаю заказчику просто вооружиться биноклем и не заморачиваться строительством системы вовсе. Заодно понять, что такое, например, метеорологическая дальность видимости.

Скажу честно, что мы построить систему для такого объекта в стандартах высокого разрешения смогли бы. Но это однозначно очень большое усложнение всей схемы: это 3-5-кратная ретрансляция при передаче одного сигнала, существенное увеличение перечня магистрального оборудования, организация дополнительных точек электропитания по трассе, необходимость привлечения высококвалифицированных инженерных кадров для проектирования, монтажа и обслуживания. Это снижение живучести всей системы из-за включения в нее большого количества взаимозависимых элементов. И в конечном итоге - многократное удорожание системы. Вопрос -ради чего? И если кто-нибудь внятно объяснит, для чего это на самом деле надо, а главное, готов за это заплатить, мы готовы данные работы провести.

По взаимному согласию с проектной организацией, для которой решалась данная задача, IP-технологии отпали сразу - никаких системных администраторов на мосту не бывает и не будет. И не будет никаких «PC-based» систем (опять-таки в силу уже имеющегося человеческого фактора, который никто не будет менять или дорабатывать под систему; система должна быть адаптирована под то, что есть). Тем более что такое преимущество IP-камер, как возможность получить высокое разрешение с целью детальной идентификации, в данном случае не используется - такой задачи не стоит.

Точные места установки видеокамер и сектора обзора на данном этапе не заслуживают пристального рассмотрения. Единственно, что уже можно предложить - использование на всех видеокамерах вариофокальных объективов. Тогда будет выполнено требование однотипности всего оборудования и обеспечена возможность корректировки «по месту» поля зрения. Для данного варианта наиболее целесообразным из номенклатуры массовых рыночных позиций представляется объектив с диапазоном фокусных расстояний f = 5-50 мм.

А вот структуру системы надо точно определить именно сейчас, ибо в соответствии с ней на фазе строительства объекта будут строиться кабельные коммуникации (как минимум - кабельные каналы под такие коммуникации).

Передать видеосигнал по витой паре на 2800 м так, чтобы он имел право в точке приема называться таковым, мы бы смогли. Смогли бы и квалифицированные фирмы-инсталляторы, имеющие достаточный опыт работы с аппаратурой передачи. При удалении камеры на расстояние свыше 2200 м от поста приема необходимо установить аппаратуру ретрансляции. Причем, если передавать сигналы от каждой камеры независимо в каждый пост, таких точек будет несколько. В каждом отдельном случае придется настраивать ретрансляционную аппаратуру по-разному. Кроме того, у каждой камеры потребовалось бы установить еще видеоделитель. Сводить же все сигналы в один пост, где установить матричный коммутатор, а потом с него передавать в другой пост выходной сигнал с коммутатора и дополнительно организовывать линию управления - значит заведомо делать один пост зависимым от другого, что противоречит условию задачи. Ну, и по-прежнему остается задача ретрансляции для выходных сигналов матричного коммутатора.

В общем, структура системы получилась бы отнюдь не простой. Аппаратура не была бы однотипной и взаимозаменяемой.

А кроме того, наличие двух постов на оконечных участках системы при проводной связи неминуемо бы привело к проблеме «двух земель» (а то и больше), что потребовало бы применения (причем грамотного применения) гальванических развязок в линиях сигналов.

Напрашивается вывод о необходимости применения оптоволоконных линий связи и, соответственно, оборудования передачи видеосигналов по оптическому волокну. И первый такой «нюанс» - климатические условия работы. Требуемый диапазон рабочих температур, от минус 60 градусов, в обязательном порядке влечет необходимость применения для любой аппаратуры передачи, устанавливаемой вне отапливаемых помещений, оборудования климатической защиты. Переход непосредственно от аппаратуры к магистральному оптоволоконному кабелю осуществляется исключительно через оптический кросс, в котором раскроссируются все волокна кабеля. Таким образом, если передавать сигналы «в лоб» от каждой камеры в два направления, абсолютно каждое волокно будет иметь 32 стыка через оптический кросс. Потери на каждом стыке составляют около 0,2 дБ для сигнала и 40 у.е. для заказчика. Плюс по 2 оптических патчкорда на каждую камеру от двух передатчиков до кросса и по два от кросса до приемников. Плюс по видеоделителю на каждую камеру.

А каждый такой комплекс нуждается в дополнительном оборудовании климатической защиты. В реальном воплощении таким оборудованием оказываются термошкафы с габаритами 600х600х210 мм, а то и больше. Появляется отдельная дополнительная задача -разместить такие шкафы на объекте. Ну, и количество взаимозависимых элементов, приходящихся на одну камеру, становится очень существенным, что также существенно повлияет на надежность системы не в лучшую сторону. Как вариант, в подобных случаях применяют многоканальные передатчики и, соответственно, приемники. Однако тут же встает задача, а как передать видеосигнал от камеры на эти многоканальные передатчики? Если камеры установлены в непосредственной близости от передатчика («кустом»), то такая задача решается обычно посредством обычных коаксиальных линий. Но в нашем случае такое решение будет явно неприменимо. Даже если взять четырехканальные передатчики, установленные посередине участка, «обслуживаемого» четырьмя камерами, дальность линии передачи до самой удаленной камеры из этих четырех составит около 120-130 м - это гарантированная наведенная помеха в условиях подобного объекта, вдоль которого проложены еще и очень мощные силовые линии. И опять же никуда не деться от габаритного оборудования климатической защиты.

