變電站數(shù)字化遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

端悅民 李人杰

國網(wǎng)山東利津縣供電公司 山東東營 257400

摘要：隨著無人值守變電站技術的不斷改革完善，電力系統(tǒng)自動化程度也得到了很大的提高，實現(xiàn)了對遠方變電站遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能，遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要是對這四遙進行補充，進而實現(xiàn)方便地監(jiān)視和記錄變電站的環(huán)境狀況以及設備的運行情況，以保證電力系統(tǒng)自動化運行的安全、可靠。下面就對變電站數(shù)字化遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行分析，希望可供相關從業(yè)者參考。

關鍵詞：變電站；數(shù)字化；遠程視頻；監(jiān)控系統(tǒng)

前言：在智能化開關、光電式電流電壓互感器、一次運行設備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術的日趨成熟，計算機高速網(wǎng)絡在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應用，數(shù)字化變電站才可得到快速的實現(xiàn)，然而監(jiān)理系統(tǒng)則是數(shù)字化變電站的重要組成部分。本文主要對變電站數(shù)字化遠程視頻監(jiān)理系統(tǒng)進行分析。

一、數(shù)字化遠程視頻監(jiān)理系統(tǒng)分析

遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)設備一般可分為前端（現(xiàn)場）設備、通信設備和后端設備三大部分。

前端設備由一臺監(jiān)控主機和其它相關設備組成。云臺鏡頭控制器用于控制攝像機的轉(zhuǎn)動及鏡頭的變焦和聚集，同時具有視頻切換和報警接收功能，燈光控制器用于控制照明燈光，從而保證在光線不足時或晚間也能獲得清晰的圖像。前端監(jiān)控主機將切換后的視頻數(shù)字化，并進行圖像壓縮編碼，再將壓縮后的視頻、報警等數(shù)據(jù)復合后通過信道發(fā)送到監(jiān)控接收主機。同時將音頻數(shù)據(jù)進行編碼，復合在一起傳輸，實現(xiàn)聲音通信。另一方面，前端主機接收來自監(jiān)控中心控制主機的控制信號，實現(xiàn)云臺、鏡頭和燈光等控制，以及進行報警的布防和撤防。

后端監(jiān)控設備由視頻監(jiān)控服務器和若干監(jiān)控主機組成，來自不同前端的數(shù)據(jù)，通過通信接口輸入視頻監(jiān)控服務器，由監(jiān)控服務器將其轉(zhuǎn)發(fā)到以太網(wǎng)上，采用TCP/IP或組播技術。這樣，在以太網(wǎng)上的計算機均可配置成監(jiān)控主機，可由多個用戶同時進行監(jiān)控，每個用戶可同時監(jiān)控多個前端，不同用戶也可同時監(jiān)控同一前端，具有很大的靈活性。

二、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

（1）視頻監(jiān)控主機可對所有的接入信號進行全天24小時的監(jiān)控，并把采集的視頻數(shù)據(jù)保存到監(jiān)控中心的主機中，其視頻數(shù)據(jù)保存時間為30天。在視頻顯示窗口中將顯示站名、地點命名、時間和日期等信息。

（2）系統(tǒng)能夠?qū)Σ杉膱D像數(shù)據(jù)進行分析，以及對監(jiān)控區(qū)域的物體運動進行偵測。如果采集的圖像數(shù)據(jù)在變化或者物體在運動，將分析圖像中物體的變化程度，如果超出限定值將觸發(fā)警報。

（3）根據(jù)變電站設備的特點，監(jiān)控系統(tǒng)中可以制定相應的巡檢表。監(jiān)控人員可以按照操作要求進行巡檢監(jiān)控，并且一臺設備可以監(jiān)視多個目標區(qū)域。檢測多個區(qū)域時設備能預置多個監(jiān)控位置的云臺和鏡頭參數(shù)，能方便快速地轉(zhuǎn)到相應預置點，并自動調(diào)整好鏡頭的變焦和圖像清晰度。

（4）系統(tǒng)配置有溫度探測傳感器、濕度探測傳感器和煙霧探測傳感器等設備。這些裝置能自動檢測監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度和煙霧，如果檢測值超出范圍，立即發(fā)出報警。

三、變電站數(shù)字化遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)

