Real Time Video Monitoring System for Concentrated Solar Power Plants

Abstract

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit dem Entwurf und der Implementierung einer einheitlichen, skalierbaren Medieninfrastruktur für die Echtzeit-Videoüberwachung in konzentrierten Solarkraftwerken (CSP), am Beispiel des Solarturms Jülich des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Ausgangspunkt der Arbeit ist die Analyse bestehender Herausforderungen: die Fragmentierung heterogener Kamerasysteme, fehlende standardisierte Schnittstellen sowie unzureichende Möglichkeiten zur Echtzeitverarbeitung, Speicherung und Weiterverwendung von Videodaten. Auf Basis einer strukturierten Anforderungserhebung nach IEEE 29148 und ISO/IEC 25010 werden 24 funktionale und nicht-funktionale Anforderungen identifiziert und als Evaluationsgrundlage herangezogen.

Zur Lösung dieser Probleme wird eine modulare Systemarchitektur entwickelt, die verschiedene Kameratypen über eine RTSP-basierte Abstraktionsschicht integriert und Videoströme mit geringer Latenz mittels WebRTC direkt in Webbrowser überträgt. Proprietäre wissenschaftliche Kameras ohne native Netzwerkfähigkeit werden durch ein dreistufiges Adapterpattern - bestehend aus Vendor-SDK-Akquisition, OpenCVPixelformatkonvertierung und GStreamer-RTSP-Publikation - nahtlos in die Infrastruktur eingebunden. Die Implementierung basiert auf einem Spring-Boot-Backend zur Steuerung der GStreamer-Medienpipelines, einem Django-basierten Frontend mit WebSocket-gestütztem WebRTC-Signaling über Django Channels sowie einer vollständig containerisierten Bereitstellung über Docker Compose mit neun Diensten.

Die Evaluation erfolgt im realen Produktivbetrieb am Solarturm Jülich unter Einsatz einer Axis-Netzwerkkamera und einer wissenschaftlichen Basler-Fluxdichtekamera. Die gemessenen Round-Trip-Zeiten betragen 0-1 ms unter direktem ICE-Transport und 2-5 ms über TURN-Relay - beide Werte liegen deutlich unterhalb des WebRTCKonversationsqualitätsschwellenwerts von 150 ms. Alle 24 Anforderungen werden vollständig erfüllt. Die Ergebnisse belegen, dass das entwickelte System eine stabile, skalierbare und praxistaugliche Lösung für industrielle Echtzeit-Videoüberwachung in CSPAnlagen darstellt.