В целом понятно, что без передачи по оптоволокну не обойтись. Понятно, что надо использовать многоканальные передатчики. Напрашивается передача видеосигнала от камер на эти передатчики по витой паре. Но все это надо состыковать максимально просто, максимально экономически оправданно. Чтобы были выполнены условия поставленной задачи. И, главное, так, чтобы все это работало.

Требование идентичности постов навело на мысль о симметричности оптимальной системы. Мы просто поделили весь рубеж пополам. На каждой половине моста устанавливаются по 16 видеокамер. Длина половины моста составляет 1400 м.

Видеосигналы от этих 16 камер передаются только в один пост (данной половины моста) по витой паре «обычным порядком», о котором мы достаточно подробно уже говорили. Для правильной аппаратуры передачи расстояние в 1400 м -«дело пустяковое» - неравномерность АЧХ в спектре 50 Гц - 6 МГц уж точно не выйдет за пределы +/- 1 дБ (думаю, что и 0,5 дБ - вполне достижимый параметр для настоящей аппаратуры). И помехозащищенность при использовании должной аппаратуры и должного кабеля (ТППэп) будет чрезвычайно высокая на этих, в общем-то «детских» дальностях. Выражаясь простым языком, ничего с нашими видеосигналами по дороге от камер к посту не случится.

В каждом посту, таким образом, имеем 16 видеосигналов от камер в практически первозданном виде, которые подаем на 16-канальный видеорегистратор. К видеорегистратору подключаем один, а лучше два монитора, на одном из которых наблюдаем мультиэкранное изображение в выбранном формате, а на втором - изображение от камеры, включаемое по сигналу тревоги (от детектора движения или от внешнего датчика), или от выбранной оператором камеры. Ведем запись в соответствии с желаниями оператора и возможностями конкретной модели регистратора. В общем, все достаточно стандартно.

А кроме того, все эти 16 видеосигналов, взятые с транзитных поканальных выходов регистратора, тут же еще подаем на два восьмиканальных оптических передатчика и по одномодовому оптическому волокну (для двух передатчиков необходимо два одномодовых оптических волокна), групповые выходные сигналы с передатчиков передаем на два восьмиканальных оптических приемника, установленных в другом посту на расстоянии 2800 м от передатчика. Для одномодового оптического волокна расстояние в 2800 м - тоже «не расстояние», никаких искажений или каких-либо значимых потерь в линии не будет. Таким образом, во втором посту с выходов двух приемников снимаем эти наши 16 видеосигналов (по 8 с каждого приемника) первой половины рубежа.

И совершенно «симметрично» получаем в первом посту 16 видеосигналов от второй половины объекта посредством еще двух комплектов оптических передатчиков-приемников и еще двух одномодовых оптических линий, которые подаем на второй регистратор, установленный в первом посту, к которому подключаем еще один (по-прежнему, лучше - два) монитор.

Задача климатической защиты аппаратуры никуда не делась. Но номенклатура защищаемой техники свелась к единственной позиции - передатчику аппаратуры передачи видеосигнала по витой паре, так как абсолютно вся аппаратура оптоволоконной передачи при таком решении располагается исключительно в помещении (в постах наблюдения). Для видеокамер же просто существуют термобоксы с требуемым климатическим режимом работы.

И, конечно, на всем протяжении объекта во всех местах установки видеокамер магистральной и приемной аппаратуры потребуется электропитание. Вряд ли для подобного объекта будет предусмотрена прокладка отдельной линии электропитания только для нужд системы видеонаблюдения. Скорее всего, по объекту будут установлены электрощиты, откуда будет разводиться питание по потребителям, в числе которых окажется и наше оборудование. Но если все же случится, что потребуется прокладка отдельной линии, значит, надо посчитать суммарную потребляемую мощность, соответственно, потребляемый системой ток и подобрать кабель соответствующего сечения с учетом допустимого падения напряжения. Да и при организации со щитов единой сети электропитания суммарная потребляемая мощность все равно должна быть принята в расчет. Дальности уже исчисляются не десятками метров, а километрами, оборудования по линии достаточно много, и все это даст вполне ощутимые результаты. Как это делается, обязан знать любой проектировщик и любой инсталлятор. Мы просто напоминаем об этом.

С магистральными кабелями разобрались. Теперь переходим к подключению аппаратуры.

И начнем с камер.

Сигнал с видеокамеры надо подать на аппаратуру передачи видеосигнала по витой паре. Необходимо защитить аппаратуру от чрезмерно низких температур. Как вариант - установка передатчика прямо в гермобокс видеокамеры. Казалось бы, и линия от камеры к передатчику получается минимальной -уж точно никаких помех не наберется, тем более, что сам бокс еще и экраном от помех является.