1、前端系統(tǒng)的構成

前端系統(tǒng)的硬件由一臺監(jiān)控主機、數(shù)字式視頻壓縮卡、視頻切換矩陣、編解碼器、攝像機、云臺控制器、傳感器等報警設備和其它相關設備組成具有多畫面處理、錄放像、矩陣控制、探測報警、遠程傳輸?shù)榷喾N功能。目前，這些設備生產(chǎn)廠家很多，其品牌、型號、功能各異。因此，合理選擇這些設備，對提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像質(zhì)量頗為重要。隨著流媒體規(guī)模的擴大，網(wǎng)絡視頻前端的性能成為制約流媒體服務擴展能力的重要因素。網(wǎng)絡視頻前端性能的關鍵指標是流輸出能力和能同時支持的并發(fā)請求數(shù)量。影響網(wǎng)絡視頻前端性能的因素很多，硬件方面包括CPU能力、I/O總線、存儲帶寬等。

2、視頻采集壓縮卡

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中我們一般會選擇模擬式CCD攝像機，因此需要相應的硬件將模擬的視頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字的視頻信號，這樣才能由計算機處理并進行遠程傳輸。因此，人們選擇高性能的視頻采集壓縮卡，它直接安裝于監(jiān)控主機的主板上，可實現(xiàn)逐次從多路輸入中選出一路進行A/D轉(zhuǎn)換，并壓縮成MPEG標準數(shù)據(jù)后予以存儲，對于16路圖像掃描輸入速度，每秒25幀，圖像畫面大小和清晰度有320×240、640×480及720×580等多種可選。

3、視頻切換矩陣

變電所的監(jiān)控現(xiàn)場一般設有4臺攝像機，多則近10臺，有多路視頻信號需監(jiān)控，故需要視頻切換矩陣。切換矩陣的輸入端與各攝像機相連，其輸出端與監(jiān)控主機相連，其功能是通過軟件來控制攝像機輸入圖像的切換，通視頻切換矩陣視頻信號也可不經(jīng)調(diào)制直接與現(xiàn)場的監(jiān)視器相連。

4、編解碼器

在有云臺、電動鏡頭和室外防護罩的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，必須配有編解碼器。監(jiān)控系統(tǒng)通過串行通訊口向編解碼器發(fā)送控制指令，編解碼器負責解釋指令去控制云臺、攝像頭的各種動作，這樣在遠方客戶機或監(jiān)控主機中操縱鍵盤相應按鍵即可完成對前端設備各動作及功能的控制?？刂平獯a器必須與系統(tǒng)主機同一品牌，這是因為不同廠家生產(chǎn)的控制解碼器與系統(tǒng)主機的通信協(xié)議、編碼方式一般都不相同，除非某控制解碼器在說明書中特別說明該設備與某個品牌的主機兼容，否則絕不可選用。

5、監(jiān)控主機

由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要長期運行，且處理的數(shù)據(jù)量比較大，這就對監(jiān)控主機的性能提出了很高的要求：系統(tǒng)穩(wěn)定性好，運行速度快，有較大的數(shù)據(jù)處理和存儲能力。因此，監(jiān)控主機的配置要高、CPU的主頻也要很高、內(nèi)存和硬盤容量也要足夠大，一般選擇嵌入式服務器以提高運行的穩(wěn)定性。

四、組網(wǎng)方式的選擇及實現(xiàn)

變電所遠程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由于變電所分布的區(qū)域比較大，一般有數(shù)百至數(shù)千平方公里，直線距離最大近百公里，因此，從網(wǎng)絡結(jié)構上看遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)屬廣域網(wǎng)。由于我們已選用155M ATM光纖通信網(wǎng)作為視頻系統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)，因此，遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構是星型的環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構。

在ATM網(wǎng)上專辟一個2M的帶寬作為傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息，組成一個封閉的專用的視頻監(jiān)控網(wǎng)。前端視頻監(jiān)控主機經(jīng)2M帶寬的路由器通過ATM網(wǎng)與公司本部的視頻專用網(wǎng)段的后端客戶機相連，再經(jīng)網(wǎng)橋與局域網(wǎng)相連。

本組網(wǎng)方式的最大優(yōu)點是ATM網(wǎng)上有專用的帶寬給遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用，因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運行不受ATM網(wǎng)通信狀況的影響，因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行比較穩(wěn)定，傳輸?shù)膱D像質(zhì)量得到了保證，可靠性較高。

根據(jù)實驗系統(tǒng)的運行情況分析后，認為確保遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運行是第一位的，同時確保監(jiān)控中心具有最高的優(yōu)先操作權，即在ATM主干網(wǎng)開辟一個專用的帶寬給視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以保證視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行的絕對可靠。

結(jié)束語

總而言之，變電站數(shù)字化遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)在變電站中的應用，能夠有效的提高設備遠程監(jiān)控的水平，減少管理的費用。在現(xiàn)階段，限于網(wǎng)絡視頻傳輸效率，在未來還有較大提升空間。隨著網(wǎng)絡質(zhì)量的提高，變電站遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)將越來越完善，并將發(fā)揮重要功用。

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