Есть еще блок питания камеры. Даже если камера в гермобоксе имеет напряжение питания 220 В, подключение ее к линии питания осуществляется через некую клеммную коробку. Да и предпочтительней, по нашему мнению, выносной блок питания - все по причине того же обслуживания, диагностики и ремонта без вскрытия гермобокса, без отключения питания других камер, а то и системы в целом.

И в обязательном порядке в непосредственной близости от передатчика АПВС должен находиться кросс, через который витая пара с передатчика соединяется с витой парой магистрального кабеля (ТППэп 10х2х0,5).

И блок питания камеры, и передатчик, и кросс надо где-то разместить и к чему-то прикрепить.

В силу жесткого климатического режима работы (от минус 60° С), наш возможный вариант - размещение в термошкафу подходящего габарита (рис. 1).

Рис. 1.

В нем же размещаем защитные устройства цепи питания и подадим питание на аппаратуру системы уже через эти защитные устройства. Еще установим защитное устройство в линию видеосигнала от камеры к передатчику АПВС и вторичного питания от блока питания к камере на случай появления опасного напряжения в этой линии, защитив тем самым камеру от выхода из строя по этой причине (сама аппаратура АПВС имеет встроенную систему защиты по входу и выходу). И еще датчик сигнализации о вскрытии.

Есть даже стандартное решение размещения видеокамеры и термошкафа на единой опоре круглого сечения со всей арматурой крепления (рис. 2).

Рис. 2

Все! По внешней территории больше никакой аппаратуры не требуется. Только одинаковые камеры и одинаковые термошкафы с типовой начинкой (арматуру крепления к аппаратуре не относим).

Переходим к постам наблюдения, помня, что они у нас должны быть абсолютно идентичными.

Чтобы «отправить» видеосигналы одной «полусистемы» на другую, с транзитных входов-выходов регистратора коаксиальными перемычками соединяем выходы регистратора с входами оптического передатчика. Видеорегистратор 16-канальный; передатчики - 8-канальные. Соответственно, 8 видеосигналов подаем на один передатчик, 8 на другой. Выходы передатчиков оптические, которые надо подать в одномодовый магистральный кабель - связать выход каждого передатчика с одним из 8 волокон магистрального кабеля. Естественно, цивилизованно это можно сделать только через оптический кросс. Непосредственно на него с одной стороны раскроссируются все жилы магистрального оптического кабеля, а соединение каждого оптического модуля со «своим» волокном через кросс осуществляется через так называемый оптический патчкорд. Итак, подав выходы двух передатчиков на две оптические линии через кросс, мы отправили все 16 видеосигналов нашей «полусистемы» на вторую половину во второй пост охраны, а в этом примем 16 видеосигналов от второй половины, которые отправлены в этот пост точно так же с другого.

Вот и все. В посту имеем все 32 видеосигнала в их первозданном виде, без какого-либо сжатия, искажений и каких-либо ощутимых потерь (в принципе, как мы уже отмечали выше, потери присутствуют всегда при любой передаче на любые расстояния). Есть все сигналы. Теперь делайте с ними все, что хотите. На что хватает фантазии и денег. Можете не устанавливать регистраторы, а ставить любую компьютерную систему. Хоть детектор оставленных вещей реализуйте, хоть детектор намерений. Единственно, если аппаратура не имеет «сквозных» каналов (транзитных входов), придется поставить на каждый видеосигнал по видеоделителю после приемника АПВС и перед входом в оптический передатчик.

На рисунке 3 для наглядности прорисованы «пути» видеосигналов между блоками аппаратуры.

Рис. 3

А в результате такого решения имеем:

1. Полную однотипность всего оборудования.

2. Никакое оптоволоконное оборудование не выставлено на улицу, в суровые климатические условия, требующие мощной, габаритной и дорогой аппаратуры климатической защиты. Многоканальное оборудование будет работать в тех условиях, для которых оно изначально создавалось - межстудийная связь (в качестве студий выступают посты видеоконтроля).

3. Полная независимость постов при полной идентичности оборудования.

4. Отсутствие гальванической связи между постами в принципе.

5. В каждом посту имеем видеосигналы от камер в изначальном виде без какого-либо сжатия и искажений.

Если данный материал убедил вас в правильности выбранного решения, то вы можете воспользоваться подробным описанием проекта в статье, опубликованной в журнале «Алгоритм безопасности» (2009, № 4), или в моей книге «Моя азбука видеонаблюдения».

Главный вывод! Новое появляется на рынке не с целью отменить все старое, а для расширения круга решаемых задач. Очень часто за счет такого нового оборудования целесообразно расширять возможности именно там, где не хватает мощностей опробованной и хорошо зарекомендовавшей себя техники. «Объединение сил», в отличие от слепой подмены одними других, зачастую приводит к оптимальным, простым и понятным решениям.

Источник "Алгоритм Безопасности" № 2, 2016 год.